Бесплатный инженерный инструмент № 023
Пределы вибрации — гидротурбины & насосные агрегаты
Оценка интенсивности вибрации гидравлических турбин, насосно-турбинных агрегатов и насосов в соответствии с ISO 20816-5. Поддерживает измерение скорости в корпусе подшипника и смещения вала.
Результаты
| Зона | Граница | Описание |
|---|
ISO 20816-5 Область применения
Стандарт ISO 20816-5 устанавливает критерии оценки вибрации гидравлических машин, включая турбины Каплана, Фрэнсиса и Пельтона, насосно-турбинные установки и насосы, используемые на гидроэлектростанциях. Он охватывает как вертикальные, так и горизонтальные конфигурации машин.
Вибрация корпуса подшипника — вертикальные машины
Скорость широкополосной вибрации, измеряемая на корпусе подшипника в мм/с RMS, обычно в диапазоне 10–1000 Гц. Применяется к вертикальным турбинам Каплана, Фрэнсиса, насос-турбинам и насосным агрегатам. Значения границ зон на этой странице являются упрощенными ориентировочными значениями из серии ISO 10816/20816; таблицы ISO 20816-5, специфичные для группы машин и частоты вращения, отличаются в деталях и должны использоваться для контрактных или приемочных оценок.
| Граница зоны | Скорость (мм/с, среднеквадратичное значение) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
Вибрация корпуса подшипника — горизонтальная турбина Пелтона
У горизонтальных турбин Пелтона допустимые пределы ниже из-за особенностей расположения подшипников и характера импульсных нагрузок.
| Граница зоны | Скорость (мм/с, среднеквадратичное значение) |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
Смещение вала — вертикальные машины
Относительное смещение вала измеряется с помощью датчиков приближения и выражается в виде амплитуды смещения в микрометрах.
| Граница зоны | Смещение (мкм, пик-пик) |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ Примечание: Вертикальные гидроагрегаты обладают уникальными вибрационными характеристиками вследствие действия силы тяжести, направленной вдоль оси вала. На вибрационные характеристики существенно влияют состояние упорного подшипника и гидравлические силы (пульсации давления в отсасывающей трубе, кавитация).
⚠️ Важно: Необходимо контролировать вибрацию как корпуса подшипника, так и вала. Общая оценка зависит от более неблагоприятного из этих двух показателей. Условия эксплуатации (нагрузка, напор, уровень воды в нижнем бьефе) оказывают значительное влияние на уровень вибрации гидроагрегатов.
Стандарт ISO 20816-5 распространяется на гидравлические машины (гидроагрегаты), включая:
- Вертикальные поворотно-лопастные гидротурбины (Каплана)
- Вертикальные радиально-осевые гидротурбины (Френсиса)
- Вертикальные обратимые гидромашины (насос-турбины)
- Горизонтальные ковшовые гидротурбины (Пелтона)
- Крупные вертикальные насосы
Эти агрегаты эксплуатируются на гидроэлектростанциях (ГЭС и ГАЭС) с типичными частотами вращения от 60 до 1000 об/мин.
Гидромашины работают на значительно более низких частотах вращения (60–500 об/мин против 1500–3600 об/мин у паровых турбин) и подвержены специфическим гидродинамическим возмущающим силам:
- Прецессия вихревого жгута в отсасывающей трубе и пульсации давления
- Вибрация, вызванная кавитацией
- Лопаточные частоты направляющего аппарата и рабочего колеса
- Срыв вихрей Кармана с выходных кромок лопастей
Для вертикальных гидроагрегатов также критически важен контроль вибрации подпятника (упорного подшипника) и осевых гидравлических усилий.
Виброперемещение вала измеряется с помощью бесконтактных вихретоковых датчиков (проксиметров), устанавливаемых вблизи направляющих подшипников, и выражается как размах перемещения в микрометрах (μm p-p). Это критически важно для вертикальных гидроагрегатов, где мониторинг орбиты прецессии вала позволяет выявить:
- Дисбаланс и расцентровку линии вала
- Гидродинамическую неустойчивость потока
- Износ сегментов направляющих подшипников
- Задевание в уплотнениях
Горизонтальные ковшовые турбины (Пелтона) имеют более жесткие (низкие) нормы вибрации по сравнению с вертикальными гидромашинами по следующим причинам:
- Горизонтальные опорные узлы более чувствительны к радиальным динамическим нагрузкам
- Импульсное воздействие струи воды на ковши рабочего колеса создает характерную ударную вибрацию
- Постоянная радиальная нагрузка от силы тяжести ротора формирует иное динамическое поведение подшипников
Граница зон A/B по виброскорости для них составляет 2,3 мм/с против 2,8 мм/с для вертикальных агрегатов.
При попадании вибрации гидротурбины в зону C рекомендуется:
- Провести диагностику первопричин: кавитация рабочего колеса, жгут в отсасывающей трубе, износ направляющего подшипника, расцентровка вала, гидравлический резонанс
- Перевести контроль вибрации в непрерывный режим (если он еще не организован)
- Ограничить работу агрегата в нерасчетных зонах нагрузок (зонах повышенных гидродинамических пульсаций)
- Запланировать ревизию и устранение дефектов в ближайший плановый вывод в ремонт
- Тщательно отслеживать тренд — при приближении к зоне D рассмотреть вопрос об останове агрегата
Процедуры, описанные на этой странице, были разработаны и опробованы в полевых условиях командой Vibromera с использованием Balanset-1A — портативного двухканального балансировочного прибора и анализатора вибрации для балансировки роторов на месте эксплуатации.
Профессиональные анализаторы вибрации и системы балансировки на месте для гидроэнергетического оборудования. Оценка на месте в соответствии с ISO 20816. Используются более чем в 50 странах.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko — инженер по вибрационному анализу, основатель и генеральный директор Vibromera. Более 15 лет он балансирует вращающееся оборудование в полевых условиях, а не на испытательном стенде: мульчеры, промышленные вентиляторы, дробилки, центрифуги, валы и шпиндели. Именно из этой работы выросли приборы Balanset — они задумывались как инструмент, который специалист может принести к машине и применить самостоятельно, прямо на месте, а не как лабораторное оборудование. Vibromera основана в 2017 году, а с 2023 года базируется в Порту, Португалия. Здесь происходят разработка, сборка и поддержка линейки Balanset. Флагманский прибор — Balanset-1A, портативный анализатор для одно- и двухплоскостной балансировки и вибродиагностики. Nikolai лично участвует в поддержке клиентов, в разборе сложных случаев балансировки и в разработке программного обеспечения. Он работает с клиентами по всему миру, на любом языке.
