Bezplatný inženýrský nástroj #023
Mezní hodnoty vibrací – vodní turbíny a čerpací jednotky
Vyhodnocuje závažnost vibrací hydraulických turbín, čerpadel-turbín a čerpadel dle normy ISO 20816-5. Podporuje měření rychlosti ložiskového tělesa a posunutí hřídele.
Výsledky
| Zóna | Hranice | Popis |
|---|
Rozsah normy ISO 20816-5
Norma ISO 20816-5 specifikuje kritéria pro hodnocení vibrací hydraulických strojů, včetně Kaplanových, Francisových a Peltonových turbín, čerpacích turbín a čerpadel používaných ve vodních elektrárnách. Zahrnuje vertikální i horizontální konfigurace strojů.
Vibrace ložiskové skříně – vertikální stroje
Širokopásmová efektivní rychlost vibrací měřená na tělese ložiska v mm/s RMS, typicky v rozsahu 10–1000 Hz. Platí pro svislé Kaplanovy, Francisovy, čerpadlo-turbínové a čerpadlové jednotky. Hodnoty mezí pásem na této stránce jsou zjednodušené orientační hodnoty z řady ISO 10816/20816; tabulky specifické pro skupinu strojů a otáčky podle ISO 20816-5 se v detailech liší a je třeba je konzultovat pro smluvní nebo přejímací hodnocení.
| Hranice zóny | Rychlost (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
Vibrace ložiskového tělesa – horizontální Peltonova turbína
Horizontální Peltonovy turbíny mají nižší přípustné limity kvůli uspořádání ložisek a charakteristikám impulzního zatížení.
| Hranice zóny | Rychlost (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
Posunutí hřídele – vertikální stroje
Relativní posunutí hřídele se měří pomocí bezdotykových sond a vyjadřuje se jako rozkmit v μm.
| Hranice zóny | Posun (μm pp) |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ Poznámka: Vertikální hydrostrojí mají jedinečné vibrační charakteristiky v důsledku gravitace působící podél osy hřídele. Stav axiálních ložisek a hydraulické síly (pulzace v sací trubce, kavitace) významně ovlivňují vibrační chování.
⚠️ Důležité: Měly by se monitorovat vibrace ložiskového tělesa i hřídele. Celkové hodnocení určuje horší z těchto dvou posouzení. Provozní podmínky (zatížení, spád, hladina vody v odpadní části) silně ovlivňují úroveň vibrací u vodních strojů.
ISO 20816-5 applies to hydraulic machines including:
- Vertical Kaplan turbines
- Vertical Francis turbines
- Vertical pump-turbines (reversible)
- Horizontal Pelton turbines
- Vertical pumps
These machines operate in hydroelectric power plants with typical speeds from 60 to 1000 RPM.
Hydraulic machines operate at much lower speeds (60–500 RPM vs 1500–3600 RPM for steam turbines) and experience unique hydraulic excitation forces:
- Draft tube surge and pressure pulsations
- Cavitation-induced vibration
- Wicket gate and runner vane pass frequencies
- Von Kármán vortex shedding
Vertical machines also have additional considerations for thrust bearing vibration and axial hydraulic forces.
Shaft displacement is measured using proximity probes mounted near the guide bearings, measuring peak-to-peak displacement in micrometers (μm p-p). This is critical for vertical machines where shaft orbit monitoring reveals:
- Unbalance and misalignment
- Hydraulic instabilities
- Guide bearing wear
- Seal rub conditions
Horizontal Pelton turbines have lower vibration limits than vertical machines because:
- Horizontal bearing arrangements are more sensitive to dynamic forces
- Impulse loading from the Pelton bucket jet impact produces distinct vibration
- Gravity loads on horizontal bearings create different dynamic behavior
The Zone A/B boundary is 2.3 mm/s vs 2.8 mm/s for vertical machines.
For Zone C on a hydro turbine:
- Investigate root causes: runner cavitation, draft tube surge, guide bearing wear, shaft misalignment, hydraulic resonance
- Increase monitoring frequency to continuous if not already
- Consider load restrictions to reduce hydraulic excitation
- Plan corrective action during the next scheduled outage
- Monitor trend carefully — if approaching Zone D, consider shutdown
Postupy popsané na této stránce vyvinul a v terénu otestoval tým Vibromera pomocí přístroje Balanset-1A, přenosného dvoukanálového vyvažovacího přístroje a analyzátoru vibrací pro vyvažování rotorů na místě.
Profesionální analyzátory vibrací a systémy pro vyvažování na místě pro vodní stroje. Hodnocení na místě dle normy ISO 20816. Používá se ve více než 50 zemích.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko je inženýr vibrační analýzy a zakladatel a generální ředitel společnosti Vibromera. Více než 15 let vyvažuje rotační stroje přímo v provozu, a ne na zkušebním stavu: mulčovače, průmyslové ventilátory, drtiče, odstředivky, hřídele a vřetena. Právě z této práce vzešly přístroje Balanset — byly navrženy jako nástroj, který si odborník může vzít ke stroji a použít sám, přímo na místě, nikoli jako laboratorní vybavení. Vibromera byla založena v roce 2017 a od roku 2023 sídlí v portugalském Portu. Zde probíhá vývoj, montáž i podpora řady Balanset. Vlajkovým přístrojem je Balanset-1A, přenosný analyzátor pro vyvažování v jedné a ve dvou rovinách a pro diagnostiku vibrací. Nikolai se osobně podílí na zákaznické podpoře, na řešení obtížných případů vyvažování i na vývoji softwaru. Pracuje se zákazníky po celém světě, v jakémkoli jazyce.
