DIN ISO 7919-5-2005 Mechanical vibration - Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts - Part 5 Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.pdf

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1、Oktober 2005DEUTSCHE NORM Normenausschuss Akustik, L rmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDINormenausschuss Maschinenbau (NAM) im DINPreisgruppe 11DIN Deutsches Institut f r Normung e.V. Jede Art der Vervielf ltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut

2、 f r Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 17.160; 29.160.40G Q 9651175www.din.deXDIN ISO 7919-5Mechanische Schwingungen Bewertung der Schwingungen von Maschinen durch Messungen an rotierenden Wellen Teil 5: Maschinens tze in Wasserkraft und Pumpenanlagen (ISO 79195:2005)Mechanical vibration Evaluati

3、on of machine vibration by measurements on rotating shafts Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants (ISO 79195:2005)Vibrations mcaniques valuation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres tournants Partie 5: Machines quipant les centrales hydrolectriques

4、et les stations de pompage (ISO 79195:2005)Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 20 SeitenDIN ISO 7919-5:2005-10 2 Nationales Vorwort Die Internationale Norm ISO 7919-5:2005 Mechanical vibration Evaluation of machine vibration by measurements on rota

5、ting shafts Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants“ ist vom ISO/TC 108/SC 2 Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines, vehicles and structures“ unter deutsch-amerikanischer Projektleitung in Kooperation mit dem IEC/TC 4 Hydraul

6、ic turbines“ erarbeitet worden. Der Entwurf war den nationalen Komitees der ISO und der IEC separat zugeleitet worden. Fr die deutsche Mitarbeit ist der Gemeinschaftsausschuss NALS/VDI C 6 UA 2 Messung und Beurteilung von Maschinenschwingungen“ zustndig. Diese zweite Ausgabe ersetzt die erste Ausgab

7、e (ISO 7919-5:1997), die inhaltlich berarbeitet wurde. Die Bewertungskriterien sind gendert worden, indem die bisherigen vier Bewertungszonen durch die grbere Unterteilung des gesamten Wertebereichs in zwei Hauptbereiche ersetzt wurden. Diese beiden Haupt-bereiche werden spezifiziert, wobei die Tren

8、nlinie zwischen ihnen der bisherigen Grenze B/C entspricht. Die bisherigen Grenzen A/B und C/D wurden innerhalb der beiden Hauptbereiche A-B und C-D beibehalten, um verschiedene statistisch begrndete Grade der Schwingungsbeanspruchung unterscheiden zu knnen. Weitere Hinweise zu den Hintergrnden dies

9、er berarbeitung werden in Anhang D gegeben. ISO 7919 besteht aus den folgenden Teilen mit dem Titel Mechanische Schwingungen Bewertung der Schwingungen von Maschinen durch Messungen an rotierenden Wellen: Teil 1: Allgemeine Anleitungen Teil 2: Stationre Dampfturbinen und Generatoren ber 50 MW mit Ne

10、nn-Betriebsdrehzahlen von 1 500 min1, 1 800 min1, 3 000 min1und 3 600 min1 Teil 3: Gekuppelte industrielle Maschinen Teil 4: Gasturbinenstze Teil 5: Maschinenstze in Wasserkraft- und Pumpenanlagen In dieser Norm wird fr die Schwingungsbreite statt Spitze-Tal-Wert“ nach DIN 5483-1 die Bezeichnung Spi

11、tze-Spitze-Wert“ verwendet. Damit ergibt sich eine bessere bereinstimmung mit der ISO-Norm und ein Bezug auf den eingefhrten Index pp. Zu den im Inhalt genannten Internationalen Normen wird im Folgenden auf die entsprechenden Deutschen Normen hingewiesen: ISO 7919-1 siehe DIN ISO 7919-1 ISO 7919-3 s

12、iehe DIN ISO 7919-3 ISO 10816-1 siehe DIN ISO 10816-1 ISO 10817-1 siehe DIN ISO 10817-1 DIN ISO 7919-5:2005-10 3 Nationaler Anhang NA (informativ) Literaturhinweise DIN 5483-1, Zeitabhngige Gren Benennungen der Zeitabhngigkeit DIN ISO 7919-1, Mechanische Schwingungen von Maschinen mit Ausnahme von K

13、olbenmaschinen Messung und Bewertung von Wellenschwingungen Teil 1: Allgemeine Anleitungen DIN ISO 7919-3, Mechanische Schwingungen von Maschinen mit Ausnahme von Kolbenmaschinen Messung und Bewertung von Wellenschwingungen Teil 3: Gekuppelte industrielle Maschinen DIN ISO 10816-1, Mechanische Schwi

14、ngungen Bewertung der Schwingungen von Maschinen durch Messungen an nicht-rotierenden Teilen Teil 1: Allgemeine Anleitungen DIN ISO 10817-1, Messeinrichtung fr die Schwingungen rotierender Wellen Teil 1: Erfassung der relativen und der absoluten Radialschwingungen DIN ISO 7919-5:2005-10 4 Mechanisch

15、e Schwingungen Bewertung der Schwingungen von Maschinen durch Messungen an rotierenden Wellen Teil 5: Maschinenstze in Wasserkraft- und Pumpenanlagen Inhalt Seite 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen5 3 Durchfhrung der Messung6 3.1 Allgemeines6 3.2 Art der Messung.6 3.3 Messebenen .6 3.4

16、Messeinrichtung 7 4 Beurteilungskriterien.7 4.1 Betrieb als Turbine 7 4.2 Betrieb als Pumpe (Pumpbetrieb)7 4.3 Besondere Betriebszustnde .8 Anhang A (normativ) Beurteilungskriterien fr die relativen Wellenschwingungen von hydraulischen Maschinenstzen unter definierten Betriebsbedingungen9 Anhang B (

17、informativ) Besonderheiten der Wellenschwingungen von hydraulischen Maschinenstzen 15 Anhang C (informativ) Auswerteverfahren und angewandte Regressionsanalyse 17 Anhang D (informativ) Hintergrnde zu dieser Ausgabe von ISO 7919-5 19 Literaturhinweise . 20 1 Anwendungsbereich Dieser Teil von ISO 7919

18、 gibt Anleitungen fr die Anwendung von Beurteilungskriterien fr Wellen-schwingungen, die an oder nahe den Lagern von Maschinenstzen in Wasserkraft- und Pumpenanlagen unter blichen Betriebsbedingungen gemessen werden. Diese Anleitungen werden sowohl fr Schwingungen beim stationren Betrieb als auch fr

19、 nderungen gegeben, die sich an den Schwingungswerten im stationren Betrieb ergeben knnen. ANMERKUNG 1 Die angegebenen Zahlenwerte sind nicht dazu gedacht, die einzige Grundlage fr die Beurteilung des Schwingungszustands einer Maschine zu sein, da diese Beurteilung im Allgemeinen sowohl die Wellensc

20、hwingungen als auch die Schwingungen der nicht-rotierenden Bauteile in Betracht zieht (siehe ISO 7919-1 und ISO 10816-1). Dieser Teil von ISO 7919 gilt fr Maschinen oder Maschinenstze in Wasserkraft- und Pumpenanlagen, in denen die hydraulischen Maschinen Drehzahlen zwischen 60 min1und 1 800 min1sow

21、ie Schalenlager oder Segmentlager haben und die Leistung der Hauptmaschine mindestens 1 MW betrgt. Die Ausrichtung des Wellenstrangs kann vertikal, horizontal oder in beliebiger Winkellage sein. DIN ISO 7919-5:2005-10 5 Die Maschinenstze, fr die dieser Teil von ISO 7919 gilt, umfassen folgende Masch

22、inenkombinationen: Wasserkraftturbine und Generator, Pumpe und elektrische Maschine, die als Motor arbeitet, Pump-Turbine und Motor-Generator, Wasserkraftturbine, Pumpe und Motor-Generator (klassischer Pumpspeicher-Maschinensatz), jeweils einschlielich Zusatzgerten (z. B. Startturbine oder Erreger,

23、die im Wellenstrang liegen). Dieser Teil von ISO 7919 gilt auch fr Turbinen oder Pumpen, die ber Getriebe und/oder radial nachgiebige Kupplungen mit dem Generator bzw. dem Motor verbunden sind. ANMERKUNG 2 Elektrische Maschinen mit Drehzahlen zwischen 1 000 min1und 1 800 min1werden nach den Kriterie

24、n von ISO 7919-3 beurteilt. Dieser Teil von ISO 7919 gilt nicht fr Pumpen in Wrmekraftanlagen oder im industriellen Einsatz (fr diese Maschinen gilt ISO 7919-3), hydraulische Maschinen oder Maschinenstze mit Wlzlagern, hydraulische Maschinen mit wassergeschmierten Lagern. Entsprechend ISO 7919-1 knn

25、en die Wellenschwingungen von Maschinen oder Maschinenstzen in Wasserkraft- und Pumpenanlagen fr die folgenden Aufgabenstellungen ermittelt werden: Aufgabenstellung A: Vernderung des Schwingungsverhaltens, Aufgabenstellung B: ungewhnlich groe dynamische Belastung, Aufgabenstellung C: berwachung des

26、Radialspiels. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich alle

27、r nderungen). ISO 7919-1, Mechanical vibration of non-reciprocating machines Measurements on rotating shafts and evaluation criteria Part 1: General guidelines ISO 10817-1, Rotating shaft vibration measuring systems Part 1: Relative and absolute sensing of radial vibration IEC 60994, Guide for field

28、 measurement of vibrations and pulsations in hydraulic machines (turbines, storage pumps and pump-turbines) DIN ISO 7919-5:2005-10 6 3 Durchfhrung der Messung 3.1 Allgemeines Die anzuwendenden Messverfahren und die einzusetzende Messeinrichtung mssen den Vorgaben von ISO 7919-1 und IEC 60994 entspre

29、chen. 3.2 Art der Messung An hydraulischen Maschinenstzen werden sowohl die relativen als auch die absoluten Wellenschwingungen mit berhrungslos arbeitenden Aufnehmern gemessen. Auf der Welle gleitende seismische Aufnehmer (Gleitschuh-Vorrichtungen) knnen nicht in jedem Fall benutzt werden, da bei l

30、angsam laufenden hydrauli-schen Maschinen der Frequenzbereich der Messeinrichtung bis zu sehr tiefen Frequenzen reichen muss. Bei Relativmessungen sollten die Aufnehmer direkt an der Lagerschale oder dem Lagersegment befestigt werden. Wenn die Aufnehmer an der Lagerabsttzung oder dem Lagergehuse ang

31、ebracht werden, wie es bei vertikalen Maschinen blich ist, muss darauf geachtet werden, dass die Relativbewegung zwischen der Lagerschale oder dem Lagersegment und dem Aufnehmer klein im Verhltnis zur Wellenschwingung ist. Wenn das nicht der Fall ist, kann nicht davon ausgegangen werden, dass das Me

32、sssignal fr die Relativ-bewegung zwischen der Welle und der Lagerschale bzw. dem Lagersegment reprsentativ ist. Diese Anforderung kann durch eine statische Untersuchung der Befestigungsstruktur oder entsprechende Messungen berprft werden, wobei Letztere in der Regel schwierig und kostenintensiv sind

33、. Es wird empfohlen, dass die tiefste Eigenfrequenz derjenigen Schwingungsmoden der Befestigungsstrukturen der Aufnehmer, die zu einer signifikanten Bewegung in der Messrichtung der Wellenschwingungsaufnehmer fhren, mehr als das 7fache der Drehfrequenz betrgt und kein ganzzahliges Vielfaches der Dre

34、hfrequenz ist. Die Absolutschwingung der Befestigungsstruktur sollte stets gemessen werden, und zwar mit seismischen Aufnehmern, die an der Befestigungsstruktur so dicht wie mglich neben den Wellenschwingungsaufnehmern in derselben Messrichtung wie sie angebracht sind. Die Messwerte dieser seismisch

35、en Aufnehmer drfen nach Umwandlung in den Schwingweg dazu verwendet werden, den absoluten Schwingungsausschlag der Welle zu ermitteln. ANMERKUNG Neben den Wellenschwingungen werden hufig auch die Schwingungen der Lagerabsttzung berwacht. Die an den unteren Fhrungslagern von vertikalen Maschinen geme

36、ssenen Schwingungen knnen allerdings falsch interpretiert werden: Die Schwingungen an diesen Lagern und ihrer Absttzung, wenn diese starr mit dem Gebude verbunden ist, werden manchmal von Krften hervorgerufen, die von der hydraulischen Maschine direkt ber das Fundament bertragen werden, und stammen

37、nicht von Radialschwingungen der Welle. 3.3 Messebenen Die Aufgabenstellungen A und B (siehe Abschnitt 1) erfordern, dass an allen Hauptlagern des Maschinen-satzes gemessen wird. Sofern mglich sollten die Schwingungsaufnehmer an den verschiedenen Lagern in einer Reihe angebracht werden. Bei vertikal

38、en Maschinen liegen die bevorzugten Messrichtungen meistens auf der Oberwasserseite und in Drehrichtung um 90 dazu versetzt. An horizontalen Maschinen werden die Messrichtungen aus praktischen Grnden hufig zu 45 von der Vertikalen gewhlt. Lediglich bei der Schwingungsberwachung (Aufgabenstellung A)

39、drfen in manchen Fllen die Messebenen auf die wesentlichen beschrnkt werden, vornehmlich bei Maschinenstzen mit vier oder mehr Lagern. Die Auswahl sollte auf einer Analyse des Schwingungsverhaltens basieren, bei der alle Arten von Fehlern und Strungen zu simulieren sind. Bevorzugt sollten diejenigen

40、 Messebenen gewhlt werden, bei denen eventuelle Strungen signifikante Wellenausschlge hervorrufen. Aufgabenstellung C macht es erforderlich, dass Aufnehmer nahe an oder sogar in den Wellendichtungen oder Labyrinthen der hydraulischen Maschine oder an solchen Stellen angesetzt werden, von denen aus e

41、s mglich ist, den Wellenausschlag im Innern der hydraulischen Maschine bei allen relevanten Schwingungs-DIN ISO 7919-5:2005-10 7 moden zu rekonstruieren. In Sonderfllen sind die entsprechenden Messungen ein Teil des Inbetriebnahme-programms und liefern die bertragungsfunktionen fr die verschiedenen

42、permanenten Messebenen. ANMERKUNG Zur Beurteilung des Schwingungsverhaltens der kompletten Maschine ist es wesentlich, auch in gewissem Abstand von den Lagern zu messen (z. B. im Bereich der Kupplung), um Aussagen ber die Schwingungs-verteilung entlang des Wellenstrangs zu erhalten. Wenn sich nmlich

43、 eine Lagerebene in der Nhe eines Schwingungs-knotens befindet, knnen das Schwingungsverhalten und der tatschliche Wellenausschlag unterschtzt werden. 3.4 Messeinrichtung Die Messeinrichtung muss die Anforderungen von ISO 10817-1 und IEC 60994 erfllen. Der Frequenzbereich der Messeinrichtung muss de

44、m breiten Anregungsspektrum der Wellenschwingungen von hydraulischen Maschinen entsprechen und sollte von einem Viertel der Nenn-Drehfrequenz der Maschine bis zum Doppelten der Laufschaufel- oder Becher-Passierfrequenz (Schaufeldrehklang) reichen. Der Amplituden-Messbereich der Messeinrichtung sollt

45、e mindestens das 4fache des Wertes an der Grenze zwischen den Hauptbereichen A-B und C-D (siehe Abschnitt A.2) betragen, sodass transiente Betriebs-zustnde akkurat berwacht werden knnen. 4 Beurteilungskriterien 4.1 Betrieb als Turbine Beurteilungskriterien fr die Schwingungsgre und fr nderungen der

46、Schwingungsgre an Maschinen-stzen bei Betrieb als Turbine sind in Anhang A angegeben. Wegen der besonderen Form des Orbits (kinetische Wellenbahn) von vertikalen hydraulischen Maschinen sollte als Messgre bevorzugt der maximale Schwingweg Smaxverwendet werden. Da aber die meisten berwachungssysteme

47、den Schwingweg als Schwingungsbreite Sppanzeigen (Spitze-Spitze-Wert des Schwingwegs in der Messrichtung, siehe ISO 7919-1), sind Beurteilungskriterien fr beide Messgren angegeben. Diese Kriterien gelten fr Maschinenstze mit Nenn-Drehzahlen zwischen 60 min1und 1 800 min1bei Betrieb unter der vertrag

48、sgem zulssigen stationren Last. Die Grenzwerte gelten fr alle Arten von Maschinenstzen, die von einer Turbine angetrieben werden und in stationrem Betriebszustand laufen, unabhngig von Typ, Fallhhe und Leistung; Einschrnkungen sind in Abschnitt 1 genannt. Es ist zu beachten, dass als Folge von Radia

49、lkrften, welche durch Strmungswirbel im Auslauf des Laufrades entstehen, hhere Wellenschwingungsausschlge auftreten knnen, wenn Axialturbinen mit nicht verstellbaren Schaufeln, Francis-Turbinen und Pump-Turbinen auerhalb der Soll-Betriebszustnde betrieben werden. Betroffen ist in der Regel der Betriebsbereich mit einem Durchfluss von weniger als 80 % des Verg