Outil d'ingénierie gratuit #023
Limites de vibration — Turbines hydrauliques et groupes de pompage
Évaluer la sévérité des vibrations des turbines hydrauliques, des pompes-turbines et des pompes selon la norme ISO 20816-5. Prend en charge les mesures de vitesse du logement de palier et de déplacement de l'arbre.
Résultats
| Zone | Limite | Description |
|---|
ISO 20816-5 Champ d'application
La norme ISO 20816-5 spécifie les critères d'évaluation des vibrations des machines hydrauliques, notamment les turbines Kaplan, Francis et Pelton, les pompes-turbines et les pompes utilisées dans les centrales hydroélectriques. Elle couvre les configurations de machines verticales et horizontales.
Vibrations du logement de palier — Machines verticales
Vitesse de vibration large bande mesurée sur le corps de palier en mm/s RMS, typiquement dans la plage 10–1000 Hz. S'applique aux unités Kaplan verticales, Francis, pompe-turbine et pompe. Les valeurs de limite de zone sur cette page sont des valeurs directrices simplifiées de la série ISO 10816/20816 ; les tableaux spécifiques au groupe de machines et à la vitesse de l'ISO 20816-5 diffèrent dans les détails et doivent être consultés pour les évaluations contractuelles ou d'acceptation.
| Limite de zone | Vitesse (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
Vibrations du palier — Pelton horizontal
Les turbines Pelton horizontales ont des limites admissibles inférieures en raison de la disposition des paliers et des caractéristiques de charge d'impulsion.
| Limite de zone | Vitesse (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
Déplacement de l'arbre — Machines verticales
Le déplacement relatif de l'arbre est mesuré à l'aide de sondes de proximité, exprimé en déplacement crête à crête en μm.
| Limite de zone | Déplacement (μm p-p) |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ Remarque : Les machines hydrauliques verticales présentent des caractéristiques vibratoires uniques dues à la gravité agissant le long de l'axe de l'arbre. L'état des paliers de butée et les forces hydrauliques (pompage du tube d'aspiration, cavitation) influent considérablement sur le comportement vibratoire.
⚠️ Important : Les vibrations du palier et de l'arbre doivent être surveillées. L'évaluation globale repose sur la valeur la plus élevée des deux. Les conditions de fonctionnement (charge, hauteur de chute, niveau d'eau aval) influent fortement sur les niveaux de vibration des machines hydrauliques.
La norme ISO 20816-5 s'applique aux machines hydrauliques, notamment :
- Turbines Kaplan verticales
- Turbines Francis verticales
- Pompes-turbines verticales (réversibles)
- Turbines Pelton horizontales
- Pompes verticales
Ces machines fonctionnent dans des centrales hydroélectriques avec des vitesses typiques de 60 à 1000 RPM.
Les machines hydrauliques fonctionnent à des vitesses beaucoup plus basses (60–500 RPM contre 1500–3600 RPM pour les turbines à vapeur) et subissent des forces d'excitation hydrauliques spécifiques :
- Torche à l'aspirateur et pulsations de pression
- Vibrations induites par la cavitation
- Fréquences de passage des directrices et des aubes de roue
- Lâcher de tourbillons de Von Kármán
Les machines verticales présentent également des considérations supplémentaires concernant les vibrations du palier de butée (pivot) et les efforts hydrauliques axiaux.
Le déplacement de l'arbre est mesuré à l'aide de sondes de proximité montées près des paliers de guidage, mesurant le déplacement crête-à-crête en micromètres (μm p-p). C'est essentiel pour les machines verticales où la surveillance de l'orbite de l'arbre révèle :
- Le balourd et le défaut d'alignement
- Les instabilités hydrauliques
- L'usure des paliers de guidage
- Les conditions de frottement des joints
Les turbines Pelton horizontales ont des limites de vibration plus basses que les machines verticales car :
- Les dispositions de paliers horizontaux sont plus sensibles aux efforts dynamiques
- La charge par impulsion due à l'impact du jet sur les augets Pelton produit une vibration distincte
- Les charges de gravité sur les paliers horizontaux créent un comportement dynamique différent
La limite de Zone A/B est de 2.3 mm/s contre 2.8 mm/s pour les machines verticales.
Pour une Zone C sur une turbine hydraulique :
- Rechercher les causes premières : cavitation de la roue, torche dans l'aspirateur, usure des paliers de guidage, défaut d'alignement d'arbre, résonance hydraulique
- Passer à une surveillance continue si ce n'est pas déjà le cas
- Envisager des restrictions de plage de charge pour réduire l'excitation hydraulique
- Planifier une action corrective lors du prochain arrêt programmé
- Surveiller attentivement la tendance — si elle approche de la Zone D, envisager l'arrêt
Les procédures décrites sur cette page ont été développées et testées sur le terrain par l'équipe Vibromera à l'aide du Balanset-1A, un équilibreur portable à deux canaux et analyseur de vibrations pour l'équilibrage des rotors sur site.
Analyseurs de vibrations professionnels et systèmes d'équilibrage sur site pour machines hydroélectriques. Évaluation conforme à la norme ISO 20816. Utilisés dans plus de 50 pays.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko est ingénieur en analyse vibratoire, ainsi que fondateur et PDG de Vibromera. Depuis plus de 15 ans, il équilibre des équipements rotatifs sur le terrain plutôt que sur banc d'essai : broyeurs, ventilateurs industriels, concasseurs, centrifugeuses, arbres et broches. C'est de ce travail que sont nés les instruments Balanset — conçus comme un outil qu'un spécialiste peut emporter jusqu'à la machine et utiliser seul, sur site, et non comme un équipement de laboratoire. Vibromera a été fondée en 2017 et est basée à Porto, au Portugal, depuis 2023. Le développement, l'assemblage et le support de la gamme Balanset se font ici. L'instrument phare est le Balanset-1A, un analyseur portable pour l'équilibrage à un et deux plans et pour le diagnostic vibratoire. Nikolai est personnellement impliqué dans le support client, dans le traitement des cas d'équilibrage difficiles et dans le développement du logiciel. Il travaille avec des clients du monde entier, dans toutes les langues.
