無料エンジニアリングツール #023
振動限界 - 水力タービンおよびポンプユニット
ISO 20816-5に準拠した水車、ポンプ水車、ポンプの振動シビアリティを評価します。ベアリングハウジングの速度とシャフト変位の測定をサポートします。
結果
| ゾーン | 境界 | 説明 |
|---|
ISO 20816-5 適用範囲
ISO 20816-5は、カプラン水車、フランシス水車、ペルトン水車、ポンプ水車、水力発電所で使用されるポンプを含む水力機械の振動評価基準を規定しています。この規格は、垂直および水平の両方の機械構成をカバーしています。
ベアリングハウジングの振動 - 垂直機械
軸受ハウジングで測定された広帯域振動速度（mm/s RMS）、典型的には 10–1000 Hz 範囲。垂直カプラン、フランシス、ポンプタービン、およびポンプユニットに適用。このページのゾーン境界値は、ISO 10816/20816 シリーズからの簡略化されたガイドライン値です。ISO 20816-5 の機械グループおよび速度固有の表は詳細が異なり、契約または受入評価には参照する必要があります。
| ゾーン境界 | 速度（mm/s RMS） |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
ベアリングハウジングの振動 - 水平ペルトン
水平ペルトン水車は、ベアリング配置と衝撃荷重特性により許容限度が低くなります。
| ゾーン境界 | 速度（mm/s RMS） |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
シャフト変位 - 垂直機械
シャフトの相対変位は近接プローブで測定され、ピークツーピーク変位として μm 単位で表されます。
| ゾーン境界 | 変位（μm pp） |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ 注: 垂直型水力機械は、軸に沿って作用する重力の影響により、独特の振動特性を有します。スラストベアリングの状態と水力（ドラフトチューブサージ、キャビテーション）は、振動挙動に大きく影響します。
⚠️ 重要: 軸受ハウジングとシャフトの両方の振動を監視する必要があります。2つの評価のうち悪い方が全体の評価を決定します。運転条件（負荷、落差、放水位）は、水力機械の振動レベルに大きな影響を与えます。
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
このページで説明されている手順は、Vibromeraチームが、現場でのロータバランシング用ポータブル2チャンネルバランサー兼振動アナライザーであるBalanset-1Aを使用して開発し、実地試験を行ったものです。
水力発電機械向けのプロフェッショナル振動分析装置とフィールドバランシングシステム。ISO 20816準拠のオンサイト評価を実施。50カ国以上で採用されています。
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenkoは、振動解析エンジニアであり、Vibromeraの創業者兼CEOです。 15年以上にわたり、彼は試験台上ではなく現場で回転機械のバランシングを行ってきました——マルチャー、産業用ファン、クラッシャー、遠心分離機、シャフト、スピンドルなど。この経験から生まれたのがBalanset計測器であり、専門家が機械のもとへ持ち運び、現場で単独で使用できる道具として設計されています。実験室用の機器ではありません。 Vibromeraは2017年に設立され、2023年以降はポルトガル・ポルトを拠点としています。Balansetシリーズの開発、組み立て、サポートはすべてここで行われています。フラッグシップ機器はBalanset-1Aであり、単一平面および二平面バランシングと振動診断のための可搬式アナライザーです。 Nikolaiは、カスタマーサポート、困難なバランシング案件への対応、そしてソフトウェアの開発に自ら携わっています。世界中の顧客と、どの言語でも対応しています。
