免费工程工具 #023
振动极限——水轮机和泵机组
根据 ISO 20816-5 标准评估水轮机、泵轮机和泵的振动严重程度。支持轴承座速度和轴位移测量。
成果
| 公差带 | 边界 | 说明 |
|---|
ISO 20816-5 范围
ISO 20816-5 规定了水力机械（包括卡普兰式、弗朗西斯式和佩尔顿式水轮机、水泵水轮机以及水泵）在水力发电厂中的振动评估标准。该标准涵盖立式和卧式两种机械配置。
轴承座振动——立式机械
在轴承座上测量的宽带振动速度，单位为 mm/s RMS，典型范围为 10–1000 Hz。适用于垂直卡普兰、弗朗西斯、水泵水轮机和水泵机组。本页的区域边界值为 ISO 10816/20816 系列的简化指导值；ISO 20816-5 的机组组和转速特定表格在细节上有所不同，合同或验收评估应查阅这些表格。
| 区域边界 | 速度（毫米/秒 RMS） |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
轴承座振动——水平佩尔顿
由于轴承布置和冲击载荷特性，水平式佩尔顿水轮机的允许极限值较低。
| 区域边界 | 速度（毫米/秒 RMS） |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
轴位移——立式机械
轴的相对位移采用接近式探针测量，以μm为单位表示峰峰值位移。
| 区域边界 | 位移（μm pp） |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ 注意： 立式水轮机由于重力沿轴线作用，具有独特的振动特性。推力轴承状况和水力作用（尾水管涌流、空化）对振动特性有显著影响。
⚠️ 重要提示： 轴承座振动和轴振动均应进行监测。两项评估结果中较差的一项作为总体评价依据。运行条件（负载、水头、尾水位）对水力机械的振动水平有显著影响。
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
本页所述的操作流程由 Vibromera 团队使用 Balanset-1A（一款用于现场转子平衡的便携式双通道动平衡仪及振动分析仪）开发并经过实地测试。
适用于水力发电机械的专业振动分析仪和现场动平衡系统。符合 ISO 20816 标准的现场评估。产品已在全球 50 多个国家/地区使用。
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko是一名振动分析工程师，也是Vibromera的创始人兼首席执行官。 15年多来，他一直在现场——而非在试验台上——为旋转设备进行平衡：粉碎机、工业风机、破碎机、离心机、轴和主轴。正是这些实际工作催生了Balanset系列仪器——它们被设计为一种专业人员可以随身携带到机器旁、在现场独立使用的工具，而非实验室设备。 Vibromera成立于2017年，自2023年起总部设于葡萄牙波尔图。Balanset系列产品的研发、组装与支持均在此完成。旗舰产品是Balanset-1A，一款用于单平面及双平面平衡和振动诊断的便携式分析仪。 Nikolai亲自参与客户支持工作，处理各种棘手的平衡案例，并参与软件开发。他以任何语言为全球客户提供服务。
