ISO 10816-4:2009
(Main)Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
ISO 10816-4:2009 establishes specific provisions for evaluating the severity of in-situ, broad-band vibration measured radial (i.e. transverse) to the shaft axis on all main bearing housings or pedestals and in the axial direction on thrust bearings. These are in terms of: - vibration under normal steady-state operating conditions; - vibration during other (non-steady-state) conditions when transient changes are taking place, including run up or run down, initial loading and load changes; - changes in vibration which can occur during normal steady-state operation. ISO 10816-4:2009 is applicable to heavy-duty gas turbine sets used in electrical and mechanical drive applications, with fluid-film bearings, outputs greater than 3 MW and an operating speed range under load between 3 000 r/min and 30 000 r/min.
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes — Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
L'ISO 10816-4:2009 établit des dispositions pour évaluer la sévérité in situ des vibrations en bande large mesurées radialement (c'est-à-dire transversalement) par rapport à l'axe de l'arbre sur tous les corps ou supports de paliers principaux et dans la direction axiale sur les paliers de butée. 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 interviennent, notamment pendant la montée en vitesse ou le ralentissement, le chargement initial et les variations de charge; et des changements de vibrations susceptibles de se produire durant un fonctionnement normal en régime permanent. L'ISO 10816-4:2009 est applicable aux ensembles de turbines à gaz en service intensif utilisées dans des applications à commande électrique et mécanique, avec paliers à film fluide, des puissances développées supérieures à 3 MW et une gamme de vitesses de fonctionnement en charge comprises entre 3 000 r/min et 30 000 r/min.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10816-4
Second edition
2009-10-01
Mechanical vibration — Evaluation of
machine vibration by measurements on
non-rotating parts —
Part 4:
Gas turbine sets with fluid-film bearings
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par
mesurages sur les parties non tournantes —
Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
Reference number
©
ISO 2009
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.2
3 Measurement procedures.2
4 Evaluation criteria.4
4.1 General.4
4.2 Criterion I: Vibration magnitude .5
4.3 Criterion II: Change in vibration magnitude under steady-state conditions at normal
operating speed.10
4.4 Supplementary procedures/criteria.10
4.5 Evaluation based on vibration vector information .10
Annex A (normative) Evaluation zone boundaries.12
Annex B (informative) Example of setting ALARM and TRIP values.13
Annex C (informative) Cautionary notes about the use of vibration velocity criteria at low
rotational speeds.14
Bibliography.16
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 2.
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 document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 10816-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 10816-4:1998), of which it constitutes a
technical revision. The main changes are:
⎯ clarification that the document applies only to gas turbine sets with fluid-film bearings;
⎯ emphasis on acceptance specifications always being agreed on between the supplier and the purchaser
of the gas turbine set prior to installation;
⎯ the addition of provisions for evaluating the vibration of coupled gas turbine sets during transient
operation;
⎯ introduction of a new annex providing cautionary notes about the use of constant vibration velocity criteria
at low frequencies;
⎯ closer alignment of this part of ISO 10816 with ISO 7919-2, ISO 7919-4 and ISO 10816-2.
ISO 10816 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration — Evaluation of
machine vibration by measurements on non-rotating parts:
⎯ Part 1: General guidelines
⎯ 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
⎯ Part 3: Industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal speeds between 120 r/min and
15 000 r/min when measured in situ
⎯ Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
⎯ Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
⎯ Part 6: Reciprocating machines with power ratings above 100 kW
⎯ Part 7: Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts
iv © ISO 2009 – All rights reserved
Introduction
ISO 10816-1 is the basic part of ISO 10816 giving the general requirements for evaluating the vibration of
various machine types when the vibration measurements are made on non-rotating parts. This part of
ISO 10816 gives specific provisions for assessing the severity of vibration measured on the bearing housings
or pedestals of gas turbine sets. Measurements at these locations characterize the state of vibration
reasonably well. Evaluation criteria, based on previous experience, are presented. These can be used for
assessing the vibratory condition of such machines.
Two criteria are provided for assessing the machine vibration when operating under steady-state conditions.
One criterion considers the magnitude of the observed vibration; the second considers changes in the
magnitude. In addition, different criteria are provided for transient operating conditions. However, vibration on
non-rotating parts does not form the only basis for judging the severity of vibration. For gas turbine sets, it is
also common to judge the vibration based on measurements taken on the rotating shafts. For shaft vibration
measurement requirements, see ISO 7919-1 and ISO 7919-4.
The evaluation procedures presented in this part of ISO 10816 are based on broad-band measurements.
However, because of advances in technology, the use of narrow-band measurements or spectral analysis has
become increasingly widespread, particularly for the purposes of vibration evaluation, condition monitoring
and diagnostics. The specification of criteria for such measurements is beyond the scope of this part of
ISO 10816. They are dealt with in greater detail in ISO 13373 (all parts), which establish provisions for the
vibration condition monitoring of machines.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 10816-4:2009(E)
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on non-rotating parts —
Part 4:
Gas turbine sets with fluid-film bearings
1 Scope
This part of ISO 10816 establishes provisions for evaluating the severity of in-situ, broad-band vibration
measured radial (i.e. transverse) to the shaft axis on all main bearing housings or pedestals and in the axial
direction on thrust bearings. These are in terms of:
⎯ vibration under normal steady-state operating conditions;
⎯ vibration during other (non-steady-state) conditions when transient changes are taking place, including
run up or run down, initial loading and load changes;
⎯ changes in vibration which can occur during normal steady-state operation.
This part of ISO 10816 is applicable to heavy-duty gas turbine sets used in electrical and mechanical drive
applications, with fluid-film bearings, outputs greater than 3 MW and an operating speed range under load
between 3 000 r/min and 30 000 r/min. This includes gas turbines coupled to other rotating machinery either
directly or through a gearbox. In some cases, this part of ISO 10816 is not applicable to the evaluation of the
vibration of the coupled equipment (see the list of exclusions in this clause).
EXAMPLE For single-shaft combined-cycle power units in which a gas turbine is coupled to a steam turbine and/or
generator, the evaluation of the gas turbine vibration is according to this part of ISO 10816, but that of the steam turbine
and generator is according to ISO 10816-2 or ISO 10816-3.
This part of ISO 10816 is not applicable to the following:
a) aero-derivative gas turbines (including gas turbines with dynamic properties similar to those of aero-
derivatives);
NOTE ISO 3977-3 defines aero-derivatives as aircraft propulsion gas generators adapted to drive mechanical,
electrical or marine propulsion equipment. Large differences exist between heavy-duty and aero-derivative gas
turbines, for example in casing flexibility, bearing design, rotor to stator mass ratio and mounting structure. Different
criteria therefore apply for these two turbine types.
b) gas turbines with outputs less than or equal to 3 MW (see ISO 10816-3);
c) gas turbine driven pumps (see ISO 10816-7);
d) coupled steam turbines and/or generators with outputs less than or equal to 50 MW (see ISO 10816-3);
e) coupled steam turbines and/or generators with outputs greater than 50 MW (see ISO 10816-2);
f) synchronizing clutches which couple the gas turbine to a steam turbine or generator (see ISO 10816-2);
g) coupled compressors (see ISO 10816-3);
h) gearbox vibration (see this clause);
i) rolling element bearing vibration.
This part of ISO 10816 is applicable to other driven equipment not included in this list of exclusions.
This part of ISO 10816 is applicable to machines which can be coupled to a gearbox, but does not address
the evaluation of the vibration condition of those gears. Specialist techniques are required for evaluating the
vibration condition of gears which are outside the scope of this part of ISO 10816.
The numerical values specified are not intended to serve as the only basis for judging the severity of vibration.
For gas turbine sets, it is also common to judge the vibration based on measurements taken on the rotating
shafts. For such vibration measurement requirements, see ISO 7919-1 and ISO 7919-4.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 7919-4, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts —
Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
ISO 10816-1:1995, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 1: General guidelines
3 Measurement procedures
The measurement procedures and instrumentation shall comply with the general requirements of ISO 10816-1
and are as follows.
For monitoring purposes, the measurement system shall be capable of measuring broad-band vibration over a
frequency range from 10 Hz to at least 500 Hz or six times the maximum normal operating frequency,
whichever is the greater. If, however, the instrumentation is also used for diagnostic purposes, a wider
frequency range and/or spectral analysis can be necessary. For example, in cases where the frequency
corresponding to the first critical speed of the gas turbine is below 10 Hz, the lower limit of the linear range of the
measurement system shall be reduced accordingly. In special cases where significant low-frequency vibration
can be transmitted to the machine, such as in earthquake regions, it can be necessary to filter the low-frequency
response of the instrumentation and/or implement an appropriate time delay. If measurements from different
machines are compared, care should be taken to ensure that the same frequency range is used.
The locations of vibration measurements should be such that they provide ade
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10816-4
Deuxième édition
2009-10-01
Vibrations mécaniques — Évaluation des
vibrations des machines par mesurages
sur les parties non tournantes —
Partie 4:
Turbines à gaz à paliers à film fluide
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on non-rotating parts —
Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
Numéro de référence
©
ISO 2009
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Version française parue en 2010
Publié en Suisse
ii © ISO 2009 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.vi
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Modes opératoires de mesurage .2
4 Critères d'évaluation .5
4.1 Généralités .5
4.2 Critère I: Amplitude des vibrations.6
4.3 Critère II: Variation de l'amplitude des vibrations dans des conditions de régime
permanent à une vitesse normale de fonctionnement.11
4.4 Modes opératoires/critères supplémentaires.12
4.5 Évaluation basée sur les informations relatives aux vecteurs de vibrations .12
Annexe A (normative) Limites des zones d'évaluation.14
Annexe B (informative) Exemple de positionnement des valeurs d'ALARME et de
DÉCLENCHEMENTS.15
Annexe C (informative) Notes de mise en garde relatives à l'utilisation des critères de vitesse de
vibrations aux vitesses de rotation basses.16
Bibliographie.18
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 2.
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 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.
L'ISO 10816-4 a été élaborée 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 deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 10816-4:1998), qui a fait l'objet d'une
révision technique. Les principales modifications sont:
⎯ la clarification du fait que le document ne s'applique qu'aux ensembles de turbines à gaz avec paliers à
film fluide;
⎯ l'insistance sur le fait que les spécifications d'acceptation fassent toujours l'objet d'un accord entre le
fournisseur et l'acheteur de l'ensemble de turbines à gaz avant installation;
⎯ l'ajout de dispositions pour évaluer les vibrations des ensembles de turbines à gaz couplées durant un
fonctionnement transitoire;
⎯ l'introduction d'une nouvelle annexe fournissant des notes relatives aux précautions d'utilisation des
critères de vitesse constante des vibrations aux basses fréquences;
⎯ un meilleur alignement entre la présente partie de l'ISO 10816 et l'ISO 7919-2, l'ISO 7919-4 et
l'ISO 10816-2.
L'ISO 10816 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Vibrations mécaniques —
Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes:
⎯ Partie 1: Lignes directrices générales
⎯ Partie 2: Turbines à vapeur et alternateurs pour applications terrestres, 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
⎯ Partie 3: Machines industrielles de puissance nominale supérieure à 15 kW et de vitesse nominale de
fonctionnement entre 120 r/min et 15 000 r/min, lorsqu'elles sont mesurées in situ
iv © ISO 2009 – Tous droits réservés
⎯ Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
⎯ Partie 5: Groupes générateurs de puissance et installations de pompage hydrauliques
⎯ Partie 6: Machines alternatives de puissance nominale supérieure à 100 kW
⎯ Partie 7: Pompes rotodynamiques pour applications industrielles, y compris mesurages sur les arbres
tournants
Introduction
L'ISO 10816-1 est la partie de référence de l'ISO 10816 qui fournit les exigences générales pour l'évaluation des
vibrations de divers types de machines lorsque les mesurages des vibrations sont effectués sur des parties non
tournantes. La présente partie de l'ISO 10816 donne des dispositions spécifiques concernant l'évaluation de la
sévérité vibratoire mesurée sur les corps ou supports de paliers d'ensembles de turbines à gaz. 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.
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, différents critères sont fournis pour des conditions
de fonctionnement transitoire. Cependant, les vibrations sur les parties non tournantes ne constituent pas
l'unique référence d'évaluation de la sévérité vibratoire. Pour les ensembles de turbines à gaz, il est
également courant d'évaluer les vibrations en fonction des mesurages effectués sur les arbres tournants. Pour
des exigences sur ces mesurages des vibrations, voir l'ISO 7919-1 et l'ISO 7919-4.
Les modes opératoires d'évaluation présentés dans la présente partie de l'ISO 10816 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 aux fins de diagnostics. Les spécifications de critères relatifs à ces mesurages
ne relèvent pas du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 10816. Ceux-ci sont traités plus en détail
dans l'ISO 13373 (toutes les parties), qui fournit des dispositions pour la surveillance de l'état vibratoire des
machines.
vi © ISO 2009 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 10816-4:2009(F)
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des
machines par mesurages sur les parties non tournantes —
Partie 4:
Turbines à gaz à paliers à film fluide
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10816 établit des dispositions pour évaluer la sévérité in situ des vibrations en bande
large mesurées radialement (c'est-à-dire transversalement) par rapport à l'axe de l'arbre sur tous les corps ou
supports de paliers principaux et dans la direction axiale sur les paliers de butée. 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
interviennent, notamment 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.
La présente partie de l'ISO 10816 est applicable aux ensembles de turbines à gaz en service intensif utilisées
dans des applications à commande électrique et mécanique, avec paliers à film fluide, des puissances
développées supérieures à 3 MW et une gamme de vitesses de fonctionnement en charge comprises entre
3 000 r/min et 30 000 r/min. Cela comprend les turbines à gaz couplées à d'autres machines tournantes, soit
directement, soit par l'intermédiaire d'un train d'engrenages. Dans certains cas, la présente partie de
l'ISO 10816 n'est pas applicable à l'évaluation des vibrations du matériel couplé (voir ci-dessous la liste des
exclusions).
EXEMPLE Pour des unités de puissance à cycle combiné à un arbre dans lesquelles une turbine à gaz est couplée
à une turbine à vapeur et/ou à une génératrice, l'évaluation des vibrations de la turbine à gaz s'effectue conformément à la
présente partie de l'ISO 10816, mais celle de la turbine à vapeur et de la génératrice s'effectue conformément à
l'ISO 10816-2 ou l'ISO 10816-3.
La présente partie de l'ISO 10816 n'est pas applicable aux éléments suivants:
a) turbines à gaz aérodérivatives (y compris les turbines à gaz avec des propriétés dynamiques similaires à
celles des turbines à gaz aérodérivatives);
NOTE L'ISO 3977-3 définit les aérodérivatives comme étant des générateurs de gaz de propulsion d'aéronefs
adaptés à commander un matériel de propulsion mécanique, électrique ou pour la marine. II existe de grandes
différences entre les turbines à gaz en service intensif et aérodérivatives en ce qui concerne, par exemple, la
souplesse du carter, la conception des paliers, le rapport de masse entre rotor et stator et la structure de montage.
En conséquence, des critères différents s'appliquent pour ces deux types de turbines.
b) turbines à gaz avec des puissances développées inférieures ou égales à 3 MW (voir l'ISO 10816-3);
c) pompes entraînées par des turbines à gaz (voir l'ISO 10816-3);
d) turboalternateurs et/ou alternateurs avec des puissances développées inférieures ou égales à 50 MW
(voir l'ISO 10816-3);
e) turboalternateurs et/ou alternateurs avec des puissances développées supérieures à 50 MW (voir
l'ISO 10816-2);
f) embrayages de synchronisation couplant la turbine à gaz à une turbine à vapeur ou à une génératrice
(voir l'ISO 10816-2);
g) compresseurs couplés (voir l'ISO 10816-3);
h) vibrations des trains d'engrenages (voir cet article);
i) vibrations des paliers à roulements.
La présente partie de l'ISO 10816 est applicable aux autres matériels entraînés non inclus dans la liste des
exclusions.
La présente partie de l'ISO 10816 est applicable aux machines pouvant être couplées à un train d'engrenages,
mais ne traite pas de l'évaluation des conditions vibratoires de ces engrenages. Des techniques spécialisées
sont nécessaires pour évaluer les conditions vibratoires des engrenages qui sont en dehors du domaine
d'application de la présente
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.