ISO/TR 19201:2013
(Main)Mechanical vibration — Methodology for selecting appropriate machinery vibration standards
Mechanical vibration — Methodology for selecting appropriate machinery vibration standards
ISO/TR 19201:2013 provides guidance for selecting appropriate vibration standards for specific machine types, and thus selecting the appropriate vibration measurement and evaluation method. Synopses are given of ISO 10816 (evaluation of machine vibration on non-rotating parts) and ISO 7919 (evaluation of machine vibration on rotating parts), together with further International Standards related to machinery. ISO/TR 19201:2013 provides an overview of the relevant International Standards, giving a summary of their scopes. It also provides a theoretical, analytical basis for establishing whether vibration measurements should be carried out on non-rotating parts, rotating shafts or both for those machines where no previous experience exists. It is not intended to supersede established manufacturers' or users' practical experience with specific machine types since there can be specific features associated with a particular machine which lead to a different selection of the most relevant measurement procedure. The aim of ISO/TR 19201:2013 is not to equip the reader with all the technical details provided in the International Standards necessary to carry out a measurement or evaluation task on a particular machine; rather it guides the reader to the appropriate International Standards. It is these International Standards that provide the necessary details; and then, with suitable training, the reader is in a position to carry out the measurement or evaluation task.
Vibrations mécaniques — Méthodologie pour la sélection des normes appropriées relatives aux vibrations des machines
L'ISO/TR 19201:2013 fournit des lignes directrices pour le choix de normes de vibration appropriées à des types de machines spécifiques, permettant ainsi le choix de la méthode de mesurage et d'évaluation des vibrations la plus appropriée. Des résumés de l'ISO 10816 (Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes) et de l'ISO 7919 (Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres tournants) sont fournis, ainsi que des résumés d'autres Normes internationales liées aux machines. L'ISO/TR 19201:2013 fournit une vue d'ensemble des Normes internationales concernées, en présentant un résumé de leur domaine d'application. Il fournit également une base d'analyse théorique afin d'établir s'il convient que des mesurages de vibrations soient réalisés sur les parties non tournantes, sur les arbres tournants ou sur ces deux types d'éléments, pour les machines au sujet desquelles on ne dispose pas d'expérience antérieure. Il n'est pas destiné à remplacer l'expérience pratique reconnue des fabricants ou des utilisateurs pour des types de machines spécifiques: il peut exister, pour une machine donnée, une expérience ou des caractéristiques spécifiques se traduisant par un choix différent d'un mode opératoire de mesurage plus approprié. Le but de l'ISO/TR 19201:2013 n'est pas de donner au lecteur tous les détails techniques fournis dans les Normes internationales nécessaires pour effectuer une tâche de mesurage ou d'évaluation sur une machine particulière: il s'agit plutôt de guider le lecteur vers les Normes internationales appropriées. Ce sont ces Normes internationales qui fournissent les détails nécessaires. Ensuite, après avoir suivi une formation adaptée, le lecteur est en mesure de réaliser la tâche de mesurage ou d'évaluation.
General Information
Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 19201
First edition
2013-06-01
Mechanical vibration — Methodology
for selecting appropriate machinery
vibration standards
Vibrations mécaniques — Méthodologie pour la sélection des normes
appropriées relatives aux vibrations des machines
Reference number
©
ISO 2013
© ISO 2013
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Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 International Standards. 1
2.1 Basic machinery vibration standards . 1
2.2 Related machinery vibration standards . 2
2.3 Additional machinery vibration standards . 2
3 Terms and definitions . 3
4 Evaluation of machine vibration . 3
4.1 General . 3
4.2 Machinery vibration standards and criteria . 3
4.3 Classification of severity of machine vibration . 4
4.4 Measurement procedures and instrumentation . 4
4.5 Vibration standards summaries . 4
5 Measurements made on non-rotating parts . 5
6 Measurements made on rotating parts . 8
7 Related standards . 9
8 Analytical guidelines for selecting the appropriate vibration standard for
specific machinery .11
8.1 General .11
8.2 Basic relations for rotating shaft and pedestal vibration .14
Annex A (informative) Bearing dynamics .16
Annex B (informative) Pedestal dynamic stiffness .19
Annex C (informative) Examples of typical values of dynamic stiffness for bearings
and pedestals .20
Annex D (informative) Dynamic stiffness of the bearing part combined with the pedestal .22
Annex E (informative) International machinery vibration standards shown by application area .24
Bibliography .28
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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2, www.iso.org/directives.
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received, www.iso.org/patents.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
The committee responsible for this document is 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.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 19201:2013(E)
Mechanical vibration — Methodology for selecting
appropriate machinery vibration standards
1 Scope
This Technical Report provides guidance for selecting appropriate vibration standards for specific
machine types, and thus selecting the appropriate vibration measurement and evaluation method.
Synopses are given of ISO 10816 (evaluation of machine vibration on non-rotating parts) and ISO 7919
(evaluation of machine vibration on rotating parts), together with further International Standards
related to machinery.
This Technical Report provides an overview of the relevant International Standards, giving a summary
of their scopes. It also provides a theoretical, analytical basis for establishing whether vibration
measurements should be carried out on non-rotating parts, rotating shafts or both for those machines
where no previous experience exists. It is not intended to supersede established manufacturers’ or users’
practical experience with specific machine types since there can be specific features associated with a
particular machine which lead to a different selection of the most relevant measurement procedure.
The aim of this Technical Report is not to equip the reader with all the technical details provided in
the International Standards necessary to carry out a measurement or evaluation task on a particular
machine; rather it guides the reader to the appropriate International Standards. It is these International
Standards that provide the necessary details; and then, with suitable training, the reader is in a position
to carry out the measurement or evaluation task.
2 International Standards
NOTE 1 The International Standards referred to in this Technical Report are periodically reviewed. Care needs
to be taken when using the International Standards presented to ensure that the latest edition (including any
Amendments and Corrigenda) is used.
NOTE 2 Many of the International Standards discussed in this Technical Report together with additional
International Standards are summarized by their application area in Table E.1.
NOTE 3 This Technical Report provides a snapshot of current relevant standards. It is inevitable, however, that
as time passes new standards will be developed. Furthermore, there may be other standards available for specific
machine types which have not been referred to. The absence of any such reference should not be interpreted as
meaning that such standards are not valid.
2.1 Basic machinery vibration standards
ISO 7919-1, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 1: General guidelines
ISO 7919-2, 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 7919-3, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts —
Part 3: Coupled industrial machines
ISO 7919-4, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts —
Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
ISO 7919-5, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts —
Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
ISO 10816-1, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 1: General guidelines
ISO 10816-2, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — 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 10816-3, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — 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
ISO 10816-4, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
ISO 10816-5, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
ISO 10816-6, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 6: Reciprocating machines with power ratings above 100 kW
ISO 10816-7, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 7: Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts
ISO 10816-8, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 8: Reciprocating compressor systems
2.2 Related machinery vibration standards
ISO 3046-5, Reciprocating internal combustion engines — Performance — Part 5: Torsional vibrations
ISO 8579-2, Acceptance code for gears — Part 2: Determination of mechanical vibrations of gear units
during acceptance testing
ISO 13373-1, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 1:
General procedures
ISO 13373-2, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 2:
Processing, analysis and presentation of vibration data
1)
ISO 13373-3, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring —
Part 3: Guidelines for vibration diagnosis
ISO 14694, Industrial fans — Specifications for balance quality and vibration levels
ISO 14695, Industrial fans — Method of measurement of fan vibration
2.3 Additional machinery vibration standards
2)
ISO 1925, Mechanical vibration — Balancing — Vocabulary
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 2954, Mechanical vibration of rotating and reciprocating machinery — Requirements for instruments
for measuring vibration severity
ISO 5348, Mechanical vibration and shock — Mechanical mounting of accelerometers
ISO 10817-1, Rotating shaft vibration measuring systems — Part 1: Relative and absolute sensing of
radial vibration
1) Planned.
2) To become ISO 21940-2 when revised.
2 © ISO 2013 – All rights reserved
ISO 21940-31, Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 31: Susceptibility and sensitivity of
machines to unbalance
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1925 and ISO 2041, and the
following apply.
3.1
shaft absolute vibration
vibration of the shaft measured from the absolute coordinate
3.2
shaft relative vibration
vibration of the shaft measured from the transducer support (e.g. bearing housing)
3.3
pedestal vibration
bearing support structure vibration
3.4
dynamic stiffness of bearing
stiffness of the bearing part including damping and mass effects
3.5
dynamic stiffness of pedestal
stiffness of the bearing support structure including damping and mass effects
4 Evaluation of machine vibration
4.1 General
ISO 10816 provides guidelines for the measurement and evaluation of vibration for different machine
types based on measurements made on non-rotating parts of the machines.
ISO 7919 provides guidelines for the measurement and evaluation of vibration based on measurements
made on rotating shafts of the machines.
Further guidance is provided in the related and additional machinery vibration standards listed in
2.2 and 2.3.
4.2 Machinery vibration standards and criteria
Machinery can be subdivided into four categories for the purposes of vibration measurement and evaluation.
a) Reciprocating machinery having both rotating and reciprocation components, such as diesel engines
and certain types of compressors and pumps. The vibration is usually measured on the main
structure of the machine at low frequencies, typically in the range 2 Hz to 1 000 Hz.
b) Rotating machinery having rotors with rigid behaviour, such as certain types of electric motors,
single-stage pumps and low rotational speed pumps. The vibration is usually measured on the main
structure (such as on the bearing caps or pedestals) where the vibration magnitudes are indicative
of the excitation forces generated by the rotor because of unbalance, thermal bows, rubs and other
sources of excitation.
c) Rotating machinery having rotors with flexible behaviour, such as large steam and gas turbine
generator sets, multi-stage pumps and compressors. The machine may be set into different modes
of vibration as it accelerates through one or more resonance rotational speeds to reach its service
rotational speed. On such a machine, the vibration magnitude measured on a structural member may
not be totally indicative of the vibration of the rotor. For example, a flexible rotor may experience
very large displacements resulting in failure of the machine, even though the vibration magnitude
measured on the bearing cap is low. Therefore, it can be necessary to measure the vibration of the
shaft directly.
d) Rotating machinery having rotors with quasi-rigid behaviour, such as some steam turbine rotors,
axial-flow compressors, and fans. Such machinery contains a special class of flexible rotor where
vibration magnitudes measured on the bearing cap are indicative of the shaft vibration.
An analytical approach to determine the most beneficial vibration measurement method (or International
Standard) to use on a particular machine, based on the physical and structural characteristics of the
machine, is included in detail in Clause 8.
4.3 Classification of severity of machine vibration
In the classification of severity of machine vibration, the motion variable that is used (displacement,
velocity or acceleration) depends on the applicable International Standard, the frequency range and
other factors. In classifying machinery vibration in a range, e.g. 10 Hz to 1 000 Hz, vibration velocity is
normally used because it yields a simple measure of the vibration severity of a machine. For lower- and
higher-frequency vibration, the preferred measurement quantities are displacement and acceleration,
respectively.
For simple harmonic motion, either peak or root mean square (r.m.s.) values of the motion variable
may be used. However, for machines whose motion is complex, the use of these two metrics provides
distinctly different results, mainly because of particular waveforms such as pulse-like waves or higher-
frequency harmonics and are given different weights. For rotating machinery whose rotational speed is
in the range 600 r/min to 12 000 r/min, the r.m.s. values of vibration velocity correspond most closely
with vibration severity. Therefore, there is a special measure, vibration severity, which has been defined
in the past as the highest value of the broadband r.m.s. value of the velocity magnitude in the frequency
range 10 Hz to 1 000 Hz, as evaluated on the structure at prescribed points as defined in the relevant
standard for that machine type (e.g. ISO 10816-2).
NOTE Nowadays vibration severity is a general term for the maximum measured vibration value on non-
rotating parts of a machine, irrespective of whether it is displacement, velocity or acceleration (see ISO 2954).
4.4 Measurement procedures and instrumentation
Included in the referenced International Standards are procedures for measuring relative shaft-to-
housing signals, absolute measurements and seismic applications.
The transducers recommended and described include displacement, velocity and acceleration; their mounted
and unmounted ranges and limits of application, magnitudes and frequencies are included. ISO 2954
provides specifications of instruments measuring vibration of machinery housings. ISO 5348 provides
recommendations for mounting accelerometers to the machinery housing, which in most cases are also
applicable to velocity transducers. ISO 10817-1 describes the sensing device (transducer), signal conditioning,
attachment methods and calibration procedures for instrumentation to measure shaft vibration.
4.5 Vibration standards summaries
Clauses 5 and 6 contain brief descriptions of the most prominent machinery vibration standards, either
issued or under development. They contain broadband measurement procedures and limit values and
zones. Clause 5 includes: measurements on non-rotating parts; reciprocating machines; measurements on
non-reciprocating rotating shafts; and machines having gear units. Clause 6 includes similar measurement
procedures, limit values and zones on rotating shafts. Also considered are measurements on machines
with rotors with rigid or flexible behaviour. Consult each individual International Standard for details
regarding machinery type and size and vibration limits for zones of operation, from acceptable to critical.
Clause 7 includes brief summaries of related International Standards besides ISO 7919 and ISO 10816.
4 © ISO 2013 – All rights reserved
5 Measurements made on non-rotating parts
5.1 ISO 10816-1 provides general guidelines that describe procedures for the measurement and
evaluation of vibration based on measurements made on non-rotating parts of the machine. This is the
first part of a series of International Standards that provide individual criteria for each general class of
machine covered, which are unique to those machines. These criteria, which are presented in terms of both
vibration magnitude and change of vibration, relate to operational monitoring and acceptance testing.
ISO 10816 accomplishes the following:
a) coverage of the broadband frequency range of both low and high rotational speed machines;
b) setting of vibration criteria to include various operational zones;
c) incorporation of vibration criteria derived from a worldwide survey;
d) inclusion of unique criteria and measurement procedures for specific types of machines.
General guidelines for establishing evaluation zones under steady-state operating and transient
conditions are described. These provide the basis for the machine-specific evaluation criteria in the
subsequent parts of ISO 10816. The zones are defined as follows.
Zone A. The vibration of newly commissioned machines normally falls within this zone.
Zone B. Machines with vibration within this zone are normally considered acceptable for unrestricted
long-term operation.
Zone C. Machines with vibration within this zone are normally considered unsatisfactory for long-term
continuous operation. Generally, the machine may be operated for a limited period in this condition until
a suitable opportunity arises for remedial action.
Zone D. Vibration values within this zone are normally considered to be of sufficient severity to cause
damage to the machine.
The vibration limits for the zone boundaries provide guidelines for ensuring that gross deficiencies
or unrealistic requirements are avoided. Acceptance criteria shall always be subject to agreement
between the machine supplier and purchaser prior to installation. The evaluation zones provide a basis
for defining acceptance criteria for new or refurbished machines. Historically, acceptance criteria have
been specified in zone A or zone B but would normally not exceed 1,25 times the zone boundary A/B.
The measure of vibration is broadband and the frequency range is sufficient to ensure that the particular
machine is adequately covered, which depends on the type of machine under consideration, e.g. the
frequency range necessary to assess the integrity of a machine with rolling element bearings should
include frequencies higher than those on machines with fluid-film bearings. In addition to vibration
velocity measurements, which were the primary criteria in earlier International Standards because
they related to vibration energy, ISO 10816 also includes alternative criteria such as displacement,
acceleration and peak values instead of r.m.s., as these criteria may be preferred for machines designed
for extra low or high rotational speed operation.
5.2 ISO 10816-2 provides specific guidance for assigning the severity of vibration measured on the
bearings or pedestals of large steam turbine generator sets. Measurements at such specified locations
reasonably characterize the overall state of vibration of these machines.
The vibration measurement system should be capable of measuring broadband r.m.s. vibration over
a frequency range from at least 10 Hz to 500 Hz. If, however, the instrumentation is also to be used
for diagnostic purposes, or for monitoring during machine run-up or run-down, or overspeed, a wider
frequency range may be required.
ISO 10816-2 includes the vibration criteria that are based on bearing housing or pedestal r.m.s. vibration
velocity for steam turbine generator sets exceeding 50 MW, and with nominal rotational speeds of
1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min and 3 600 r/min. The values apply to in situ application under steady-
state conditions and they address various zones of operation. The zone descriptions are the same as in
ISO 10816-1. Transient operating conditions, such as load and rotational speed changes, are also covered.
5.3 ISO 10816-3 provides specific guidance for assessing the severity of vibration on bearings,
bearing pedestals or the housings of coupled industrial machines when measured in situ. ISO 10816-3
covers steam turbines up to 50 MW and steam turbine sets with power greater than 50 MW and
rotational speeds below 1 500 r/min or above 3 600 r/min. Also included are compressors, industrial
gas turbines with power up to 3 MW, generators (other than those covered by ISO 10816-2), electric
motors of any type, and all blowers and fans with power greater than 300 kW and other fans that are
not too flexibly mounted. It also covers those pumps which are not dealt with by ISO 10816-7.
Significant differences in design, type of bearings and type of support structures require a division in
ISO 10816-3 into two machinery groups, namely:
a) group 1: large machines with rated power above 300 kW or electrical machines with shaft heights
equal to or above 315 mm;
b) group 2: medium-sized machines with a rated power above 15 kW up to and including 300 kW or
electrical machines with shaft heights from 160 mm up to less than 315 mm.
The larger machines normally have sleeve bearings and the range of operating or nominal rotational
speeds is relatively broad, ranging from 120 r/min to 15 000 r/min.
Classifications of the vibration severity zones for large industrial machines with rated power from
300 kW to 50 MW (group 1) are included. Classifications of the vibration severity zones for medium-
sized industrial machines with rated power from 15 kW to 300 kW (group 2) are also included. The zone
descriptions are the same as in ISO 10816-1.
5.4 ISO 10816-4 provides specific guidance for assessing the severity of vibration measured on the
bearing housings or pedestals of gas turbine sets with fluid-film bearings.
ISO 10816-4 applies to heavy-duty gas turbines used in electrical and mechanical drive applications
covering the power range above 3 MW and a rotational speed range under load between 3 000 r/min
and 30 000 r/min. Generally, the criteria apply to both the gas turbine and the driven equipment. For
generators above 50 MW, the criteria of ISO 10816-2 are used for assessing the vibration severity and
ISO 10816-3 for generators rated up to and including 50 MW.
The evaluation of zone boundaries based on bearing housing or pedestal vibration for industrial gas
turbines is included. These criteria assume that the gas turbines incorporate fluid-film bearings and
the vibration measurements are broadband values taken in situ under normal steady-state operating
conditions. Transient operating conditions, such as load changes and rotational speed changes, are also
covered. ISO 10816-4 encompasses machines which may have gears, but does not address the evaluation
of the condition of those gears. The zone descriptions are the same as in ISO 10816-1.
5.5 ISO 10816-5 provides specific guidance for assessing the severity of vibration measured on
bearings, bearing pedestals or housings of hydraulic machines when measured in situ. ISO 10816-5
applies to machine sets in hydraulic power generation and pumping plants where the hydraulic
machines have rotational speeds from 120 r/min to 1 800 r/min, shell or shoe type sleeve bearings and
main engine power of 1 MW or more. The position of the shaft line may be vertical, horizontal or at an
arbitrary angle between these two directions.
ISO 10816-5 includes: turbines and generators, pumps and electrical machines operating as motors,
pump-turbines and motor generators, including auxiliary equipment (e.g. starting turbines or exciters
in line with the main shaft). ISO 10816-5 also includes single turbines or pumps connected to generators
or electric motors through gears and/or flexible couplings.
Recommended r.m.s. vibration criteria as a function of shaft rotational speed for hydraulic machines
with nominal power above 1 MW and nominal rotational speeds between 120 r/min and 1 800 r/min
are included.
6 © ISO 2013 – All rights reserved
5.6 ISO 10816-6 establishes procedures and guidelines for the measurement and classification
of mechanical vibration of reciprocating machines. In general, ISO 10816-6 refers to vibration
measurements made on the main structure of the machine and the limit values are defined primarily to
secure a reliable and safe operation of the machine, and to avoid problems with the auxiliary equipment
mounted on the machine structure.
In the case of reciprocating machines, the vibration measured on the machine main structure, and
qualified according to ISO 10816-6, may only give a rough idea of the stresses and vibratory states of
the components within the machine itself, e.g. torsional vibration of rotating parts cannot generally be
determined by measurements on the structural parts of the machine. Based on experience with similar
machines, the damage that can occur when exceeding the limit values is sustained predominately by
the machine-mounted components (e.g. turbochargers, heat exchangers, governors, pumps, filters)
connecting elements of the machine with peripherals (e.g. pipelines) or monitoring instruments (e.g.
pressure gauges, thermometers).
ISO 10816-6 generally applies to reciprocating piston machines mounted either rigidly or resiliently with
power ratings above 100 kW. Typical examples of application are: marine propulsion engines, marine
auxiliary engines, engines operating in diesel generating sets, gas compressors, and diesel locomotives.
Maximum magnitudes of vibration displacement, velocity and acceleration are given, and a vibration
severity nomograph is included.
5.7 ISO 10816-7 provides guidance for the evaluation of vibration on rotodynamic pumps for
industrial applications with nominal power above 1 kW. ISO 10816-7 describes the requirements for
evaluation of vibration measurements on non-rotating parts. ISO 10816-7 also provides guidance for
assessing the severity of vibration measured on the bearings, both in situ or at the manufacturer’s
test facility, or in the plant. Zones and limits are provided for acceptance tests at the manufacturer’s
test facility, if specified, and special criteria are given. The included zone limits are for the vibration of
horizontal and vertical pumps, irrespective of their support flexibility.
For long-term operation, two additional criteria are provided. One criterion considers the magnitude
of the observed vibration and the second considers changes in magnitude. The criteria are applicable
for the vibration produced by the machine itself, and not for vibration transmitted to the machine from
external sources. Therefore, vibration velocity limits are provided for the two categories, with both
zone and test acceptance values given for pumps ≤200 kW and >200 kW. Zone and test acceptance limit
values of displacement are also provided.
5.8 ISO 10816-8 establishes procedures and guidelines for the measurement and classification of
mechanical vibration of reciprocating compressor systems. The vibration values are defined primarily
to classify the vibration of the compressor system and to avoid fatigue problems with parts in the
reciprocating compressor system, i.e. foundation, compressor, dampers, piping and auxiliary equipment
mounted on the compressor system. The guidelines are not intended for condition monitoring purposes.
ISO 10816-8 applies to reciprocating compressors mounted rigidly with typical rotational speed ratings
greater than 120 r/min and up to and including 1 800 r/min. Guidance values for acceptable overall
vibration displacement, velocity and acceleration for horizontal and vertical compressor systems are
given. The general evaluation criteria relate to operational measurements. The criteria are also used to
ensure that machine vibration does not adversely affect the equipment directly mounted on the machine,
e.g. pulsation dampers and the pipe system.
It is recognized that the evaluation criteria might only have limited application when considering the
effects of internal machine components, e.g. problems associated with valves, pistons or piston rings
might be unlikely to be detected in the measurements. Identification of such problems can require
investigative diagnostic techniques which are outside the scope of ISO 10816-8.
ISO 10816-8 does not apply to hyper compressors. Noise is also outside the scope of ISO 10816-8. The
zone descriptions are different from ISO 10816-1.
6 Measurements made on rotating parts
6.1 ISO 7919-1 provides specific guidelines for vibration measurements on the rotating shafts of
machines. Such machines generally contain flexible rotor-shaft systems and changes in the vibration
condition can be detected more decisively and more sensitively by measurements on these rotating
elements. Also, machines having relatively stiff and/or heavy casings, in comparison to the rotor mass,
are typical of those classes of machines for which shaft vibration measurements are frequently preferred.
Machines such as industrial steam turbines, gas turbines, and turbocompressors, all of which have
several modes of vibration in their service rotational speed range and their responses due to unbalance,
misalignments, thermal bows, rubs, and the unloading of bearings, can be better observed by
measurements on the shafts.
There are three principal factors by which the vibration magnitude of a machine is judged:
— bearing kinetic load;
— absolute motion of the rotor;
— rotor clearance relative to the bearing.
If the bearing kinetic load is of concern to ensure against bearing damage, the vibration of the shaft
relative to the bearing structure should be monitored as the overriding criteria. If the absolute motions
of the shaft (a measure of rotor bending stress) or rotor-bearing clearance are of concern, the type of
measurement used depends on the vibration magnitude of the structure which supports the relative-
motion transducer. Hence, if the vibration magnitude of this support structure is significant, the absolute
shaft vibration is the more valid measurement. The rotor clearance to the bearing needs to be monitored
to ensure against rotor seal and blading rubs which can cause rotor or blading failures.
The shaft vibration of machines, measured close to the bearings, is evaluated on the basis of two criteria.
a) Criterion I. The reliable and safe running of a machine under normal operating conditions requires
that the shaft vibration displacement remains below certain limits consistent with, for example,
acceptable kinetic loads and adequate margins on the radial clearance envelope for the machine.
The maximum shaft vibration is assessed against evaluation zones.
b) Criterion II. Changes in shaft vibration displacement, even though the limits in a) are not exceeded,
can point to incipient damage or some other irregularity. Consequently, such changes relative to a
reference value should not be allowed to exceed certain limits. If this reference value changes by a
significant amount, steps should be taken to ascertain the reasons for the change and, if necessary,
appropriate action taken. In this context, a decision on what action to take, if any, should be made
after consideration of the maximum magnitude of the vibration, and whether the machine has
stabilized at a new condition.
General guidelines for establishing evaluation zones under steady-state operating conditions are
described which provide the basis for the machine-specific evaluation criteria in the subsequent parts
of ISO 7919. The definition and application of the different zones are the same as those adopted for
ISO 10816 (see Clause 5).
6.2 ISO 7919-2 provides the special features required for measuring shaft vibration on the coupled rotor
systems of steam turbine generator sets for power stations, having rated rotational speeds in the range
1 500 r/min to 3 600 r/min, and power outputs greater than 50 MW. Evaluation criteria, based on experience,
are presented which can be used as guidelines for assessing the vibratory conditions of such machines.
The vibration magnitudes specified are for both relative and absolute shaft vibration measured at, or close
to, the main load carrying bearings, at rated rotational speed and under steady-state conditions. Higher
magnitudes of vibration can be permitted at other measuring positions and under transient conditions,
such as start-up and run-down (including passing through resonance rotational speed ranges).
The recommended shaft vibration values for large steam turbine generator sets measured relative to
the bearings are included for relative shaft-to-bearing vibration and for absolute shaft vibration. These
8 © ISO 2013 – All rights reserved
limit values are graphically shown as severity zones. The definition of these zones is the same as that in
ISO 7919-1. Also included are the bearing clearance effects on the zone boundaries.
6.3 ISO 7919-3 gives guidelines for application of evaluation criteria for shaft vibration measured
close to the bearings under normal operating conditions. These guidelines are presented in terms of
both steady-state conditions and any changes that can occur in these steady values. ISO 7919-3 applies to
coupled industrial machines with fluid-film bearings, comprising: turbocompressors, turbines, turbine
generators and electric drives, all having maximum rated rotational speeds in the range 1 000 r/min to
30 000 r/min, and powers between 30 kW and 50 MW.
The numerical values specified are not intended to serve as the only basis for acceptance specifications.
In general, the vibratory condition of these machines is usually assessed by consideration of both the
shaft vibration and the associated casing vibration. As a result, ISO 7919-3 should be used in conjunction
with ISO 10816-3. The zone descriptions are the same as those in ISO 7919-1.
6.4 ISO 7919-4 applies to industrial gas turbine sets (including those with gears) with fluid-film
bearings, power outputs greater than 3 MW and shaft rotational speeds from 3 000 r/min to 30 000 r/min.
Aircraft type gas turbines are excluded, since they differ fundamentally from industrial gas turbines,
both in the type of bearings (rolling element) and in the stiffness and mass ratios of the rotors and
support structures. Depending on the construction and mode of operation, there are three types of
industrial gas turbines:
a) single-shaft constant rotational speed;
b) single-shaft variable rotational speed;
c) gas turbines having separate shafts for hot-gas generation and power delivery.
Guidelines are given for the application of criteria for shaft vibration measured close to the bearings
of industrial gas turbines under normal operating conditions. The zone descriptions are the same as
those in ISO 7919-1. Transient operating conditions, such as load and rotational speed changes, are also
covered. For gas turbine driven generators above 50 MW, the criteria of ISO 7919-2 are used for assessing
the vibration severity and ISO 7919-3 for generators rated up to and including 50 MW.
6.5 ISO 7919-5 lists the special features required for measuring shaft vibration on coupled hydraulic
machine sets. ISO 7919-5 applies to all types of hydraulic machines having nominal rotational speeds
between 60 r/min and 3 600 r/min, with fluid-film bearings and rated powers of 1 MW or more. These
machines may consist of turbines, pumps, pump turbines, generators, motors and motor generators,
including couplings, gears or auxiliary equipment in the shaft line. The position of the shaft may be
vertical, horizontal or at an arbitrary angle between these two directions.
The guidelines are given for the application of criteria for shaft vibration measured close to the bearings
of coupled hydraulic machine sets, under normal operating and steady-state conditions, and any changes
that can occur in these steady values. The numerical values specified present rotor displacements
relative to the bearings as a function of shaft rotational speed.
7 Related standards
7.1 ISO 3046-5 includes the establishment of general requirements and definitions for the torsional
vibration in shaft systems driven by reciprocating internal combustion (RIC) engines. ISO 3046-5 covers
machine sets driven by internal combustion engines for land, rail-traction and marine use, excluding
sets used to propel road construction and earth-moving machines, agricultural tractors, industrial
types of tractors, automobiles and trucks, and aircraft.
ISO 3046-5 defines the methods used to analyse free vibration and forced vibration, and the calculation
results determine, amongst others, the following:
a) the natural frequencies, natural vectors and resonance rotational speeds;
b) the torsional stresses in the shaft system;
c) the vibratory techniques in elastic couplings and other items influenced by these techniques;
d) the vibratory magnitudes at given points of the shaft line;
e) the thermal power generated in couplings and the other damping sources.
The results can also be used, if necessary, to obtain the vibratory accelerations in gears.
7.2 ISO 8579-2 specifies the methods for determining mechanical vibration of individually housed,
enclosed, rotational speed-increasing and speed-reducing gear units. The methods include measuring
housing and shaft vibrations, and the types of instrumentation, measurement methods and testing
procedures for determining vibration magnitudes. Vibration grades for acceptance are included.
ISO 8579-2 applies only to gear units under test and operating within their design rotational speeds,
loads, temperature ranges and lubrication for acceptance testing at the manufacturer’s facility. Other
specifications can be required for measuring gear unit vibration in field service. In addition, ISO 8579-2
does not apply to special or auxiliary drive trains such as integrated gear-driven compressors, pumps,
turbines and power take-off gears.
7.3 ISO 13373-1 includes general guidelines for the measurement and data collection functions
necessary for the assessment of machinery vibration for condition monitoring and diagnostics.
ISO 13373-1 is applicable to all kinds of rotating machines. ISO 13373-1 describes the various transducer
types and their ranges, and the narrowband analysis procedures and techniques recommended
to perform discrete frequency analyses of the vibration signals. Also taken into consideration are
transducer resonance frequency characteristics and mounted frequency concerns.
Data collection techniques include continuous, periodic and intermittent, and procedures recommended
for trending the vibration data are described. It contains a table of machine types (turbines, generators,
motors, pumps, etc.), and their recommended
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 19201
Première édition
2013-06-01
Vibrations mécaniques —
Méthodologie pour la sélection des
normes appropriées relatives aux
vibrations des machines
Mechanical vibration — Methodology for selecting appropriate
machinery vibration standards
Numéro de référence
©
ISO 2013
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Web www.iso.org
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Normes internationales . 1
2.1 Normes de base relatives aux vibrations des machines . 1
2.2 Normes connexes relatives aux vibrations des machines . 2
2.3 Normes supplémentaires relatives aux vibrations des machines . 2
3 Termes et définitions . 3
4 Évaluation des vibrations des machines . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Normes relatives aux vibrations des machines et critères d’évaluation . 3
4.3 Classification de la sévérité des vibrations de machines . 4
4.4 Modes opératoires et instruments de mesurage . 4
4.5 Résumés des normes relatives aux vibrations . 5
5 Mesurages effectués sur des parties non tournantes . 5
6 Mesurages effectués sur des parties tournantes . 8
7 Normes connexes .10
8 Lignes directrices d’analyse afin de sélectionner la norme de vibrations la plus appropriée
à des machines spécifiques .12
8.1 Généralités .12
8.2 Relations de base pour les vibrations des arbres tournants et de la chaise .16
Annexe A (informative) Dynamique des paliers .18
Annexe B (informative) Raideur dynamique de la chaise .22
Annexe C (informative) Exemples de valeurs types de raideur dynamiquepour les paliers et
les chaises .23
Annexe D (informative) Raideur dynamique de la partie palier combinée avec la chaise.25
Annexe E (informative) Normes internationales relatives aux vibrations des machines présentées
par domaine d’application
......................................................................................................................................................................28
Bibliographie .33
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 procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, 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/CEI, Partie 2, 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 sur la liste ISO des déclarations de
brevets reçues, www.iso.org/patents.
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’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.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 19201:2013(F)
Vibrations mécaniques — Méthodologie pour la sélection des
normes appropriées relatives aux vibrations des machines
1 Domaine d’application
Le présent Rapport technique fournit des lignes directrices pour le choix de normes de vibration
appropriées à des types de machines spécifiques, permettant ainsi le choix de la méthode de mesurage
et d’évaluation des vibrations la plus appropriée. Des résumés de l’ISO 10816 (Évaluation des vibrations
des machines par mesurages sur les parties non tournantes) et de l’ISO 7919 (Évaluation des vibrations
des machines par mesurages sur les arbres tournants) sont fournis, ainsi que des résumés d’autres
Normes internationales liées aux machines.
Le présent Rapport technique fournit une vue d’ensemble des Normes internationales concernées, en
présentant un résumé de leur domaine d’application. Il fournit également une base d’analyse théorique
afin d’établir s’il convient que des mesurages de vibrations soient réalisés sur les parties non tournantes,
sur les arbres tournants ou sur ces deux types d’éléments, pour les machines au sujet desquelles on ne
dispose pas d’expérience antérieure. Il n’est pas destiné à remplacer l’expérience pratique reconnue des
fabricants ou des utilisateurs pour des types de machines spécifiques: il peut exister, pour une machine
donnée, une expérience ou des caractéristiques spécifiques se traduisant par un choix différent d’un
mode opératoire de mesurage plus approprié.
Le but du présent Rapport technique n’est pas de donner au lecteur tous les détails techniques fournis
dans les Normes internationales nécessaires pour effectuer une tâche de mesurage ou d’évaluation sur
une machine particulière: il s’agit plutôt de guider le lecteur vers les Normes internationales appropriées.
Ce sont ces Normes internationales qui fournissent les détails nécessaires. Ensuite, après avoir suivi une
formation adaptée, le lecteur est en mesure de réaliser la tâche de mesurage ou d’évaluation.
2 Normes internationales
NOTE 1 Les Normes internationales auxquelles le présent Rapport technique fait référence sont revues de
manière périodique. L’utilisation des Normes internationales présentées nécessite de s’assurer que l’on dispose
des dernières éditions (y compris les éventuels amendements et rectificatifs).
NOTE 2 Un certain nombre de Normes internationales évoquées dans le présent Rapport technique, ainsi que
d’autres Normes internationales, sont résumées selon leur domaine d’application au Tableau E.1.
NOTE 3 Le présent Rapport technique fournit un instantané des normes pertinentes actuelles. Toutefois, de
façon inévitable, de nouvelles normes seront élaborées au fil du temps. De plus, il peut exister d’autres normes
disponibles pour des types de machines spécifiques qui n’ont pas été référencées. Il convient que l’absence de
telles références ne soit pas interprétée comme un signe de non validité des normes concernées.
2.1 Normes de base relatives aux vibrations des machines
ISO 7919-1, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d’évaluation — Partie 1: Directives générales
ISO 7919-2, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres
tournants — 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
ISO 7919-3, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres
tournants — Partie 3: Machines industrielles couplées
ISO 7919-4, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres
tournants — Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
ISO 7919-5, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres
tournants — Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de pompage
ISO 10816-1, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties
non tournantes — Partie 1: Directives générales
ISO 10816-2, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — 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
ISO 10816-3, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — 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
ISO 10816-4, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
ISO 10816-5, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties
non tournantes — Partie 5: Groupes générateurs de puissance et installations de pompage hydrauliques
ISO 10816-6, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 6: Machines alternatives de puissance nominale supérieure à 100 Kw
ISO 10816-7, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties
non tournantes — Partie 7: Pompes rotodynamiques pour applications industrielles, y compris mesurages
sur les arbres tournants
ISO 10816-8, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 8: Systèmes de compresseurs alternatifs
2.2 Normes connexes relatives aux vibrations des machines
ISO 3046-5, Moteurs alternatifs à combustion interne — Performances — Partie 5: Vibrations de torsion
ISO 8579-2, Code de réception des engrenages — Partie 2: Détermination des vibrations mécaniques d’une
transmission par engrenages au cours des essais de réception
ISO 13373-1, Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 1:
Procédures générales
ISO 13373-2, Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 2:
Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
1)
ISO 13373-3 , Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 3:
Guidelines for vibration diagnosis
ISO 14694, Ventilateurs industriels — Spécifications pour l’équilibrage et les niveaux de vibration
ISO 14695, Ventilateurs industriels — Méthode de mesure des vibrations des ventilateurs
2.3 Normes supplémentaires relatives aux vibrations des machines
2)
ISO 1925, Vibrations mécaniques — Équilibrage — Vocabulaire
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
ISO 2954, Vibrations mécaniques des machines tournantes ou alternatives — Exigences relatives aux
appareils de mesure de l’intensité vibratoire
1) Prévue
2) Deviendra l’ISO 21940-2 une fois révisée.
2 © ISO 2013 – Tous droits réservés
ISO 5348, Vibrations et chocs mécaniques — Fixation mécanique des accéléromètres
ISO 10817-1, Systèmes de mesure des vibrations des arbres tournants — Partie 1: Captage relatif et captage
absolu des vibrations radiales
ISO 21940-31, Vibrations mécaniques — Équilibrage des rotors — Partie 31: Susceptibilité et sensibilité des
machines aux balourds
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 1925 et dans l’ISO 2041
ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
vibrations absolues de l’arbre
vibrations de l’arbre mesurées à partir des coordonnées absolues
3.2
vibrations relatives de l’arbre
vibrations de l’arbre mesurées à partir du support du transducteur (par exemple, corps de palier)
3.3
vibrations de la chaise
vibrations de la structure de support du palier
3.4
raideur dynamique du palier
raideur dynamique de la partie palier, y compris les effets d’amortissement et de masse
3.5
raideur dynamique de la chaise
raideur dynamique de la structure de support du palier, y compris les effets d’amortissement et de masse
4 Évaluation des vibrations des machines
4.1 Généralités
L’ISO 10816 fournit des lignes directrices pour le mesurage et l’évaluation des vibrations pour différents
types de machines, fondés sur des mesurages effectués sur les parties non tournantes des machines.
L’ISO 7919 fournit des lignes directrices pour le mesurage et l’évaluation des vibrations, fondés sur des
mesurages effectués sur les arbres tournants des machines.
D’autres recommandations sont fournies dans les normes connexes et supplémentaires relatives aux
vibrations des machines, listées en 2.2 et 2.3.
4.2 Normes relatives aux vibrations des machines et critères d’évaluation
Les machines peuvent être subdivisées en quatre catégories pour les besoins du mesurage et de
l’évaluation des vibrations:
a) Machines alternatives comportant à la fois des composants tournants et des composants alternatifs,
telles que des moteurs diesel et certains types de compresseurs et de pompes. Les vibrations
sont habituellement mesurées sur la structure principale de la machine à de basses fréquences,
généralement dans la plage allant de 2 Hz à 1 000 Hz.
b) Machines rotatives comportant des rotors à comportement rigide, telles que certains types de
moteurs électriques, des pompes monocellulaires et des pompes à vitesse lente. Les vibrations sont
habituellement mesurées sur la structure principale (par exemple sur les chapeaux ou chaises de
palier), là où les amplitudes de vibrations sont représentatives des forces d’excitation générées par
le rotor à cause d’un balourd, du cintrage thermique, du frottement ou d’autres sources d’excitation.
c) Machines rotatives comportant des rotors à comportement flexible, telles que de grands groupes turbine
à vapeur et à gaz-alternateur, des pompes multicellulaires et des compresseurs. La machine peut
être réglée sur différents modes de vibration étant donné qu’elle passe par une ou plusieurs vitesses
de résonance pour atteindre sa vitesse de fonctionnement. Sur ce type de machine, l’amplitude des
vibrations mesurées sur un élément de structure peut ne pas être totalement représentative de la
vibration du rotor. Par exemple, un rotor flexible peut subir de très grands déplacements en raison
d’une défaillance de la machine, même si l’amplitude des vibrations mesurées sur le chapeau de palier
est faible. En conséquence, il peut s’avérer nécessaire de mesurer les vibrations directement sur l’arbre.
d) Machines rotatives comportant des rotors à comportement quasi rigide, telles que certains rotors à
turbine à vapeur, des compresseurs à flux axial et des ventilateurs. De telles machines contiennent
une catégorie particulière de rotors flexibles pour laquelle les amplitudes de vibrations mesurées
sur le chapeau de palier sont représentatives des vibrations de l’arbre.
L’Article 8 fournit les détails d’une approche analytique visant à déterminer la méthode de mesurage des
vibrations (ou la Norme internationale) la plus avantageuse à utiliser sur une machine particulière, en se
fondant sur les caractéristiques physiques et structurelles de la machine.
4.3 Classification de la sévérité des vibrations de machines
Dans la classification de la sévérité des vibrations de machines, la variable de mouvement utilisée
(déplacement, vitesse ou accélération) dépend de la Norme internationale applicable, de la plage de
fréquences et d’autres facteurs. C’est ainsi qu’en classant les vibrations de machines dans la plage allant
de 10 Hz à 1 000 Hz, on utilise habituellement la vitesse de vibration, car elle produit une mesure simple
de la sévérité des vibrations d’une machine. Pour les vibrations de fréquence plus basse et plus élevée,
les grandeurs de mesure préférées sont respectivement le déplacement et l’accélération.
Pour un mouvement harmonique simple, la valeur de crête ou la valeur efficace de la variable de mouvement
peut être utilisée. Cependant, pour les machines dont le mouvement est complexe, l’utilisation de ces
deux mesures produit des résultats nettement différents, principalement à cause de formes d’ondes
particulières telles que les ondes pulsées ou les harmoniques de plus haute fréquence, et des coefficients
de pondération différents leurs sont attribués. Pour les machines rotatives dont la vitesse de rotation se
situe entre 600 r/min et 12 000 r/min, les valeurs efficaces de la vitesse de vibration correspondent le
plus à la sévérité des vibrations. Il existe donc une mesure spéciale, la sévérité des vibrations, qui a été
définie par le passé comme étant la plus haute valeur de la mesure de la valeur efficace de la vitesse de
vibration sur une large bande dans la plage de fréquences allant de 10 Hz à 1 000 Hz, telle qu’évaluée sur
la structure aux endroits recommandés et définis dans la norme appropriée à ce type de machine (par
exemple, l’ISO 10816-2).
NOTE De nos jours, la sévérité des vibrations est un terme générique désignant la valeur de vibrations
maximale mesurée sur les parties non tournantes d’une machine, indépendamment du fait qu’il s’agisse du
déplacement, de la vitesse ou de l’accélération (voir l’ISO 2954).
4.4 Modes opératoires et instruments de mesurage
Les Normes internationales référencées comprennent des modes opératoires pour mesurer les signaux
relatifs de l’arbre au corps de palier, pour effectuer des mesurages absolus et pour des applications sismiques.
Les transducteurs recommandés et décrits comprennent le déplacement, la vitesse et l’accélération; leurs
plages et limites d’application, d’amplitude et de fréquences, pour les dispositifs fixés et non fixés, sont
incluses. L’ISO 2954 fournit des spécifications relatives aux instruments mesurant la vibration des corps
des machines. L’ISO 5348 fournit des recommandations relatives à la fixation des accéléromètres sur le
corps des machines qui, dans la plupart des cas, s’appliquent également aux transducteurs de vitesse.
L’ISO 10817-1 décrit le capteur (transducteur), le conditionnement du signal, les méthodes de fixation et
les modes opératoires d’étalonnage pour l’instrumentation destinée à mesurer les vibrations des arbres.
4 © ISO 2013 – Tous droits réservés
4.5 Résumés des normes relatives aux vibrations
L’Article 5 et l’Article 6 contiennent de brèves descriptions des normes relatives aux vibrations des
machines les plus importantes, qu’elles soient publiées ou en cours d’élaboration. Elles incluent les
modes opératoires de mesurage sur large bande, les valeurs limites et les zones. L’Article 5 traite:
des mesurages sur parties non tournantes; des machines alternatives; des mesurages sur les arbres
tournants non alternatifs; et des machines comportant des transmissions par engrenages. L’Article 6
traite de modes opératoires de mesurage similaires, des valeurs limites et des zones sur les arbres
tournants. Les mesurages sur les machines munies de rotors à comportement rigide ou flexible sont
également pris en considération. Pour obtenir des détails relatifs au type et à la taille des machines, ainsi
qu’aux limites de vibrations pour les zones d’opération, allant de «acceptables» à «critiques», consulter
individuellement chacune des Normes internationales.
L’Article 7 comprend de brefs résumés des Normes internationales connexes, fournis en plus de ceux de
l’ISO 7919 et de l’ISO 10816.
5 Mesurages effectués sur des parties non tournantes
5.1 L’ISO 10816-1 fournit des lignes directrices générales qui décrivent des modes opératoires pour le
mesurage et l’évaluation des vibrations, fondés sur des mesurages effectués sur les parties non tournantes
des machines. Il s’agit de la première partie d’une série de Normes internationales qui fournissent des
critères individuels pour chaque classe générale de machines couverte, et qui sont propres à ces machines.
Ces critères, qui sont présentés en termes à la fois d’amplitude de vibration et de changement de vibration,
se rapportent au diagnostic de fonctionnement et aux essais de réception.
L’ISO 10816 vise les objectifs suivants:
a) couvrir la plage de fréquences à large bande des machines à vitesse lente et à vitesse rapide;
b) établir les critères vibratoires afin d’inclure diverses zones d’opération;
c) intégrer des critères vibratoires issus d’une enquête réalisée à l’échelle mondiale;
d) inclure des critères et des modes opératoires de mesurage uniques pour des types de machines
spécifiques.
Des lignes directrices générales visant à établir des zones d’évaluation dans des conditions de
fonctionnement en régime permanent et dans des conditions transitoires sont décrites. Elles fournissent
la base des critères d’évaluation spécifiques aux machines qui figurent dans les parties suivantes de
l’ISO 10816. Ces zones sont définies comme suit:
Zone A: Les vibrations des machines nouvellement mises en service appartiennent normalement à cette
zone.
Zone B: Les machines dont les vibrations se situent dans cette zone sont normalement considérées
comme acceptables pour un service de longue durée sans la moindre restriction.
Zone C: Les machines dont les vibrations appartiennent à cette zone sont normalement considérées
comme non satisfaisantes pour un fonctionnement continu à long terme. D’une manière générale,
la machine peut être exploitée dans ces conditions pendant une période limitée dans l’attente d’une
occasion permettant d’y apporter une action corrective.
Zone D: Les valeurs de vibrations appartenant à cette zone sont normalement considérées comme
suffisamment importantes pour endommager la machine.
Les limites de vibrations définissant les limites des zones constituent des lignes directrices permettant
d’éviter des insuffisances graves ou des exigences irréalistes. Les critères de réception doivent toujours
faire l’objet d’un accord entre le fournisseur de la machine et son acquéreur avant l’installation. Les
zones d’évaluation fournissent une base afin de définir les critères d’acceptation de machines neuves ou
remises à neuf. Historiquement, les critères de réception 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.
Le mesurage des vibrations est à large bande et la plage de fréquences est suffisante pour garantir
que la machine en question est couverte de manière adéquate, ce qui dépend du type de machine
considéré. Par exemple, il convient que la plage de fréquences nécessaire pour évaluer l’intégrité d’une
machine comportant des paliers à roulement inclue des fréquences plus élevées que celles des machines
comportant des paliers à film fluide. En plus des mesurages de vitesse de vibration, qui étaient les critères
fondamentaux des premières Normes internationales en raison de leur rapport avec l’énergie vibratoire,
l’ISO 10816 inclut d’autres critères tels que le déplacement, l’accélération et les valeurs de crête au lieu
des valeurs efficaces, car ces critères peuvent être préférés lorsque l’on considère des machines conçues
pour une vitesse de fonctionnement ultralente ou ultrarapide.
5.2 L’ISO 10816-2 donne des lignes directrices spécifiques concernant l’évaluation de la sévérité des
vibrations mesurées sur les paliers ou les chaises de grands groupes turbine à vapeur-alternateur. Les
mesurages effectués à de tels endroits spécifiés caractérisent raisonnablement l’état vibratoire global de
ces machines.
Il convient que le système de mesurage des vibrations soit capable de mesurer les vibrations efficaces à
large bande sur une plage de fréquences allant au moins de 10 Hz à 500 Hz. Toutefois, si les instruments
doivent également être utilisés à des fins de diagnostic, ou pour la surveillance durant les phases de
montée en vitesse ou de ralentissement de la machine, ou en cas de survitesse, une plage de fréquences
plus large peut s’avérer nécessaire.
L’ISO 10816-2 inclut les critères vibratoires fondés sur la vitesse de vibration efficace du corps ou de
la chaise de palier pour les groupes turbine à vapeur-alternateur excédant 50 MW avec des vitesses
nominales de fonctionnement de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min. Ces valeurs
s’appliquent in situ dans des conditions de régime permanent et concernent diverses zones d’opération.
La description des zones est la même que dans l’ISO 10816-1. Les conditions de régime transitoire, telles
que les fluctuations de vitesse ou de charge, sont également couvertes.
5.3 L’ISO 10816-3 fournit des lignes directrices spécifiques pour évaluer la sévérité des vibrations sur
les paliers, les chaises de palier ou les corps de machines industrielles couplées lors de mesurages in situ.
L’ISO 10816-3 couvre les turbines à vapeur jusqu’à 50 MW et les ensembles turbine à vapeur présentant
une puissance supérieure à 50 MW et une vitesse inférieure à 1 500 r/min ou supérieure à 3 600 r/min.
Sont également inclus: les compresseurs, les turbines à gaz industrielles dont la puissance n’excède pas
3 MW, les générateurs (autres que ceux couverts par l’ISO 10816-2), les moteurs électriques de tous types,
et tous les ventilateurs et souffleries dont la puissance dépasse 300 kW, ainsi que les autres ventilateurs
qui ne sont pas fixés de manière trop flexible. Elle couvre également les pompes qui ne sont pas traitées
par l’ISO 10816-7.
Des différences significatives dans la conception, le type de paliers et le type de structures de support
nécessitent que l’ISO 10816-3 soit divisée en deux groupes de machines, à savoir:
a) Groupe 1: grandes machines présentant une puissance nominale supérieure à 300 kW ou machines
électriques présentant des hauteurs d’arbre supérieures ou égales à 315 mm;
b) Groupe 2: machines de taille moyenne présentant une puissance nominale comprise entre plus de
15 kW et 300 kW (inclus) ou machines électriques présentant des hauteurs d’arbre comprises entre
160 mm et 315 mm (exclus).
Les plus grandes machines comportent normalement des paliers à coussinets et la plage de vitesses de
fonctionnement ou nominales est relativement large, allant de 120 r/min à 15 000 r/min.
Les classifications des zones de sévérité des vibrations pour les grandes machines industrielles présentant
une puissance nominale comprise entre 300 kW et 50 MW (Groupe 1) sont incluses. Les classifications
des zones de sévérité des vibrations pour les machines industrielles de taille moyenne présentant une
puissance nominale comprise entre 15 kW et 300 kW (Groupe 2) sont également incluses. La description
des zones est la même que dans l’ISO 10816-1.
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5.4 L’ISO 10816-4 donne des lignes directrices spécifiques concernant l’évaluation de la sévérité des
vibrations mesurées sur les corps ou chaises de paliers des turbines à gaz à paliers à film fluide.
L’ISO 10816-4 s’applique aux turbines à gaz en service intensif utilisées pour des applications à commande
électrique et mécanique couvrant la plage de puissance supérieure à 3 MW et une plage de vitesses en
charge située entre 3 000 r/min et 30 000 r/min. Généralement, les critères s’appliquent à la fois aux
turbines à gaz et aux équipements commandés. En ce qui concerne les générateurs supérieurs à 50 MW,
les critères de l’ISO 10816-2 sont utilisés pour évaluer la sévérité des vibrations et ceux de l’ISO 10816-3
sont utilisés pour les générateurs dont la puissance nominale est inférieure ou égale à 50 MW.
L’évaluation des limites de zone fondée sur les vibrations du corps ou de la chaise de palier pour les
turbines à gaz industrielles est incluse. Ces critères supposent que les turbines à gaz comportent des
paliers à film fluide et que les mesurages des vibrations sont des valeurs à large bande relevées in
situ dans des conditions normales de fonctionnement en régime permanent. Les conditions de régime
transitoire, telles que les fluctuations de vitesse ou de charge, sont également couvertes. L’ISO 10816-4
englobe les machines qui peuvent avoir des transmissions par engrenages, mais elle ne concerne pas
l’évaluation de l’état de ces transmissions. La description des zones est la même que dans l’ISO 10816-1.
5.5 L’ISO 10816-5 fournit des lignes directrices spécifiques pour évaluer la sévérité des vibrations
mesurées sur les paliers, les chaises de palier ou les corps de machines hydrauliques lors de mesurages
in situ. Elle s’applique aux groupes générateurs de puissance et installations de pompage hydrauliques
lorsque les machines hydrauliques présentent des vitesses comprises entre 120 r/min et 1 800 r/min,
comportent des paliers à demi-coussinets ou à coussinets, et dont la puissance du moteur principal est
au moins égale à 1 MW. La position de l’axe de l’arbre peut être verticale, horizontale, ou former un angle
arbitraire entre ces deux directions.
L’ISO 10816-5 comprend: turbines et générateurs, pompes et machines électriques fonctionnant comme
moteurs, turbopompes et groupes convertisseurs, y compris le matériel auxiliaire (par exemple les
turbines de démarrage ou les excitatrices se situant sur l’axe de l’arbre). Elle comprend également
les turbines ou pompes individuelles reliées à des générateurs ou à des moteurs électriques par
l’intermédiaire de transmissions et/ou d’accouplements flexibles.
Les critères vibratoires efficaces recommandés en fonction de la vitesse de rotation d’arbre pour
les machines hydrauliques dont la puissance nominale est supérieure à 1 MW et la vitesse nominale
comprise entre 120 r/min et 1 800 r/min sont inclus.
5.6 L’ISO 10816-6 établit des modes opératoires et des lignes directrices pour le mesurage et la
classification des vibrations mécaniques de machines alternatives. En général, l’ISO 10816-6 se réfère
aux mesurages de vibrations effectués sur la structure principale de la machine et les valeurs limites sont
définies principalement pour assurer un fonctionnement fiable et sécurisé de la machine, ainsi que pour
éviter les problèmes liés aux équipements auxiliaires fixés sur la structure de la machine.
Dans le cas des machines alternatives, les vibrations mesurées sur la structure principale de la machine,
et qualifiées selon l’ISO 10816-6, ne peuvent donner qu’une idée approximative des contraintes et des
états vibratoires que connaissent les composants se trouvant dans la machine elle-même. Par exemple,
les vibrations de torsion des parties tournantes ne peuvent généralement pas être déterminées par
des mesurages effectués sur les parties structurelles de la machine. Selon l’expérience acquise avec
des machines similaires, les dommages pouvant se produire lors du dépassement des valeurs limites
sont principalement subis par les composants fixés sur la machine (par exemple, turbocompresseurs,
échangeurs thermiques, régulateurs, pompes, filtres), par les éléments de connexion des machines
comportant des dispositifs périphériques (par exemple, conduites), ou par les instruments de surveillance
(par exemple, manomètres, thermomètres).
Cette Norme internationale s’applique généralement aux machines alternatives à pistons, montées de
manière rigide ou flexible et présentant une puissance nominale supérieure à 100 kW. Exemples types
d’application: moteurs à propulsion des navires, moteurs auxiliaires des navires, moteurs utilisés dans
les groupes électrogènes diesel, compresseurs à gaz et locomotives diesel. Les amplitudes maximales
pour le déplacement, la vitesse et l’accélération des vibrations sont données, et un nomogramme de la
sévérité des vibrations est inclus.
5.7 L’ISO 10816-7 fournit des lignes directrices pour l’évaluation des vibrations sur les pompes
rotodynamiques pour applications industrielles présentant une puissance nominale supérieure à
1 kW. Elle décrit les exigences relatives à l’évaluation des mesurages des vibrations sur les parties non
tournantes. Elle fournit également des lignes directrices pour évaluer la sévérité des vibrations mesurées
sur les paliers, que cela soit effectué in situ, dans les installations d’essai du fabricant ou dans l’usine. Des
zones et des limites sont fournies pour les essais de réception réalisés dans les installations d’essai du
fabricant, si cela est spécifié, et des critères spéciaux sont donnés. Les limites de zone incluses concernent
les vibrations des pompes horizontales et verticales, indépendamment de la flexibilité de leur support.
Pour un service de longue durée, deux critères supplémentaires sont fournis. Le premier tient compte de
l’amplitude des vibrations observées et le second tient compte des variations d’amplitude. Les critères
s’appliquent aux vibrations produites par la machine elle-même et non pas aux vibrations qui lui sont
transmises par des sources externes. Les limites de vitesse des vibrations sont donc fournies pour ces
deux catégories, avec les valeurs de réception de zone et d’essai données pour les pompes ≤ 200 kW et
> 200 kW. Les valeurs limites de réception de zone et d’essai pour le déplacement sont également fournies.
5.8 L’ISO 10816-8 établit des modes opératoires et des lignes directrices pour le mesurage et la
classification des vibrations mécaniques de systèmes de compresseurs alternatifs. Les valeurs vibratoires
sont définies principalement afin de classifier les vibrations des systèmes de compresseurs et pour éviter
les problèmes de fatigue liés à des parties du système de compresseurs alternatifs, à savoir les fondations,
le compresseur, les amortisseurs, la tuyauterie et les équipements auxiliaires fixés sur le système de
compresseurs. Ces lignes directrices ne sont pas destinées à être utilisées à des fins de surveillance de
l’état du système.
L’ISO 10816-8 s’applique aux compresseurs alternatifs montés de manière rigide et dont les vitesses
nominales types sont comprises entre plus de 120 r/min et 1 800 r/min (inclus). Des valeurs directrices
pour des déplacements, vitesses et accélérations acceptables des vibrations globales liées aux systèmes
de compresseurs alternatifs sont données. Les critères d’évaluation généraux concernent les mesurages
opérationnels. Les critères sont également utilisés pour s’assurer que les vibrations de la machine n’ont
pas d’incidence sur les équipements fixés directement sur la machine, par exemple les amortisseurs de
pulsations et le système de tuyauterie.
Il est reconnu que ces critères d’évaluation peuvent n’avoir qu’une application limitée lorsque l’on prend
en considération les effets des composants internes de la machine: par exemple, il est peu probable
que les problèmes liés aux soupapes, aux pistons ou aux garnitures de piston soient détectés dans les
mesurages. L’identification de tels problèmes peut nécessiter des techniques de diagnostic n’entrant pas
dans le domaine d’application de cette partie de l’ISO 10816.
L’ISO 10816-8 ne s’applique pas aux hypercompresseurs. Le bruit n’entre pas non plus dans le domaine
d’application de l’ISO 10816-8. La description des zones est différente de celle figurant dans l’ISO 10816-1.
6 Mesurages effectués sur des parties tournantes
6.1 L’ISO 7919-1 fournit des lignes directrices spécifiques pour les mesurages de vibrations sur les
arbres tournants des machines. En général, ces machines contiennent des systèmes d’arbre à rotor
flexible, et l’on peut obtenir des mesures plus précises et plus sensibles des variations de l’environnement
vibratoire si les mesurages sont effectués sur ces éléments tournants. Aussi, les machines ayant des corps
relativement raides et/ou lourds par rapport à la masse du rotor sont un exemple type de ces catégories
de machines pour lesquelles le mesurage des vibrations du rotor est régulièrement préféré.
Des machines telles que les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les turbocompresseurs industriels
disposent toutes de plusieurs modes de vibrations dans leur plage de vitesses de fonctionnement et des
mesurages sur les arbres permettent de mieux observer leurs réponses aux balourds, désalignements,
cintrages thermiques, frottements et au déchargement des paliers.
Il existe trois principaux facteurs selon lesquels l’amplitude des vibrations d’une machine est jugée:
— la charge cinétique du palier;
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— le mouvement absolu du rotor;
— le jeu du rotor par rapport au palier.
Si la charge cinétique du palier est source de préoccupation pour se prémunir contre des dommages du
palier, il convient que les vibrations de l’arbre par rapport à la structure du palier soient contrôlées en
tant que critère prioritaire. Si les mouvements absolus de l’arbre (une mesure de la contrainte de flexion
du rotor) ou un jeu entre le rotor et le palier sont sources de préoccupation, le type de mesurage utilisé
dépend de l’amplitude des vibrations sur la structure qui soutient le transducteur de mouvement relatif.
Donc, si l’amplitude des vibrations de cette structure de support est significative, les vibrations absolues
de l’arbre constitueront un mesurage plus fiable. Le jeu du rotor par rapport au palier nécessite d’être
surveillé pour se prémunir contre les frottements du joint du logement et de l’aubage, qui peuvent causer
des défaillances du rotor ou de l’aubage.
Les vibrations de l’arbre des machines, mesurées près des paliers, sont évaluées sur la base de deux critères:
a) Critère I: Le fonctionnement fiable et sûr d’une machine dans des conditions normales de
fonctionnement nécessite que le déplacement des vibrations de l’arbre demeure inférieur à certaines
limites cohérentes avec, par exemple, des charges cinétiques acceptables et des marges adaptées
sur les déplacements radiaux de la machine. Les vibrations maximales de l’arbre sont évaluées en
fonction des zones d’évaluation.
b) Critère II: Des changements dans le déplacement des vibrations de l’arbre, même si les limites
énoncées en a) ne sont pas dépassées, peuvent mener à l’apparition de dommages ou à d’autres
irrégularités. Par conséquent, il convient de ne pas permettre que de tels changements dépassent
certaines limites par rapport à une valeur de référence. Si cette valeur de référence change de manière
significative, il convient que des mesures soient prises pour établir les raisons de ce changement
et, si nécessaire, que des actions appropriées soient entreprises. Dans ce contexte, il convient de
prendre une décision sur l’action à entreprendre, le cas échéant, en tenant compte de l’amplitude
maximale des vibrations et de l’état stationnaire ou non de la machine après les vibrations.
Des lignes directrices générales pour établir des zones d’évaluation dans des conditions de fonctionnement
en régime permanent sont décrites et fournissent la base de critères d’évaluation spécifiques aux machines
qui figurent dans les parties suivantes de l’ISO 7919. La définition et l’application des différentes zones
sont les mêmes que celles adoptées pour l’ISO 10816 (voir l’Article 5).
6.2 L’ISO 7919-2 fournit les caractéristiques particulières requises pour le mesurage des vibrations des
arbres sur les systèmes de rotors couplés de groupes turbine à vapeur-alternateur pour centrales électriques,
présentant des vitesses nominales comprises entre 1 500 r/min et 3 600 r/min, et des puissances utiles
excédant 50 MW. Des critères d’évaluation fondés sur l’expérience sont présentés: ils peuvent être utilisés
comme lignes directrices pour l’évaluation des comportements vibratoires de ces machines.
Les amplitudes de vibration spécifiées concernent à la fois les vibrations d’arbres relatives et absolues
mesurées aux paliers porteurs principaux, ou à proximité de ceux-ci, à la vitesse nominale et en régime
permanent. Des amplitudes de vibration plus élevées peuvent être permises en d’autres po
...
Questions, Comments and Discussion
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