Gratis tekniskt verktyg #023
Vibrationsgränser — Vattenturbiner och pumpenheter
Utvärdera vibrationsintensiteten för hydrauliska turbiner, pumpturbiner och pumpar enligt ISO 20816-5. Stöder mätningar av vibrationshastighet på lagerhus och axelförskjutning.
Resultat
| Zon | Gräns | Beskrivning |
|---|
ISO 20816-5 Omfattning
ISO 20816-5 specificerar kriterier för vibrationsutvärdering av hydrauliska maskiner, inklusive Kaplan-, Francis- och Pelton-turbiner, pumpturbiner och pumpar som används i vattenkraftverk. Den täcker både vertikala och horisontella maskinkonfigurationer.
Lagerhusvibrationer — Vertikala maskiner
Bredbandig vibrationshastighet mätt på lagerhuset i mm/s RMS, vanligtvis intervallet 10–1000 Hz. Gäller vertikala Kaplan-, Francis-, pump-turbin- och pumpenheter. Zongränsvärdena på denna sida är förenklade riktvärden från ISO 10816/20816-serien; de maskingrupp- och hastighetsspecifika tabellerna i ISO 20816-5 skiljer sig i detalj och bör konsulteras för avtalsmässiga eller godkännandebedömningar.
| Zongräns | Hastighet (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
Lagerhusvibrationer — Horisontella Peltonturbiner
Horisontella Peltonturbiner har lägre tillåtna gränser på grund av lagerarrangemanget och impulsbelastningsegenskaperna.
| Zongräns | Hastighet (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
Axelförskjutning — Vertikala maskiner
Axelns relativa förskjutning mäts med närhetsprober, uttryckt som topp-till-topp-förskjutning i μm.
| Zongräns | Förskjutning (μm p-p) |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ Obs: Vertikala vattenkraftmaskiner har unika vibrationsegenskaper på grund av gravitationen som verkar längs axelns längdaxel. Axiallagrets skick och hydrauliska krafter (sugrörspulsationer, kavitation) påverkar vibrationsbeteendet avsevärt.
⚠️ Viktigt: Både lagerhusets och axelns vibrationer bör övervakas. Den sämsta av de två bedömningarna styr den övergripande utvärderingen. Driftsförhållanden (last, fallhöjd, nedströms vattennivå) påverkar starkt vibrationsnivåerna i vattenkraftmaskiner.
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
Procedurerna som beskrivs på den här sidan utvecklades och fälttestades av Vibromera-teamet med hjälp av Balanset-1A, en bärbar tvåkanalig balanserare och vibrationsanalysator för rotorbalansering på plats.
Professionella vibrationsanalysatorer och fältbalanseringssystem för vattenkraftsmaskiner. Utvärdering på plats enligt ISO 20816. Används i fler än 50 länder.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko är vibrationsanalysingenjör samt grundare och vd för Vibromera. I mer än 15 år har han balanserat roterande utrustning ute i fält i stället för i en provbänk: slaghackar, industrifläktar, krossar, centrifuger, axlar och spindlar. Det är ur det arbetet Balanset-instrumenten har vuxit fram — de utformades som ett verktyg som en specialist kan bära med sig till maskinen och använda på egen hand på plats, inte som laboratorieutrustning. Vibromera grundades 2017 och har sedan 2023 sin bas i Porto i Portugal. Utveckling, montering och support av Balanset-serien sker här. Flaggskeppet är Balanset-1A, en bärbar analysator för balansering i ett och två plan och för vibrationsdiagnostik. Nikolai deltar personligen i kundsupporten, i arbetet med svåra balanseringsfall och i utvecklingen av programvaran. Han arbetar med kunder över hela världen, på vilket språk som helst.
