Normes ISO vibratoire

L'ISO 20816-1:2016 établit les conditions générales et les procédures de mesure et d’évaluation des vibrations à l’aide de mesurages effectués sur des parties tournantes, non tournantes et non alternatives de machines complètes. Elle s’applique aux mesures des vibrations radiales absolues et relatives de l’arbre en ce qui concerne la surveillance des jeux radiaux, mais exclut les vibrations axiales de l’arbre.

Les critères généraux d’évaluation, qui sont présentés en termes d’amplitude et de variation des vibrations, concernent à la fois la surveillance opérationnelle et les essais de réception. Ils ont été fournis principalement en vue d’assurer un fonctionnement fiable, sûr et à long terme de la machine tout en minimisant les effets indésirables sur les équipements associés. Des lignes directrices sont également présentées pour fixer des limites opérationnelles.

NOTE 1 Les critères d’évaluation des différentes classes de machines seront inclus dans d’autres parties de l’ISO 20816 lorsqu’elles seront disponibles. En attendant, des lignes directrices sont données à l’article 6.

NOTE 2 Le terme « vibrations de l’arbre » est utilisé dans l’ensemble de l’ISO 20816 car, dans la plupart des cas, les mesures sont effectuées sur des arbres de machines. Toutefois, la série ISO 20816 est également applicable aux mesures effectuées sur d’autres éléments rotatifs si ces éléments s’avèrent plus adaptés, à condition que les lignes directrices soient respectées.

Aux fins de la norme ISO 20816, la surveillance opérationnelle est considérée comme les mesures de vibrations effectuées pendant le fonctionnement normal d’une machine. La série de normes ISO 20816 autorise l’utilisation de différentes grandeurs et méthodes de mesure, à condition qu’elles soient bien définies et que leurs limites soient précisées, de manière à ce que l’interprétation des mesures soit bien comprise.

Les critères d’évaluation portent uniquement sur les vibrations produites par la machine elle-même et non sur les vibrations qui lui sont transmises de l’extérieur.

La norme ISO 20816-1:2016 ne prend pas en compte les vibrations de torsion.

NOTE 3 Pour les vibrations de torsion, voir, par exemple, l’ISO 3046-5, l’ISO 22266-1 ou la VDI 2039.

L'ISO 20816-2:2017 est applicable aux turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs (qu'ils soient couplés à des turbines à gaz et/ou à vapeur) à paliers à film fluide pour applications terrestres, avec des puissances utiles excédant 40 MW et des vitesses nominales de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min.

Les critères fournis dans ce document peuvent être appliqués aux vibrations d'une turbine à gaz, d'une turbine à vapeur et d'un alternateur et d'autres composants de ligne d'arbre (tels que des embrayages de synchronisation, des excitatrices ou des masses tournantes).

L'ISO 20816-2:2017 fournit des dispositions concernant l’évaluation de la sévérité in situ des vibrations en bande large suivantes :

• a) vibrations de la structure de tous les corps ou supports de paliers principaux, mesurées radialement (c’est-à-dire transversalement) par rapport à l’axe de l’arbre ;
• b) vibrations de la structure des corps de paliers de butée, mesurées axialement ;
• c) vibrations des arbres tournants, mesurées radialement (c’est-à-dire transversalement) par rapport à l’axe de l’arbre, au droit ou à proximité des paliers principaux.

Il s’agit :

• des vibrations dans des conditions normales de fonctionnement en régime permanent ;
• des vibrations dans d’autres conditions (en régime non permanent), lorsque des fluctuations transitoires se produisent, y compris pendant la montée en vitesse ou le ralentissement, le chargement initial et les variations de charge ;
• des changements de vibrations susceptibles de se produire durant un fonctionnement normal en régime permanent.

L'ISO 20816-2:2017 n’est pas applicable aux éléments suivants :

• i) vibrations par excitation électromagnétique avec une fréquence de ligne double au droit du moyeu et du carter du stator de l’alternateur ;
• ii) turbines à gaz aérodérivatives (y compris les turbines à gaz avec des propriétés dynamiques similaires à celles des aérodérivatifs) ;
  NOTE : L’ISO 3977‑3 définit les aérodérivatifs comme des générateurs de gaz de propulsion d’aéronef adaptés pour entraîner des équipements mécaniques, électriques ou de propulsion marine. Il existe de grandes différences entre les turbines à gaz en service intensif et les turbines à gaz aérodérivatives, par exemple en termes de souplesse du carter, de conception des paliers, de rapport de masse rotor-stator et de structure de montage. Par conséquent, des critères différents s’appliquent pour ces deux types de turbines.
• iii) turbines à vapeur et/ou alternateurs avec des puissances d’entraînement inférieures ou égales à 40 MW ou avec des vitesses nominales de fonctionnement autres que 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min ou 3 600 r/min (bien que les alternateurs fassent rarement partie de cette dernière catégorie) (voir ISO 20816-3) ;
• iv) turbines à gaz avec des puissances d’entraînement inférieures ou égales à 40 MW ou avec des vitesses nominales de fonctionnement autres que 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min ou 3 600 r/min (voir ISO 20816-3 ou ISO 20816-4) ;
• v) les modes opératoires d’évaluation des vibrations de la combustion mais n’empêche pas la surveillance des vibrations de la combustion.

Le présent document spécifie les exigences générales pour l’évaluation des vibrations des différents types de machines industrielles accouplées avec une puissance supérieure à 15 kW et une vitesse de fonctionnement comprise entre 120 r/min et 30 000 r/min lorsque les mesurages sont réalisés in situ.

Il fournit des lignes directrices relatives à l’application des critères d’évaluation pour les mesurages effectués sur des parties non tournantes et tournantes dans des conditions normales de fonctionnement. Les lignes directrices sont présentées à la fois :

• en fonction des valeurs des vibrations en régime stable ;
• et en fonction des variations d’amplitude des vibrations qui peuvent se produire dans ces valeurs stables.

Les valeurs numériques présentées sont destinées à servir de lignes directrices basées sur l’expérience mondiale des machines, mais elles doivent être appliquées en tenant compte des caractéristiques spécifiques des machines qui peuvent rendre ces valeurs inappropriées.

En général, l’état d’une machine est évalué en tenant compte à la fois :

• des vibrations de l’arbre ;
• et des vibrations structurelles associées, ainsi que des composantes de fréquence spécifiques,

ce qui ne correspond pas toujours aux valeurs de sévérité à large bande présentées.

Les types de machines couverts par le présent document comprennent :

• a) les turbines à vapeur et les alternateurs d’une puissance inférieure ou égale à 40 MW (voir la Note 1 et la Note 2);
• b) les turbines à vapeur et les alternateurs d’une puissance supérieure à 40 MW et qui fonctionnent normalement à une vitesse différente de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min (bien que les alternateurs présentent rarement de telles caractéristiques) (voir la Note 1);
• c) les compresseurs rotatifs;
• d) les turbines à gaz industrielles d’une puissance inférieure ou égale à 3 MW (voir la Note 2);
• e) les réacteurs à double flux;
• f) les moteurs électriques de tout type, si l’accouplement est souple. Lorsqu’un moteur est accouplé de manière rigide à un type de machine couvert par toute autre partie de l’ISO20816, le moteur peut être évalué soit par rapport à cette autre partie, soit par rapport à l’ISO 20816-3;
• g) les rouleaux et fraises;
• h) les convoyeurs;
• i) les accouplements à vitesse variable;
• j) les soufflantes ou les ventilateurs (voir la Note 3).

NOTE 1 Les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les alternateurs pour applications terrestres d’une puissance supérieure à 40 MW, qui fonctionnent à une vitesse de 1 500 r/min, de 1 800 r/min, de 3 000 r/min ou de 3 600 r/min sont couverts par les exigences de l’ISO 20816-2. Les alternateurs des centrales hydroélectriques sont couverts par l’ISO 20816-5.

NOTE 2 Les turbines à gaz d’une puissance supérieure à 3 MW sont couvertes par l’ISO 20816-4.

NOTE 3 Les critères de vibration énoncés dans le présent document s’appliquent, de manière générale, uniquement aux ventilateurs de puissance nominale supérieure à 300 kW ou aux ventilateurs qui ne reposent pas sur un support souple. Lorsque les circonstances le permettront, les recommandations relatives à d’autres types de ventilateurs, dont ceux en tôle légère, seront rédigées. Avant que ces recommandations soient disponibles, les classifications peuvent faire l’objet d’un accord entre le fabricant et le client, sur la base des résultats des expériences opérationnelles précédentes (voir aussi l’ISO 14694).

Les machines équipées d’engrenages peuvent entrer dans le domaine d’application du présent document. Pour la réalisation des essais de réception de la pignonnerie, se référer à l’ISO 20816-9.

Les types suivants de machines industrielles ne sont pas couverts par le présent document :

• k) les turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs pour installations terrestres d’une puissance supérieure à 40 MW et des vitesses de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min ou 3 600 r/min (voir l’ISO20816-2);
• l) les turbines à gaz d’une puissance supérieure à 3 MW (voir l’ISO20816-4);
• m) les groupes générateurs de puissance et installations de pompage hydrauliques (voir l’ISO20816-5);
• n) les machines alternatives et les machines solidement accouplées à des machines alternatives (voir l’ISO10816-6);
• o) les pompes rotodynamiques et tout moteur électrique intégré ou solidement accouplé sur lesquels le rotor est directement monté sur l’arbre du moteur ou y est solidement fixé (voir l’ISO10816-7);
• p) les systèmes de compresseurs alternatifs (voir l’ISO20816-8);
• q) les compresseurs à déplacement positif de type rotatif (par exemple les compresseurs à vis);
• r) les motopompes immergées;
• s) les turbines éoliennes (voir l’ISO10816-21).

Les exigences du présent document s’appliquent aux mesurages in situ des vibrations à large bande, ces mesurages étant effectués :

• sur les arbres,
• sur les paliers,
• sur les supports ou
• sur les logements de paliers des machines

dans des conditions de régime stabilisé et dans leur plage de vitesses nominales de fonctionnement.

Les exigences concernent les essais de réception et le contrôle des opérations. Les critères d’évaluation inclus dans le présent document peuvent être appliqués aux situations de contrôle continu et non continu.

Les exigences du présent document couvrent les machines qui peuvent être équipées d’engrenages ou de paliers à roulement, mais ne traitent pas de l’évaluation de diagnostic de l’état de ces engrenages ou paliers.

Les exigences du présent document sont uniquement applicables aux vibrations émises par la machine elle-même et non aux vibrations transmises à la machine par des sources extérieures.

Le présent document donne des lignes directrices pour l'évaluation des mesurages de vibrations réalisés :

• au niveau des paliers,
• des chaises de palier ou
• des carters de palier,

ainsi que pour l'évaluation des mesurages de vibrations relatives de l'arbre réalisés sur des groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage lorsque la machine est exploitée dans sa plage de fonctionnement normal.

Les plages de fonctionnement normal pour chaque type de turbine couvert par le présent document sont définies en Annexe A.

Le présent document est applicable aux groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage dont les vitesses de rotation typiques vont de 60 tr/min à 1 000 tr/min et qui sont équipées de paliers à demi-coussinets ou à coussinets lubrifiés à l'huile.

NOTE La base de données actuelle inclut des vitesses de machine allant de 60 tr/min à 750 tr/min (avec un très petit échantillon de machines fonctionnant à 1 000 tr/min).

Le présent document définit différentes valeurs limites de vibrations :

• de carters de palier et
• d'arbres,

en fonction :

• du type de turbine,
• de l’orientation de l’arbre (horizontale ou verticale),
• et de chaque emplacement des paliers.

Le présent document est basé sur une analyse statistique et fournit des critères pour les types de turbines, turbines-pompes et pompes les plus courants. Pour des informations spécifiques sur les types d’unités couverts, voir l’Annexe A.

Les groupes de machines couverts par le présent document peuvent présenter les configurations suivantes :

• a) générateurs entraînés par des turbines hydrauliques ;
• b) groupes convertisseurs entraînés par des turbines-pompes ;
• c) groupes convertisseurs entraînés par des turbines hydrauliques et des pompes séparées ;
• d) pompes entraînées par des moteurs électriques.

Le présent document n’est pas applicable aux configurations d’unités, paramètres et conditions de fonctionnement suivants :

• machines hydrauliques comportant des paliers à lubrification à eau ;
• machines hydrauliques ou groupes de machines possédant des paliers à roulement (pour ces machines, voir l’IEC 62006 et/ou l’ISO 10816‑3) ;
• pompes dans les centrales thermiques ou les installations industrielles (pour ces machines, voir l’ISO 10816‑7) ;
• machines électriques utilisées comme moteurs, sauf pour l’utilisation de ces machines dans des applications de pompage et de stockage ;
• générateurs hydrauliques utilisés comme compensateurs synchrones (avec l’eau de la turbine dépressurisée par de l’air comprimé) ;
• évaluation du déplacement vibratoire absolu des carters de palier ;
• évaluation des vibrations axiales ;
• évaluation des conditions transitoires ;
• fonctionnement non synchrone ;
• évaluation des vibrations du noyau du stator du générateur ou du bâti du stator.

Les mesurages des vibrations sur les carters de palier et les arbres qui se produisent dans les groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage peuvent être utilisés aux fins suivantes :

• 1) objectif A : éviter les dommages émanant d’amplitudes de vibrations excessives ;
• 2) objectif B : surveiller les changements dans le comportement des vibrations afin de pouvoir réaliser un diagnostic et/ou un pronostic.

Les critères sont applicables aux vibrations produites par le groupe de machines même. Un examen spécial est nécessaire pour les vibrations transmises au groupe de machines et provenant de sources externes, par exemple les vibrations transmises via les fondations de la station.

La présente norme spécifie les conditions générales et les procédures de mesure et d’évaluation des vibrations, à l’aide de mesures effectuées sur les parties non rotatives des machines d’une puissance nominale supérieure à 100 kW.

Les exemples typiques d’application sont :

• les moteurs de propulsion marine,
• les moteurs des groupes électrogènes diesel,
• les compresseurs à gaz et
• les moteurs des locomotives diesel.

Elle ne s’applique pas aux machines installées dans les véhicules routiers.

Zone A : Vibrations des machines nouvellement installées.

Zone B : Acceptable pour un fonctionnement à long terme sans restriction.

Zone C : Jugé insatisfaisant pour un fonctionnement continu à long terme.

Zone D : Sévérité susceptible de causer des dommages à la machine.