ISO 7919-5:1997
(Main)Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and evaluation criteria — Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and evaluation criteria — Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
Gives guidelines for applying shaft vibration evaluation criteria, under normal operating conditions, measured at or close to the bearings of machines or machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.
Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et critères d'évaluation — Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de pompage
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL
STANDARD
First edition
1997-02-l 5
Mechanical vibration of non-reciprocating
machines - Measurements on rotating
shafts and evaluation criteria -
Part 5:
Machine sets in hydraulic power generating
and pumping plants
Vibrations mkaniques des machines non alternatives - Mesurages sur
/es arbres tournan ts et crit&res d ‘Gvalua tion -
Partie 5: Machines kquipant /es centrales hydro@lectriques et /es stations
de pompage
Reference number
IS0 7919-5:1997(E)
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IS0 7919=5:1997(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through IS0
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. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
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.
International Standard IS0 7919-5 was prepared by Technical Committee
lSO/TC 108, Mechanical vibration and shock, Subcommittee SC 2,
Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
IS0 7919 consists of the following parts, under the general title
Mechanical vibration of non-reciprocating machines - Measurements on
rotating shafts and evaluation criteria:
- Part 7: General guidelines
Part 2: Large land-based steam turbine generator sets
- Part 3: Coupled industrial machines
- Part 4: Gas turbine sets
- Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping
plants
Annex A forms an integral part of this part of IS0 7919. Annexes B and C
are for information only.
0 IS0 1997
no part of this publication may be
All rights reserved. Unless otherwise specified,
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Internet: central@iso.ch
x.400: c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Printed in Switzerland
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INTERNATIONAL STANDARD @ IS0 IS0 7919=5:1997(E)
Mechanical vibration of non-reciprocating machines -
Measurements on rotating shafts and evaluation criteria -
Part 5:
Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
1 Scope
This part of IS0 7919 gives guidelines for applying shaft vibration evaluation criteria, under normal operating
conditions, measured at or close to the bearings of machines or machine sets in hydraulic power generating and
pumping plants. These guidelines are presented in terms of both steady-state running vibration and any amplitude
changes which may occur in these steady values. The numerical values specified are not intended to serve as the
only basis for vibration evaluation since, in general, the vibratory condition of a machine is assessed by
consideration of both the shaft vibration and the associated structural vibration (see IS0 7919-1).
This part of IS0 7919 applies to machines or machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
where the hydraulic machines have speeds from 60 r/min to 1 800 r/min, shell- or shoe-type sleeve bearings, and
main engine power of at least 1 MW. The position of the shaft line may be vertical, horizontal or at an arbitrary
angle between these two directions.
Machine sets covered by this part of IS0 7919 may be a combination of
- hydraulic turbines and generators,
- pumps and electrical machines operating as motors,
- pump-turbines and motor-generators,
including auxiliary equipment (e.g. starting turbines or exciters lying in the shaft line).
This part of IS0 7919 is also applicable to turbines or pumps connected to generators or electrical motors via gears
and/or radially flexible couplings. However, electrical machines with speeds between 1 000 r/min and 1 800 r/min
r should be evaluated according to the criteria specified in IS0 7919-3.
This part of IS0 7919 is not applicable to
- pumps in thermal power plants or industrial installations (for these machines, see IS0 7919-3)
- hydraulic machines or machine sets having rolling element bearings, or
- hydraulic machines having water-lubricated bearings.
Consistent with IS0 7919-1, shaft vibration of machines or machine sets in hydraulic power generating and
pumping plants may be determined with regard to the following tasks:
- task A: changes in vibrational behaviour;
- task B: excessive kinetic load;
- task C: the monitoring of radial clearance.
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@ IS0
IS0 7919-5:1997(E)
2 Normative references
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this part
of IS0 7919. At the time of publication, the editions indicated were valid. All standards are subject to revision, and
parties to agreements based on this part of IS0 7919 are encouraged to investigate the possibility of applying the
most recent editions of the standards indicated below. Members of IEC and IS0 maintain registers of currently
valid International Standards.
IS0 7919-I : 1996, Mechanical vibration of non-reciprocating machines - Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria - Part 7: General guidelines.
IS0 10817-I : --I), Rotating shaft vibration measurement systems - Part 7: Relative and absolute signal sensing of
radial vibration from rotating shafts.
I EC 994: 1991, Guide for field measurement of vibrations and pulsations in hydraulic machines (turbines, storage
pumps and pump-turbines).
3 Measurement procedures
The measurement procedures to be followed and the instrumentation used shall be as described in IS0 7919-I and
IEC 994.
3.1 Measurement type
Relative and absolute shaft vibration measurements are carried out on hydraulic machine sets using non-contacting
transducers. Shaft-riding probes with seismic transducers cannot generally be used due to the very-low-frequency
range of the measuring equipment required for low-speed hydraulic machinery.
For relative measurements, transducers should be mounted directly on the bearing shell or the bearing pad. If the
transducers are installed on the bearing support structure or bearing housing, as it is common for vertical
machines, care shall be taken that the relative motion between the bearing shell or pad and the transducer itself is
small compared with the shaft motion. If this is not so, the measured signal cannot be said to be representative of
the relative movement between the shaft and bearing shell or bearing pad, respectively. This requirement may be
assessed by static analysis of the structure or additional measurement; the latter is usually difficult and expensive.
For absolute vibration measurements, non-contacting transducers shall be installed on rigid frameworks, fixed to
the turbine or generator pit wall. Signals from these transducers can only be regarded as representative of the
absolute shaft vibration when the absolute vibration of the supporting structure itself at the point of attachment of
the transducer is less than IO % of the measured peak-to-peak value, with 25 pm as an upper limit.
With regard to the transducer support structures, it is advisable that the lowest natural frequency of those vibration
modes which create significant movements in the working direction of shaft displacement transducers should be
greater than seven times the synchronous rotational frequency and should not be a direct multiple of the
synchronous rotational frequency.
The absolute vibration of the support frame should always be measured using seismic transducers installed on the
support frame as close as possible to the shaft movement transducer and in the same direction of action. The
readings from the seismic transducers may be used after conversion into displacements to evaluate the absolute
shaft displacement.
NOTE - Apart from the shaft vibration, the vibration of the bearing support is frequently monitored as well. The vibration
measurement at the lower guide bearings of vertical machines may, however, be misinterpreted; the vibration value measured
at the bearings and their supports which are rigidly embedded in the building is sometimes produced by hydraulic forces,
directly transmitted from the hydraulic machine via the foundation, and is not produced by radial shaft vibration.
1) To be published.
2
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63 IS0
IS0 7919=5:1997(E)
3.2 Measurement planes
Measurement tasks A and B in clause I require measurements to be taken at all main bearings of the machine set.
If possible, the setting of the transducers at the different bearings should be in line. For vertical machines, in most
cases the preferred measurement directions are upstream and 90’ apart in the direction of rotation. For horizontal
machines, for practical reasons the measurement directions are often chosen to be + 45” from the vertical.
For monitoring purposes (task A) only, in some cases measurement planes can be reduced to the most important
ones, mainly at machine sets with four or more bearings. The selection should be based on vibration performance
analyses, simulating all types of faults or disturbing events. Preferred measurement planes should be those where
possible disturbing events produce significant shaft amplitudes.
Measurement task C requires the installation of transducers near to or inside the hydraulic machine seals or
labyrinths, or at positions from where it is possible to reconstruct the shaft line deflection within the hydraulic
machine for all relevant vibration modes. Appropriate measurements are, in special cases, part of the
commissioning of a machine set. They may yield transfer functions for the different permanent measurement
planes.
NOTE - When judging the behaviour of the whole machine, it is important to measure also at a distance from the bearings
(e.g. in the coupling area) to obtain information about the amplitude distribution along the shaft line. If a bearing plane is near to
a vibration node, the vibration behaviour and the actual shaft line deflection can be underestimated.
3.3 Measuring equipment
The measuring equipment performance should be in accordance with the requirements of IS0 10817-l and
IEC 994.
The frequency range of the measuring equipment shall correspond to the wide excitation spectrum of shaft
vibration in hydraulic machines. It should be from a quarter of the nominal rotational frequency of the machine up to
two times the bucket or blade passing frequency.
system should be at least two
The amplitude range of the measurement times the values of the borderline
between zones C and D (see clause A.Z), so that transient operating conditions can be accurately monitored.
4 Evaluation criteria
4.1 Turbine operation conditions
Evaluation criteria for vibrat on ma gnitude and changes in vibration magnitude for machine sets in turbine operation
conditions are presen ted in annex A. They are in accordance with the general guidelines given in IS0 7919-I.
With respect to the special nature of the vibration orbits of vertical shaft hydromachines, the preferred
measurement quantity shall be the maximum vibratory displacement Smax. Since most of the monitoring systems
display displacement amplitudes as St,-,) values (vibratory displacement peak-to-peak in the direction of
measurement; see IS0 7919-l), the evaluation criteria are specified for both measurement quantities. Application
of these criteria is valid for machine sets with nominal speeds between 60 r/min and I 800 r/min operating within
the contractually permissible steady-state load range as well as at other load conditions, if the machine has been
made suitable for these particular conditions.
The limiting values are applicable for all kinds of turbine-driven machine sets independent of the type, head and
power except for the restrictions stated in clause I. For hydromechanically smoother running turbine types (e.g.
Pelton turbines), lower shaft vibration amplitudes can normally be expected.
In the case of pump-turbi nes, hi gher shaft vibration ampl itudes t han norma Ily expected for zone A can occur due to
the ru of the optimal design for turbine and pump runner.
nner design, which is a co Impromrse
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0 IS0
IS0 7919=5:1997(E)
4.2 Pump operation conditions
At present, insufficient data are available to prepare criteria for machine sets in pump operation conditions. They
will be added to a future edition of this part of IS0 7919.
4.3 Special operating conditions
Attention should be paid to the following operating conditions:
steady-state operating conditions at low partial load, at overload, and the frequent transient operating
a)
conditions during start-up and shut-down;
b) rare transient operating conditions such as emergency shut-down, no discharge operation, and running through
the brake quadrant with pumps and pump-turbines.
The evaluation of such processes is much more difficult than that of operation in the specified load range. At
present there are insufficient values determined from experience to establish limiting curves for these operating
conditions. The less the operating condition corresponds to the nominal conditions, the more the flow within the
hydraulic machine is disturbed; disturbances such as separation and swirl generate violent stochastic excitation.
Due to the density of water, the forces caused by the stochastic excitation are much greater than in thermal
turbomachines.
Therefore, during operations outside the specified load range, the shaft vibration caused by mass unbalances are,
as a rule, totally masked by the stochastic components. Because of these large stochastic components in
extraordinary operating conditions, one should rely less on the instantaneous value and more on the mean value
over at least IO rotations of the shaft.
NOTE - noted that, in general, an overall judgement of the vibratory state of the machine is made on the basis
It should be
made on non-rotating parts (see IS0 10816-I ).
of both shaft relative vi bration as defi ned above and measurements
4
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IS0 7919=5:1997(E)
Annex A
(normative)
Evaluation criteria for relative shaft vibration of hydraulic
turbine sets under specified operating conditions
A.1 General
The relative shaft vibration of hydraulic machine sets measured at or close to the bearings should be evaluated on
the basis of the following two criteria.
Criterion I: The reliable and safe running of a machine under normal operating conditions requires that the vibration
magnitude should remain below certain limits consistent with, for example, acceptable kinetic loads and adequate
margins on the radial clearance envelope for the machine. Generally, this criterion will be taken as the basis for
evaluation of machines in the absence of any other established knowledge of the satisfactory running
characteristics for machines of that type (e.g. for new machine types).
Criterion II: Changes in vibration magnitude, even though the specifi
...
NORME Iso
INTERNATIONALE 7919-5
Première édition
1997-02-I 5
Vibrations mécaniques des machines non
alternatives - Mesurages sur les arbres
tournants et critères d’évaluation -
Partie 5:
Machines équipant les centrales
hydroélectriques et les stations de pompage
Mechanical vibration of non-reciproca ting machines - Measuremen ts on
rotating shafts and evaluation criteria -
Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
Numéro de référence
KO 7919-57 997(F)
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ISO 7919=5:1997(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fedération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comite technique créé a cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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.
La Norme internationale ISO 7919-5 a été élaborée par le comité technique
ISOnC 108, Vibrations et chocs mécaniques, sous-comité SC 2, Mesure
et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures.
L’ISO 7919 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre
général Vibrations mécaniques des machines non alternatives -
Mesurages sur les arbres tournants et critères d’évaluation:
- Partie 7: Directives générales
- Partie 2: Turbo-alternateurs installés sur fondation radier
Partie 3: Machines indus trielles couplées
- Partie 4: Turbines à gaz
- Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectrique et les
stations de pompage
L’annexe A fait partie intégrante de la présente partie de I’ISO 7919. Les
annexes B et C sont données uniquement a titre d’information.
0 ISO 1997
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de I’editeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-l 211 Geneve 20 l Suisse
Internet central@iso.ch
x.400 c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Imprimé en Suisse
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ISO 7919=5:1997(F)
NORME INTERNATIONALE @ ISO
i
Vibrations mécaniques des machines non alternatives -
Mesurages sur les arbres tournants et critères d’évaluation -
Partie 5:
Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de
pompage
1 Domaine d’application
La présente partie de I’ISO 7919 donne des directives concernant les critères d’évaluation des vibrations des
arbres, dans les conditions normales de fonctionnement. Les vibrations sont mesurées au droit ou au voisinage des
paliers des machines ou des groupes générateurs de puissance équipant les centrales hydroélectriques et
installations de pompage. Ces directives concernent les vibrations stationnaires ainsi que les variations d’amplitude
susceptibles d’affecter ces valeurs. Les valeurs numériques spécifiées ne sont pas destinées à être utilisées
comme base unique pour l’évaluation des vibrations, étant donné qu’en général, les critères qui concernent les
vibrations d’une machine sont évalués en prenant en compte les vibrations à la fois de l’arbre et des structures qui
lui sont associées (voir ISO 7919-1).
La présente partie de I’ISO 7919 s’applique aux machines ou aux groupes générateurs de puissance équipant les
centrales hydroélectriques et installations de pompage dont les vitesses sont comprises entre 60 tr/min et
1 800 trjmin, ayant des paliers à demi-coussinets ou coussinets, et dont la puissance utile est au moins égale à
1 MW. La position de l’axe de l’arbre peut être verticale, horizontale, ou faire un angle arbitraire entre ces deux
directions.
Les groupes générateurs traités dans la présente partie de I’ISO 7919 peuvent être associés à des
- turbines et générateurs hydrauliques,
- pompes et machines électriques fonctionnant comme des 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).
La présente partie de I’ISO 7919 est également applicable aux turbines ou aux pompes reliées à des générateurs
ou à des moteurs électriques par l’intermédiaire de transmissions et/ou d’accouplements à articulation radiale.
Toutefois, il convient d’évaluer conformément aux critères spécifiés dans I’ISO 7919-3 les machines électriques
dont les vitesses se situent entre 1 000 tr/min et 1 800 tr/min.
La présente partie de I’ISO 7919 n’est pas applicable
- aux pompes des centrales thermiques ou des installations industrielles (pour ces machines, voir ISO 7919-3);
- aux machines ou groupes générateurs hydrauliques comportant des roulements;
- aux machines hydrauliques comportant des paliers à lubrification à eau.
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OIS0 a
ISO 7919=5:1997(F)
Conformément à I’ISO 7919-1, les vibrations des arbres des machines ou groupes générateurs de puissance
équipant les centrales hydroélectriques ou installations de pompage peuvent être déterminées par rapport aux
missions suivantes:
- mission A: variations du comportement vibratoire;
- mission B: force tournante excessive;
- mission C: surveillance du jeu radial.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente partie de I’ISO 7919. Au moment de la publication, les éditions indiquées
étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente
partie de I’ISO 7919 sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes des normes
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur
à un moment donné.
ISO 7919-I : 1996, Vibrations mécaniques des machines non alternatives - Mesurages sur les arbres tournants et
critères d’évaluation - Partie 1: Directives générales.
ISO 10817-I : -11, Systèmes de mesurage des vibrations des arbres tournants
- Partie 7: Capteurs des signaux
relatifs et absolus des vibrations radiales produites par les arbres tournants.
CEI 994: 1991, Guide pour la mesure in situ des vibrations
et fluctuations sur machines hydrauliques (turbines,
pompes d’accumulation et pompes-turbines).
3 Procédures de mesurage
Les procédures de mesurage à suivre et les instruments à utiliser doivent être comme décrit dans I’ISO 7919-l et
dans la CEI 994.
3.1 Types de mesurage
Les mesurages relatifs et absolus des vibrations des arbres sont effectués sur les groupes générateurs
hydrauliques en utilisant des transducteurs sans contact. La gamme de fréquences de l’équipement de mesurage
nécessaire pour les machines hydrauliques lentes étant très basse, on ne peut généralement pas utiliser des
sondes montées en contact avec l’arbre sur lesquelles sont montés des transducteurs sismiques.
Pour les mesurages relatifs, il convient de monter les transducteurs directement sur le demi-coussinet ou sur le
coussinet du palier. Si les transducteurs sont placés sur le palier supportant la structure ou dans le carter du palier,
comme c’est l’habitude pour les machines verticales, on doit veiller à ce que le mouvement relatif entre le demi-
coussinet ou les patins du palier et le transducteur lui-même soit faible par rapport au mouvement de l’arbre. Sinon,
le signal mesuré ne peut être considéré comme représentatif du mouvement relatif entre l’arbre et le demi-
coussinet ou le coussinet du palier. Cette exigence peut être évaluée par une analyse statique de la structure ou un
mesurage supplémentaire, ce dernier étant en général difficile et coûteux.
Pour les mesurages absolus des vibrations, les transducteurs sans contact doivent être placés sur des ossatures
rigides fixées sur la paroi du corps de la turbine ou du générateur. Les signaux fournis par ces transducteurs ne
peuvent être considérés comme représentatifs des vibrations absolues de l’arbre que si la vibration absolue du
support lui-même au point de fixation du transducteur est inférieure à 10 % de la valeur mesurée crête à crête,
25 prn étant la limite supérieure.
1) À publier.
2
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0 ISO ISO 7919=5:1997(F)
En ce qui concerne les supports du transducteur, il est recommandé que la fréquence propre inférieure des modes
de vibrations créant des changements importants de la direction de fonctionnement des transducteurs de
déplacement de l’arbre soit supérieure a sept fois la fréquence de rotation synchrone et ne soit pas un multiple
direct de la fréquence de rotation synchrone.
II convient de toujours mesurer les vibrations absolues du support en utilisant des transducteurs sismiques placés
sur le support, aussi près que possible du transducteur des mouvements de l’arbre et dans la même direction
d’action. Apres conversion en déplacements, les relevés des transducteurs sismiques peuvent être utilisés pour
évaluer le déplacement absolu de l’arbre.
Outre les vibrations de l’arbre, les vibrations du support des paliers sont également souvent surveillées. Le
NOTE -
mesurage des vibrations au niveaux des paliers guides inférieurs des machines verticales peut, toutefois, être mal interprété;
le niveau de vibrations mesuré sur les paliers et leurs supports scellés de manière rigide dans les bâtiments est parfois produit
par des forces hydrauliques directement transmises de la machine hydraulique par l’intermédiaire des fondations et non par les
vibrations radiales de l’arbre.
3.2 Plans de mesurage
Les missions A et B de l’article 1 nécessitent des mesurages au niveau de tous les paliers principaux du groupe
générateur. II convient, si possible, de placer les transducteurs en ligne au niveau des différents paliers. Pour les
machines verticales, les directions de mesurage préférées sont, dans le plupart des cas, vers l’amont et à 90° dans
le sens de rotation. Pour les machines horizontales, les directions de mesurage sont souvent choisies à k 45” de la
verticale, pour des raisons pratiques.
À des fins de surveillance uniquement (mission A), les plans de mesurage peuvent, dans certains cas, être limités
aux plus importants, principalement sur les groupes générateurs comportant quatre paliers ou plus. II convient de
faire reposer la sélection sur les analyses des performances des vibrations, en simulant tous les types de défauts
et de perturbations. II convient de privilégier les plans de mesurage où les perturbations éventuelles produisent des
amplitudes importantes de l’arbre.
La mission de mesurage C nécessite le montage de transducteurs près des joints ou des labyrinthes de la machine
hydraulique ou à l’intérieur, ou encore en des points où il est possible de reconstituer la déflexion de l’axe de l’arbre
dans la machine, pour tous les modes de vibration concernés. Dans des cas particuliers, des mesurages appropriés
. font partie de la mise en service d’un groupe générateur. Ils peuvent entraîner des fonctions de transfert pour les
différents plans de mesurage permanents.
NOTE - Lors de l’appréciation du comportement de l’ensemble de la machine, il importe d’effectuer également des
mesurages à une certaine distance des paliers (dans la zone d’accouplement par exemple) afin d’obtenir des informations sur
la distribution de l’amplitude le long de l’axe de l’arbre. Si le plan d’un palier se trouve près d’un noeud de vibration, les
amplitudes de vibrations et la déflexion effective de l’axe de l’arbre peuvent être sous-estimées.
3.3 Équipement de mesurage
II convient que les performances de l’équipement de mesurage soient conformes aux prescriptions de
I’ISO 10817-I et de la CEI 994.
La plage de fréquences de l’équipement de mesurage doit correspondre au spectre large d’excitation de vibrations
de l’arbre sur les machines hydrauliques. II convient qu’elle aille d’un quart de la fréquence nominale de rotation de
la machine à deux fois la fréquence de passage de I’auget ou des pales
II convient que la plage d’amplitude du système de mesurage soit au moins égale à deux fois les valeurs de la
limite entre les zones C et D (voir article A.2) de manière à pouvoir surveiller exactement les conditions de
fonctionnement transitoires.
3
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ISO 7919-5:1997(F) @ ISO
4 Critères d’évaluation
4.1 Conditions de fonctionnement des turbines
L’annexe A présente les critères d’évaluation de l’amplitude des vibrations et de ses variations pour les groupes
générateurs dans les conditions de fonctionnement des turbines. Ils sont conformes aux directives générales
données dans I’ISO 7919-I.
Compte tenu du caractère particulier des orbites des vibrations des machines hydrauliques à arbre vertical, la
grandeur de mesurage préférée doit être le déplacement relatif maximal Smax. La plupart des systèmes de
surveillance affichant des amplitudes de déplacement sous forme de valeurs s(p-p) (déplacement vibratoire crête à
crête dans la direction du mesurage; voir I’ISO 7919-I), les critères d’évaluation sont spécifiés pour les deux
grandeurs de mesurage. Ces critères s’appliquent aux groupes générateurs dont les vitesses nominales se situent
entre 60 tr/min et 1 800 tr/min et qui fonctionnent dans la plage de puissance stationnaire admissible ainsi que dans
d’autres conditions de puissance, si la machine a été adaptée à ces conditions particulières.
Les valeurs limites sont applicables à toutes les catégories de groupes générateurs à turbines, indépendamment
du type, de la hauteur de charge et de la puissance, sauf restrictions figurant dans l’article 1. Pour les types de
turbines à fonctionnement hydromécanique plus doux (par exemple les turbines de Pelton), on peut normalement
s’attendre à des amplitudes vibratoires plus faibles de l’arbre.
Dans le cas de turbopompes, les amplitudes des vibrations de l’arbre peuvent être plus importantes que ce que
l’on escompte normalement pour la zone A et ce, du fait de la conception de la roue qui est un compromis entre la
conception optimale pour une turbine et la roue d’une pompe.
4.2 Conditions de fonctionnement des pompes
À l’heure actuelle, on ne dispose pas de données suffisantes pour élaborer des critères concernant les groupes
générateurs dans les conditions de fonctionnement des pompes. Ils figureront dans une future édition de la
présente partie de I’ISO 7919.
4.3 Conditions de fonctionnement particulières
II convient de faire tout particulièrement attention aux conditions de fonctionnement suivantes:
en régime stationnaire avec charge partielle faible, en surcharge et dans les conditions de fonctionnement
a)
marrage
tra nsitoires fréquentes au dé et à l’arrêt;
b) en régime transitoire rare tel qu’arrêt d’urgence, absence de refoulement, passage en secteur denté de frein
sur les pompes et les turbopompes.
L’évaluation de ces processus est beaucoup plus difficile que celle d’un fonctionnement dans la plage de puissance
spécifiée. L’expérience ne permet pas actuellement de disposer de suffisamment de valeurs pour établir des
courbes limites dans ces conditions de fonctionnement. Moins les conditions de fonctionnement correspondent
aux conditions nominales, plus l’écoulement est perturbé dans la machine hydraulique; des perturbations telles que
séparations et tourbillons provoquent une violente excitation stochastique. Du fait de la masse volumique de l’eau,
les forces produites par l’excitation stochastique sont plus fortes que sur les turbomachines thermiques.
Par conséquent, lors d’opérations en dehors de la plage de puissance spécifiée, les vibrations de l’arbre
provoquées par les balourds sont, en règle générale, totalement couvertes par les composantes stochastiques. Ces
composantes stochastiques importantes dans des conditions de fonctionnement exceptionnelles font qu’il
convient de se fier moins a la valeur instantanée et plus a la valeur moyenne sur au moins 10 rotations de l’arbre.
NOTE - II convient de no ter qu’en général, un jugement global sur l’état vibratoire de la machine repose à la fois sur les .
vibrations relatives de l’arbre définies ci-dessus
et s ur les mesurages effectués sur les élé lments non tournants (voir ISO 10816- 1).
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@ ISO ISO 7919=5:1997(F)
Annexe A
(normative)
Critères d’évaluation des vibrations relatives de l’arbre des groupes
de turbines hydrauliques dans les conditions de fonctionnement spécifiées
A. 1 Généralités
&
II convient d’évaluer les vibrations relatives de l’arbre des groupes générateurs hydrauliques au niveau ou à
proximité des paliers sur la base des deux critères suivants.
Critère 1: La marche sûre et fiable d’une machine dans les conditions normales de fonctionnement nécessite de
maintenir l’amplitude des vibrations en dessous de certaines limites compatibles, par exemple, avec des forces
cinétiques acceptables et des déplacements radiaux convenables. Ce critère servira en général de base pour
l’évaluation des machines en l’absence d’autres connaissances établies en matière de caractéristiques de
fonctionnement satisfaisant pour les machines de ce type (par exemple de nouveaux modèles de machines).
Critère II: Même si les limites spécifiées ne sont pas dépassées, les variations de l’amplitude
...
NORME Iso
INTERNATIONALE 7919-5
Première édition
1997-02-I 5
Vibrations mécaniques des machines non
alternatives - Mesurages sur les arbres
tournants et critères d’évaluation -
Partie 5:
Machines équipant les centrales
hydroélectriques et les stations de pompage
Mechanical vibration of non-reciproca ting machines - Measuremen ts on
rotating shafts and evaluation criteria -
Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
Numéro de référence
KO 7919-57 997(F)
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ISO 7919=5:1997(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fedération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comite technique créé a cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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.
La Norme internationale ISO 7919-5 a été élaborée par le comité technique
ISOnC 108, Vibrations et chocs mécaniques, sous-comité SC 2, Mesure
et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures.
L’ISO 7919 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre
général Vibrations mécaniques des machines non alternatives -
Mesurages sur les arbres tournants et critères d’évaluation:
- Partie 7: Directives générales
- Partie 2: Turbo-alternateurs installés sur fondation radier
Partie 3: Machines indus trielles couplées
- Partie 4: Turbines à gaz
- Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectrique et les
stations de pompage
L’annexe A fait partie intégrante de la présente partie de I’ISO 7919. Les
annexes B et C sont données uniquement a titre d’information.
0 ISO 1997
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de I’editeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-l 211 Geneve 20 l Suisse
Internet central@iso.ch
x.400 c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Imprimé en Suisse
ii
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ISO 7919=5:1997(F)
NORME INTERNATIONALE @ ISO
i
Vibrations mécaniques des machines non alternatives -
Mesurages sur les arbres tournants et critères d’évaluation -
Partie 5:
Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de
pompage
1 Domaine d’application
La présente partie de I’ISO 7919 donne des directives concernant les critères d’évaluation des vibrations des
arbres, dans les conditions normales de fonctionnement. Les vibrations sont mesurées au droit ou au voisinage des
paliers des machines ou des groupes générateurs de puissance équipant les centrales hydroélectriques et
installations de pompage. Ces directives concernent les vibrations stationnaires ainsi que les variations d’amplitude
susceptibles d’affecter ces valeurs. Les valeurs numériques spécifiées ne sont pas destinées à être utilisées
comme base unique pour l’évaluation des vibrations, étant donné qu’en général, les critères qui concernent les
vibrations d’une machine sont évalués en prenant en compte les vibrations à la fois de l’arbre et des structures qui
lui sont associées (voir ISO 7919-1).
La présente partie de I’ISO 7919 s’applique aux machines ou aux groupes générateurs de puissance équipant les
centrales hydroélectriques et installations de pompage dont les vitesses sont comprises entre 60 tr/min et
1 800 trjmin, ayant des paliers à demi-coussinets ou coussinets, et dont la puissance utile est au moins égale à
1 MW. La position de l’axe de l’arbre peut être verticale, horizontale, ou faire un angle arbitraire entre ces deux
directions.
Les groupes générateurs traités dans la présente partie de I’ISO 7919 peuvent être associés à des
- turbines et générateurs hydrauliques,
- pompes et machines électriques fonctionnant comme des 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).
La présente partie de I’ISO 7919 est également applicable aux turbines ou aux pompes reliées à des générateurs
ou à des moteurs électriques par l’intermédiaire de transmissions et/ou d’accouplements à articulation radiale.
Toutefois, il convient d’évaluer conformément aux critères spécifiés dans I’ISO 7919-3 les machines électriques
dont les vitesses se situent entre 1 000 tr/min et 1 800 tr/min.
La présente partie de I’ISO 7919 n’est pas applicable
- aux pompes des centrales thermiques ou des installations industrielles (pour ces machines, voir ISO 7919-3);
- aux machines ou groupes générateurs hydrauliques comportant des roulements;
- aux machines hydrauliques comportant des paliers à lubrification à eau.
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OIS0 a
ISO 7919=5:1997(F)
Conformément à I’ISO 7919-1, les vibrations des arbres des machines ou groupes générateurs de puissance
équipant les centrales hydroélectriques ou installations de pompage peuvent être déterminées par rapport aux
missions suivantes:
- mission A: variations du comportement vibratoire;
- mission B: force tournante excessive;
- mission C: surveillance du jeu radial.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente partie de I’ISO 7919. Au moment de la publication, les éditions indiquées
étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente
partie de I’ISO 7919 sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes des normes
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur
à un moment donné.
ISO 7919-I : 1996, Vibrations mécaniques des machines non alternatives - Mesurages sur les arbres tournants et
critères d’évaluation - Partie 1: Directives générales.
ISO 10817-I : -11, Systèmes de mesurage des vibrations des arbres tournants
- Partie 7: Capteurs des signaux
relatifs et absolus des vibrations radiales produites par les arbres tournants.
CEI 994: 1991, Guide pour la mesure in situ des vibrations
et fluctuations sur machines hydrauliques (turbines,
pompes d’accumulation et pompes-turbines).
3 Procédures de mesurage
Les procédures de mesurage à suivre et les instruments à utiliser doivent être comme décrit dans I’ISO 7919-l et
dans la CEI 994.
3.1 Types de mesurage
Les mesurages relatifs et absolus des vibrations des arbres sont effectués sur les groupes générateurs
hydrauliques en utilisant des transducteurs sans contact. La gamme de fréquences de l’équipement de mesurage
nécessaire pour les machines hydrauliques lentes étant très basse, on ne peut généralement pas utiliser des
sondes montées en contact avec l’arbre sur lesquelles sont montés des transducteurs sismiques.
Pour les mesurages relatifs, il convient de monter les transducteurs directement sur le demi-coussinet ou sur le
coussinet du palier. Si les transducteurs sont placés sur le palier supportant la structure ou dans le carter du palier,
comme c’est l’habitude pour les machines verticales, on doit veiller à ce que le mouvement relatif entre le demi-
coussinet ou les patins du palier et le transducteur lui-même soit faible par rapport au mouvement de l’arbre. Sinon,
le signal mesuré ne peut être considéré comme représentatif du mouvement relatif entre l’arbre et le demi-
coussinet ou le coussinet du palier. Cette exigence peut être évaluée par une analyse statique de la structure ou un
mesurage supplémentaire, ce dernier étant en général difficile et coûteux.
Pour les mesurages absolus des vibrations, les transducteurs sans contact doivent être placés sur des ossatures
rigides fixées sur la paroi du corps de la turbine ou du générateur. Les signaux fournis par ces transducteurs ne
peuvent être considérés comme représentatifs des vibrations absolues de l’arbre que si la vibration absolue du
support lui-même au point de fixation du transducteur est inférieure à 10 % de la valeur mesurée crête à crête,
25 prn étant la limite supérieure.
1) À publier.
2
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0 ISO ISO 7919=5:1997(F)
En ce qui concerne les supports du transducteur, il est recommandé que la fréquence propre inférieure des modes
de vibrations créant des changements importants de la direction de fonctionnement des transducteurs de
déplacement de l’arbre soit supérieure a sept fois la fréquence de rotation synchrone et ne soit pas un multiple
direct de la fréquence de rotation synchrone.
II convient de toujours mesurer les vibrations absolues du support en utilisant des transducteurs sismiques placés
sur le support, aussi près que possible du transducteur des mouvements de l’arbre et dans la même direction
d’action. Apres conversion en déplacements, les relevés des transducteurs sismiques peuvent être utilisés pour
évaluer le déplacement absolu de l’arbre.
Outre les vibrations de l’arbre, les vibrations du support des paliers sont également souvent surveillées. Le
NOTE -
mesurage des vibrations au niveaux des paliers guides inférieurs des machines verticales peut, toutefois, être mal interprété;
le niveau de vibrations mesuré sur les paliers et leurs supports scellés de manière rigide dans les bâtiments est parfois produit
par des forces hydrauliques directement transmises de la machine hydraulique par l’intermédiaire des fondations et non par les
vibrations radiales de l’arbre.
3.2 Plans de mesurage
Les missions A et B de l’article 1 nécessitent des mesurages au niveau de tous les paliers principaux du groupe
générateur. II convient, si possible, de placer les transducteurs en ligne au niveau des différents paliers. Pour les
machines verticales, les directions de mesurage préférées sont, dans le plupart des cas, vers l’amont et à 90° dans
le sens de rotation. Pour les machines horizontales, les directions de mesurage sont souvent choisies à k 45” de la
verticale, pour des raisons pratiques.
À des fins de surveillance uniquement (mission A), les plans de mesurage peuvent, dans certains cas, être limités
aux plus importants, principalement sur les groupes générateurs comportant quatre paliers ou plus. II convient de
faire reposer la sélection sur les analyses des performances des vibrations, en simulant tous les types de défauts
et de perturbations. II convient de privilégier les plans de mesurage où les perturbations éventuelles produisent des
amplitudes importantes de l’arbre.
La mission de mesurage C nécessite le montage de transducteurs près des joints ou des labyrinthes de la machine
hydraulique ou à l’intérieur, ou encore en des points où il est possible de reconstituer la déflexion de l’axe de l’arbre
dans la machine, pour tous les modes de vibration concernés. Dans des cas particuliers, des mesurages appropriés
. font partie de la mise en service d’un groupe générateur. Ils peuvent entraîner des fonctions de transfert pour les
différents plans de mesurage permanents.
NOTE - Lors de l’appréciation du comportement de l’ensemble de la machine, il importe d’effectuer également des
mesurages à une certaine distance des paliers (dans la zone d’accouplement par exemple) afin d’obtenir des informations sur
la distribution de l’amplitude le long de l’axe de l’arbre. Si le plan d’un palier se trouve près d’un noeud de vibration, les
amplitudes de vibrations et la déflexion effective de l’axe de l’arbre peuvent être sous-estimées.
3.3 Équipement de mesurage
II convient que les performances de l’équipement de mesurage soient conformes aux prescriptions de
I’ISO 10817-I et de la CEI 994.
La plage de fréquences de l’équipement de mesurage doit correspondre au spectre large d’excitation de vibrations
de l’arbre sur les machines hydrauliques. II convient qu’elle aille d’un quart de la fréquence nominale de rotation de
la machine à deux fois la fréquence de passage de I’auget ou des pales
II convient que la plage d’amplitude du système de mesurage soit au moins égale à deux fois les valeurs de la
limite entre les zones C et D (voir article A.2) de manière à pouvoir surveiller exactement les conditions de
fonctionnement transitoires.
3
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ISO 7919-5:1997(F) @ ISO
4 Critères d’évaluation
4.1 Conditions de fonctionnement des turbines
L’annexe A présente les critères d’évaluation de l’amplitude des vibrations et de ses variations pour les groupes
générateurs dans les conditions de fonctionnement des turbines. Ils sont conformes aux directives générales
données dans I’ISO 7919-I.
Compte tenu du caractère particulier des orbites des vibrations des machines hydrauliques à arbre vertical, la
grandeur de mesurage préférée doit être le déplacement relatif maximal Smax. La plupart des systèmes de
surveillance affichant des amplitudes de déplacement sous forme de valeurs s(p-p) (déplacement vibratoire crête à
crête dans la direction du mesurage; voir I’ISO 7919-I), les critères d’évaluation sont spécifiés pour les deux
grandeurs de mesurage. Ces critères s’appliquent aux groupes générateurs dont les vitesses nominales se situent
entre 60 tr/min et 1 800 tr/min et qui fonctionnent dans la plage de puissance stationnaire admissible ainsi que dans
d’autres conditions de puissance, si la machine a été adaptée à ces conditions particulières.
Les valeurs limites sont applicables à toutes les catégories de groupes générateurs à turbines, indépendamment
du type, de la hauteur de charge et de la puissance, sauf restrictions figurant dans l’article 1. Pour les types de
turbines à fonctionnement hydromécanique plus doux (par exemple les turbines de Pelton), on peut normalement
s’attendre à des amplitudes vibratoires plus faibles de l’arbre.
Dans le cas de turbopompes, les amplitudes des vibrations de l’arbre peuvent être plus importantes que ce que
l’on escompte normalement pour la zone A et ce, du fait de la conception de la roue qui est un compromis entre la
conception optimale pour une turbine et la roue d’une pompe.
4.2 Conditions de fonctionnement des pompes
À l’heure actuelle, on ne dispose pas de données suffisantes pour élaborer des critères concernant les groupes
générateurs dans les conditions de fonctionnement des pompes. Ils figureront dans une future édition de la
présente partie de I’ISO 7919.
4.3 Conditions de fonctionnement particulières
II convient de faire tout particulièrement attention aux conditions de fonctionnement suivantes:
en régime stationnaire avec charge partielle faible, en surcharge et dans les conditions de fonctionnement
a)
marrage
tra nsitoires fréquentes au dé et à l’arrêt;
b) en régime transitoire rare tel qu’arrêt d’urgence, absence de refoulement, passage en secteur denté de frein
sur les pompes et les turbopompes.
L’évaluation de ces processus est beaucoup plus difficile que celle d’un fonctionnement dans la plage de puissance
spécifiée. L’expérience ne permet pas actuellement de disposer de suffisamment de valeurs pour établir des
courbes limites dans ces conditions de fonctionnement. Moins les conditions de fonctionnement correspondent
aux conditions nominales, plus l’écoulement est perturbé dans la machine hydraulique; des perturbations telles que
séparations et tourbillons provoquent une violente excitation stochastique. Du fait de la masse volumique de l’eau,
les forces produites par l’excitation stochastique sont plus fortes que sur les turbomachines thermiques.
Par conséquent, lors d’opérations en dehors de la plage de puissance spécifiée, les vibrations de l’arbre
provoquées par les balourds sont, en règle générale, totalement couvertes par les composantes stochastiques. Ces
composantes stochastiques importantes dans des conditions de fonctionnement exceptionnelles font qu’il
convient de se fier moins a la valeur instantanée et plus a la valeur moyenne sur au moins 10 rotations de l’arbre.
NOTE - II convient de no ter qu’en général, un jugement global sur l’état vibratoire de la machine repose à la fois sur les .
vibrations relatives de l’arbre définies ci-dessus
et s ur les mesurages effectués sur les élé lments non tournants (voir ISO 10816- 1).
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@ ISO ISO 7919=5:1997(F)
Annexe A
(normative)
Critères d’évaluation des vibrations relatives de l’arbre des groupes
de turbines hydrauliques dans les conditions de fonctionnement spécifiées
A. 1 Généralités
&
II convient d’évaluer les vibrations relatives de l’arbre des groupes générateurs hydrauliques au niveau ou à
proximité des paliers sur la base des deux critères suivants.
Critère 1: La marche sûre et fiable d’une machine dans les conditions normales de fonctionnement nécessite de
maintenir l’amplitude des vibrations en dessous de certaines limites compatibles, par exemple, avec des forces
cinétiques acceptables et des déplacements radiaux convenables. Ce critère servira en général de base pour
l’évaluation des machines en l’absence d’autres connaissances établies en matière de caractéristiques de
fonctionnement satisfaisant pour les machines de ce type (par exemple de nouveaux modèles de machines).
Critère II: Même si les limites spécifiées ne sont pas dépassées, les variations de l’amplitude
...
Questions, Comments and Discussion
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