ISO 20816-2:2017

NORME ISO
INTERNATIONALE 20816-2
Première édition
2017-07
Vibrations mécaniques — Mesurage
et évaluation des vibrations de
machines —
Partie 2:
Turbines à gaz, turbines à vapeur et
alternateurs à paliers à film fluide
excédant 40 MW pour applications
terrestres, avec des vitesses nominales
de fonctionnement de 1 500 r/min,
1 800 r/min, 3 000 r/min et
3 600 r/min
Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine
vibration —
Part 2: Land-based gas turbines, steam turbines and generators in
excess of 40 MW, with fluid-film bearings and rated speeds of
1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min and 3 600 r/min
Numéro de référence
©
ISO 2017
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2017, Publié en Suisse
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. +41 22 749 01 11
Fax +41 22 749 09 47
copyright@iso.org
www.iso.org
ii © ISO 2017 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Modes opératoires de mesurage . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Mesurage des vibrations des parties non tournantes . 3
4.3 Mesurage des vibrations des arbres tournants . 5
5 Critères d’évaluation . 7
5.1 Généralités . 7
5.2 Critère I: Amplitude des vibrations . 8
5.2.1 Généralités . 8
5.2.2 Amplitude des vibrations à vitesse nominale dans des conditions de
fonctionnement en régime permanent . 8
5.2.3 Limites de fonctionnement en régime permanent .11
5.2.4 Amplitude des vibrations dans des conditions de régime non permanent
(fonctionnement en régime transitoire) .12
5.3 Critère II: Variation de l’amplitude des vibrations dans des conditions de régime
permanent à vitesse nominale .15
5.4 Modes opératoires/critères supplémentaires .16
5.5 Évaluation fondée sur les informations relatives aux vecteurs de vibrations .16
Annexe A (normative) Limites des zones d’évaluation des vibrations des parties non tournantes 17
Annexe B (normative) Limites des zones d’évaluation des vibrations des arbres tournants .18
Annexe C (informative) Exemple de positionnement des valeurs d’ALARME et
de DÉCLENCHEMENT .20
Annexe D (informative) Notes de mise en garde relatives à l’utilisation des critères de
vitesse de vibrations à des vitesses de rotation faibles .21
Annexe E (informative) Limites des zones d’évaluation et jeu des paliers .23
Bibliographie .24
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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ avant -propos .html
Le présent document a été préparé par le comité Technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant
les machines, les véhicules et les structures.
Cette première édition de l’ISO 20816-2 annule et remplace l’ISO 7919-2:2009 et l’ISO 10816-2:2009, qui
ont fait l’objet d’une révision technique.
La principale modification technique qui a été apportée par rapport à l’édition précédente est la
suivante: le domaine d’application a été étendu de sorte à ramener la limite de puissance inférieure des
turbines à vapeur et alternateurs de grande taille de 50 MW à 40 MW et des exigences ont été ajoutées
pour les turbines à gaz de grande taille avec des puissances excédant 40 MW, qui figuraient dans
l’ISO 7919-4 et l’ISO 10816-4. L’inclusion des turbines à gaz de grande taille dans le présent document a
pour conséquence l’amendement de l’ISO 7919-4 et de l’ISO 10816-4.
Une liste des parties qui composent la série ISO 20816 peut être consultée sur le site web de l’ISO.
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés

Introduction
L’ISO 20816-1 fournit les exigences générales pour l’évaluation des vibrations de divers types de
machines lorsque les mesurages des vibrations sont effectués tant sur des parties tournantes que
sur des parties non tournantes. Le présent document fournit des dispositions spécifiques concernant
l’évaluation des vibrations des corps ou supports de paliers et des arbres tournants des turbines à
gaz, turbines à vapeur et alternateurs pour applications terrestres de grande taille. Les mesurages
effectués à ces endroits reflètent l’état vibratoire de manière raisonnablement acceptable. Les critères
d’évaluation présentés, fondés sur l’expérience passée, peuvent être utilisés pour l’évaluation du régime
vibratoire des machines de ce type. Il convient de noter que dans les cas où le rapport entre la masse
des supports de paliers et celle du rotor est élevé, l’utilisation de valeurs de vibrations inférieures peut
être appropriée pour les corps ou supports de paliers.
Deux critères sont fournis pour évaluer les vibrations des machines lorsqu’elles fonctionnent dans des
conditions de régime permanent. Le premier tient compte de l’amplitude des vibrations observées,
alors que le second tient compte des variations d’amplitude. De plus, des critères différents sont fournis
pour les conditions de fonctionnement transitoire.
Les modes opératoires d’évaluation décrits dans le présent document sont basés sur des mesurages en
bande large. Cependant, grâce aux progrès de la technologie, l’utilisation de mesurages en bande étroite
ou de l’analyse spectrale est de plus en plus répandue, en particulier pour l’évaluation des vibrations,
pour la surveillance et pour les diagnostics. La spécification des critères relatifs à ces mesurages ne
relève pas du domaine d’application du présent document. Ces critères sont traités plus en détail dans
les parties pertinentes de l’ISO 13373, qui fournissent des dispositions concernant la surveillance des
vibrations des machines.
NORME INTERNATIONALE ISO 20816-2:2017(F)
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des
vibrations de machines —
Partie 2:
Turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs à paliers
à film fluide excédant 40 MW pour applications terrestres,
avec des vitesses nominales de fonctionnement de
1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min
1 Domaine d’application
Le présent document est applicable aux turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs (qu’ils soient
couplés à des turbines à gaz et/ou à vapeur) à paliers à film fluide pour applications terrestres, avec des
puissances utiles excédant 40 MW et des vitesses nominales de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min
et 3 600 r/min. Les critères fournis dans le présent document peuvent être appliqués aux vibrations des
paliers principaux des turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs (y compris les embrayages de
synchronisation). Le présent document fournit des dispositions concernant l’évaluation de la sévérité
in situ des vibrations en bande large suivantes:
a) vibrations de la structure de tous les corps ou supports de paliers principaux, mesurées radialement
(c’est-à-dire transversalement) par rapport à l’axe de l’arbre;
b) vibrations de la structure des corps de paliers de butée, mesurées axialement;
c) vibrations des arbres tournants, mesurées radialement (c’est-à-dire transversalement) par rapport
à l’axe de l’arbre, au droit ou à proximité des paliers principaux.
Il s’agit
— des vibrations dans des conditions normales de fonctionnement en régime permanent;
— des vibrations dans d’autres conditions (en régime non permanent), lorsque des fluctuations
transitoires se produisent, y compris pendant la montée en vitesse ou le ralentissement, le
chargement initial et les variations de charge;
— des changements de vibrations susceptibles de se produire durant un fonctionnement normal en
régime permanent.
Le présent document n’est pas applicable aux éléments suivants:
i) vibrations par excitation électromagnétique avec une fréquence de ligne double au droit du moyeu
et du carter du stator de l’alternateur;
ii) turbines à gaz aérodérivatives (y compris les turbines à gaz avec des propriétés dynamiques
similaires à celles des aérodérivatifs);
NOTE L’ISO 3977-3 définit les aérodérivatifs comme des générateurs de gaz de propulsion d’aéronef
adaptés pour entraîner des équipements mécaniques, électriques ou de propulsion marine. Il existe de
grandes différences entre les turbines à gaz en service intensif et les turbines à gaz aérodérivatives, par
exemple en termes de souplesse du carter, de conception des paliers, de rapport de masse rotor-stator et de
structure de montage. Par conséquent, des critères différents s’appliquent pour ces deux types de turbines.
iii) turbines à vapeur et/ou alternateurs avec des puissances inférieures ou égales à 40 MW ou avec des
vitesses nominales différentes de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min (bien que
les générateurs n’entrent guère dans cette dernière catégorie) (voir l’ISO 7919-3 et l’ISO 10816-3);
iv) turbines à gaz avec des puissances inférieures ou égales à 40 MW ou avec des vitesses nominales
différentes de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min (voir l’ISO 7919-3 ou l’ISO 7919-4
et l’ISO 10816-3 ou l’ISO 10816-4);
v) les modes opératoires d’évaluation des vibrations de la combustion mais n’empêche pas la
surveillance des vibrations de la combustion.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 20816-1:2016, Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de machines —
Partie 1: Lignes directrices générales
3 Termes et définitions
Aucun terme n’est défini dans le présent document.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp
4 Modes opératoires de mesurage
4.1 Généralités
Les modes opératoires et les instruments de mesurage doivent être conformes aux exigences générales
fournies dans l’ISO 20816-1.
L’ISO 20816-1 ainsi que le présent document couvrent les vibrations des parties non tournantes et des
arbres tournants. Toutefois, cela ne signifie pas que les deux séries de mesurages doivent être effectuées
sur une machine en particulier. Auparavant, il était d’usage pour certains utilisateurs et fabricants
d’utiliser uniquement des mesurages sur les parties non tournantes ou uniquement des mesurages
sur les arbres tournants, ou une combinaison des deux. Aujourd’hui, il est plus fréquent d’utiliser une
combinaison de ces deux types de mesurages, mais cela n’est pas obligatoire. Le choix de mesurer les
vibrations des parties non tournantes et/ou des arbres tournants dépend de l’application considérée et
doit toujours être convenu entre le fournisseur de la machine et l’acheteur avant l’installation.
Il convient de connaître les caractéristiques du système de mesurage en ce qui concerne les effets de
l’environnement. Il convient de s’assurer que le matériel de mesurage ne subit pas l’influence néfaste de
sources externes, parmi lesquelles :
a) les écarts de température;
b) les champs électromagnétiques;
c) les bruits aériens et les bruits solidiens, par exemple générés par les machines avoisinantes;
d) les variations de la source d’énergie du transducteur;
2 © ISO 2017 – Tous droits réservés

e) les vibrations de la combustion;
f) l’impédance des câbles;
g) la longueur du câble du transducteur;
h) l’orientation du transducteur;
i) les caractéristiques structurales de la fixation du transducteur.
Dans certains cas particuliers où des vibrations significatives à basse fréquence peuvent être transmises
à la machine, par exemple dans les zones sismiques, il peut être nécessaire de filtrer la réponse basse
fréquence des instruments.
Si les valeurs résultant de mesurages effectués sur des machines différentes ou à des moments
différents sont comparées, il convient de s’assurer que la même gamme de fréquences a été utilisée et
de relever les données lorsque la machine fonctionne dans des conditions stables avec la même vitesse
de rotation et la même charge.
4.2 Mesurage des vibrations des parties non tournantes
Pour la surveillance, le système de mesurage doit pouvoir mesurer les vibrations en bande large dans
une gamme de fréquences allant de 10 Hz à au moins 500 Hz. Toutefois, si les instruments servent
également au diagnostic, une gamme de fréquences plus étendue et/ou une analyse spectrale peuvent
être nécessaires. Par exemple, si la fréquence correspondant à la première vitesse de résonance (vitesse
critique) des rotors couplés est inférieure à 10 Hz, la limite inférieure de la plage linéaire du système de
mesurage doit être abaissée en conséquence.
Si le mesurage est effectué à l’aide d’un transducteur de vitesse et que des mesurages en deçà de 10 Hz
sont nécessaires, il est important de linéariser le signal de vitesse. Cela est particulièrement important
lors de l’évaluation de la vitesse de vibrations à des vitesses de rotation inférieures (voir l’ISO 2954).
Il convient d’effectuer le mesurage des vibrations à des endroits offrant une sensibilité suffisante aux
forces dynamiques de la machine. Cela nécessite généralement un mesurage dans deux directions
radiales sur chaque chapeau ou support de palier principal avec une paire de transducteurs
orthogonaux, comme illustré à la Figure 1 et à la Figure 2. Les transducteurs peuvent être placés dans
n’importe quelle position angulaire sur les corps ou supports de paliers, mais il est d’usage de suivre les
directions horizontale et verticale (c’est-à-dire les principaux axes de rigidité).
Il est admis d’utiliser un transducteur radial unique sur un chapeau ou support de palier à la place de la
paire de transducteurs orthogonaux, plus courante, s’il est établi que celui-ci donne des renseignements
suffisants sur l’amplitude des vibrations de la machine. Toutefois, en général, il convient de prendre
des précautions au moment d’évaluer les vibrations avec un seul transducteur au niveau d’un plan de
mesurage, puisque le transducteur risque de ne pas être orienté de manière à donner une approximation
raisonnable de la valeur maximale au niveau de ce plan.
Il n’est pas d’usage de mesurer les vibrations axiales sur les paliers principaux portant la charge radiale
dans le cadre de la surveillance continue du fonctionnement. Ce type de mesurage est principalement
utilisé pour les contrôles périodiques des vibrations ou à des fins de diagnostic. De ce fait, dans le
présent document, les critères de vibrations axiales ne sont indiqués que pour les paliers de butée
dont il est possible de déterminer la sévérité vibratoire en utilisant les mêmes critères que pour les
vibrations radiales (voir Tableau A.1). Pour les autres paliers, pour lesquels il n’existe pas de contrainte
axiale, il est admis d’utiliser une exigence moins stricte pour évaluer les vibrations axiales, à condition
que les tuyauteries et équipements auxiliaires ne subissent pas de répercussions négatives.
Il convient d’accorder une attention particulière au fait que les transducteurs de détection de vibrations
soient correctement montés et que la configuration de montage n’altère pas la précision du mesurage
(voir par exemple l’ISO 2954 et l’ISO 5348).
a a
a a
a a
a
a
Légende
a
Direction de mesurage.
NOTE Les critères d’évaluation du présent document sont applicables aux vibrations radiales de tous les
paliers principaux et aux vibrations axiales des paliers de butée.
Figure 1 — Points et directions de mesurage types sur supports et chapeaux de palier
4 © ISO 2017 – Tous droits réservés

aa
a a
Légende
a
Direction de mesurage.
NOTE Les critères d’évaluation du présent document sont applicables aux vibrations radiales de tous les
paliers principaux et aux vibrations axiales des paliers de butée.
Figure 2 — Points et directions de mesurage types sur un palier de turbine à gaz
4.3 Mesurage des vibrations des arbres tournants
L’expérience antérieure en matière de mesurage des vibrations des arbres se limitait au mesurage des
vibrations absolues des arbres à l’aide de transducteurs en contact direct avec ces derniers. Toutefois,
ces transducteurs sont soumis à des limitations telles qu’il n’est plus recommandé de les utiliser. Leur
utilisation se limite aux premières installations sur des centrales anciennes et aux diagnostics de
dépannage, lorsque le recours à d’autres techniques de mesurage peut s’avérer impossible.
Depuis la mise au point récente de transducteurs sans contact, le mesurage des vibrations relatives des
arbres est privilégié. Cependant, si nécessaire, il est possible d’obtenir les vibrations absolues d’un arbre
en combinant les sorties d’un transducteur sans contact qui mesure les vibrations relatives de l’arbre
et d’un transducteur sismique sur un montage commun qui mesure les vibrations de la structure. Ainsi,
si l’on privilégie maintenant le mesurage des vibrations relatives des arbres, les vibrations absolues de
ces derniers continuent d’être utilisées pour un grand nombre de turbines à vapeur et d’alternateurs en
service. Par conséquent, les mesurages des vibrations relatives ou des vibrations absolues des arbres
sont tout aussi acceptables aux fins du présent document (voir Figures 3 et 4).
Pour la surveillance, le système de mesurage doit pouvoir mesurer les vibrations en bande large dans
une gamme de fréquences allant de 1 Hz à au moins trois fois la fréquence normale de fonctionnement
maximale ou 125 Hz, la valeur la plus élevée étant retenue. Toutefois, si les instruments servent
également au diagnostic, une gamme de fréquences plus étendue (par exemple, jusqu’à six fois la
fréquence normale de fonctionnement maximale) et/ou une analyse spectrale peuvent être nécessaires.
Il convient d’effectuer le mesurage des vibrations à des endroits offrant la possibilité d’évaluer le
mouvement transversal de l’arbre en certains points stratégiques. Cela nécessite généralement un
mesurage dans deux directions radiales à l’aide d’une paire de transducteurs orthogonaux placés au
droit de chaque palier principal ou adjacents à chacun. Les transducteurs peuvent être placés dans
n’importe quelle position angulaire, mais il est d’usage de choisir des positions sur la même moitié de
palier qui se trouvent soit à ± 45° de la verticale (point mort haut à 12 heures), soit à proximité de la
verticale et de l’horizontale.
Il est admis d’utiliser un transducteur radial unique à la place de la paire de transducteurs orthogonaux,
plus courante, s’il est établi que celui-ci donne des renseignements suffisants sur l’amplitude des
vibrations de l’arbre. Toutefois, en général, il convient de prendre des précautions au moment d’évaluer
les vibrations avec un seul transducteur au niveau d’un plan de mesurage, puisque le transducteur
risque de ne pas être orienté de manière à donner une approximation raisonnable de la valeur maximale
au niveau de ce plan.
Il n’est pas d’usage de mesurer les vibrations axiales des arbres sur les turbines à vapeur, les alternateurs
et les turbines à gaz. Pour les mesurages de la position axiale effectués à l’aide de transducteurs sans
contact et inclus dans le système de surveillance des vibrations, l’évaluation du signal n’est pas couverte
par le présent document.
45°45°
(Y)
(Y)
(X)
(X)
Légende
1 unités de traitement du signal
2 vers le traitement du signal
3 orientations facultatives du transducteur
4 arbre
5 transducteurs sans contact
Figure 3 — Représentation schématique du mesurage du mouvement relatif de l’arbre à l’aide
de transducteurs sans contact
6 © ISO 2017 – Tous droits réservés

Légende
1 vers le traitement du signal
2 unités de traitement du signal
3 arbre
4 transducteurs sans contact
5 transducteurs sismiques
Figure 4 — Représentation schématique du mesurage du mouvement absolu de l’arbre à l’aide
de transducteurs sans contact et de transducteurs sismiques structurels
Il convient d’accorder une attention particulière au fait que les transducteurs de détection de vibrations
soient correctement montés et que la configuration de montage n’altère pas la précision du mesurage
(voir par exemple l’ISO 10817-1).
Autant que possible, la surface de l’arbre au niveau de la position du transducteur doit être lisse et
exempte de toute discontinuité géométrique, défaut d’homogénéité métallurgique et magnétisme local
résiduel, susceptibles de provoquer de faux signaux (dits défauts électriques). Il convient que les défauts
électriques et mécaniques «à faible vitesse» combinés, mesurés par le transducteur, ne dépassent pas
25 % de la limite de zone A/B à vitesse nominale (voir Tableaux B.1 et B.2).
Avant de faire fonctionner des turbines à gaz, des turbines à vapeur et des alternateurs jusqu’à leur
vitesse nominale, il est admis d’effectuer des mesurages de déplacement d’arbre à faible vitesse. Dans
ce cas, les caractéristiques à basse fréquence du système de mesurage doivent être adéquates. Il n’est
généralement pas possible de considérer que ces mesurages fournissent une indication valable du
faux-rond des arbres dans des conditions normales de fonctionnement, car ils peuvent être affectés,
par exemple, par des flèches transitoires, des mouvements irréguliers du tourillon dans le palier et des
déplacements axiaux. Il convient de ne pas soustraire les mesurages à faible vitesse des mesurages de
vibrations à vitesse nominale sans étudier avec attention ces facteurs, car les résultats peuvent fournir
une interprétation trompeuse des vibrations de la machine (voir l’ISO 20816-1).
5 Critères d’évaluation
5.1 Généralités
L’ISO 20816-1 fournit une description générale des deux critères d’évaluation utilisés pour évaluer
les vibrations de diverses catégories de machines. Le premier critère tient compte de l’amplitude des
vibrations en bande large observées, alors que le second tient compte des variations d’amplitude, qu’il
s’agisse d’augmentations ou de diminutions.
Les valeurs présentées sont le fruit de l’expérience acquise avec des machines de ce type et, si elles sont
dûment prises en compte, elles permettent un fonctionnement acceptable.
NOTE Ces valeurs sont basées sur des Normes internationales antérieures, sur les résultats d’une étude
effectuée lors de l’élaboration initiale des normes précédentes l’ISO 7919 (toutes les parties) et l’ISO 10816
(toutes les parties) et sur les retours des utilisateurs.
Des critères sont présentés pour les conditions de fonctionnement en régime permanent à vitesse
nominale et aux plages de charges spécifiées, incluant les variations lentes normales de la puissance
utile. D’autres critères sont également présentés pour d’autres conditions de régime non permanent
lorsque des fluctuations transitoires se produisent. Les critères de vibrations représentent des valeurs
cibles qui fournissent des dispositions permettant d’éviter des insuffisances graves ou des exigences
irréalistes. En particulier, l’hypothèse de base d’un fonctionnement sûr consiste à éviter tout contact
métal sur métal entre l’arbre tournant et les pièces fixes. Ces critères servent de base pour définir les
spécifications des essais d’acceptation (voir 5.2.2.3).
Les critères d’évaluation concernent les vibrations produites par la turbine à gaz, la turbine à vapeur
ou l’alternateur, et non les vibrations transmises depuis l’extérieur de l’ensemble de machines. S’il
existe des raisons de soupçonner l’existence d’une influence significative due aux vibrations transmises
(en régime permanent ou intermittent), il convient d’effectuer des mesurages lorsque l’ensemble de
machines est à l’arrêt. Si l’amplitude des vibrations transmises est inacceptable, il convient de prendre
des mesures pour remédier à cette situation.
5.2 Critère I: Amplitude des vibrations
5.2.1 Généralités
Ce critère porte sur la définition de valeurs d’amplitude des vibrations cohérentes avec des forces
dynamiques acceptables sur les paliers, des marges convenables au niveau des déplacements radiaux
(jeux) de la machine et une transmission acceptable des vibrations à la structure et aux fondations des
supports.
5.2.2 Amplitude des vibrations à vitesse nominale dans des conditions de fonctionnement en
régime permanent
5.2.2.1 Généralités
L’amplitude maximale des vibrations observée à chaque emplacement de mesurage est évaluée par
rapport à quatre zones d’évaluation établies grâce à l’expérience acquise au niveau international.
5.2.2.2 Zones d’évaluation
Les zones d’évaluation ci-dessous sont définies pour permettre d’évaluer les vibrations d’une machine
donnée dans des conditions de régime permanent à vitesse nominale et pour donner des lignes
directrices quant aux éventuelles mesures à prendre.
— Zone A: Les vibrations des machines nouvellement mises en service appartiennent normalement à
cette zone.
NOTE 1 Les efforts nécessaires pour obtenir des vibrations dans la zone A peuvent être disproportionnés
et injustifiés.
— Zone B: Les machines dont les vibrations appartiennent à cette zone sont normalement considérées
comme acceptables pour un fonctionnement de longue durée sans la moindre restriction.
8 © ISO 2017 – Tous droits réservés

— Zone C: Les machines dont les vibrations appartiennent à cette zone sont normalement considérées
comme non satisfaisantes pour un fonctionnement continu de longue durée. D’une manière générale,
la machine peut être exploitée pendant une période limitée dans ces conditions dans l’attente d’une
occasion de prendre des mesures correctives.
— Zone D: Les valeurs de vibrations appartenant à cette zone sont normalement considérées comme
suffisamment importantes pour endommager la machine.
NOTE 2 Pour le fonctionnement en régime transitoire, voir 5.2.4.
5.2.2.3 Critères d’acceptation
Il convient que les critères d’acceptation fassent toujours l’objet d’un accord entre le fournisseur de la
machine et l’acheteur, et il est recommandé de prévoir des négociations préalables.
Les zones d’évaluation servent de référence pour définir les critères d’acceptation relatifs aux machines
neuves ou réparées, mais les valeurs numériques assignées aux limites de ces zones ne sont elles-mêmes
pas destinées à servir de spécifications d’acceptation.
— Historiquement, pour les machines neuves, les critères d’acceptation ont été spécifiés dans la zone A
ou la zone B, mais ils ne devraient normalement pas dépasser 1,25 fois la limite de zone A/B.
— Des critères d’acceptation différents peuvent être convenus en fonction de caractéristiques de
conception spécifiques et/ou de l’expérience acquise sur un parc de machines semblables.
Les essais d’acceptation contractuels doivent respecter une durée et des paramètres de fonctionnement
clairement définis, par exemple charge, température et pression.
Au terme des opérations de remplacement, de maintenance ou d’entretien de pièces importantes, les
critères d’acceptation doivent tenir compte de la portée de l’opération et du comportement vibratoire
avant l’opération.
5.2.2.4 Limites des zones d’évaluation
Les valeurs des limites des zones sont fournies dans les Annexes A et B :
— l’Annexe A doit être utilisée pour les vibrations radiales des parties non tournantes de tous les
paliers et les vibrations axiales des corps de paliers de butée ;
— l’Annexe B doit être utilisée pour les vibrations relatives et les vibrations absolues des arbres.
Ces valeurs s’appliquent aux mesurages de vibrations effectués dans des conditions de régime permanent
à vitesse nominale. Les valeurs numériques assignées aux limites des zones ont été établies à partir de
données représentatives fournies par les fabricants et les utilisateurs. Il se produit inévitablement une
dispersion significative des données, mais les valeurs indiquées fournissent néanmoins des dispositions
qui permettent d’éviter des insuffisances graves ou des exigences irréalistes.
Des vibrations plus importantes sont autorisées aux autres positions de mesurage et en régime
transitoire (voir 5.2.4).
Dans la plupart des cas, les valeurs fournies dans les Annexes A et B permettent de garantir que
les charges dynamiques transmises à la structure et aux fondations des supports de paliers sont
acceptables et que les jeux en cours de fonctionnement sont maintenus. Toutefois, dans certains cas,
des caractéristiques particulières ou l’expérience acquise associées à un type de machine spécifique
peuvent nécessiter l’utilisation d’autres valeurs (supérieures ou inférieures) pour les limites des zones.
Des exemples sont données de a) à e).
a) Les vibrations de la machine peuvent être influencées par son système de montage. On peut
s’attendre, par exemple, à des vibrations relatives des arbres plus importantes si l’on utilise des
supports de paliers rigides. Inversement, pour des supports de paliers souples, on peut s’attendre à
des vibrations relatives des arbres plus faibles, mais les vibrations absolues des arbres peuvent être
plus importantes. Il peut alors être acceptable d’utiliser des valeurs de limites de zones différentes
en s’appuyant sur un diagramme de fonctionnement satisfaisant et éprouvé.
b) Des valeurs de vibrations inférieures peuvent s’appliquer pour les parties non tournantes lorsque le
rapport entre la masse structurelle associée au palier (par exemple, masse du support et du carter)
et la masse du rotor est élevé (par exemple, 10: 1). Dans ce cas, il peut être acceptable d’utiliser
des valeurs de limites de zones différentes en s’appuyant sur un diagramme de fonctionnement
satisfaisant.
c) Il convient de s’assurer que les vibrations relatives des arbres n’indiquent pas que le jeu des paliers
est dépassé. Il convient en outre d’admettre que les vibrations admissibles peuvent être liées au
diamètre des tourillons car, d’une manière générale, les jeux en cours de fonctionnement sont plus
importants pour des paliers de plus grand diamètre. En cas d’utilisation de paliers présentant un
jeu réduit, les valeurs de limites de zones indiquées à l’Annexe B peuvent être réduites. L’ampleur
de la réduction des valeurs des limites des zones varie en fonction du type de palier utilisé (palier
circulaire, palier elliptique, palier de butée à segments, etc.) et de la relation entre la direction du
mesurage et le jeu minimal. Il n’est par conséquent pas possible de fournir des recommandations
précises, l’Annexe E fournissant cependant un exemple représentatif pour un palier cylindrique lisse.
d) D’autres critères fondés sur la structure détaillée de la machine peuvent être utilisés, pour des
paliers relativement peu chargés (par exemple, paliers fixes de rotor d’excitatrice ou paliers
d’embrayage de synchronisation) ou d’autres paliers plus souples dont la charge statique est très
sensible à l’alignement du rotor.
e) Lorsque les mesurages de vibrations de l’arbre sont effectués loin du palier, d’autres critères
peuvent s’appliquer.
NOTE 1 Pour certaines turbines à vapeur de grande taille fonctionnant à 1 500 r/min ou à 1 800 r/min, en
particulier celles comportant un seul palier entre les rotors, des valeurs de limites de zones de support de palier
différentes peuvent s’appliquer de manière à garantir que les vibrations produites lors de la montée en vitesse/le
ralentissement correspondant au passage de la première vitesse de résonance ne sont pas excessives.
NOTE 2 Le présent document ne fournit pas de valeur de zone d’évaluation différente pour les machines
montées sur des fondations rigides et les machines montées sur des fondations souples. Toutefois, le présent
document est susceptible d’être révisée dans le futur de manière à fournir des critères différents eu égard à la
souplesse du support si une analyse additionnelle des données d’étude sur ces machines démontre que cela est
justifié.
Différentes valeurs peuvent s’appliquer aux mesurages effectués à différents emplacements de
mesurage de la même ligne rotorique.
En règle générale, lorsque des valeurs de limites de zones supérieures sont utilisées, il peut être
nécessaire de fournir une justification technique permettant de confirmer que le fonctionnement de la
machine à des niveaux de vibrations plus élevés ne compromet pas sa fiabilité. Cela peut reposer, par
exemple, sur les caractéristiques détaillées de la machine ou sur une expérience de fonctionnement
satisfaisante avec des machines présentant une structure et des supports similaires.
Le paramètre de mesurage commun pour l’évaluation des vibrations de la machine sur les parties non
tournantes est la vitesse. L’Annexe A fournit les limites des zones d’évaluation en fonction des mesurages
de la vitesse efficace en bande large. Dans certains cas, toutefois, il était courant de mesurer les
vibrations avec des instruments gradués pour donner des vitesses de vibrations de crête plutôt que des
vitesses de vibrations efficaces. Si les vibrations se composent principalement d’une seule composante
fréquentielle (par exemple, pour les turbines à gaz et les turbines à vapeur, les vibrations se trouvent
souvent principalement à la fréquence de fonctionnement de la machine), il existe une relation simple
entre les valeurs de crête et les valeurs efficaces. Dans ce cas, il est possible d’exprimer simplement les
limites de zones de l’Annexe A en valeurs de zéro à crête en multipliant par 2 . Autrement, il est
possible de diviser les valeurs de vibrations de crête mesurées par 2 et de les déterminer par rapport
10 © ISO 2017 – Tous droits réservés

aux critères de vitesses efficaces de l’Annexe A. Cette approche ne peut pas être utilisée pour les formes
d’onde complexes avec plusieurs composantes fréquentielles significatives.
NOTE 3 Il n’existe pas de facteur général permettant de relier la vraie valeur de crête à la valeur efficace.
5.2.3 Limites de fonctionnement en régime permanent
5.2.3.1 Généralités
Pour un fonctionnement de longue durée en régime permanent à vitesse nominale, il est d’usage
d’établir des limites de vibrations en fonctionnement. Ces limites prennent la forme d’ALARMES et de
DÉCLENCHEMENTS.
— ALARMES: pour avertir qu’une valeur limite définie de vibration a été atteinte ou qu’un changement
significatif est intervenu pour lequel une mesure corrective peut être nécessaire. En général, si
une situation d’ALARME se produit, la machine peut continuer à fonctionner pendant une période
d’investigation (par exemple, examen de l’influence de la charge, de la vitesse ou d’autres paramètres
de fonctionnement) de manière à identifier la raison de la variation des vibrations et à définir à quel
moment une mesure corrective peut être nécessaire.
— DÉCLENCHEMENTS: pour spécifier l’amplitude des vibrations au-delà de laquelle la poursuite du
fonctionnement de la machine peut provoquer des dommages. En cas de dépassement de la limite de
DÉCLENCHEMENT, il convient d’intervenir immédiatement pour réduire les vibrations.
Différentes limites de fonctionnement, reflétant les différences de charge dynamique et de rigidité des
supports, peuvent être spécifiées pour différentes positions et directions de mesurage.
5.2.3.2 Positionnement des ALARMES
Les limites d’ALARME peuvent varier d’une machine à l’autre. Il convient que les valeurs choisies soient
établies normalement par rapport aux valeurs de référence fixées grâce à l’expérience acquise pour la
position ou la direction de mesurage sur la machine concernée.
Il est recommandé de fixer la limite d’ALARME à une valeur supérieure, d’une quantité égale à 25 %
de la limite de zone B/C, à la valeur de référence. Il convient que la limite d’ALARME ne dépasse pas
normalement 1,25 fois la limite de zone B/C. Si la valeur de référence est faible, la limite de l’ALARME
peut être inférieure à la limite de zone B/C (voir l’exemple de l’Annexe C).
Lorsqu’il n’existe pas de référence établie (par exemple, pour une machine neuve), il convient que le
positionnement initial des ALARMES repose sur l’expérience acquise avec d’autres machines similaires
ou soit convenu par rapport aux valeurs d’acceptation convenues. Si ces données ne sont pas disponibles,
il convient que la limite d’ALARME en régime permanent à vitesse nominale ne dépasse pas la limite de
zone B/C. Au bout d’un certain temps, les valeurs de référence en régime permanent sont établies et il
convient d’adapter le positionnement des ALARMES en conséquence.
Comme expliqué en 5.2.2.4, des ajustements adaptés peuvent être nécessaires au niveau des ALARMES
de vibrations des arbres pour les machines possédant des jeux de palier et/ou d’étanchéité réduits
(voir l’Annexe E).
Lorsque le signal de vibrations est irrégulier et non récurrent, il est nécessaire d’adopter une méthode
de calcul de la moyenne temporelle du signal. Il est fortement recommandé de procéder à des
investigations approfondies complémentaires portant sur la cause de ce comportement.
Si la valeur de référence en régime permanent change (par exemple, après réparation de la machine),
il convient de revoir le positionnement de l’ALARME en conséquence. Différents positionnements de
l’ALARME en fonctionnement peuvent alors exister pour différentes positions de mesurage sur la
machine, reflétant par exemple les différences de charge dynamique et de rigidité des supports de
paliers.
L’Annexe C fournit un exemple de détermination des limites d’ALARME.
© I
...