Welche Maschinen fallen unter ISO 20816-5?

ISO 20816-5 gilt für hydraulische Maschinen, darunter vertikale Kaplan-Turbinen, vertikale Francis-Turbinen, vertikale Pumpturbinen, horizontale Pelton-Turbinen und vertikale Pumpen, die in Wasserkraftwerken eingesetzt werden. Sie umfasst Maschinen mit Nenndrehzahlen von typischerweise 60 bis 1000 U/min.

Warum unterscheiden sich die Schwingungsgrenzwerte für Wasserturbinen von denen für Dampfturbinen?

Hydraulische Maschinen arbeiten mit deutlich niedrigeren Drehzahlen als Dampfturbinen (oft 60–500 U/min gegenüber 1500–3600 U/min). Sie sind zudem hydraulischen Anregungskräften durch Wasserströmung, Saugrohrstöße und Kavitation ausgesetzt, die unterschiedliche Schwingungsmuster erzeugen. Bei vertikalen Maschinen müssen zusätzlich Schwingungen der Axiallager berücksichtigt werden.

Was versteht man unter Wellenverschiebungsmessung bei Wasserturbinen?

Die Wellenverschiebung in Wasserturbinen wird mithilfe von Näherungssensoren gemessen, die in der Nähe der Führungslager angebracht sind. Typischerweise wird die Verschiebung zwischen den Spitzenwerten in Mikrometern (µm pp) gemessen. Dies ist besonders wichtig für vertikale Maschinen, da die Überwachung der Wellenbahn Unwucht, Fehlausrichtung und hydraulische Instabilitäten aufdeckt.

Warum haben horizontale Pelton-Turbinen unterschiedliche Leistungsgrenzen?

Horizontale Peltonturbinen weisen niedrigere Schwingungsgrenzwerte auf als vertikale Maschinen, da horizontale Lageranordnungen empfindlicher auf dynamische Kräfte reagieren. Der Impulscharakter des Wasserstrahlaufpralls beim Peltonrad erzeugt zudem andere Schwingungseigenschaften als Reaktionsturbinen wie Francis- und Kaplan-Turbinen.

Was ist zu tun, wenn die Vibrationen an einer Wasserturbine die Zone C erreichen?

Zone C bedeutet, dass die Maschine nicht für den Dauerbetrieb geeignet ist. Untersuchen Sie die Ursachen, darunter Kavitation im Laufrad, Saugrohrschwingungen, Verschleiß der Führungslager, Wellenversatz oder hydraulische Resonanz. Erhöhen Sie die Überwachungsfrequenz, planen Sie die Instandsetzungsarbeiten während der nächsten planmäßigen Stillstandsphase und berücksichtigen Sie Lastbeschränkungen.

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Schwingungsgrenzwerte — Wasserturbinen und Pumpeneinheiten

Bewertung der Schwingungsintensität von Wasserturbinen, Pumpturbinen und Pumpen gemäß ISO 20816-5. Unterstützt Messungen der Lagergehäusegeschwindigkeit und der Wellenverschiebung.

ISO 20816-5 Zonen A/B/C/D Hydro-Maschinen

Ergebnisse

Vibrationszone

—

Gemessener Wert

—

Empfehlung

—

Zone	Grenze	Beschreibung

ISO 20816-5 Anwendungsbereich

ISO 20816-5 legt Kriterien für die Schwingungsbewertung von hydraulischen Maschinen fest, darunter Kaplan-, Francis- und Pelton-Turbinen, Pumpturbinen und Pumpen, die in Wasserkraftwerken eingesetzt werden. Sie deckt sowohl vertikale als auch horizontale Maschinenkonfigurationen ab.

Schwingungen des Lagergehäuses – Vertikalmaschinen

Die Breitband-Schwingungsgeschwindigkeit wird am Lagergehäuse in mm/s RMS gemessen, typischerweise im Bereich von 10–1000 Hz. Gilt für vertikale Kaplan-, Francis-, Pumpturbinen- und Pumpenaggregate.

Zonengrenze	Geschwindigkeit (mm/s RMS)
A/B	2.8
B/C	5.3
CD	8.5

Schwingungen des Lagergehäuses – Horizontales Pelton

Horizontale Pelton-Turbinen weisen aufgrund der Lageranordnung und der Impulsbelastungseigenschaften niedrigere zulässige Grenzwerte auf.

Zonengrenze	Geschwindigkeit (mm/s RMS)
A/B	2.3
B/C	4.5
CD	7.1

Wellenverschiebung – Vertikalmaschinen

Die relative Wellenverschiebung wird mit Näherungssensoren gemessen und als Spitze-zu-Spitze-Verschiebung in μm angegeben.

Zonengrenze	Verschiebung (μm pp)
A/B	80
B/C	160
CD	260

ℹ️ Hinweis: Vertikale Wasserkraftmaschinen weisen aufgrund der entlang der Wellenachse wirkenden Schwerkraft einzigartige Schwingungseigenschaften auf. Die Bedingungen der Axiallager und die hydraulischen Kräfte (Saugrohrschwappen, Kavitation) beeinflussen das Schwingungsverhalten maßgeblich.

⚠️ Wichtig: Sowohl die Schwingungen des Lagergehäuses als auch der Welle sollten überwacht werden. Der schlechtere der beiden Messwerte ist für die Gesamtbewertung maßgeblich. Die Betriebsbedingungen (Last, Fallhöhe, Unterwasserstand) beeinflussen die Schwingungspegel in Wasserkraftmaschinen stark.

Schwingungsgrenzwerte für Wasserturbinen gemäß ISO 20816-5 | Vibromera

Veröffentlicht von Nikolai Shelkovenko auf 15. Februar 2026 5. März 2026

Ergebnisse

ISO 20816-5 Anwendungsbereich

Schwingungen des Lagergehäuses – Vertikalmaschinen

Schwingungen des Lagergehäuses – Horizontales Pelton

Wellenverschiebung – Vertikalmaschinen