ISO 3977-3:2002
(Main)Gas turbines - Procurement - Part 3: Design requirements
Gas turbines - Procurement - Part 3: Design requirements
This part of ISO 3977 covers the design requirements for the procurement of all applications of gas turbines and gas turbine systems, including gas turbines for combined cycle systems and their auxiliaries, by a purchaser from a packager. It also provides assistance and technical information to be used in the procurement. It is not intended to deal with local or national legislative requirements with which the installation may be required to conform. This part of ISO 3977 is applicable to simple-cycle, combined-cycle and regenerative-cycle gas turbines working in open systems. It is not applicable to gas turbines used to propel aircraft, road construction and earth moving machines, agricultural and industrial types of tractors and road vehicles. In cases of gas turbines using special heat sources (for example, chemical process, nuclear reactors, furnace for a super-charged boiler), this part of ISO 3977 provides a basis.
Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 3: Exigences de conception
La présente partie de l'ISO 3977 couvre les exigences de conception pour l'acquisition par un acheteur auprès d'un ensemblier de toutes applications de turbines à gaz et de systèmes de turbine à gaz, y compris les turbines à gaz pour systèmes à cycle combiné, et leurs auxiliaires. Elle fournit de plus une aide et des informations techniques à utiliser lors de l'acquisition. La présente partie de l'ISO 3977 n'est pas destinée à traiter des réglementations légales ou locales ou nationales auxquelles l'installation peut être amenée à se conformer. La présente partie de l'ISO 3977 s'applique aux turbines à gaz à cycle simple, cycle combiné et cycle avec récupération fonctionnant dans des systèmes ouverts. Elle exclut les turbines à gaz utilisées pour la propulsion d'aéronefs, de machines de construction de routes et de terrassement, de tracteurs de types agricoles et industrielles et de véhicules routiers. Pour les turbines utilisant des sources de chaleur spéciales (par exemple des procédés chimiques, des réacteurs nucléaires, des foyers pour chaudière suralimentée), la présente partie de l'ISO 3977 peut être utilisée comme base.
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 3977-3:2002 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Gas turbines - Procurement - Part 3: Design requirements". This standard covers: This part of ISO 3977 covers the design requirements for the procurement of all applications of gas turbines and gas turbine systems, including gas turbines for combined cycle systems and their auxiliaries, by a purchaser from a packager. It also provides assistance and technical information to be used in the procurement. It is not intended to deal with local or national legislative requirements with which the installation may be required to conform. This part of ISO 3977 is applicable to simple-cycle, combined-cycle and regenerative-cycle gas turbines working in open systems. It is not applicable to gas turbines used to propel aircraft, road construction and earth moving machines, agricultural and industrial types of tractors and road vehicles. In cases of gas turbines using special heat sources (for example, chemical process, nuclear reactors, furnace for a super-charged boiler), this part of ISO 3977 provides a basis.
This part of ISO 3977 covers the design requirements for the procurement of all applications of gas turbines and gas turbine systems, including gas turbines for combined cycle systems and their auxiliaries, by a purchaser from a packager. It also provides assistance and technical information to be used in the procurement. It is not intended to deal with local or national legislative requirements with which the installation may be required to conform. This part of ISO 3977 is applicable to simple-cycle, combined-cycle and regenerative-cycle gas turbines working in open systems. It is not applicable to gas turbines used to propel aircraft, road construction and earth moving machines, agricultural and industrial types of tractors and road vehicles. In cases of gas turbines using special heat sources (for example, chemical process, nuclear reactors, furnace for a super-charged boiler), this part of ISO 3977 provides a basis.
ISO 3977-3:2002 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 27.040 - Gas and steam turbines. Steam engines. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 3977-3:2002 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 3977-3:2004. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 3977-3
First edition
2002-07-01
Gas turbines — Procurement —
Part 3:
Design requirements
Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition —
Partie 3: Exigences de conception
Reference number
©
ISO 2002
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Printed in Switzerland
ii © ISO 2002 – All rights reserved
Contents Page
Foreword.iv
1 Scope .1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .3
4 Basic requirements .8
4.1 General.8
4.2 Site-specific conditions .8
4.3 Operational requirements.8
4.4 Service requirements .10
4.5 Rotating equipment requirements .11
4.6 Other equipment requirements .13
4.7 Vibrations and dynamics .13
5 Packaging and auxiliary equipment .18
5.1 Basic design.18
5.2 Auxiliary equipment .21
6 Control and instrumentation .35
6.1 Control systems.35
6.2 Starting .36
6.3 Loading.36
6.4 Unloading and shutdown.36
6.5 Ventilation and purging.38
6.6 Fuel control .39
6.7 Governing and limiting.40
6.8 Emission control.42
6.9 Overspeed protection.42
6.10 Protection systems.43
6.11 Compressor wash system .45
6.12 Control system considerations.45
6.13 Control panel installation.47
6.14 Operability and diagnostics .47
6.15 Data communications .48
6.16 Special applications .48
Annex A (informative) Data sheets.49
Annex B (informative) List of national or International Standards applicable in context .62
Bibliography.63
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 3977 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 3977-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 192, Gas turbines.
ISO 3977 consists of the following parts, under the general title Gas turbines — Procurement:
— Part 1: General introduction and definitions
— Part 2: Standard reference conditions and ratings
— Part 3: Design requirements
— Part 4: Fuels and environment
— Part 5: Applications for petroleum and natural gas industries
— Part 7: Technical information
— Part 8: Inspection, testing, installation and commissioning
— Part 9: Reliability, availability, maintainability and safety
Annexes A and B of this part of ISO 3977 are for information only.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 3977-3:2002(E)
Gas turbines — Procurement —
Part 3:
Design requirements
1 Scope
This part of ISO 3977 covers the design requirements for the procurement of all applications of gas turbines and
gas turbine systems, including gas turbines for combined cycle systems and their auxiliaries, by a purchaser from a
packager. It also provides assistance and technical information to be used in the procurement.
It is not intended to deal with local or national legislative requirements with which the installation may be required to
conform.
This part of ISO 3977 is applicable to simple-cycle, combined-cycle and regenerative-cycle gas turbines working in
open systems. It is not applicable to gas turbines used to propel aircraft, road construction and earth moving
machines, agricultural and industrial types of tractors and road vehicles.
In cases of gas turbines using special heat sources (for example, chemical process, nuclear reactors, furnace for a
super-charged boiler), this part of ISO 3977 provides a basis.
The relevant parts of ISO 3977 are applicable to closed and semi-closed systems.
NOTE Additional requirements for special gas turbine applications are described in ISO 3977-5.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 3977. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 3977 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
NOTE In cases where there are no International Standards available, national standards as shown in annex B may be
used as guidelines with the mutual agreement of the purchaser and packager.
ISO 1940-1:1986, Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 1: Determination of
permissible residual unbalance
ISO 3448, Industrial liquid lubricants — ISO viscosity classification
ISO 3977-1:1997, Gas turbines — Procurement — Part 1: General introduction and definitions
ISO 3977-2:1997, Gas turbines — Procurement — Part 2: Standard reference conditions and ratings
ISO 3977-4:2002, Gas turbines — Procurement — Part 4: Fuels and environment
ISO 3977-7:2002, Gas turbines — Procurement — Part 7: Technical information
ISO 3977-8:2002, Gas turbines — Procurement — Part 8: Inspection, testing, installation and commissioning
ISO 3977-9:1999, Gas turbines — Procurement — Part 9: Reliability, availability, maintainability and safety
ISO 7919-1:1996, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 1: General guidelines
ISO 7919-2:2001, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts —
Part 2: Land-based steam turbines and generators in excess of 50 MW with normal operating speeds of
1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min and 3 600 r/min
ISO 7919-4:1996, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 4: Gas turbine sets
ISO 10436:1993, Petroleum and natural gas industries — General-purpose steam turbines for refinery service
ISO 10441:1999, Petroleum and natural gas industries — Flexible couplings for mechanical power transmission —
Special purpose applications
1)
ISO 10442:— , Petroleum, chemical and gas service industries — Packaged, integrally geared centrifugal air
compressors for general refinery services
ISO 10494:1993, Gas turbines and gas turbine sets — Measurement of emitted airborne noise — Engineering/survey
method
ISO 10814:1996, Mechanical vibration — Susceptibility and sensitivity of machines to unbalance
ISO 10816-1:1995, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements of non-rotating
parts — Part 1: General guidelines
ISO 10816-2:1996, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements of non-rotating
parts — Part 2: Large land-based steam turbine generator sets in excess of 50 MW
ISO 10816-4:1998, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements of non-rotating
parts — Part 4: Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives
ISO 11086:1996, Gas turbines — Vocabulary
ISO 11042-1:1996, Gas turbines — Exhaust gas emission — Part 1: Measurement and evaluation
ISO 11042-2:1996, Gas turbines — Exhaust gas emission — Part 2: Automated emission monitoring
ISO 13691:2001, Petroleum and natural gas industries — High-speed special-purpose gear units
1)
ISO 13709:— , Centrifugal pumps for petroleum, petrochemical, and natural gas industries
IEC 60034-1, Rotating elecrical machines — Part 1: Rating and performance
IEC 60079 (all parts), Electrical apparatus for explosive gas atmospheres
ANSI B 31.3, Chemical plant and petroleum refinery piping
ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX
ASTM A-194, Carbon and alloy steel nuts for bolts for high-pressure and high-temperature service
ASTM A-307, Carbon steel externally threaded standard fasteners
NACE MR-0175, Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Materials for Oilfield Equipment
1) To be published.
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3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 3977, the terms and definitions given in ISO 3977-1, ISO 3977-4, ISO 3977-8,
ISO 3977-9 and ISO 11086, and the following apply.
3.1
aeroderivative
aircraft propulsion gas generator adapted to drive mechanical, electrical or marine propulsion equipment
3.2
anti-icing system
system to heat up the air entering the air filter or compressor to prevent the formation of frost or ice on the filters or
compressor inlet
3.3
area classification
classification of an area according to differing degrees of probability with which concentrations of flammable gases
or vapours may arise
3.4
atomizing air
compressed air used to aid formation of finely dispersed spray from liquid fuel nozzles
3.5
bi-fuel operation
simultaneous operation of the gas turbine on two dissimilar fuels (not pre-mixed), such as gas and distillate
3.6
back draft damper
arrangement with excentrically pivoted vane(s) designed to close and seat when through flow is reversed
NOTE Their function is to prevent backflow through a unit on standby in a spared installation. The dampers are installed in
the fan discharge.
3.7
coalescing element
arrangement of fibrous material with special properties which accumulates, entraps and drains moisture from a
main air stream
3.8
column mounting
arrangement whereby a baseplate is mounted at discrete points
3.9
cooling period
period in time immediately following the shutdown of the gas turbine during which precautions have to be taken to
protect the unit
EXAMPLE During lubrication and turning.
3.10
critical speed
rotating speed which corresponds to resonant frequencies of the system and of the forcing phenomena
NOTE If the frequency of any harmonic component of a periodic forcing phenomenon is equal to, or approximates the
frequency of any mode of rotor vibration, a condition of resonance may exist. If resonance exists at a finite speed, that speed is
called a critical speed.
3.11
driven unit
components of plant being driven by the gas turbine
EXAMPLES Generator, pump or compressor.
3.12
dual fuel system
system which allows the gas turbine to operate on two dissimilar fuels separately
3.13
electrical and mechanical run out
total indicated reading from an inductive gap measuring transducer targeted on the rotor's designated vibration
monitoring track when the rotor is rotating at very low speed (slow roll) in the gas turbine or is turned on V blocks
supported on its bearing surface
NOTE This will include mechanical (eccentricity, ovality or any surface irregularity) and electrical (residual magnetism and
non-uniformity of the electrical properties of the rotor surface material) effects.
3.14
enclosure
housing over the gas turbine usually designed for acoustic cooling and/or fire retention purposes
NOTE It also may be used to segregate gas turbine cooling and a hazardous area.
3.15
emergency shutdown
immediate manually or automatically initiated shutdown of the gas turbine to prevent/minimize hazards, danger to
personnel or impending damage
3.16
filter stage
section of a filter system which is designed to remove specific site contaminants at a prescribed efficiency and
pressure drop
NOTE A stage may be a specific media, an inertial separator, a mist eliminator, or a self-cleaning section. Multistage filters
are combinations of the various filter stages.
3.17
foreign object damage
damage to a gas turbine component from the passage of an object not belonging to the gas turbine
3.18
high-pressure spool
compressor and turbine rotor assembly of high-pressure stages when driven by a turbine independent of the low
pressure stages
3.19
hot gas path temperatures
temperatures of the combustion gases, anywhere in the hot section of the gas turbine, normally measured at a
point downstream of the combustion system
3.20
inertial mist eliminator
arrangement of vertical chord-wise curved louvres with entrainment lips on the pressure side trailing edge which
separates by inertia effect, entraps and drains moisture from a main air stream
3.21
inlet plenum
compartment immediately upstream of the compressor inlet
NOTE This is more commonly applicable to aeroderivative gas turbines which require an undisturbed flow into the
compressor.
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3.22
landfill gas operation
operation of the gas turbine on a fuel gas which has been produced by a natural decomposition process of waste
material
3.23
loading
application of load to the gas turbine via the driven unit, generator, pump or compressor
3.24
low-pressure spool
compressor and turbine rotor assembly of low-pressure stages when driven by a turbine independent of the high-
pressure stages
3.25
lower explosion level
lowest concentration of combustible gas in air at which ignition is possible, and at which the combustion will
propagate through the mixture without the supply of external energy
3.26
mal-synchronization
connection of an alternator to an electrical system when the phase of the alternator voltage does not match that of
the system
3.27
maximum continuous speed
〈for generator drive applications〉 speed equal to the specified upper system frequency
3.28
maximum continuous speed
〈for mechanical drive applications〉 speed equal to the 105 % of the highest speed required by any of the driven
machine specified operating conditions
3.29
multiplane dynamic balancing
balancing by spinning a rotor on bearings and applying corrections at balancing planes along its length
3.30
net specific energy
minimum energy within a fuel of given constant constituents without latent heat from condensation of water
resulting from combustion
NOTE 1 Expressed in J/m [15 °C and 101,3 kPa (1,013 25 bar)] or J/kg.
NOTE 2 Net specific energy is also known as net calorific value or lower heating value.
3.31
off-line compressor washing
procedure for cleaning the compressor by soaking in a cleaning fluid whilst slowly turning the gas turbine
3.32
on-line compressor washing
procedure for cleaning the compressor by injecting cleaning fluid into the compressor inlet with the gas turbine
loaded
3.33
operating speed range
range from the minimum to maximum continuous speed defined by the requirements of the application, as limited
by the gas turbine design
3.34
packager
supplier having responsibility for coordinating the technical aspects of the equipment, and all auxiliary systems
included in the scope of the supply
NOTE This includes responsibility for such factors as the power requirements, speed, rotation, general arrangement,
couplings, dynamics, noise, lubrication, sealing system, material test reports, instrumentation, piping and testing of components.
3.35
potential maximum power
expected power capability when the gas turbine is operated at maximum allowable firing temperature, rated speed,
or other limiting conditions as defined by the manufacturer and within the range of specified site values
3.36
process controller
control of a process variable, such as driven unit pump suction pressure, via the control of the gas turbine speed
3.37
quill shafts
shaft of reduced section designed to be torsionally and laterally flexible
NOTE It may also be designed to fail when the drive torque exceeds a predetermined value.
3.38
reset
action, usually manual, to allow the control system to prepare for a further start attempt following a fault shutdown
or unsuccessful start condition
3.39
residual magnetism
magnetism inducted into a magnetic material by exposure to magnetic fields during manufacture or service
3.40
ribbon cable wiring
multiple conductors arranged in parallel, insulated from each other in a flat form
3.41
rotor blade
blade fitted to the rotor (sometimes referred to as a bucket) as opposed to the blades fitted to the stator (referred to
as blades, stator blades or nozzles)
3.42
rotor dynamics
analysis of the motion of a rotor-bearing support system with respect to lateral and torsional perturbations
3.43
safe area
area in which explosive atmospheres are expected to be present in low quantities so that special precautions for
the ignition sources are not necessary
3.44
self-sustaining speed
minimum speed of rotation of the gas turbine's rotor under normal operation in which no external power supplied by
a starting device is required to maintain steady-state operation
3.45
service life
duration that a component will fulfil its function under operating conditions
6 © ISO 2002 – All rights reserved
3.46
shear type coupling
shear pin
coupling which drives through a bolt(s) in shear which has (have) a reduced cross section, in line with the coupling
flange to flange interface, which is designed to fail when the drive torque exceeds a predetermined value
3.47
shutdown, automatic
stopping of the gas turbine which is fully executed by the control system from a single operator action
NOTE This type of stopping normally will not lock out further start attempts, and will not require reset action.
3.48
shutdown, manual
stopping of the gas turbine which is manually initiated or controlled at each step
NOTE This type of stopping normally will not lock out further start attempts, and will not require reset action.
3.49
shutdown, semi-automatic
shutdown of the gas turbine which is in part manually initiated or controlled
NOTE This type of shutdown normally will not lock out further start attempts, and will not require reset action.
3.50
starting
action of starting the gas turbine, through all parts of the package start cycle
3.51
stranded conductors
cable having a multiplicity of wires making up the core conductor
3.52
un-interruptible power supply
power supply that is maintained for a stated period under main grid failure conditions
3.53
Wobbe index
WI
heating value of the fuel divided by the square root of the specific gravity (relative to air)
[ISO 3977-4]
NOTE 1 The heat input from the gas fuel through the governor fuel valve under defined conditions is directly proportional to
the Wobbe index.
NOTE 2 Alternative definitions for Wobbe index exist and the way of defining the Wobbe index for gases should be agreed
upon between the purchaser and packager.
3.54
Zone I/Div I
area in which an explosive atmosphere is likely to occur in normal operation
3.55
Zone II/Div II
area in which an explosive atmosphere is not likely to occur in normal operation and, if it occurs, it will only exist for
a short time
4 Basic requirements
4.1 General
This clause covers the basic requirements for the procurement of gas turbines and gas turbine systems for all
applications, including combined-cycle systems, and their auxiliaries by a purchaser from a packager. Additional
requirements for special gas turbine applications are described in ISO 3799-5. It provides assistance and technical
information to be used in the procurement.
4.2 Site-specific conditions
4.2.1 Site conditions
The purchaser shall furnish accurate site condition data to the packager on data sheets such as those shown in
annex A. The purchaser shall specify whether the package is intended for indoor or outdoor installation.
4.2.2 Site operating point
The purchaser shall specify the site-specific operating point(s) on the data sheets (similar to those included in
annex A, Table A.1). Unless otherwise specified, the gas turbine shall be designed to provide site rated power with
no negative tolerance, at the heat rate tolerance quoted.
4.2.3 Preliminary design review
Many factors (such as piping and ducting loads, alignment at operating conditions, supporting structure and
assembly at the site) can adversely affect site performance. To minimize the influence of these factors, the
packager shall review and comment on the purchaser's piping, ducting and foundation drawings.
4.3 Operational requirements
4.3.1 Operational criteria
The package shall operate on the test stand and/or on its permanent foundation within the specified acceptance
criteria.
The gas turbine package shall be mechanically designed for continuous service at design power output. All
components of the package shall be designed for service at potential maximum power corresponding to the peak
load or low ambient temperature characteristics; i.e. components such as couplings, gears and driven machines
shall not impose a mechanical limit on the output from the unit.
When a unit operates intermittently at a rating higher than peak rating, it may have components rated at higher
power levels or with shorter life expectancy.
The purchaser shall specify the available utility supplies on the data sheets. The packager shall provide the
required utility requirements on the data sheets (see annex A, Table A.1).
4.3.2 Temperature and speed limits
Within the packager's allowable temperature range, the following requirements shall be satisfied.
Equipment shall be run without damage or need for inspection at the overspeed resulting from the instantaneous
loss of maximum potential load with the speed control system fully functional.
Equipment shall not fail at the overspeed resulting from the following:
a) instantaneous loss of maximum potential load with the fuel control valve failed in the full open position;
b) instantaneous loss of load resulting from failure of the main drive coupling (e.g. shear pin coupling).
8 © ISO 2002 – All rights reserved
The packager shall advise the purchaser of any inspection that would be required if such overspeed conditions
occur.
Attention is drawn to the necessity of also ensuring that all coupled equipment (including auxiliaries, etc.,
electrically, mechanically or hydraulically coupled) will withstand the corresponding overspeed.
4.3.3 Starting requirements
The purchaser shall define any operating requirements which impact the start cycle sequence or duration.
The package design shall permit immediate restarting from any condition (i.e. hot starts or cold starts). Any
restrictions shall be defined in the proposal. Any turning device necessary to meet this requirement shall be
provided by the manufacturer (see 6.2).
4.3.4 Transient requirements
Operational stability under transient load conditions shall meet the requirements as specified by the purchaser.
These requirements should be clearly defined by a relationship of load, speed and time parameters.
4.3.5 Control requirements
The package control system designed by the packager shall provide for sequenced startup, stable operation,
warning of abnormal conditions, monitoring of operation, and shutdowns of the package in the event of impending
damage to the unit (see clause 6).
4.3.6 Instrumentation and communication
The purchaser shall specify requirements for instrumentation, data acquisition, data transmission and system
interface with the total facility (see clause 6).
4.3.7 Fuels
The fuel system shall be operable with the normal fuel or any alternative or starting fuel specified in ISO 3977-4.
The packager shall advise the purchaser of the effects of the fuel(s) on gas turbine package operation and
equipment life.
4.3.8 Exhaust emissions
The exhaust emissions from gas turbines (mainly NO , CO, UHC, SO , smoke and particulates) depend to a large
x x
extent on the fuels used and the operating conditions of the gas turbine. Therefore the conditions for the specified
exhaust emission limits to be met shall be agreed between the purchaser and packager.
If not otherwise specified, the limit values required by national legislation valid in the country where the gas turbine
operates shall be met. Where no national legislation exists, the limit values shall be agreed between the purchaser
and packager.
In all cases, the exhaust emission measurement shall be carried out according to ISO 11042-1 and ISO 11042-2.
The exhaust emissions control technique shall be specified by the purchaser (see 4.6.2 and 5.2.8.5).
4.3.9 Noise emissions
If sound control is specified, the requirements of ISO 3977-4 shall apply. Any special near field or far field or
neighborhood sound restrictions that are applicable shall be specified by the purchaser in the data sheets.
The permitted near-field, far-field and inside-buildings noise levels shall be provided by the purchaser.
The noise emission measurement of the gas turbine and gas turbine package shall be carried out according to
ISO 10494.
4.4 Service requirements
4.4.1 Design life
Unless otherwise specified, the gas turbine packages covered by this part of ISO 3799 shall be designed and
constructed by the packager for the following minimum design criteria (corresponding to class D, range IV, defined
in ISO 3977-2:1997):
a design life of 20 years or 100 000 operating hours, whichever occurs first;
a hot gas path inspection interval of 8 000 h;
a time between major overhauls of 24 000 h.
Shorter inspection and major overhaul intervals may result from
operation with fuels other than natural gas,
applications with water or steam injection,
operating regimes other than class D, range IV, or
special designs.
It is the packager's responsibility to identify in his proposal any special equipment and maintenance procedures
necessary to achieve the aforesaid life and service intervals.
4.4.2 Responsibility for the unit
The packager shall be responsible for the gas turbine package performance and mechanical integrity.
4.4.3 Inspection schedule
Recommended inspections, normal maintenance and major overhaul intervals shall be stated in the packager's
proposal.
All equipment shall be suitable for periods out of operation up to a minimum of 4 weeks, under specified site
conditions, without requiring any special maintenance procedures.
4.4.4 Inspection and maintenance access
The package shall be designed for ease in servicing and to provide adequate clearances necessary to perform all
maintenance to be done between hot gas path inspection. Special tools and procedures shall be stated in the
packager's proposal.
Provision shall be made for the complete inspection of all rotating gas path and combustion system components,
using borescopes or other devices, without major disassembly of the gas turbine. The packager shall provide
details of the procedures and any special equipment to be used.
4.4.5 Power train maintainability
All major equipment shall be designed to permit rapid and economical maintenance. Parts such as casing
components and bearing housings shall be designed (shouldered or cylindrically doweled) and manufactured to
ensure accurate alignment during reassembly. Stationary vanes, nozzles, seals, bearings, diaphragms, modules
and the rotating elements shall preferably be replaceable at site. If required, the packager's proposal shall describe
the special tooling needed for the above purposes. If the equipment designs do not permit such replacement, the
packager shall state in his proposal the procedures required for carrying out such repairs.
10 © ISO 2002 – All rights reserved
4.5 Rotating equipment requirements
4.5.1 Coupling and guards
Couplings shall be sized for maximum continuous torque, based on the potential maximum power capability that
can be delivered.
For power generation service, the generator load coupling shall be sized to withstand the worst case of generator
fault conditions unless a shear-type coupling is provided.
The couplings shall be dynamically balanced on an individual component basis and then assembled into a
completed coupling which is also dynamically balanced as an assembly.
Coupling-to-shaft connections shall be designed and manufactured so as to be capable of transmitting power at
least equal to the maximum continuous torque rating of the coupling.
Coupling spacer length shall allow removal and replacement of bearings and seals without disturbing the main
equipment casings. Where this is impractical, the removal of components shall be kept to a minimum and the
driven equipment should not be disturbed.
When specified, the main load couplings shall conform to ISO 10441. The coupling make, type and mounting
arrangements shall be agreed by the purchaser and packager. A spacer-type coupling shall be provided unless
otherwise specified.
4.5.2 Auxiliary gears
The gas turbine driver may utilize auxiliary gears for starting and turning functions, lubrication pump, liquid fuel
pumps, and bearing sump scavenging pumps. Main load gears may utilize auxiliary gearing for main load train
lubrication pump drives and starting and turning functions.
Auxiliary gears shall comply with an agreed standard, and shall be rated for at least 110 % of the maximum power
transmitted.
4.5.3 Load gears
Unless otherwise specified, the load gear design, testing and application shall comply with ISO 13691 and the
purchaser's specifications. Pertinent gear loading data shall be designated by the purchaser.
The minimum power ratings of load gears shall be at least equal to the maximum power output of the gas turbine
per the purchaser's stated ambient temperature range. If this results in an excessively large gear rating, the
packager and purchaser may mutually agree on an actual gear rating or power limiting control device.
The minimum load shall also be considered in the design of the load gear, taking into account critical speeds and
bearing stability. The purchaser shall specify the minimum load.
4.5.4 Driven equipment
4.5.4.1 General
Typically the gas turbine driven equipment will comprise
a) axial compressors,
b) centrifugal compressors,
c) centrifugal pumps,
d) a.c. power generators,
or combinations thereof.
4.5.4.2 Centrifugal and axial compressors
Unless otherwise specified, centrifugal compressor design, testing and installation shall be in accordance with
ISO 10442 and the purchaser's specifications. For axial compressors, ISO 10442 may be used as a guideline.
Compressor equipment may include seal oil or seal gas arrangements. Where seal oil systems are utilized, a
combined seal oil/lubrication oil system shall be utilized only with purchaser's approval. If separate systems are
specified, the means of preventing interchange of oil between the two systems shall be described in the packager's
proposal.
Compressor performance requirements, including gas flow rates, operating pressure, temperature ranges and gas
composition, shall be provided by purchaser.
4.5.4.3 Centrifugal pumps
Unless otherwise specified, centrifugal pump design, testing and installation shall be in accordance with ISO 13709
and the purchaser's specifications.
Centrifugal pump performance requirements with regard to flow rates, operating pressures and temperature
ranges, and liquid fluid properties shall be provided by purchaser.
4.5.4.4 Reciprocating compressors
Gas turbine driven reciprocating compressor packages are not addressed by this part of ISO 37899. The purchaser
and packager shall mutually agree upon the unique design issues of torsional vibration and specific packaging
provisions associated with reciprocating compressors.
4.5.4.5 Generators
Generators shall be designed according to the purchaser's requirements and specifications and meet the
requirements of IEC 60034-1.
The generator rating, as well as the electrical hardware and instrumentation to be provided by the packager, shall
be specified by the purchaser.
The packager shall provide equipment as indicated on data sheets such as given in annex A, Table A.6. The
purchaser and the packager shall agree on the scope of the supply and location of the required equipment.
When specified, inspection and testing shall be in accordance with ISO 3977-8.
The package design shall be capable of withstanding short-circuit conditions, or malsynchronisation, without
permanent damage to the machinery train. Where these requirements cannot be satisfied without the use of torque
limiting devices (i.e. shear pins, quill shafts, etc.), then this fact shall be adequately outlined in the packager's
proposal.
4.5.5 Mechanical drives (variable speed application)
The output shaft operating speed range of gas turbine units for mechanical drive applications shall be suitable for
meeting all the operating conditions specified by the purchaser on the data sheets. Where only one operating
condition is specified for an application, the speed range for single-shaft machines is typically a maximum of 25 %
(from 80 % to 105 % of the rated speed) and the speed range for two or more shaft machines is typically a
maximum of 55 % (from 50 % to 105 % of the rated speed). The actual speed range shall be mutually agreed
between the purchaser and packager. The gas turbine shall have satisfactory mechanical performance at all
operating conditions specified on the data sheets and within the range among those conditions. The unit shall be
capable of operation, without damage, to the trip speed setting at all operating conditions.
The startup and shutdown procedures can only be initiated when certain predefined safety criteria associated with
the process plant, which have to be agreed between the purchaser and packager, are met. This also implies that
the plant control valves will be activated in a predefined sequence. Mechanical constraints and process limitations
shall be considered in establishing these procedures (see 6.2).
12 © ISO 2002 – All rights reserved
4.6 Other equipment requirements
4.6.1 Compartment enclosure(s)
When specified, suitable enclosure(s) shall be provided to meet the purchaser's acoustical, weatherproofing and/or
fire protection requirements. Enclosure(s) shall be designed to ensure that the package can meet the operation,
maintenance, service life and safety requirements.
4.6.2 Steam or water injection
When specified, the gas turbine shall be designed to permit steam or water injection for either increasing the power
capability of the unit or for emission control. The packager shall specify the required quality and quantity of the
injection fluid (see 5.2.8.5).
4.6.3 Oil reservoirs and housings
Oil reservoirs and housings that enclose moving lubricated parts (such as bearings, shaft seals, highly polished
parts, instruments and control elements) shall be designed to minimize contamination by moisture, dust and other
foreign matter during periods of operation and idleness.
4.6.4 Motor and electrical
Motors, electrical components, and electrical installations shall meet the requirements of the relevant parts of
IEC 60079. For the area hazard classification, the equipment supplied by the packager shall meet the requirements
of IEC 60079-10, or as specified by the purchaser.
4.6.5 Special tools and dynamics
When special tools and fixtures are required by the purchaser to disassemble, assemble or maintain the package,
they shall be included in the quotation and, when specified, furnished as part of the initial supply of the package.
For multiple unit installations, the requirements for quantities of special tools and fixtures shall be mutually agreed
upon by the purchaser and packager. These or similar special tools shall be used during shop assembly and post-
test disassembly of the equipment.
When special tools are provided, they shall be packaged in separate permanent tool boxes and marked "Special
tools for (tag/item number)". Each tool shall be stamped or metal tagged to indicate its intended use.
4.6.6 Dry low emissions combustion
When specified by the purchaser the gas turbine shall be equipped with dry low emissions combustion (DLE) to
control NO and CO emissions. The packager shall demonstrate to the purchaser that his system is free from
x
damaging rumble, acoustic and flashback phenomena.
4.6.7 Exhaust catalytic converters
When specified by the purchaser, the gas turbine shall be equipped with an exhaust catalytic converter to meet
more stringent emissions legislation.
4.7 Vibrations and dynamics
4.7.1 General
This section is concerned with the rotordynamics of the gas turbine as well as with the associated driven
equipment.
Vibrations affect availability and safety, and can cause damage to equipment. Vibrations are generally the
response of systems to excitations. The best known excitation of turbomachinery is unbalance, causing lateral
vibrations. The rotor speed at resonance condition is also called the critical speed. Lateral vibrations can be
measured and are used f
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 3977-3
Première édition
2002-07-01
Turbines à gaz — Spécifications pour
l'acquisition —
Partie 3:
Exigences de conception
Gas turbines — Procurement —
Part 3: Design requirements
Numéro de référence
©
ISO 2002
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Imprimé en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.3
4 Exigences fondamentales.8
4.1 Généralités .8
4.2 Conditions spécifiques du site .8
4.3 Exigences de fonctionnement.9
4.4 Exigences de service .10
4.5 Exigences relatives aux équipements rotatifs .11
4.6 Autres exigences relatives aux équipements.14
4.7 Vibrations et dynamique.14
5 Conditionnement et équipements auxiliaires.20
5.1 Conception de base de l'ensemble.20
5.2 Equipements auxiliaires.23
6 Commande et instrumentation.38
6.1 Systèmes de commande.38
6.2 Démarrage .39
6.3 Prise de charge .39
6.4 Diminution de charge et arrêt.39
6.5 Ventilation et purge .41
6.6 Dosage du combustible .42
6.7 Régulation et limitation.43
6.8 Lutte antipollution .45
6.9 Contrôle de survitesse.45
6.10 Systèmes de protection .46
6.11 Systèmes de lavage de compresseur.49
6.12 Considérations relatives au système de commande.49
6.13 Installation du tableau de commande .51
6.14 Exploitabilité et diagnostic .51
6.15 Communications des données .51
6.16 Applications spéciales.52
Annexe A (informative) Fiches techniques.53
Annexe B (informative) Liste des normes nationales ou internationales adéquates .65
Bibliographie.67
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 3977 peuvent faire l'objet
de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas
avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 3977-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 192, Turbines à gaz.
L'ISO 3977 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Turbines à gaz — Spécifications pour
l'acquisition:
— Partie 1: Introductions générales et définitions
— Partie 2: Conditions normales de référence et caractéristiques
— Partie 3: Exigences de conception
— Partie 4: Carburants et environnement
— Partie 5: Applications pour les industries du pétrole et du gaz naturel
— Partie 7: Informations techniques
— Partie 8: Contrôle, essais, installations et mise en service
— Partie 9: Fiabilité, disponibilité, maintenabilité et sécurité
Les annexes A et B de la présente partie de l'ISO 3977 sont données uniquement à titre d'information.
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NORME INTERNATIONALE ISO 3977-3:2002(F)
Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition —
Partie 3:
Exigences de conception
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 3977 couvre les exigences de conception pour l'acquisition par un acheteur auprès d'un
ensemblier de toutes applications de turbines à gaz et de systèmes de turbine à gaz, y compris les turbines à gaz
pour systèmes à cycle combiné, et leurs auxiliaires. Elle fournit de plus une aide et des informations techniques à
utiliser lors de l'acquisition.
La présente partie de l'ISO 3977 n'est pas destinée à traiter des réglementations légales ou locales ou nationales
auxquelles l'installation peut être amenée à se conformer.
La présente partie de l'ISO 3977 s'applique aux turbines à gaz à cycle simple, cycle combiné et cycle avec
récupération fonctionnant dans des systèmes ouverts. Elle exclut les turbines à gaz utilisées pour la propulsion
d'aéronefs, de machines de construction de routes et de terrassement, de tracteurs de types agricoles et
industrielles et de véhicules routiers.
Pour les turbines utilisant des sources de chaleur spéciales (par exemple des procédés chimiques, des réacteurs
nucléaires, des foyers pour chaudière suralimentée), la présente partie de l'ISO 3977 peut être utilisée comme
base.
Les parties correspondantes de l'ISO 3977 s'appliquent aux systèmes fermés et semi-fermés.
NOTE Des exigences supplémentaires pour des applications particulières de turbines à gaz sont décrites dans l'ISO 3977-5.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 3977. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 3977 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
NOTE Dans le cas où il n'y a pas de Normes internationales disponibles, les normes nationales indiquées dans l'annexe B
peuvent être utilisées comme lignes directrices après accord mutuel entre le client et l'ensemblier.
ISO 1940-1:1986, Vibrations mécaniques — Exigences en matière de qualité dans l'équilibrage des rotors
rigides — Partie 1: Détermination du balourd résiduel admissible
ISO 3448, Lubrifiants liquides industriels — Classification ISO selon la viscocité
ISO 3977-1:1997, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 1: Introduction générale et définitions
ISO 3977-2:1997, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 2: Conditions normales de référence
et caractéristiques
ISO 3977-4:2002, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 4: Carburants et environnement
ISO 3977-7:2002, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 7: Informations techniques
ISO 3977-8:2002, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 8: Contrôle, essais, installation et
mise en service
ISO 3977-9:1999, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 9: Fiabilité, disponibilité, maintenance
et sécurité
ISO 7919-1:1996, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d'évaluation — Partie 1: Directives générales
ISO 7919-2:2001, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres
tournants — Partie 2: Turbines à vapeur et alternateurs installés sur fondation radier, excédant 50 MW avec des
vitesses normales de fonctionnement de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min
ISO 7919-4:1996, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d'évaluation — Partie 4: Turbines à gaz
ISO 10436:1993, Industrie du pétrole et du gaz naturel — Turbines à vapeur tous usages pour service en raffinerie
ISO 10441:1999, Industrie du pétrole et du gaz naturel — Accouplements flexibles pour transmission de puissance
mécanique — Applications spéciales
1)
ISO 10442:— , Industrie du pétrole et du gaz naturel — Compresseurs d'air centrifuges assemblés à
multiplicateur intégré de la chimie
ISO 10494:1993, Turbines à gaz et groupes de turbines à gaz — Mesurage du bruit aérien émis — Méthode
d'expertise/de contrôle
ISO 10814:1996, Vibrations mécaniques — Susceptibilité et sensibilité des machines aux balourds
ISO 10816-1:1995, Vibrations mécaniques — Évaluations de vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 1: Directives générales
ISO 10816-2:1996, Vibrations mécaniques — Évaluations de vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 2: Turboalternateurs installés sur fondation radier, excédant 50 MW
ISO 10816-4:1998, Vibrations mécaniques — Evaluations des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 4: Ensembles de turbines à gaz à l'exception des turbines dérivées de celles
utilisées en aéronautique
ISO 11086:1996, Turbines à gaz — Vocabulaire
ISO 11042-1:1996, Turbines à gaz — Emissions de gaz d'échappement — Partie 1: Mesurage et évaluation
ISO 11042-2:1996, Turbines à gaz — Emissions de gaz d'échappement — Partie 2: Surveillance des émissions
ISO 13691:1996, Industries du pétrole et du gaz naturel — Engrenages à grande vitesse pour applications
particulières
ISO 13709:1998, Pompes centrifuges utilisées dans les industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel
CEI 60034-1, Machines électriques tournantes — Partie 1: Caractéristiques assignées et caractéristiques de
fonctionnement
CEI 60079 (toutes les parties), Matériel électrique pour atmosphères explosives gazeuses
ANSI B 31.3, Chemical plant and petroleum refinery piping
1) À publier.
2 © ISO 2002 – Tous droits réservés
ASME, Boiler and Pressure Vessel Code Section IX
ASTM A 194, Carbon and alloy steel nuts for bolts for high-pressure and high-temperature service
ASTM A 307, Carbon steel externally threaded standard fasteners
NACE MR-0175-94
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 3977, les termes et définitions donnés dans l'ISO 3977-1,
l'ISO 3977-4, l'ISO 3977-8, l'ISO 3977-9 et l'ISO 11086, ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
aérodérivatif
générateur de gaz de propulsion d'aéronef adapté pour entraîner des équipements mécaniques, électriques ou de
propulsion marine
3.2
système antigivrage
système qui réchauffe l'air entrant dans le filtre à air ou le compresseur pour éviter la formation de givre ou de
glace sur les filtres l'admission du compresseur
3.3
classement de zone
classement d'une zone en fonction de différents degrés de probabilité d'atteindre des concentrations de gaz ou de
vapeurs inflammables
3.4
air de vaporisation
air comprimé utilisé pour faciliter la formation de fines gouttelettes du combustible liquide diffusé par les injecteurs
3.5
fonctionnement à deux combustibles
fonctionnement de la turbine à gaz avec deux combustibles différents simultanément (non mélangés au préalable)
par exemple du gaz et du distillat de pétrole
3.6
déflecteur de courant de refoulement
dispositif à aubes excentriques pivotantes conçu pour se fermer lorsque le flux est inversé
NOTE Leur fonction est d'éviter un refoulement des enceintes pressurisées en position de secours. Les déflecteurs sont
installés sur les décharges des ventilateurs.
3.7
élément coalescent
combinaison de matériaux fibreux ayant des propriétés particulières qui accumule, capture et évacue l'humidité
d'un flux d'air principal
3.8
montage sur colonne
montage par lequel une plaque de base est montée en des points précis
3.9
période de refroidissement
période immédiatement après l'arrêt de la turbine à gaz, pendant laquelle des précautions doivent être prises pour
protéger l'unité
EXEMPLE Pendant la lubrification et la rotation.
3.10
vitesse critique
vitesse correspondant aux fréquences de résonance du système et au phénomène de forçage
NOTE Si la fréquence d'une composante harmonique d'un phénomène de forçage périodique est égale à, ou proche de, la
fréquence d'un quelconque mode de vibration de rotor, il peut exister une condition de résonance; s'il y a résonance à une
vitesse définie, cette vitesse est appelée une vitesse critique.
3.11
unité entraînée
composants d'une installation entraînés par la turbine à gaz
EXEMPLES Générateur, pompe ou compresseur.
3.12
système dual fioul
système permettant de faire fonctionner la turbine séparément avec deux combustibles différents
3.13
excentricité électrique et mécanique
mesure totale indiquée par un capteur d'interstice à induction réglé sur la courbe de surveillance de vibration
désignée du rotor lorsque ce dernier est en rotation à très basse vitesse (rotation lente) dans la turbine à gaz ou
tourne sur des blocs lisses sur ses paliers d'appui
NOTE Ceci inclut des effets mécaniques (excentricité, ovalisation ou toute irrégularité de surface) et électriques
(magnétisme résiduel et manque d'uniformité des propriétés électriques du matériau de surface du rotor).
3.14
enceinte
encoffrement recouvrant la turbine à gaz, généralement conçu pour l'insonorisation, le refroidissement et/ou la
protection contre le feu
NOTE Il peut également être utilisé pour séparer le refroidissement de la turbine et une zone dangereuse.
3.15
arrêt d'urgence
arrêt manuel ou automatique de la turbine à gaz pour éviter/minimiser soit un phénomène dangereux soit un
danger pour le personnel ou un dommage imminent
3.16
étage de filtration
section d'un système de filtrage conçue pour éliminer des contaminants spécifiques d'un site avec une efficacité et
une perte de charge prescrits
NOTE Un étage peut être un média filtrant spécifique, un séparateur par inertie, un éliminateur de brouillard ou une section
autonettoyante. Les filtres multi-étages sont des combinaisons des différents étages de filtration.
3.17
dommage dû à un objet étranger
dégât d'un composant de turbine dû au passage d'un objet n'appartenant pas à la partie de la turbine à gaz à
laquelle le composant appartient
3.18
corps haute pression
étages haute pression d'un compresseur et d'un ensemble de rotor de turbine, entraînés par une turbine à gaz,
indépendants des étages basse pression
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3.19
températures de cheminement des gaz chauds
températures des gaz de combustion, où que ce soit dans la partie chaude de la turbine à gaz, mesurées
normalement à un point en aval du système de combustion
3.20
éliminateur de brouillard par inertie
dispositif de volets verticaux en forme de corde, avec des lèvres d'entraînement sur le bord de fuite du côté
refoulement, qui sépare par effet d'inertie, capture et évacue l'humidité du flux d'air principal
3.21
plenum d'admission
compartiment situé immédiatement en amont de l'admission du compresseur
NOTE Plus couramment applicable aux turbines à gaz aérodérivatives qui exigent l'admission dans le compresseur d'un
flux non perturbé.
3.22
fonctionnement à gaz de décharge
fonctionnement d'une turbine à gaz avec un gaz combustible produit par un procédé de décomposition naturelle de
déchets
3.23
prise de charge
application d'une charge à la turbine à gaz par une unité entraînée, un générateur, une pompe ou un compresseur
3.24
corps basse pression
étages basse pression d'un compresseur et d'un ensemble de rotor de turbine, entraînés par une turbine,
indépendants des étages haute pression
3.25
limite inférieure d'explosivité
la plus basse concentration de gaz combustible dans l'air à laquelle l'allumage est possible et la combustion se
propage dans le mélange sans apport d'énergie externe
3.26
défaut de synchronisation
connexion d'un alternateur à un système électrique lorsque les phases de la tension de l'alternateur ne
correspondent pas à celles du système
3.27
vitesse continue maximale
〈pour les entraînements de générateurs électriques〉 vitesse égale à la fréquence supérieure spécifiée du système
3.28
vitesse continue maximale
〈pour les entraînements mécaniques〉 vitesse égale à 105 % de la vitesse la plus élevée requise dans toutes les
conditions de fonctionnement spécifiées pour les machines entraînées
3.29
équilibrage dynamique multi-plans
équilibrage par rotation du rotor sur des paliers et corrections dans des plans d'équilibrage réparties sur sa
longueur
3.30
pouvoir calorifique inférieur
énergie minimum dans un combustible de constitution constante donné sans tenir compte de la chaleur latente de
la condensation de l'eau de combustion
NOTE 1 Exprimé en J/Nm [15 °C et 101,3 kPa (1,013 25 bar)] ou J/kg.
NOTE 2 Le PC 1 est aussi connu sous le terme d'énergie spécifique nette.
3.31
nettoyage de compresseur démonté
procédure de nettoyage du compresseur en l'immergeant dans un liquide de nettoyage tout en faisant tourner
lentement la turbine à gaz
3.32
nettoyage de compresseur monté
procédure de nettoyage du compresseur en injectant du liquide de nettoyage dans l'admission du compresseur, la
turbine à gaz étant sous charge
3.33
plage de vitesses de fonctionnement
gamme comprise entre les vitesses continues minimales et maximales définies par les exigences de l'application,
telles que limitées par la conception de la turbine à gaz
3.34
ensemblier
fournisseur chargé de coordonner les aspects techniques de l'équipement et tous les systèmes auxiliaires compris
dans l'étendue de la fourniture
NOTE La responsabilité comprend des facteurs tels que les exigences en matière de puissance, de vitesse, de rotation,
d'installation générale, d'accouplement, de dynamique, de bruit, de lubrification, de système d'étanchéité, de rapport d'essai de
matériaux, d'instrumentation, de conduits et d'essais des composants.
3.35
puissance maximale potentielle
capacité de puissance escomptée lorsque la turbine à gaz fonctionne à la température d'allumage maximale
autorisée, la vitesse nominale ou autres conditions limites telles que définies par le fabricant et dans les limites de
la plage de valeurs spécifiques du site
3.36
contrôleur de procédé
contrôle d'une variable de procédé, par exemple la pression d'aspiration d'une pompe d'unité entraînée, par la
régulation de la vitesse de la turbine à gaz
3.37
arbre creux
arbre de section réduite, conçu pour supporter des forces de torsion et rester flexible
NOTE Il peut également être conçu pour ne plus fonctionner lorsque le couple moteur dépasse une valeur prédéterminée.
3.38
réinitialisation
action, normalement manuelle, permettant au système de contrôle et de commande de se préparer à un nouvel
essai de démarrage après un arrêt par défaut ou un échec dans les conditions de démarrage
3.39
magnétisme résiduel
magnétisme induit à un matériau magnétique par l'exposition à des champs magnétiques au cours de la fabrication
ou de l'utilisation
3.40
câble-ruban
assemblage de plusieurs conducteurs en parallèle et à plat, isolés les uns des autres
6 © ISO 2002 – Tous droits réservés
3.41
ailette de rotor
ailette montée sur le rotor (parfois désignée par auget) et opposées aux ailettes montées sur le stator (également
appelées ailettes, ailettes de stator ou injecteurs)
3.42
dynamique du rotor
analyse du mouvement d'un système de support de paliers de rotor quant aux perturbations latérales et de torsion
3.43
zone de sécurité
zone dans laquelle une atmosphère explosive n'est pas susceptible de se trouver en quantités telles que des
précautions spéciales soient nécessaires pour les sources d'inflammation
3.44
vitesse minimale d'autonomie
vitesse minimale de rotation du rotor de la turbine à gaz dans les conditions normales de fonctionnement, ne
nécessitant aucune énergie externe d'un dispositif de démarrage pour maintenir le fonctionnement en régime
permanent
3.45
durée de vie
durée pendant laquelle un composant remplit sa fonction dans les conditions de fonctionnement
3.46
accouplement limite de cisaillement (clavette de sûreté)
accouplement entraînant au moyen d'une ou des vis à corps réduit, en ligne avec l'interface bride à bride
d'accouplement, conçu pour ne plus fonctionner lorsque le couple moteur dépasse une valeur prédéterminée
3.47
arrêt automatique
arrêt de la turbine à gaz, entièrement exécuté par le système de contrôle et de commande à partir d'une seule
action d'opérateur
NOTE Ce type d'arrêt n'empêche normalement pas des essais de démarrage ultérieurs et ne nécessite pas d'action de
réinitialisation.
3.48
arrêt manuel
arrêt de la turbine à gaz dont chaque étape est déclenchée ou commandée manuellement
NOTE Ce type d'arrêt n'empêche normalement pas des essais de démarrage ultérieurs et ne nécessite pas d'action de
réinitialisation.
3.49
arrêt semi-automatique
arrêt de la turbine à gaz qui est en partie déclenché ou commandé manuellement
NOTE Ce type d'arrêt n'empêche normalement pas des essais de démarrage ultérieurs et ne nécessite pas d'action de
réinitialisation.
3.50
démarrage
action de démarrer la turbine à gaz en passant par toutes les phases de l'ensemble du cycle de démarrage
3.51
conducteur divisé
câble constitué de nombreux fils qui forment l'âme du conducteur
3.52
alimentation sans coupure
alimentation maintenue pendant une période donnée en cas de défaillance du secteur
3.53
indice de Wobbe
WI
apport calorifique du combustible divisé par la racine carrée de la gravité spécifique (par rapport à l'air)
NOTE 1 L'apport calorifique du gaz combustible par la vanne de régulation dans des conditions définies est directement
proportionnel à l'indice de Wobbe
NOTE 2 D'autres définitions de l'indice de Wobbe existent et il convient que le mode de définition de cet indice pour les gaz
fasse l'objet d'un accord entre l'acheteur et l'ensemblier.
3.54
zone 1/Div 1
zone dans laquelle, en fonctionnement normal, une atmosphère explosive peut se produire
3.55
zone II/Div II
zone dans laquelle, en fonctionnement normal, il est peu probable qu'une atmosphère explosive se produise et si
elle existe, elle ne dure qu'un court instant
4 Exigences fondamentales
4.1 Généralités
Le présent article couvre les exigences fondamentales minimales pour l'acquisition de turbines à gaz et de
systèmes de turbine à gaz pour toutes applications, y compris les systèmes à cycle combiné et les auxiliaires par
un acheteur auprès d'un ensemblier. Des exigences supplémentaires pour des applications particulières de
turbines à gaz sont décrites dans l'ISO 3977-5. Elle fournit de plus une aide et des informations techniques à
utiliser lors de l'acquisition.
4.2 Conditions spécifiques du site
4.2.1 Conditions du site
L'acheteur doit fournir les conditions du site précises à l'ensemblier sur des fiches techniques conformément à
l'annexe A. L'acheteur doit préciser si l'ensemble est prévu pour une installation à l'extérieur ou dans un bâtiment.
4.2.2 Point de fonctionnement du site
L'acheteur doit spécifier le(s) point(s) de fonctionnement de l'ensemble spécifique(s) au site sur les fiches
techniques (semblables à celles inclues dans l'annexe A, Tableau A.1). Sauf spécification contraire, la turbine à
gaz doit être conçue pour fournir une puissance nominale in situ sans aucune tolérance négative, à la tolérance de
rendement énergétique proposée.
4.2.3 Revue de conception préliminaire
De nombreux facteurs (tels que les charges de tuyauterie et de conduit, l'harmonisation aux conditions de
fonctionnement, les structures de support ainsi que l'assemblage sur le site) peuvent affecter les performances in
situ. Pour minimiser l'influence de ces facteurs, l'ensemblier doit étudier et commenter les plans des tuyauteries,
des conduits et des fondations de l'acheteur.
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4.3 Exigences de fonctionnement
4.3.1 Critères de fonctionnement
L'ensemble doit fonctionner au banc d'essai et/ou sur ses fondations permanentes dans les limites des critères
d'acceptation spécifiés.
L'ensemble de turbine à gaz doit être conçu du point de vue mécanique pour un fonctionnement continu à la
puissance de sortie nominale. Tous les composants de l'ensemble doivent être conçus pour fonctionner à la
puissance maximale potentielle correspondant aux caractéristiques de charge maximale ou de température
ambiante basse, ce qui signifie que les composants tels que les accouplements, les engrenages et les machines
entraînées ne doivent pas imposer de restrictions mécaniques à la puissance de sortie de l'unité.
Lorsqu'une unité fonctionne de manière temporaire à un régime nominal supérieur au régime nominal maximal, elle
peut avoir des composants prévus pour des niveaux de puissance supérieurs ou qui ont une durée de vie
inférieure.
L'acheteur doit spécifier les fournitures de service disponibles sur les fiches techniques; l'ensemblier doit fournir les
exigences de service requises sur les fiches techniques (voir annexe A, Tableau A.1).
4.3.2 Limites de température et de vitesse
Dans les limites de la plage de températures autorisées par l'ensemblier, les exigences suivantes doivent être
satisfaites.
L'équipement doit fonctionner sans dommage ou sans nécessiter d'inspection à la survitesse due à la perte
instantanée de charge maximale lorsque le système de contrôle et de commande de vitesse est entièrement
opérationnel.
L'équipement ne doit présenter aucun défaut de fonctionnement à des survitesses dues à:
a) la perte instantanée de charge maximale en cas de défaillance de la vanne de régulation du combustible en
position d'ouverture totale;
b) la perte instantanée de charge résultant de la défaillance de l'accouplement d'entraînement principal (par
exemple l'accouplement à limite de cisaillement).
L'ensemblier doit informer l'acheteur de tout contrôle rendu nécessaire suite à de telles conditions de survitesse.
L'attention est attirée sur la nécessité de s'assurer aussi que tout équipement accouplé électriquement,
mécaniquement ou hydrauliquement, y compris les auxiliaires etc., supportent la survitesse correspondante.
4.3.3 Exigences relatives au démarrage
L'acheteur doit définir toutes les exigences de fonctionnement qui ont une influence sur la séquence ou la durée du
cycle de démarrage.
La conception de l'ensemble doit permettre un redémarrage immédiat dans toutes les conditions, (c'est-à-dire,
démarrage à chaud, démarrage à froid). Toutes les restrictions doivent être définies dans l'offre. Tout dispositif
tournant nécessaire pour satisfaire à cette exigence doit être fourni par le fabricant (voir 6.2).
4.3.4 Exigences relatives au régime transitoire
La stabilité de fonctionnement dans des conditions de charge transitoire doit satisfaire les exigences spécifiées par
l'acheteur. Il convient que ces exigences soient clairement définies par une relation entre les paramètres de
charge, de vitesse et de temps.
4.3.5 Exigences relatives à la commande
Le système de commande de l'ensemble conçu par l'ensemblier doit assurer un démarrage séquentiel, un
fonctionnement stable, l'avertissement de conditions anormales, la surveillance du fonctionnement et l'arrêt de
l'ensemble en cas de dommage imminent de l'unité (voir article 6).
4.3.6 Instrumentation et communication
L'acheteur doit spécifier les exigences en matière d'instrumentation, d'acquisition de données, de transmission de
données ainsi que d'interface système avec l'installation dans son ensemble (voir article 6).
4.3.7 Combustibles
Le dispositif d'alimentation en combustible doit pouvoir fonctionner avec le combustible normal ou tout combustible
de remplacement ou de démarrage spécifié dans l'ISO 3977-4. L'ensemblier doit informer l'acheteur des effets
du(des) combustible(s) sur le fonctionnement de l'ensemble de la turbine et sur la durée de vie de l'équipement.
4.3.8 Émissions de gaz d'échappement
Les émissions de gaz d'échappement de turbines à gaz (principalement NO , CO, UHC, SO , fumée et particules)
x x
dépendent fortement des combustibles utilisés et des conditions de fonctionnement de la turbine à gaz. Les
conditions pour les limites spécifiées d'émissions de gaz d'échappement à satisfaire doivent par conséquent être
convenues entre l'acheteur et l'ensemblier.
Sauf spécification contraire, les valeurs limites exigées par la législation nationale en vigueur dans le pays dans
lequel la turbine à gaz est installée doivent être respectées. Lorsqu'il n'existe pas de telle législation nationale, les
valeurs limites doivent être convenues entre l'acheteur et le fabricant.
Dans tous les cas, la mesure d'émission de gaz d'échappement doit être réalisée conformément à l'ISO 11042-1 et
l'ISO 11042-2. La technique de contrôle des émissions de gaz d'échappement doit être spécifiée par l'acheteur
(voir 4.6.2 et 5.2.8.5).
4.3.9 Émissions de bruit
Si le contrôle des émissions sonores est spécifié, les prescriptions de l'ISO 3977-4 s'appliquent. Toute restriction
particulière du bruit en champ proche, en champ éloigné ou dans l'environnement, applicable doit être spécifié par
l'acheteur dans les fiches techniques.
Les niveaux de bruit admissibles en champ proche, en champ éloigné et à l'intérieur des bâtiments doivent être
fournis par l'acheteur.
Dans tous les cas, les mesures d'émission de bruit doivent être réalisées conformément à l'ISO 10494.
4.4 Exigences de service
4.4.1 Durée de vie
Sauf spécification contraire, les ensembles de turbine à gaz couverts par la présente partie de l'ISO 3977 doivent
être conçus et fabriqués par l'ensemblier selon les critères de conception minimaux suivants (correspondant à la
classe D, catégorie IV, définie dans l'ISO 3977-2:1997):
une durée de vie de 20 ans ou de 100 000 h de fonctionnement, en fonction de la valeur atteinte en premier,
un intervalle d'inspection du cheminement des gaz chauds de 8 000 h,
un intervalle de 24 000 h entre les révisions majeures.
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Des intervalles d'inspection et de révision majeure plus courts peuvent être dus à:
un fonctionnement avec des combustibles autres que le gaz naturel,
des applications avec injection d'eau ou de vapeur,
des régimes de fonctionnement autres que ceux de la classe D, catégorie IV, ou
des conceptions particulières.
Il est de la responsabilité de l'ensemblier d'identifier dans son offre tout équipement et procédure de maintenance
particuliers nécessaires pour assurer les durées de vie et intervalles de service susmentionnés.
4.4.2 Responsabilité pour l'unité
L'ensemblier doit être responsable des performances et de l'intégrité mécanique de l'ensemble de turbine à gaz.
4.4.3 Programme de contrôle
Les recommandations en matière de contrôle, de maintenance de routine ainsi que d'intervalles de révisions
majeures doivent être établies dans l'offre de l'ensemblier.
Tout équipement doit pouvoir supporter des périodes de repos d'au moins quatre semaines, dans des conditions
de site spécifiées, sans nécessiter de procédures de maintenance particulières.
4.4.4 Accès pour contrôle et maintenance
L'ensemble doit être conçu pour faciliter l'entretien et assurer un espace adéquat pour réaliser la maintenance
nécessaire entre les contrôles du cheminement des gaz chauds. Des dispositions doivent être prises pour le
contrôle complet de tout cheminement des gaz et des composants du système de combustion en utilisant des
endoscopes ou d'autres dispositifs sans démontage majeur de la turbine à gaz. L'ensemblier doit fournir les détails
des procédures et tout équipement spécial à utiliser. Les outils et procédures particuliers doivent être indiqués
dans l'offre de l'ensemblier.
4.4.5 Maintenabilité de la transmission
Tous les équipements principaux doivent être conçus de manière à permettre une maintenance rapide et
économique. Les pièces telles que les composants de corps et les corps de paliers doivent être conçues (avec
épaulement ou guide de centrage) et fabriquées de manière à assurer un alignement précis lors du réassemblage.
Les ailettes fixes, injecteurs, joints, paliers, diaphragmes, modules ainsi que les éléments rotatifs doivent de
préférence être remplaçables sur place. Le cas échéant, l'offre de l'ensemblier doit décrire l'outillage spécial
nécessaire pour les besoins susmentionnés. Si la conception de l'équipement ne permet pas ce genre de
remplacement, l'ensemblier doit déclarer dans son offre les procédures nécessaires pour de telles réparations.
4.5 Exigences relatives aux équipements rotatifs
4.5.1 Accouplements et protecteurs
Les accouplements doivent être dimensionnés pour le couple continu maximal fondé sur la capacité de puissance
maximale potentielle qui peut être fournie.
Pour les services de production d'énergie, l'accouplement de charge du générateur doit être dimensionné pour
résister au cas le plus défavorable de conditions de défaillance du générateur sauf si un accouplement à limite de
cisaillement est fourni.
Les accouplements doivent être équilibrés de manière dynamique en tant que composants particuliers, puis
assemblés en un accouplement complet qui est également équilibré de manière dynamique en tant qu'ensemble.
Les connexions d'accouplement à l'arbre doivent être conçues et fabriquées pour transmettre une puissance au
moins égale au couple continu maximal nominal de l'accouplement.
La longueur des entretoises des accouplements doit permettre le retrait et le remplacement des paliers et des
joints sans déplacer les corps d'équipement principal. Lorsque ceci est impossible, le retrait des composants doit
se limiter au strict minimum et le fonctionnement des équipements entraînés ne doit pas être perturbé.
Lorsque spécifié, l'accouplement de la charge principale doit être conforme à l'ISO 10441. La réalisation de
l'accouplement, son type et les dispositions de montage doivent faire l'objet d'un accord entre l'acheteur et
l'ensemblier. Un accouplement à entretoise doit être fourni sauf spécification contraire.
4.5.2 Transmissions auxiliaires
L'entraînement de la turbine à gaz peut utiliser des transmissions auxiliaires pour des fonctions de démarrage et de
virage, des pompes de lubrification, des pompes à combustible liquide et des pompes de récupération des carters
de paliers. Les transmissions de charge principales peuvent utiliser des trains auxiliaires pour les entraînements de
pompe de lubrification de transmission principale ainsi que pour les fonctions de démarrage et de virage.
Les transmissions auxiliaires doivent être conformes à une norme convenue et doivent être conçus pour au moins
110 % de la puissance maximale transmise.
4.5.3 Transmissions de charge
Sauf spécification contraire, la conception, la réalisation des essais ainsi que l'application des transmissions de
charge doivent être conformes à l'ISO 13691 et aux spécifications de l'acheteur. Des données pertinentes en
matière de prise de charge des transmissions doivent être précisées par l'acheteur.
La puissance nominale minimale des transmissions de charge doit être au moins égale à la puissance maximale
de sortie de la turbine à gaz dans la plage de températures ambiantes déterminée par l'acheteur. Si ceci donne lieu
à des caractéristiques d'accouplement excessivement élevées, l'ensemblier et l'acheteur peuvent convenir de
caractéristiques d'accouplement données ou d'un dispositif de contrôle de limitation de la puissance.
La charge minimale doit également être considérée dans la conception de la transmission de charge, en tenant
compte des vitesses critiques et de la stabilité des paliers. L'acheteur doit spécifier la charge minimale.
4.5.4 Équipements entraînés
4.5.4.1 Généralités
Les équipements entraînés par turbine à gaz comprennent généralement
a) des compresseurs axiaux,
b) des compresseurs radiaux,
c) des pompes centrifuges,
d) des générateurs de courant alternatif,
ou des combinaisons de ces appareils.
4.5.4.2 Compresseurs radiaux et axiaux
Sauf spécification contraire, la conception, la réalisation des essais et l'installation de compresseurs radiaux
doivent être conformes à l'ISO 10442 et aux spécifications de l'acheteur. Pour les compresseurs axiaux,
l'ISO 10442 peut être utilisée comme ligne directrice.
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L'équipement du compresseur peut comprendre des dispositifs à huile d'étanchéité ou à gaz d'étanchéité. Lorsque
des systèmes à huile d'étanchéité sont utilisés, un système combiné huile d'étanchéité/huile de lubrification ne doit
être utilisé qu'après accord de l'acheteur. Si des systèmes séparés sont spécifiés, les moyens utilisés pour éviter
l'échange d'huile entre les deux systèmes doivent être décrits dans l'offre du fournisseur.
Les exigences de performance du compresseur, y compris les débits de gaz, la pression de fonctionnement, les
plages de températures et la composition du gaz doivent être fournies par l'acheteur.
4.5.4.3 Pompes centrifuges
Sauf spécification contraire, la conception, la réalisation des essais et l'installation de pompes centrifuges doivent
être conformes à l'ISO 13709 et aux spécifications de l'acheteur.
Les exigences de performance des pompes centrifuges pour ce qui concerne les débits, les pressions et les plages
de température de fonctionnement ainsi que les propriétés des fluides liquides doivent être fournies par l'acheteur.
4.5.4.4 Compre
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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