Strumento di ingegneria gratuito #023
Limiti di vibrazione — Turbine idrauliche e unità di pompaggio
Valuta l'intensità delle vibrazioni per turbine idrauliche, turbine-pompa e pompe secondo la norma ISO 20816-5. Supporta le misurazioni della velocità dell'alloggiamento dei cuscinetti e dello spostamento dell'albero.
Risultati
| Zona | Confine | Descrizione |
|---|
Ambito di applicazione ISO 20816-5
La norma ISO 20816-5 specifica i criteri di valutazione delle vibrazioni per macchine idrauliche, tra cui turbine Kaplan, Francis e Pelton, pompe-turbina e pompe utilizzate nelle centrali idroelettriche. Copre sia configurazioni di macchine verticali che orizzontali.
Vibrazione dell'alloggiamento del cuscinetto — Macchine verticali
Velocità di vibrazione a banda larga misurata sul supporto del cuscinetto in mm/s RMS, tipicamente nella gamma 10–1000 Hz. Si applica a unità Kaplan verticali, Francis, turbopompe e pompe. I valori dei limiti di zona in questa pagina sono valori guida semplificati della serie ISO 10816/20816; le tabelle specifiche per gruppo macchina e velocità di ISO 20816-5 differiscono nei dettagli e dovrebbero essere consultate per valutazioni contrattuali o di accettazione.
| Confine della zona | Velocità (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
Vibrazione dell'alloggiamento del cuscinetto — Pelton orizzontale
Le turbine Pelton orizzontali presentano limiti ammissibili inferiori a causa della disposizione dei cuscinetti e delle caratteristiche di carico impulsivo.
| Confine della zona | Velocità (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
Spostamento dell'albero — Macchine verticali
Lo spostamento relativo dell'albero viene misurato con sonde di prossimità ed è espresso come spostamento picco-picco in μm.
| Confine della zona | Spostamento (μm p-p) |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ Nota: Le macchine idrauliche verticali presentano caratteristiche di vibrazione uniche dovute alla gravità che agisce lungo l'asse dell'albero. Le condizioni dei cuscinetti reggispinta e le forze idrauliche (oscillazione del tubo aspirante, cavitazione) influenzano significativamente il comportamento delle vibrazioni.
⚠️ Importante: È necessario monitorare sia le vibrazioni dell'alloggiamento dei cuscinetti che quelle dell'albero. La valutazione complessiva è determinata dal valore peggiore tra i due. Le condizioni operative (carico, prevalenza, livello dell'acqua di coda) influenzano notevolmente i livelli di vibrazione nelle macchine idrauliche.
La norma ISO 20816-5 si applica alle macchine idrauliche, tra cui:
- Turbine Kaplan verticali
- Turbine Francis verticali
- Pompe-turbine verticali (reversibili)
- Turbine Pelton orizzontali
- Pompe verticali
Queste macchine operano nelle centrali idroelettriche con velocità tipiche da 60 a 1000 RPM.
Le macchine idrauliche operano a velocità molto inferiori (60–500 RPM contro 1500–3600 RPM delle turbine a vapore) e sono soggette a specifiche forze di eccitazione idraulica:
- Oscillazioni nel tubo aspiratore (draft tube surge) e pulsazioni di pressione
- Vibrazioni indotte da cavitazione
- Frequenze di passaggio delle pale del distributore e della girante
- Distacco di vortici di Von Kármán
Le macchine verticali comportano inoltre considerazioni aggiuntive per le vibrazioni del cuscinetto reggispinta e le forze idrauliche assiali.
Lo spostamento dell'albero viene misurato mediante sonde di prossimità montate vicino ai cuscinetti di guida, rilevando lo spostamento picco-picco in micrometri (μm p-p). Ciò è fondamentale per le macchine verticali, dove il monitoraggio dell'orbita dell'albero rivela:
- Squilibrio e disallineamento
- Instabilità idrauliche
- Usura dei cuscinetti di guida
- Condizioni di strisciamento sulle tenute
Le turbine Pelton orizzontali hanno limiti di vibrazione inferiori rispetto alle macchine verticali perché:
- Le disposizioni dei cuscinetti orizzontali sono più sensibili alle forze dinamiche
- Il carico impulsivo dovuto all'impatto del getto sulle cucchiaie Pelton produce vibrazioni caratteristiche
- I carichi gravitazionali sui cuscinetti orizzontali determinano un diverso comportamento dinamico
Il limite di Zona A/B è 2.3 mm/s contro 2.8 mm/s per le macchine verticali.
Per la Zona C su una turbina idraulica:
- Indagare le cause radice: cavitazione della girante, oscillazioni nel tubo aspiratore, usura dei cuscinetti di guida, disallineamento dell'albero, risonanza idraulica
- Aumentare la frequenza di monitoraggio a continua, se non lo è già
- Valutare limitazioni di carico per ridurre l'eccitazione idraulica
- Pianificare un intervento correttivo durante la successiva fermata programmata
- Monitorare attentamente la tendenza — se si avvicina alla Zona D, valutare l'arresto
Le procedure descritte in questa pagina sono state sviluppate e collaudate sul campo dal team Vibromera utilizzando il Balanset-1A, un bilanciatore portatile a due canali e analizzatore di vibrazioni per l'equilibratura dei rotori in loco.
Analizzatori di vibrazioni professionali e sistemi di bilanciamento in campo per macchinari idroelettrici. Valutazione in loco conforme alla norma ISO 20816. Utilizzati in oltre 50 paesi.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko è ingegnere di analisi delle vibrazioni nonché fondatore e amministratore delegato di Vibromera. Da più di 15 anni bilancia macchine rotanti sul campo anziché al banco di prova: pacciamatrici, ventilatori industriali, frantoi, centrifughe, alberi e mandrini. È da questo lavoro che sono nati gli strumenti Balanset — sono stati progettati come uno strumento che il tecnico può portare fino alla macchina e usare da solo, in loco, e non come apparecchiatura da laboratorio. Vibromera è stata fondata nel 2017 e dal 2023 ha sede a Porto, in Portogallo. Qui avvengono lo sviluppo, l'assemblaggio e l'assistenza della linea Balanset. Lo strumento di punta è il Balanset-1A, un analizzatore portatile per il bilanciamento su uno e due piani e per la diagnostica delle vibrazioni. Nikolai segue personalmente l'assistenza ai clienti, la risoluzione dei casi di bilanciamento più difficili e lo sviluppo del software. Lavora con clienti in tutto il mondo, in qualsiasi lingua.
