CEI 4-2.pdf

Norma Italiana

N O R M A I T A L I A N A C E I

CNR

CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE •

AEI

ASSOCIAZIONE ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA ITALIANA

Data Pubblicazione

Edizione

Classificazione Fascicolo

COMITATOELETTROTECNICO

ITALIANO

Titolo

Title

CEI EN 60994

1996-04

Prima

4-2 2734

Guida per la misura in sito delle vibrazioni e delle pulsazioni nelle macchine idrauliche (turbine, pompe di accumulazione e pompe-turbine)

Guide for field measurements of vibrations and pulsations in hydraulic machines (turbines, storage pumps and pump turbines)

APPARECCHIATURE ELETTRICHE PER SISTEMI DI ENERGIA E PER TRAZIONE

NO

RM

A TE

CNIC

A

© CEI - Milano 1996. Riproduzione vietata.

Tutti i diritti sono riservati. Nessuna parte del presente Documento può essere riprodotta o diffusa con un mezzo qualsiasi senza il consenso scritto del CEI.Le Norme CEI sono revisionate, quando necessario, con la pubblicazione sia di nuove edizioni sia di varianti. È importante pertanto che gli utenti delle stesse si accertino di essere in possesso dell’ultima edizione o variante.

SOMMARIO

La presente guida dà indicazioni per l’effettuazione di prove di vibrazioni e di pulsazioni standardizzate su turbinea reazione ed ad azione, così come su qualunque tipo di pompa-turbina e pompa ad accumulazione, accoppiatead un generatore elettrico o ad un motore. Le prove descritte sono eseguibili a macchina installata ed hanno iseguenti fini:• Valutare il progetto, la realizzazione in officina ed il montaggio;• Valutare i cambiamenti del comportamento delle vibrazioni durante la vita della macchina;• Permettere la stesura di raccomandazioni applicabili al funzionamento del gruppo;• Fornire un ausilio nell’analisi dei difetti e dei guasti;• Indicare criteri che permettano un confronto omogeneo delle vibrazioni e delle pulsazioni di diverse macchineidrauliche della stessa classe;• Garantire la possibilità di raccogliere dati reali sufficientemente omogenei su diverse macchine idrauliche.Le prove illustrate sono soggette ad accordo preliminare tra le parti contraenti, in dipendenza anche delle con-

dizioni effettive di totale applicabilità.

DESCRITTORI

• DESCRIPTORS

Macchina idraulica •

Hydraulic machine;

Turbina •

Turbine;

Pompa •

Pump;

Misura •

Measuring;

Vibrazione •

Vibration;

Prova •

Test;

Condizioni di prova •

Test conditions.

COLLEGAMENTI/RELAZIONI TRA DOCUMENTI

Nazionali

Europei

(IDT) EN 60994

Internazionali

(IDT) IEC 994

Legislativi

INFORMAZIONI EDITORIALI

Norma Italiana

CEI EN 60994

Pubblicazione

Norma Tecnica

Carattere Doc.

Stato Edizione

In vigore

Data validità

1993-9-1

Ambito validità

Europeo

Comitato Tecnico

4-Motori primi idraulici

Approvata dal

Presidente del CEI

in Data

1996-4-15

CENELEC

in Data

1992-9-15

Sottoposta a

inchiesta pubblica come Documento originale

Chiusa in data

1992-6-30

Gruppo Abb.

3

Sezioni Abb.

B

ICS CDU

534.6:534.83:621.22:621.65

LEGENDA

(IDT) La Norma in oggetto è identica alle Norme indicate dopo il riferimento (IDT)

CENELEC members are bound to comply with theCEN/CENELEC Internal Regulations which stipulatethe conditions for giving this European Standard thestatus of a National Standard without any alteration.Up-to-date lists and bibliographical references con-cerning such National Standards may be obtained onapplication to the Central Secretariat or to anyCENELEC member.This European Standard exists in three official ver-sions (English, French, German).A version in any other language and notified to theCENELEC Central Secretariat has the same status asthe official versions.CENELEC members are the national electrotechnicalcommittees of: Austria, Belgium, Denmark, Finland,France, Germany, Greece, Iceland, Ireland, Italy, Lu-xembourg, Netherlands, Norway, Portugal, Spain,Sweden, Switzerland and United Kingdom.

I Comitati Nazionali membri del CENELEC sono tenu-ti, in accordo col regolamento interno del CEN/CENE-LEC, ad adottare questa Norma Europea, senza alcunamodifica, come Norma Nazionale.Gli elenchi aggiornati e i relativi riferimenti di tali Nor-me Nazionali possono essere ottenuti rivolgendosi alSegretario Centrale del CENELEC o agli uffici di qual-siasi Comitato Nazionale membro.La presente Norma Europea esiste in tre versioni uffi-ciali (inglese, francese, tedesco).Una traduzione effettuata da un altro Paese membro,sotto la sua responsabilità, nella sua lingua nazionalee notificata al CENELEC, ha la medesima validità.I membri del CENELEC sono i Comitati ElettrotecniciNazionali dei seguenti Paesi: Austria, Belgio, Danima-rca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Irlanda, Is-landa, Italia, Lussemburgo, Norvegia, Olanda, Porto-gallo, Regno Unito, Spagna, Svezia e Svizzera.

© CENELEC 1992 Copyright reserved to all CENELEC members. I diritti di riproduzione di questa Norma Europea sono riservati esclu-sivamente ai membri nazionali del CENELEC.

Comitato Europeo di Normalizzazione Elettrotecnica European Committee for Electrotechnical Standardization

Comité Européen de Normalisation ElectrotechniqueEuropäisches Komitee für Elektrotechnische Normung

C E N E L E C

Secrétariat Central: rue de Stassart 35, B - 1050 Bruxelles

E u r o p ä i s c h e N o r m • N o r m e E u r o p é e n n e • E u r o p e a n S t a n d a r d • N o r m a E u r o p e a

EN 60994

Ottobre 1992

Guida per la misura in sito delle vibrazioni e delle pulsazioni nelle macchine idrauliche (turbine, pompe di accumulazione e pompe-turbine)

Guide for field measurement of vibrations and pulsations in hydraulic machines (turbines, storage pumps and pump turbines)

Guide pour la mesure in situ des vibrations et fluctuations sur machines hydrauliques (turbines, pompes d’accumulation et pompe-turbines)

Leitfaden für die Messung von Scwingungen und Druckpulsationen an

hydraulischen Maschinen (Turbinen, Speicherpumpen und Pumpturbinen) in Kraftwerken

CONTENTS INDICE

Rif. Topic Argomento Pag

.

NORMA TECNICACEI EN 60994:1996-04

Pagina iv

INTRODUZIONE

1

GENERALITÀ

3

OGGETTO E SCOPO

3

Oggetto

................................................................................................

3

Scopo

...................................................................................................

3

Esclusioni

...........................................................................................

4

TERMINI, DEFINIZIONI, SIMBOLI E UNITÀ

5

Unità

.....................................................................................................

5

Termini

................................................................................................

5

Elenco dei termini specifici della presente Guida

.........

5

Definizione della velocità di flusso

......................................

14

Definizione dello spessoredel bordo di scarico di un profilo idraulico

.....................

14

Classificazione delle macchine idrauliche

.......................

16

Alcune disposizioni di macchine idrauliche

....................

17

GARANZIE

23

ESECUZIONE DELLE PROVE

23

CONDIZIONI DI PROVA DA RISPETTARE

23

Condizioni di funzionamentoin cui le prove devono essere eseguite

............................

23

Verifiche da effettuare prima di iniziare le prove

........

24

PROCEDURA DI PROVA

25

Parametri che determinano il punto di funzionamento

...

25

Grandezze di vibrazioni e pulsazionida misurare e ubicazione dei punti di misura

...............

27

Personale

..........................................................................................

31

Accordo sulla procedura di prova

.......................................

31

Programma delle prove

.............................................................

31

Preparazione delle prove

.........................................................

32

Osservazioni

...................................................................................

33

Ripetizione delle prove

.............................................................

34

METODI DI MISURA,ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI DATI

34

CONSIDERAZIONIRELATIVE AI METODI DI MISURA

35

Vibrazioni

.........................................................................................

35

Combinazione di base dei componenti per un sistemadi misura e di analisi dei parametri di vibrazione

.......

37

Vibrazioni radiali dell’albero rispetto ai supporti

.........

39

Pulsazioni di pressione

..............................................................

39

Sollecitazioni

...................................................................................

40

Pulsazioni della coppia d’albero

...........................................

41

INTRODUCTION

SECTION/SEZIONE

1

GENERAL

1

SCOPE AND OBJECT

1.1

Scope

.................................................................................................

1.2

Object

................................................................................................

1.3

Excluded topics

............................................................................

2

TERMS, DEFINITIONS, SYMBOLS AND UNITS

2.1

Units

...................................................................................................

2.2

Terms

.................................................................................................

2.3

List of terms specific to this guide

......................................

Fig. 1

Definition of flow velocity

......................................................

Fig. 2

Definition of thicknessof trailing edge of a hydraulic profile

................................

2.4

Classification of hydraulic machines

..................................

Fig. 3

Some arrangements of hydraulic machines

.....................

3

GUARANTEES

SECTION/SEZIONE

2

EXECUTION OF TESTS

4

TEST CONDITIONS TO BE FULFILLED

4.1

Operating conditionsunder which measurements are performed

...................

4.2

Checks on the machine before the beginning of tests

5

TEST PROCEDURE

5.1

Parameters determining the operating point

.................

5.2

Vibration and pulsation quantitiesto be measured and locations of measuring points

...

5.3

Personnel

.........................................................................................

5.4

Agreement of test procedure

.................................................

5.5

Test programme

...........................................................................

5.6

Preparations for tests

.................................................................

5.7 Observations ..................................................................................

5.8 Repetition of rests .......................................................................

SECTION/SEZIONE

3 METHODS OF MEASUREMENT,DATA ACQUISITION AND PROCESSING

6 CONSIDERATIONS RELATINGTO THE METHODS OF MEASUREMENT

6.1 Vibrations ........................................................................................

Fig. 4 Basic combination of units for a measuringand analysis system for vibration parameters ...............

6.2 Radial vibrations of the shaft relative to the bearings

6.3 Pressure pulsations .....................................................................

6.4 Stresses .............................................................................................

6.5 Shaft torque pulsations .............................................................


Pagina v

Fig. 5 Strain gaugearrangement for torque measurement ..............................

6.6 Rotational speed pulsations ...................................................

6.7 Power pulsations .........................................................................

6.8 Guide vane torque pulsations ...............................................

6.9 Radial thrust pulsationsmeasured at the guide bearings ...........................................

Fig. 6 Guide vane stemwith strain gauges for torque measurement ..................

Fig. 7 Torque measurement on one guide vaneby means of strain gauges applied on the link ............

6.10 Axial thrust pulsationsmeasured at the thrust bearing .............................................

6.11 Measured quantitiesdefining the machine operating point ..............................

7 CALIBRATION7.1 General .............................................................................................

7.2 Direct calibration .........................................................................

7.3 Calibration by electrical reference signals ......................

8 RECORDING8.1 Graphical recorders ....................................................................

8.2 Magnetic tape recorders ...........................................................

8.3 Digital recording ..........................................................................

9 DATA ACQUISITION AND PROCESSING9.1 General .............................................................................................

9.2 Selection of data processing methods ..............................

10 MEASUREMENT UNCERTAINTIES

11 FINAL REPORT

APPENDIX/APPENDICE

A FORMULAE FOR CALCULATING PRINCIPAL STRESSES AND SIGNAL PROCESSING FOR DYNAMIC STRAIN MEASUREMENTS WITH ROSETTES

A.1 Formulae for calculating principal stresses ....................

A.2 Signal processingfor dynamic strain measurements with rosettes ...........

Fig. A.1 Schematic arrangement foranalogue on-line processing of rosette strain data .....

Fig. A.2 Schematic arrangementof digital on-line processing of rosette strain data .....

APPENDIX/APPENDICE

B FORMULAE FOR CALCULATING THE TORQUE ON A CYLINDRICAL SOLID SHAFT AND THE AXIAL LOAD ON A RECTANGULAR OR CIRCULAR SECTION LINK USING THE STRAIN GAUGE TECHNIQUE

B.1 Torque on a solid shaft of cylindrical cross-section ..

B.2 Axial load on a linkwith rectangular or cylindrical cross-section .................

Fig. B.1 Connection of the strain gaugesfor torque measurement on a cylindrical shaft ............

Fig. B.2 Connection of the strain gaugesfor the axial load measurement ona cylindrical or rectangular section link ...........................

Disposizione degliestensimetri per la misura della coppia ............................ 42

Pulsazioni della velocità di rotazione ................................ 43

Pulsazioni di potenza ................................................................. 43

Pulsazioni della coppia sulle pale direttrici .................... 43

Pulsazioni di spinta radialemisurate sui supporti di guida ............................................... 44

Gambo della pala direttricecon estensimetri per la misura della coppia ................... 45

Misura della coppia su una paladirettrice tramite estensimetri applicati alla biella ....... 45

Pulsazioni di spinta assialemisurate sul supporto di spinta ............................................ 46

Grandezze misurate definendoil punto di funzionamento della macchina ..................... 46

TARATURA 47

Generalità ......................................................................................... 47

Taratura diretta .............................................................................. 47

Taratura per mezzo di segnali di riferimento elettrici ...... 50

REGISTRAZIONE 51

Registratori grafici ........................................................................ 51

Registratori a nastro magnetico ............................................. 52

Registrazione digitale ................................................................. 53

ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI DATI 54

Generalità ......................................................................................... 54

Scelta dei metodi di elaborazione dati .............................. 55

INCERTEZZE DI MISURA 61

RELAZIONE FINALE 62

FORMULE PER IL CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI PRINCIPALI E ELABORAZIONE DEI SEGNALI PER LE MISURE DELLE DEFORMAZIONI DINAMICHE CON ROSETTE 63

Formule per il calcolo delle sollecitazioni principali ...... 63

Elaborazione dei segnali per le misuredelle deformazioni dinamiche con rosette ...................... 64

Disposizione schematica per l’elaborazione analogica intempo reale dei dati di deformazione della rosetta .............. 65

Disposizione schematica per l’elaborazione digitale intempo reale dei dati di deformazione della rosetta .... 66

FORMULE PER IL CALCOLO DELLA COPPIA SU UN ALBERO CILINDRICO SOLIDO E DEL CARICO ASSIALE SU UNA BIELLA RETTANGOLARE O CIRCOLARE UTILIZZANDO LA TECNICA DEGLI ESTENSIMETRI 67

Coppia su un albero solido di sezione cilindrica ......... 67

Carico assiale su una biellacon sezione rettangolare o cilindrica ................................. 67

Collegamento degli estensimetriper la misura della coppia su un albero cilindrico ..... 69

Collegamento degli estensimetriper la misura del carico assiale suuna biella a sezione cilindrica o rettangolare ............ 69

NORMA TECNICACEI EN 60994:1996-04Pagina vi

APPENDIX/APPENDICE

C EXAMPLE OF FINAL REPORTC.1 Introduction ....................................................................................

C.2 Object of test ..................................................................................

C.3 Test programme ............................................................................

C.4 Personnel taking part in the tests ........................................

C.5 Test installations and equipment .........................................

C.6 Test documentation ....................................................................

C.7 Test results ......................................................................................

C.8 Evaluation of the test results ..................................................

C.9 Interpretation of the results ....................................................

Fig. C.1 Example of a possible list of tests .......................................

Fig. C.2 Example of a possible listof operational conditions during the tests .......................

Fig. C.3 Example of a possible listof test results of vibration measurements ........................

Fig. C.4 Example of a possible listof test results of pressure pulsation measurements ....

Fig. C.5 Example of a diagramshowing one variable for several tests ..............................

Fig. C.6 Example of a diagramshowing several variables for one test ..............................

Fig. C.7 Example of a diagramshowing the results of an analysis ......................................

APPENDIX/APPENDICE

D DISTORTION OF PRESSURE PULSATION MEASUREMENTS FOR TRANSDUCERS MOUNTEDWITH A CONNECTING PIPE

Fig. D.1 Schematic arrangement of pressuretransducer mounted with connecting pipe .....................

ANNEX/ALLEGATO

ZA Other International Publications quoted in this standard with the references of the relevant European Publications

normativenormativo

ESEMPIO DI RELAZIONE FINALE 70

Introduzione ................................................................................... 70

Oggetto di prova .......................................................................... 70

Programma di prova .................................................................. 70

Personale partecipante alle prove ....................................... 70

Istallazioni e apparecchiature di prova ............................. 71

Documenti di prova ................................................................... 71

Risultati di prova .......................................................................... 71

Valutazione dei risultati di prova ......................................... 72

Interpretazione dei risultati ..................................................... 72

Esempio di un possibile elenco di prove ........................ 73

Esempio di un possibile elenco di condizionioperative durante l’esecuzione delle prove ................... 74

Esempio di un possibile elencodei risultati di prova nelle misure di vibrazione .......... 75

Esempio di un possibile elenco dei risultatidi prova delle misure di pulsazione di pressione ....... 76

Esempio di un diagrammache illustra una variabile per diverse prove ................... 77

Esempio di un diagrammache illustra diverse variabilidi una stessa prova ........... 78

Esempio di un diagrammache illustra i risultati di un’analisi ........................................ 79

DISTORSIONE DELLE MISURE DELLE PULSAZIONI DI PRESSIONE PER TRASDUTTORI MONTATI CON UN TUBODI COLLEGAMENTO 80

Disposizione schematica del trasduttoredi pressione montato con tubo di collegamento ......... 81

Altre Pubblicazioni Internazionali menzionate nella presente Norma con riferimento alle corrispondenti Pubblicazioni Europee 82


Pagina vii

FOREWORDThe CENELEC questionnaire procedure, per-formed for finding out whether or not the Inter-national Standard IEC 994 (1991) could be ac-cepted without textual changes, has shown thatno common modifications were necessary forthe acceptance as European Standard.

The reference document was submitted to theCENELEC members for formal vote and wasapproved by CENELEC as EN 60994 on15 September 1992.

The following dates were fixed:

n latest date of publicationof an identical national standard(dop) 1993/09/01

n latest date of withdrawalof conflicting national standards(dow) 1993/09/01

Annexes designated “normative” are part of thebody of the standard.

In this standard, annex ZA is normative.

ENDORSEMENT NOTICEThe text of the International Standard IEC 994(1991) was approved by CENELEC as a Europe-an Standard without any modification.

PREFAZIONELa procedura del Questionario CENELEC, utilizza-ta per stabilire se la Pubblicazione IEC 994 (1991)poteva essere adottata senza modifiche del testo,ha mostrato che non erano necessarie modifichecomuni CENELEC per l’accettazione come NormaEuropea.

Il documento di riferimento è stato sottoposto alvoto formale dei membri del CENELEC e appro-vato dal CENELEC come Norma Europea EN60994 il 15 settembre 1992.

Le date di applicazione sono le seguenti:

n data ultima di pubblicazionedi una Norma nazionale identica(dop) 1993/09/01

n data ultima di ritirodelle Norme nazionali contrastanti(dow) 1993/09/01

Gli Allegati indicati come “normativi” sono parteintegrante della Norma.

Nella presente Norma, l’Allegato ZA è normativo.

AVVISO DI ADOZIONEIl testo della Pubblicazione IEC 994 (1991) è statoapprovato dal CENELEC come Norma Europeasenza alcuna modifica.

NORMA TECNICACEI EN 60994:1996-04Pagina viii


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INTRODUZIONE

Su una macchina in servizio è sempre possibile os-servare le pulsazioni e le vibrazioni che non sipossono evitare e che non influenzano da sole lavita dell’impianto in cui si verificano. I loro valoridipendono da molti fattori tra cui il tipo di flussonei passaggi d’acqua nelle diverse condizioni difunzionamento del gruppo, le caratteristiche delprogetto, così come la qualità della costruzione,del montaggio e della manutenzione. Queste pul-sazioni e vibrazioni possono essere consideratedannose soltanto quando certe parti della macchi-na o dell’impianto sono soggette a forze che pos-sono comprometterne la resistenza, o quando per-turbazioni inaccettabili sono trasmesse al suointorno.

In casi estremi, le vibrazioni nelle macchineidrauliche possono causare la formazione di fes-surazioni e persino fratture dei componenti do-vute a fatica(1).

L’eccessiva vibrazione delle macchine idraulichenon solo può ridurre la durata di servizio senzaproblemi, ma può anche influire sul funzionamen-to dei sistemi di regolazione e sugli strumenti, sulcomportamento delle strutture collegate e sulla sa-lute del personale.

Le misure delle caratteristiche delle pulsazioni edelle vibrazioni o, meglio, dei loro effetti, devonoessere eseguite conformemente alla presente Gui-da che fornisce anche le informazioni necessarieper ottenere il valore delle grandezze fisiche dalleletture degli strumenti di misura.

Allo stato attuale delle conoscenze, si può soltantosperare che le misure fatte conformemente allapresente Guida rivelino una caratteristica di baseche renda possibile collegare statisticamente lepulsazioni e le vibrazioni ai loro effetti con un ac-cettabile livello di affidabilità.

Gli studi sulle vibrazioni di una macchina idraulicarappresentano un impegno lungo e difficile e sonoquindi costosi (particolarmente per quanto riguardala non disponibilità della macchina) e perciò do-vrebbero essere intrapresi soltanto se un numero li-mitato di misure delle sollecitazioni o dei movimen-ti indica la possibilità di un reale pericolo. Lo scopodi questo lavoro è, se possibile, quello di eliminare

(1) Negli anni trascorsi sono stati pochi i casi di guasti nelle macchi-ne idrauliche dovuti a fatica. Tuttavia, l’attuale tendenza ad au-mentare i carichi specifici e a risparmiare nei materiali durante laprogettazione delle macchine idrauliche può portare ad un abbas-samento della rigidezza dinamica della struttura con conseguenteaumento del rischio di vibrazioni nelle macchine di nuova proget-tazione. Anche l’aumento delle dimensioni geometriche prove-nienti dall’aumento di potenza del gruppo può portare ad un ab-bassamento delle frequenze di vibrazioni caratteristiche dellamacchina o di alcune parti di essa (pale direttrici ecc.). Quindi, lefrequenze in questione potrebbero più facilmente interagire con lefrequenze di oscillazioni idrauliche e/o elettriche nel sistema (ocon le loro armoniche).

INTRODUCTION

On a machine in service, pulsations and vibra-tions which cannot be avoided and which donot affect by themselves the service life of theplant where they occur, can always be ob-served. Their values depend on many factors,among which are the flow pattern in the waterpassages under different operating conditionsof the unit, peculiarities of the design as well asthe thoroughness of manufacture, erection andmaintenance. Such pulsations and vibrationscan be considered as detrimental only whencertain parts of the machine or of the plant aresubject to forces that may impair its resistanceor when unacceptable disturbances are carriedto its environment.

In extreme cases, vibrations in hydraulic ma-chines can result in the formation of cracksand even in fracture of components due tofatigue(1).

Excessive vibration in hydraulic machinesnot only can reduce their trouble-free servicelife but can also affect operation of govern-ing systems and instruments, the behaviourof the attached structures and the health ofpersonnel.

Measurement of pulsation and vibration char-acteristics or, preferably, of their effects is to becarried out in accordance with this guidewhich also gives the information necessary toderive the value of the physical quantities fromthe readings of the measuring instruments.

Given the present state of knowledge, it canonly be hoped that measurements made incompliance with this guide will reveal a basiccharacteristic making it possible to relate pulsa-tions and vibrations to their effects statistically,with an acceptable confidence level.

Vibration studies of a hydraulic machine repre-sent a long and difficult operation and henceare expensive (particularly as regards thenon-availability of the machine) and thereforeshould be undertaken only if a limited numberof measurements of stresses or movements in-dicates the possibility of a real danger. Thepurpose of such work is, if possible, to elimi-

(1) In previous years fatigue failures in hydraulic machineswere few in number. However, the current tendency to in-crease specific loads and to save material in the design ofhydraulic machines can lead to lowering of dynamic rigid-ity of the structure, which may increase the risk of vibra-tion in newly designed machines. Also the increase in ge-ometrical dimensions stemming from increasing unitcapacity can lead to a lowering of characteristic vibrationfrequencies of the machine or of some parts thereof(guide vanes, etc.). Thus the frequencies in questioncould more easily interact with the frequencies of hydrau-lic and/or electrical oscillations in the system (or har-monics thereof).

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92

190.000

NORMA TECNICACEI EN 60994:1996-04Pagina 2 di 84

la sorgente di carichi dannosi dopo averla identifi-cata o, se ciò non fosse possibile, di definire unaprocedura operativa che riduca detti carichi ad unlivello accettabile. Ci sono molte sorgenti di distur-bo, ma soltanto un numero molto limitato di esse, avolte perfino una sola, può creare un problema rea-le su una determinata macchina.

Di regola, lo stato vibratorio di una macchinaidraulica viene valutato con prove che prevedonola misura delle vibrazioni nei singoli punti carat-teristici della struttura. Una messa a punto speri-mentale standard, progettata sulla base della pra-tica e dell’esperienza, dovrebbe già forniresufficienti indicazioni sulle condizioni generali vi-bratorie della macchina. Tuttavia, l’esame dei ri-sultati così ottenuti può talvolta rivelare la pre-senza di forti amplificazioni locali (risonanza) inalcune parti vitali della macchina; in questo caso,la parte in causa dovrebbe essere esaminata piùda vicino per mezzo di un’adeguata apparecchia-tura sperimentale. Il tipo di flusso nei passaggid’acqua può avere un’influenza importante sullevibrazioni delle macchine idrauliche. Per potereffettuare un’accurata analisi delle vibrazioni, èpratica comune paragonare misure di vibrazioniadeguatamente localizzate (vedi 5.2.1 e 5.2.2)con misure di pulsazioni(1) di altre importantigrandezze, anch’esse adeguatamente localizzate,come per esempio:

n pulsazioni di pressione (vedi 5.2.3);n pulsazioni di deformazioni locali e corrispon-

denti sollecitazioni (vedi 5.2.4);n pulsazioni della coppia d’albero (vedi 5.2.5);n pulsazioni della velocità di rotazione (vedi 5.2.6);n pulsazioni di potenza (vedi 5.2.7);n pulsazioni di coppia delle pale direttrici (vedi 5.2.8);n pulsazioni della spinta radiale misurate sui

supporti di guida (vedi 5.2.9);n pulsazioni della spinta assiale misurate sui

supporti di spinta (vedi 5.2.10);e, se necessario, anche di altre grandezze.

Non si vuole assolutamente intendere che tutte lemisure indicate nella presente Guida debbano es-sere sempre eseguite.

(1) In questa guida, il termine “pulsazione” indica qualunque oscilla-zione periodica (o quasi periodica) senza tener conto della suafrequenza.

nate the source of detrimental loadings afterhaving identified it or, should this not be prac-ticable, to define an operating procedure re-ducing such loadings to an acceptable level.There are many sources of disturbances but avery small number of them, and even one only,may create a real problem on a given machine.

As a rule, the vibrational state of a hydraulicmachine is assessed from tests in which the vi-bration is measured at individual characteristicpoints of the structure. A standard experimen-tal set-up, designed on the basis of good prac-tice and experience, should already yield suffi-cient indications about the general vibrationalconditions of the machine. However, examina-tion of results thus acquired can sometimespoint to strong local amplification (resonance)in some vital parts of the machine; if such isthe case, the affected part(s) should be moreclosely investigated by means of an appropri-ate experimental arrangement. Flow pattern inthe water passages may have important effectson the vibrations of hydraulic machines. In or-der to obtain an accurate vibration analysis, itis common practice to relate appropriately lo-cated measurements of vibrations (see 5.2.1and 5.2.2) with appropriately located measure-ments of pulsations(1) of other important quan-tities, such as:

n pressure pulsations (see 5.2.3);n pulsations of local strains and correspond-

ing stresses (see 5.2.4);n shaft torque pulsations (see 5.2.5);n rotation speed pulsation (see 5.2.6);n power pulsations (see 5.2.7);n guide vane torque pulsations (see 5.2.8);n radial thrust pulsations measured at guide

bearings (see 5.2.9);n axial thrust pulsations measured at thrust

bearing (see 5.2.10);and, if need be, also other quantities.

It is in no way intended that all the measure-ments listed in this guide should be carried outin every case.

(1) In this guide, the term “pulsation” is understood to mean anyperiodic (or quasi-periodic) fluctuation, irrespective of itsfrequency.


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GENERALITÀ

OGGETTO E SCOPO

Oggetto

La presente Guida fa riferimento a qualunque tipodi turbina a reazione o ad azione, così come aqualunque tipo di pompa-turbina e pompa di ac-cumulazione, accoppiata ad un generatore elettri-co o ad un motore.

La guida copre il campo di prove di vibrazioni e dipulsazioni intese come prove standard.

Gli obiettivi di dette prove sono i seguenti:

n Valutazione del progetto della macchina idrauli-ca, della sua costruzione e della qualità del mon-taggio dal punto di vista della vibrazione(1).

n Valutazione dei cambiamenti del comportamen-to delle vibrazioni durante la vita della macchina.

n Disponibilità di raccomandazioni applicabili alfunzionamento del gruppo (per esempio, scel-ta delle sequenze transitorie più appropriate).

n Aiuto nell’analisi di difetti e guasti.

Se non è possibile applicare le raccomandazionidella presente Guida a causa della costruzionedella macchina idraulica, o se non è necessarioeseguire alcune delle misure, si possono ometterele relative voci, previo accordo tra il costruttore el’utente.

Scopo

Stabilire regole uniformi da applicare durantel’esecuzione dei rilievi di vibrazioni e pulsazioni.Stabilire metodi di misura e di elaborazione deidati di prova.

Indicare criteri che permettano un confronto omo-geneo delle vibrazioni e delle pulsazioni di diversemacchine idrauliche della stessa classe (vedi 2.4).

Garantire la possibilità di raccogliere dati reali suf-ficientemente omogenei su diverse macchineidrauliche.

(1) Le raccomandazioni relative alla valutazione dello stato vibratorioe pulsatorio della macchina non verranno fornite fino a che i datisistematici non saranno stati raccolti in conformità alla presenteGuida e non saranno stati adeguatamente interpretati.

SECTION/SEZIONE

1 GENERAL

1 SCOPE AND OBJECT

1.1 Scope

1.1.1 This guide applies to any type of reaction orimpulse turbine, as well to any type ofpump-turbine and storage pump, coupled toan electric generator or motor.

1.1.2 The guide covers the field of vibration and pul-sation tests referred to as standard tests.

The objectives of the tests are as follows:

n Assessment of hydraulic machine design,manufacture and quality of erection fromthe viewpoint of vibration(1).

n Assessment of the changes of vibration be-haviour during the machine life.

n Provision of recommendations applying tooperation of unit (for instance, choice ofthe most appropriate transient sequences).

n Aid in analysing faults and break downs.

1.1.3 If it is not possible to apply the recommenda-tions of the guide because of the constructionof the hydraulic machine, or if it is not neces-sary to conduct some of the measurements,such items may be omitted on prior agreementbetween the manufacturer and the user.

1.2 Object

1.2.1 To establish uniform rules to be applied whencarrying out vibration and pulsation tests. Toestablish methods of measuring and of test dataprocessing.

1.2.2 To indicate criteria for a unified approach to thecomparison of vibrations and pulsations of differ-ent hydraulic machines of the same class (see 2.4).

1.2.3 To ensure the possibility of accumulating actu-al data of sufficient homogeneity on differenthydraulic machines.

(1) Recommendations on assessment of the vibrational and pul-satory state of the machine will not be prepared until system-atic data have been accumulated in accordance with thisguide and have been properly interpreted.


Esclusioni

La guida non tratta tutte le questioni di interessepuramente commerciale.

La guida non si riferisce a prove speciali di vibra-zioni e pulsazioni effettuate per scopi di ricerca,anche se si raccomanda che i metodi descritti nellapresente Guida siano comunque seguiti nel realiz-zare le prove abituali di vibrazioni e di pulsazioni.

Le prove di vibrazioni e pulsazioni eseguite sumodello in laboratorio e le prove di pezzi di di-mensioni reali eseguite in officina non fanno partedella presente Guida.

Comunque, se sono disponibili prove di pulsazio-ni su modello, queste dovrebbero essere prese inconsiderazione.

La presente Guida non tratta i problemi relativialle vibrazioni delle opere di ingegneria civile edelle parti della macchina elettrica che non sia-no i supporti o l’albero, così come le pulsazionidi pressione nelle vie d’acqua esterne alla mac-china(1).

Tuttavia, in casi particolari, quando le cause di ec-cessiva vibrazione di una macchina idraulica sonoincerte o potrebbero influenzare altre parti dell’im-pianto, potrebbe essere opportuno ispezionare lestrutture delle opere di ingegneria civile e/o lamacchina elettrica, così come le vie d’acqua ester-ne alla macchina.

La guida non comprende le raccomandazioni perl’identificazione e l’eliminazione delle cause di vi-brazione.

Sebbene molto spesso la misura e l’analisi del rumorepossono essere, se adeguatamente eseguiti, un utilestrumento diagnostico per valutare i guai vibratori diuna macchina idraulica, la presente Guida prende inconsiderazione soltanto le vibrazioni meccaniche conl’esclusione degli effetti acustici (rumore).

I sistemi di regolazione possono interagire con ifenomeni di “pulsazione” delle grandezze idrauli-che, meccaniche ed elettriche in un impianto idro-elettrico. Tuttavia, lo scopo della presente Guidanon comprende il trattamento di queste interazionio le direttive per eseguire una prova di eccitazioneartificiale iniettando un segnale sinusoidalenell’anello del regolatore (come viene spesso fattoper determinare per esempio la risposta di fre-quenza del sistema).

(1) In caso di mancanza di valvole e/o paratoie, si considera che lamacchina comprenda le vie d’acqua tra le sezioni di riferimento altapressione/bassa pressione, come specificato nelle garanzie (vediPubblicazione IEC 41).

1.3 Excluded topics

1.3.1 The guide excludes all matters of purely com-mercial interest.

1.3.2 The guide is not concerned with special vibra-tion and pulsation tests for research purposes,although it is recommended that the methodsdescribed in the guide be applied to usual vi-bration and pulsation tests.

1.3.3 Laboratory model vibration and pulsationtests and tests of separate full-sized parts inthe workshop are not dealt with in thisguide.

However, if pulsation tests on a model areavailable, they should be taken into considera-tion.

1.3.4 The problems related to the vibrations of civilengineering works and of parts of the electricalmachine other than bearing(s) or the shaft, aswell as the pressure pulsations in the water-ways external to the machine(1), are not dealtwith in the guide.

However, in specific cases, when the causes ofexcessive vibration of a hydraulic machine areuncertain or might be influencing other parts ofthe plant, it may be appropriate to inspect thecivil engineering work structures and/or theelectrical machine as well as the waterways ex-ternal to the machine.

1.3.5 The guide excludes recommendations onidentifying and eliminating causes of vibra-tions.

1.3.6 Although quite often noise measurements andnoise analysis, if adequately performed, can bea useful diagnostic tool to assess vibratory trou-bles of a hydraulic machine, this guide consid-ers only mechanical vibrations to the exclusionof acoustical effects (noise).

1.3.7 Regulation systems may interact with phe-nomena of “pulsations” of hydraulic, me-chanical and electrical quantities in a hydroe-lectric power plant. However, treatment ofsuch interactions or guidelines for conduct-ing artificial-excitation test by injecting a sinesignal in the governor loop (as is often donee.g. to determine the frequency response ofthe system) are outside the scope of thisguide.

(1) In the case of absence of valves and/or gates, the machine isunderstood to include waterways between high pressure/lowpressure reference sections, as specified for guarantees (seeIEC Publication 41).


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TERMINI, DEFINIZIONI, SIMBOLI E UNITÀ

UnitàPer tutta la presente Guida viene utilizzato il siste-ma internazionale (SI).

TerminiI termini, le definizioni ed i simboli relativi alleturbine idrauliche, pompe di accumulazione epompe-turbine sono in conformità alla Pubbli-cazione IEC 41. In detta pubblicazione si posso-no trovare i termini che non vengono definiti in2.3.

I termini, le definizioni ed i simboli relativialle vibrazioni ed alle pulsazioni, così come itermini matematici sono in accordo con laNorma ISO 2041 e le Pubblicazioni IEC 184 e222.

Elenco dei termini specifici della presente GuidaLa tabella seguente contiene i termini, i simboli ele unità, relativi alle vibrazioni e alle pulsazioni,che vengono adottati nella presente Guida.

2 TERMS, DEFINITIONS, SYMBOLS AND UNITS

2.1 UnitsThe International System (SI) is used through-out this guide.

2.2 TermsThe terms, definitions and symbols relatingto hydraulic turbines, storage pumps andpump-turbines are in compliance with theIEC Publication 41. The terms not defined in2.3 can be found in the publication just men-tioned.

The terms, definitions and symbols relatingto vibrations and pulsations as well as math-ematical terms are in compliance with ISOStandard 2041 and IEC Publications 184 and222.

2.3 List of terms specific to this guideTabulated below are the terms, symbols andunits relating to vibrations and pulsationsadopted throughout this guide.

TerminiTerms

DefinizioniDefinitions

SimboliSymbols

UnitàUnits

2.3.1 Termini relativi alla descrizione delle vibrazioni e delle pulsazioni in funzionedel tempo(1)

Terms relating to description

of vibrations and pulsations

as functions of time(1)

2.3.1.1 Spostamento dinamico assolutoDynamic absolute

displacement

(vedi Pubblicazione IEC 184)(see IEC 184)

u(t) m

2.3.1.2 Velocità dinamica assolutaDynamic absolute velocity


v(t) m/s

2.3.1.3 Dynamic absolute accelerationAccelerazione dinamica

assoluta


w(t) m/s2

(1) Per la definizione di vibrazioni e pulsazioni vedi 2.3.2.For the definitions of vibrations and pulsations see 2.3.2.


TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

2.3.1.4 Spostamento dinamico relativo tra due parti, per esempio l’albero e la parte su cui viene fissato il trasduttore di prossimità (d = 0 quando l’albero tocca il trasduttore)Dynamic relative

displacement between two

parts e.g. the shaft and the

part on which the proximity

transducer is fixed (d = 0

when the shaft touches the

transducer)

d (t) m

2.3.1.5 Pulsazione di pressionePressure pulsation

Variazione oscillatoria della pressione del liquido in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the pressure of the liquid referred to its mean value during a time interval ∆t previously selected

Pa

2.3.1.6 Pulsazione di deformazioneStrain pulsation

Variazione oscillatoria della deformazione in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the strain referred to its mean

value during a time interval ∆t previously selected

m/m

2.3.1.7 Pulsazione di sollecitazioneStress pulsation

Variazione oscillatoria della sollecitazione in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the stress referred to its mean

value during a time interval ∆t previously selected

N/m2

2.3.1.8 Pulsazione di coppia d’alberoShaft torque pulsation

Variazione oscillatoria della coppia d’albero in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the shaft torque referred to its

mean value during a time interval ∆t previously

selected

N · m

2.3.1.9 Pulsazione di velocità di rotazioneRotational speed pulsation

Variazione oscillatoria della velocità di rotazione in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the rotational speed referred

to its mean value during a time interval ∆t previously

selected

giri/srev/s

2.3.1.10 Pulsazione di potenzaPower pulsation

Variazione oscillatoria della potenza in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the power referred to its

mean value during a time interval ∆t previously

selected

W

p t( )

ε t( )

σ t( )

M t( )

n t( )

P t( )


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TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

2.3.1.11 Pulsazione di coppia delle pale direttriciGuide vane torque pulsation

Variazione oscillatoria della coppia della direttrice in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the guide vane torque

referred to its mean value during a time interval ∆t

previously selected

N · m

2.3.1.12 Pulsazione radiale misurata sul supporto di guidaRadial pulsation measured at

guide bearing

Variazione oscillatoria del carico radiale sul supporto di guida in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the radial load on the guide

bearing referred to its mean value during a time

interval ∆t previously selected

N

2.1.3.13 Pulsazione assiale misurata sul supporto di spintaAxial pulsation measured at

thrust bearing

Variazione oscillatoria del carico assiale sul supporto di spinta in rapporto al suo valore medio durante un intervallo di tempo ∆t scelto in precedenzaOscillatory variation of the axial load on the thrust

bearing referred to its mean value during a time

interval ∆t previously selected

N

2.3.2 Termini generici riferiti ai parametri utilizzati per descrivere le vibrazioni e le pulsazioni(2)

General terms relating to

parameters used to describe

vibrations and pulsations(2)

2.3.2.1 VibrazioneVibration

La variazione nel tempo di una grandezza rappresentativa del movimento o della posizione di un sistema meccanico quando la grandezza è alternativamente più grande o più piccola di un valore medio di riferimentoThe variation with time of a quantity, which is

descriptive of the motion or position of a mechanical

system, when the magnitude is alternately greater

and smaller than some average value of reference

2.3.2.2 Vibrazione o pulsazione periodicaPeriodic vibration or

pulsation

Una grandezza i cui valori ricorrono ad intervalli uguali della variabile (tempo) indipendenteA quantity whose values recur at equal intervals of

the independent variable (time)

Nota(e) Una grandezza periodica X(t) che è funzione deltempo t e che può essere espressa come X = f(t) = f(t + nT) dove n è un intero, T è un intervallo di tem-po costante e t è il tempo corrente.A periodic quantity X(t) which is a function of timet, and can be expressed as X = f(t) = f (t + nT) wheren is an integer, T is a constant interval of time and tis the running time.

(2) La definizione di “pulsazione” è come quella di “vibrazione”, con la differenza che la grandezza coinvolta non è descrittiva del movi-mento o della posizione di un sistema meccanico.The definition of “pulsation” is the same as that of “vibration”, with the difference that the quantity involved is not descriptive of themotion or position of a mechanical system.

MGV t( )

R t( )

T t( )


TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

2.3.2.3 Periodo fondamentale (periodo)Fundamental period (period)

L’intervallo di tempo più piccolo per il quale si ripete una funzione periodica di tempo (vedi 2.3.2.2)The smallest interval of time for which a periodic

function of time repeats itself (see 2.3.2.2)

Nota(e) Se non ci sono ambiguità, il periodo fondamentale sichiama periodo.If there is no ambiguity, the fundamental period iscalled the period.

T s

2.3.2.4 FrequenzaFrequency

L’inverso del periodoThe reciprocal of period

f Hz

2.3.2.5 Armonica (di una grandezza periodica)Harmonic (of a periodic

quantity)

Un componente sinusoidale (di una funzione composta periodica del tempo) la cui frequenza è un intero multiplo della frequenza fondamentaleA sinusoidal component (of a composite periodic

function of time) whose frequency is an integer

multiple of the fundamental frequency

2.3.2.6 Frequenza angolare (frequenza circolare)Angular frequency (circular

frequency)

Il prodotto della frequenza di un fenomeno sinusoidale per il fattore 2πThe product of the frequency of a sinusoidal

phenomenon by the factor 2π

ω rad/s

2.3.2.7 Grandezza armonica semplice; grandezza sinusoidaleSimple harmonic quantity;

sinusoidal quantity

Una grandezza periodica che è una funzione sinusoidale del tempo. Quindi X = A sin (ωt + ϕ) dove X(t) e la grandezza armonica semplice, A è l’ampiezza, ω è la frequenza angolare (vedi 2.3.2.6), t è il tempo corrente, ϕ è l’angolo di fase dell’oscillazione (radiante)A periodic quantity that is a sinusoidal function of

time. Thus X = A sin (ωt + ϕ) where X(t) is the

simple harmonic quantity. A is the amplitude, ω is

the angular frequency (see 2.3.2.6), t is the running

time, ϕ is the phase angle of the oscillation (radians)

2.3.2.8 Movimento o pulsazione armonica sempliceSimple harmonic motion or

pulsation

Un movimento o una pulsazione che è una funzione sinusoidale del tempoA motion or pulsation that is a sinusoidal function of

time

2.3.2.9 Angolo di fase; fase (di una grandezza sinusoidale)Phase angle; Phase (of a

sinusoidal quantity)

Se una grandezza sinusoidale è progredita di mT unità di tempo (essendo T il periodo) misurata da un valore di tempo preso come riferimento, l’angolo di fase è m2πIf a sinusoidal quantity has advanced through mT units

of time (T being the period) as measured from a value

of time taken as reference, the phase angle is m2π

ϕ rad


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TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

2.3.2.10 AmpiezzaAmplitude

Il valore massimo di una grandezza sinusoidale X(t)The maximum value of a sinusoidal quantity X(t)

A [X](unità diverse

secondo la natura

fisica di X)(different

units accord-

ing to the

physical

nature of X)

2.3.2.11 Valore picco-picco di una grandezza oscillante(3)

Peak-to-peak value of an

oscillating quantity(3)

La differenza algebrica tra i valori estremi della grandezza. Nel caso di una grandezza sinusoidale il valore di picco-picco è due volte l’ampiezza, cioè 2AThe algebraic difference between the extreme values

of the quantity. In the case of a sinusoidal quantity

the peak-to-peak value is twice the amplitude, i.e. 2A

∆Xpp [X]

2.3.2.12 Vibrazione o pulsazione compostaCompound vibration or

pulsation

Vibrazione o pulsazione che consiste in una sovrapposizione (somma) di diverse vibrazioni o pulsazioni armoniche sempliciVibration or pulsation consisting of the superposition

(sum) of several simple harmonic vibrations or

pulsations

Nota(e) Nel caso in cui il rapporto di ciascuna delle frequen-ze di vibrazioni armoniche semplici con la frequenzafondamentale è un intero, la vibrazione composta sichiama vibrazione poliarmonica.In cases when the ratio of each of the frequencies ofsimple harmonic vibrations to fundamental frequen-cy is an integer, compound vibration is calledpolyharmonic vibration.

2.3.2.13 RisonanzaResonance

Risonanza di un sistema in oscillazione forzata che si forma quando qualunque cambiamento, anche piccolo, nella frequenza di eccitazione causa una diminuzione nella risposta del sistemaResonance of a system in forced oscillation exists

when any change, however small, in the frequency

of excitation causes a decrease in the response of the

system

2.3.2.14 Vibrazioni o pulsazioni aleatorieRandom vibration or

pulsation

Una vibrazione o pulsazione la cui grandezza non può essere prevista con precisione in qualunque determinato istante di tempoA vibration or pulsation, of which the magnitude

cannot be precisely predicted for any given instant of

time

(3) Il valore di picco (∆Xp [X]) di una grandezza oscillante (in opposizione al valore di picco-picco) è il valore massimo assoluto delladeviazione dal valore medio (vedi 2.3.3.1) della grandezza oscillante.Peak value (∆Xp [X]) of an oscillating quantity (as opposed to peak-to-peak value) is the maximum absolute value of the deviationfrom the mean value (see 2.3.3.1) of the oscillating quantity.


TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

2.3.3 Termini matematiciMathematical terms

2.3.3.1 Valore medio; valore medio algebricoAverage value; mean value;

algebraic mean value

a) Il valore medio di un numero di grandezzeomogenee discrete è uguale alla somma al-gebrica delle grandezze divisa per il nume-ro di grandezze. Il valore medio è uguale a:The average value of a number of homogene-

ous discrete quantities is equal to the algebraic

sum of the quantities divided by the number of

quantities. The average value is equal to:

dove Xn è il valore dell’ennesima grandez-za; N è il numero totale di grandezze di-scretewhere Xn is the value of nth quantity: N is the

total number of discrete quantities

b) Il valore medio di una funzione continua,X(t) su un intervallo di tempo tra t1 e t2 èuguale a:The average value of a continuous function,

X(t), over a time interval between t1 and t2 is

equal to:

[X]

2.3.3.2 Scarto quadratico medioValore efficace riferito al valore medioStandard deviation

Effective value referred to the

mean

Il valore efficace (r.m.s.) della deviazione di un insieme di numeri (o una funzione) in rapporto al valore medioThe root-mean-square (r.m.s.) value of the deviation

of a set of numbers (or a function) from the mean

value

a) Per un insieme di numeri X1, X2, ... XNFor a set of numbers X1, X2,... XN

dove l’indice n si riferisce all’ennesimo va-lore. N è il numero totale di grandezze di-

screte nell’insieme, è il valore medio

dell’insieme (vedi 2.3.3.1)(4)

where the subscript n refers to the n-th value. N

is the total number of discrete quantities in the

set, is the mean value of the set (see

2.3.3.1)(4)

[X]

(4) Talvolta la deviazione standard dei dati di un campione viene definita con (N – 1), sostituendo N nel denominatore perché il valorerisultante rappresenta una stima migliore della deviazione standard di una popolazione da cui si è preso il campione. Per valorimaggiori di N (cioè N > 30) non c’è praticamente alcuna differenza.Sometimes the standard deviation for the data of a sample is defined with (N – 1), replacing N in the denomination because the re-sulting value represents a better estimate of the standard deviation of a population from which the sample is taken. For larger va-lues of N (i.e. N > 30) there is practically no difference.

X

Xnn 1=

N

∑

N------------------=

X X t( ) dt

t1

t2∫t2 t1–

---------------------------=

X

Xeff

Xn X–( )2

n 1=

N

∑

N--------------------------------------=

X

X

Xeff


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TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

b) Se la grandezza X(t) è una funzione conti-nua di t, il suo valore efficace su un inter-vallo tra t1 e t2 è:If the quantity X(t) is a continuous function of t,

its effective value over an interval between t1and t2 is:

2.3.3.3 Valore efficace (r.m.s.)Root-mean-square value:

r.m.s. value (effective value)

a) Il valore efficace (r.m.s.) di un insieme dinumeri è la radice quadrata della mediadei loro valori al quadrato. Il valore r.m.s.dell’insieme di numeri può essere rappre-sentato da:The root-mean-square (r.m.s.) value of a set of

numbers is the square root of the average of

their squared values. The r.m.s. value of the set

of numbers can be represented as:

dove l’indice n si riferisce all’ennesimo va-lore ed N è il numero totale di grandezzeomogenee discretewhere the subscript n refers to the n-th value

and N is the total number of discrete homogene-

ous quantities

b) Il valore efficace (r.m.s.) di una funzionecontinua, X(t) su un intervallo tra tra t1 e t2è uguale alla radice quadrata della mediadei valori al quadrato della funzione sudetto intervallo. Il valore r.m.s. di una fun-zione continua ad una sola variabile, X(t)su un intervallo tra t1 e t2 è:The root-mean-square (r.m.s.) value of a conti-

nuous function, X(t) over an interval between t1and t2, is equal to the square root of the average

of the squared values of the function over the

interval. The r.m.s. value of a continuous sin-

gle-valued function, X(t) over an interval betwe-

en t1 and t2 is:

Xrms [X]

Xeff

X t( ) X–[ ]2

tdt1

t2∫t2 t1–

---------------------------------------=

Xrms

X2n

n 1=

N

∑

N---------------------=

Xrms

X t( )[ ] 2td

t1

t2∫t2 t1–

-----------------------------=


TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

Nota(e) Nella teoria delle vibrazioni, la media o il valore me-dio della vibrazione è uguale a zero. In questo caso ilvalore r.m.s. Xrms è uguale alla deviazione standard

(vedi 2.3.3.2) e il valore medio quadratico

è uguale alla varianza (vedi 2.3.3.4).

Nel caso di una grandezza sinusoidale di ampiezza A

il suo valore efficace è .In the vibration theory the average or mean value ofthe vibration is equal to zero. In this case the r.m.s.

value Xrms is equal to the standard deviation

(see 2.3.3.2) and the mean square value is

equal to the variance (see 2.3.3.4). In the caseof a sinusoidal quantity of amplitude A its effective

value is .

2.3.3.4 VarianzaVariance

Il quadrato della deviazione standardThe square of the standard deviation

Nota(e) Quando il valore medio di una variabile è zero, la va-rianza è il valore quadratico medio della variabile(vedi Nota 2 sotto Valore quadratico medio,2.3.3.5).When the mean value of a variable is zero, the va-riance is the mean square value of the variable (seeNote 2 under Mean square value, 2.3.3.5).

[X2]

2.3.3.5 Valore quadratico medioMean square value

Il valore quadratico medio di una funzione (o insieme di numeri) su un determinato intervallo è uguale alla media dei valori al quadrato della funzione (o insieme di numeri) su quell’intervalloThe mean square value of a function (or set of

numbers) over a given interval is equal to the mean

of the squared values of the function (or set of

numbers) over that interval

(1) Il valore quadratico medio è il quadrato del valorer.m.s.The mean square value is the square of the r.m.s.value.

(2) Quando il valore medio è zero il valore quadrati-co medio è uguale alla varianza (vedi 2.3.3.4).When the mean value is zero the mean squarevalue is equal to the variance (see 2.3.3.4).

(3) Se il valore medio non è zero allora:If the mean value is not zero then:

[X2]

X eff

X 2rms X

2eff

A 2⁄

X eff

X 2rms

X2eff

A 2⁄

Xeff2

X

X

XX

X2rms Xeff

2X

2+=

X2rms


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TerminiTerms


SimboliSymbols

UnitàUnits

2.3.4 Altri termini utilizzatiOther terms utilized

2.3.4.1 Numero di pale direttrici del distributore o del diffusore (macchine a reazione) o numero di iniettori PeltonNumber of guide or diffuser

vanes (reaction machines), or

number of Pelton nozzles

z0

2.3.4.2 Numero di pale della girante (macchine a reazione) o numero di pale PeltonNumber of runner impeller

blades (reaction machines),

or number of Pelton buckets

z2

2.3.4.3 Velocità del flussoFlow velocity

La velocità relativa del flusso su una parte che deve essere esaminata, ad un punto P, al di fuori dello spessore dello strato limite, da specificare (vedi Fig. 1)The relative velocity of flow over a part to be

investigated, at a point P, outside the thickness of the

boundary layer, to be specified (see Figure 1)

vw m/s

2.3.4.4 Spessore del bordo di scarico di un profilo idraulico (direttrice, pala della girante ecc.)Thickness of trailing edge of

a hydraulic profile (guide

vane, runner blade, etc.)

Diametro massimo di una sfera tangente alle due superfici opposte del profilo vicino al bordo di scarico (vedi Fig. 2)Maximum diameter of a sphere tangent to the two

opposite surfaces of the profile near the trailing edge

(see Figure 2)

δ m

2.3.4.5 Frequenza limite (inferiore, superiore)Limit frequency (lower,

upper)

I valori di frequenza inferiore e superiore del campo di frequenza del processo sotto esameThe lower and upper frequency values of the

frequency range of the process under investigation

fL, fU Hz


Definizione della velocità di flusso(1)

Definizione dello spessoredel bordo di scarico di un profilo idraulico(1)

(1) Queste definizioni sono soltanto un suggerimento approssimati-vo per valutare l’ordine di grandezza della frequenza tramite il nu-mero di Strouhal (vedi 6.1.1).

Fig. 1 Definition of flow velocity(1)

Fig. 2 Definition of thicknessof trailing edge of a hydraulic profile(1)

(1) These definitions are only a rough suggestion to evaluate theorder of magnitude of frequency through the Strouhalnumber (see 6.1.1).

a) b)

c) d) e)


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Termini/Terms Definizioni/Definitions Simboli/Symbols

Unità/Units

2.3.4.6 Frequenza limite inferiore/superiore del canale di misuraLower/upper limit frequency of measuring channel

Reale frequenza limite inferiore/superiore del canale di misura, dove l’amplificazione è ridotta di 3 dB rispetto alla porzione piana della curva di amplificazione rispetto alla risposta di frequenzaActual lower/upper limit of frequency of measuring channel, where amplification is reduced by 3 dB with respect to the flat portion of the amplification versus frequency response curve

fLrfUr

Hz

2.3.4.7 Densità spettrale di potenzaPower spectral density

La densità spettrale di potenza è il valore quadratico medio di quella parte della grandezza passata per un filtro a banda stretta di frequenza centrale f, per ampiezza di banda dell’unità nel limite quando l’ampiezza di banda si avvicina a zero e il tempo medio si avvicina all’infinitoThe power spectral density is the mean square value of that part of the quantity, passed by a narrow band filter of centre frequency f, per unit bandwidth in the limit as the bandwidth approaches zero and the averaging time approaches infinity

G(f) [X2] · sdove [X] è

l’unità in cui la grandezza oscillante X

viene misurata

where [X] is the unit in which the oscillating

quantity X is measured

2.3.4.8 Ampiezza di banda costante relativa (percentuale) di un analizzatoreConstant relative (percentage) bandwidth of an analyzer

Il rapportoThe ratio

dove f1, f2 = valori di frequenza con caduta di 3 dB della curva di risposta della frequenza dell’analizzatorewhere f1, f2 = frequency values at 3 dB drop points of the analyzer frequency response curve

β %

2.3.4.9 Frequenza superiore di taglio dell’installazione del trasduttore di pressioneUpper cut-off frequency of pressure transducer installation

Frequenza massima in cui la distorsione di ampiezza del trasduttore di pressione causata dall’installazione del trasduttore (vedi Fig. D.1) non supera i 3 dBMaximum frequency at which pressure transducer amplitude distortion caused by transducer installation (see Figure D.1) does not exceed 3 dB

fc Hz

2.3.4.10 Volume della camera del trasduttore di pressione (vedi Fig. D)Volume of pressure transducer chamber (see Figure D)

Volume della camera in cui viene montato il trasduttore di pressioneVolume of the chamber where the pressure transducer is mounted

Vc m3

2.3.4.11 Area della sezione trasversale e lunghezza del tubo del trasduttore di pressione (vedi Fig. D)Cross-sectional area and length of the pressure transducer pipe (see Figure D)

Area della sezione trasversale e lunghezza del tubo di collegamento tra il trasduttore di pressione e i passaggi d’acqua della macchina idraulicaCross-sectional area and length of the connecting pipe connecting the pressure transducer to the water passage of the hydraulic machine

AcLc

m2

m

2.3.4.12 Velocità di propagazione dell’onda nelle linee idrauliche in pressioneWave propagation velocity in pressure line

Velocità di propagazione delle onde di pressione nelle linee idrauliche in pressione (vedi 2.3.4.11)Velocity of propagation of pressure waves in the pressure line (see 2.3.4.11)

ac m/s

2.3.4.13 Velocità di registrazioneRecording velocity

Velocità del movimento del raggio o penna di registrazione rispetto alla carta di registrazioneVelocity of recording beam or pen movement with respect to the recording paper

vs m/s

βf1 f2–

f1 f2⋅----------------- 100×=


Altri termini e simboli che non figurano in questo elenco vengo-no definiti nel testo man mano che se ne presenta la necessità.

Classificazione delle macchine idraulicheLe macchine idrauliche sono classificate per tiposulla base della futura “Guida per la nomenclaturadelle turbine idrauliche, delle pompe di accumula-zione e delle pompe turbine”.

Le caratteristiche costruttive delle macchine idrau-liche e i loro parametri differiscono ampiamente.Le macchine di differenti caratteristiche costruttivesono suddivise in varie classi per facilitare il con-fronto delle vibrazioni e delle pulsazioni.

Le seguenti caratteristiche vengono utilizzate comebase per la classificazione(1):

n Tipo di macchina idraulicaTurbine: Pelton, a getto inclinato, a flusso tra-sversale, Francis, a flusso diagonale (Deriaz), aelica, Kaplan, bulbo, con generatore a corona(a flusso rettilineo), a “S”.Pompe: Centrifughe (monostadio, multista-dio), a flusso diagonale, a flusso assiale.Pompe-turbine: Francis (monostadio, multista-dio regolabili e non regolabili), a flusso diago-nale, a flusso assiale.

n Disposizione dell’albero (verticale, orizzonta-le, inclinato).

n Numero e posizione dei supporti.n Disposizione delle macchine: tipo sospeso,

tipo a ombrello appoggiate sulla crociera delsupporto inferiore, tipo a ombrello appoggiatesul coperchio superiore, con supporto di spin-ta all’estremità inferiore della macchina in rap-porto alla posizione del supporto di spinta.

Le seguenti classi principali di macchine idrau-liche sono stabilite sulla base della disposizio-ne dell’albero e del numero e posizione dei

(1) Questa classificazione non ha la pretesa di essere esauriente, maintende soltanto coprire i tipi maggiormente utilizzati; inoltre le fi-gure sono soltanto degli schemi indicativi per un facile riferimen-to all’elenco delle disposizioni e delle parti di cui in 2.4.2.3.

Note/Nota Other terms and symbols, not listed here, are definedin the text as the necessity arises.

2.4 Classification of hydraulic machinesHydraulic machines are classified into theirtypes on the basis of the future “Guide for theNomenclature of Hydraulic Turbines, StoragePumps and Pump-Turbines”.

Designs of hydraulic machines and their pa-rameters are highly different. To facilitate thecomparison of vibrations and pulsations of dif-ferent machines the various designs are subdi-vided into a number of different classes.

2.4.1 The following features are used as the basis forclassification(1):

n Type of hydraulic machineTurbines: Pelton, inclined jet, cross flow,Francis, diagonal flow (Deriaz), propeller,Kaplan, bulb, rim-generator (straight-flow),S-type.Pumps: centrifugal (single stage, multi-stage), diagonal flow, axial flow.Pump turbines: Francis (single stage, multi-stage not regulated and regulated), diago-nal flow, axial flow.

n Arrangement of the shaft (vertical, horizon-tal, inclined).

n Number and position of bearings.n Arrangement of the machines: suspended

type, umbrella type supported on the low-er bearing bracket, umbrella type support-ed on the head cover, thrust bearing atlower end of the machine in relation to theposition of the thrust bearing.

2.4.2 As a function of the arrangement of the shaftand of the number and position of bearings thefollowing principal classes of hydraulic ma-

(1) This classification is not intended to be exhaustive, but tocover only the more widely used types: besides, the figuresare intended only as indicative schemes for easy reference tothe list of arrangements and parts in subclause 2.4.2.3.

2.3.4.14 Tempo di registrazione del segnaleSignal recording time

Periodo di tempo durante il quale viene registrato un segnale da un trasduttorePeriod of time during which a signal from a transducer is recorded

tr s

2.3.4.15 Frequenza del componente di vibrazioneVibration component frequency

Frequenza del componente registrato da esaminareFrequency of recorded component to be investigated

fi Hz

2.3.4.16 Numero di cicli registratiNumber of cycles recorded

Numero di cicli del componente da registrareNumber of component cycles to be recorded

Nr

2.3.4.17 Velocità del nastro o della cartaTape or paper speed

Velocità del nastro o della carta durante la registrazioneTape or paper speed during recording

vr m/s

Termini/Terms Definizioni/Definitions Simboli/Symbols

Unità/Units


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supporti (la Fig. 3 mostra alcuni esempi di di-sposizione).

La classe di macchine verticali comprende:

n macchine sospese (Fig. 3a)n macchine del tipo a ombrello (Fig. 3b e 3c)n macchine con supporto di spinta all’estremità

inferiore dell’albero (Fig. 3d).

La classe di macchine orizzontali comprende:

n macchine con due supporti (Fig. 3e e 3g)n macchine con tre supportin macchine con quattro supporti (Fig. 3f).

La classe di macchine a bulbo comprende:

n macchine con ruota e generatore disposti asbalzo (Fig. 3h)

n macchine con supporto radiale aggiuntivo si-tuato su un predistributore di uscita (Fig. 3i).

La Fig. 3k dà un esempio di macchine a “S”.

Vengono forniti qui di seguito la descrizione ge-nerale delle figure e un elenco dei numeri utiliz-zati per identificare le parti principali delle di-sposizioni.

Fig. 3a: macchina verticale sospesa.

Fig. 3b: macchina verticale del tipo a ombrello.

Fig. 3c: macchina verticale del tipo a ombrello.

Fig. 3d: macchina verticale appoggiata all’estre-mità inferiore dell’albero.

Fig. 3e: macchina orizzontale con due supporti.

Fig. 3f: macchina orizzontale con quattro sup-porti.

Fig. 3g: coppia di macchine orizzontali condue supporti.

Fig. 3h: macchina a bulbo con disposizione asbalzo.

Fig. 3i: macchina a bulbo con supporto radia-le aggiuntivo.

Fig. 3k: macchina del tipo a “S”.

Alcune disposizioni di macchine idrauliche(vedi le pagine seguenti)

LEGENDA

Ruota/giranteAlberoGeneratore/motoreCoperchio superioreCrociera del supporto inferioreCrociera del supporto superioreAppoggio del supporto di spintaSupporto di guida della turbina (pompa/pompa-turbina)Supporto di guida del generatore/motoreSupporto di spintaSupporto combinato di guida e spintaAccoppiamentoMoltiplicatore

chines are formed (some examples of arrange-ments are shown in Figure 3).

2.4.2.1 The class of vertical machines includes:

n suspended machines (Figure 3a)n umbrella type machines (Figures 3b and 3c)n machines with the thrust bearing at the

lower end of the shaft (Figure 3d).

2.4.2.2 The class of horizontal machines includes:

n machines with two bearings (Figures 3e and 3g)n machines with three bearingsn machines with four bearings (Figure 3f).

2.4.2.3 The class of bulb machines includes:

n machines with cantilever arrangement ofrunner and generator (Figure 3h);

n machines with additional radial support lo-cated on an outlet stayring (Figure 3i).

Figure 3k gives an example of S-type machines.

The general description of the figures and a listof the numbers used for the identification ofthe main parts within the arrangements is sum-marized in the following.

Figure 3a: vertical suspended machine.

Figure 3b: vertical umbrella-type machine.

Figure 3c: vertical umbrella-type machine.

Figure 3d: vertical machine supported at thelower end shaft.

Figure 3e: horizontal machine with two bearings.

Figure 3f: horizontal machine with four bear-ings.

Figure 3g: pair of horizontal machines withtwo bearings.

Figure 3h: bulb machine with cantilever ar-rangement.

Figure 3i: bulb machine with additional radialbearing.

Figure 3k: S-type machine.

Fig. 3 Some arrangements of hydraulic machines(See following pages)

CAPTION

1 Runner/impeller2 Shaft3 Generator/motor4 Head cover5 Lower bearing bracket6 Upper bearing bracket7 Thrust bearing support8 Turbine (pump/pump-turbine) guide bearing9 Generator/motor guide bearing

10 Thrust bearing11 Guide and thrust bearing combined12 Coupling13 Gear box


Esempio di una macchina verticale sospesa (turbina Fran-cis) con tre supporti di guida

Esempio di una macchina verticale (turbina Francis) deltipo a ombrello con il supporto sul coperchio superioredella turbina e disposizione a sbalzo del generatore

(Per l’elenco dei numeri di riferimento, vedi la de-scrizione generale di Fig. 3)

Fig. 3a Example of a vertical suspended machine (Francis tur-bine) with three guide bearings

Fig. 3b Example of a vertical machine (Francis turbine) of um-brella type with the bearing on the turbine head coverand cantilever arrangement of the generator

(List of reference numbers, see general descrip-tion of Figure 3)


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Esempio di una macchina verticale (turbina Francis) deltipo a ombrello con il supporto di spinta sul coperchio su-periore e due supporti di guida

Esempio di una macchina verticale (pompa di accumula-zione a quattro stadi) con il supporto di spinta all’estremitàinferiore dell’albero e tre supporti di guida


Fig. 3c Example of a vertical machine (Francis turbine) of um-brella-type with the thrust bearing on the head coverand two guide bearings

Fig. 3d Example of a vertical machine (four-stage storagepump) with the thrust bearing at the lower end of theshaft and three guide bearings

(List of reference numbers, see general descrip-tion of Figure 3)


Esempio di una macchina orizzontale (turbina Francis) condue supporti

Esempio di una macchina orizzontale (turbina Francis) conquattro supporti

Esempio di una macchina orizzontale con due supporti,una turbina Francis sulla sinistra ed una pompa monosta-dio sulla destra


Fig. 3e Example of a horizontal machine (Francis turbine) withtwo bearings

Fig. 3f Example of a horizontal machine (Francis turbine) withfour bearings

Fig. 3g Example of a horizontal machine with two bearings, aFrancis turbine on the left and a single stage pump onthe right side

(List of reference numbers: see general descrip-tion of Figure 3)


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Esempio di una macchina a bulbo con ruota e generatoredisposti a sbalzo

Esempio di una macchina a bulbo con un supporto radialeaggiuntivo situato sul predistributore di uscita


Fig. 3h Example of a bulb machine with a cantilever arrange-ment of the runner and generator

Fig. 3i Example of a bulb machine with an additional radialbearing located on the outlet stayring



Esempio di una macchina del tipo a “S”


Fig. 3k Example of an S-type machine



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GARANZIE

Le garanzie, di qualunque natura, non fanno partedella presente Guida. I dati attualmente disponibilinon sono sufficienti per fissare le garanzie effetti-vamente basate sull’entità massima delle vibrazionie pulsazioni delle macchine idrauliche.

In futuro sarà possibile determinare limiti di quali-tà valutando statisticamente i risultati delle proveeffettuate conformemente alla presente Guida.

Comunque, se in alcuni casi particolari vengono datedelle garanzie, le relative procedure di misura da se-guire dovranno far riferimento alla presente Guida(1).

ESECUZIONE DELLE PROVE

CONDIZIONI DI PROVA DA RISPETTARE

Condizioni di funzionamentoin cui le prove devono essere eseguiteLe condizioni di funzionamento in cui le prove de-vono essere eseguite dipendono dalle condizionilocali, dalla macchina, dagli obiettivi proposti edevono essere fissate di comune accordo.

Le condizioni di funzionamento di seguito elenca-te sono soltanto un esempio delle condizioni inte-ressanti in cui possono essere eseguite le prove divibrazione e di pulsazione:

a) Macchina in condizioni di marcia a vuoto econ velocità in aumento passo-passo fino allavelocità nominale o, se necessario, una sovra-velocità massima momentanea.

b) Macchina in condizioni stazionarie con caricoin aumento e/o con energia idraulica specificaminima/media ed energia specifica idraulicamassima, se necessaria.

c) Transitori (avviamenti, arresti, variazioni di ca-rico, stacchi di carico ecc.)

d) Macchina funzionante a velocità nominale,non collegata al sistema, con generatore ecci-tato e non, per determinare se la vibrazione èdovuta a squilibrio meccanico o elettrico; eanche se la vibrazione del generatore influen-za il funzionamento della turbina(2).

Prove adeguate saranno effettuate, se possibile,con tutti i modi operativi importanti in cui la mac-china dovrà funzionare.

Se vengono installate diverse macchine nella stes-sa centrale o nello stesso sistema, queste dovran-(1) Nel frattempo, per il funzionamento in condizioni stazionarie si

può far riferimento alla Norma ISO 3945 (art. 8, tabella) con la do-vuta cautela per quanto riguarda l’applicabilità di tale Norma allospecifico caso considerato.

(2) Gli esempi a), b) c) e d) si riferiscono al funzionamento in turbina; con-dizioni simili possono essere definite per il funzionamento in pompa.

3 GUARANTEES

Guarantees, of whatever nature, do not formpart of this guide. The data available at presentare not sufficient to determine guarantees actu-ally based on the maximum extent of vibra-tions and pulsations of hydraulic machines.

In the future it will be possible to determine thesequality ranges by statistical evaluation of the resultsof tests carried out according to this guide.

Nevertheless, if guarantees are given in specialcases, they shall refer to this guide as far asmeasurement procedure is concerned(1).

SECTION/SEZIONE

2 EXECUTION OF TESTS

4 TEST CONDITIONS TO BE FULFILLED

4.1 Operating conditions underwhich measurements are performedOperating conditions under which measure-ments are performed depend on the local con-ditions, the machine, the intended objectivesand are fixed by mutual agreement.

4.1.1 The operating conditions listed below are onlyan example of conditions of interest underwhich vibration and pulsation tests may beperformed:

a) Machine at no-load and speed increas-ing step-by-step up to specified speedor, if needed, maximum momentaryoverspeed.

b) Machine in steady state regime under in-creasing load and/or under minimum/me-dium specific hydraulic energy and maxi-mum specific hydraulic energy if necessary.

c) Transients (start-ups, shut-downs, loadchanges, load rejections, etc.).

d) Machine operating at specified speed, notconnected to the system, excitation fieldswitched on and off, to determine if vibra-tion is due to mechanical or electrical un-balance; also and if the generator vibrationis influencing the turbine operation(2).

Appropriate tests will be performed, if possi-ble, for all the operating modes of importancein which the machine will be required to work.

If several machines are installed in the samepowerhouse or system, the machines should be(1) In the meantime, reference could be made, for steady-state

operation, to ISO 3945 (clause 8, table), with due caution asregards the applicability of the said standard to the specificcase under consideration.

(2) Examples a), b), c) and d) are intended for turbine operation;similar conditions may be defined for pump operation.


no essere provate (sincronizzate) separatamente einsieme (due o più turbine) per indicare se c’èpossibilità di interferenza (idraulica o elettrica).

Le vibrazioni e le pulsazioni delle macchine idrau-liche devono essere misurate quando l’energiaidraulica specifica, la portata e il NPSE (energiaspecifica netta positiva all’aspirazione) sono entroi limiti specificati. Diverse combinazioni di questiparametri influenzano le vibrazioni e le pulsazionidella macchina.

Se la macchina è prevista con immissione/iniezio-ne d’aria ai passaggi d’acqua, tutte le condizioni ri-guardanti l’immissione/iniezione d’aria devono es-sere incluse nelle condizioni di funzionamento daesaminare. In questo caso è opportuno misurare,se possibile, la quantità d’aria immessa/iniettata.

Non si devono eseguire prove particolarmente se-vere (come velocità di fuga in condizioni staziona-rie, variazioni di carico da pompaggio a sovravelo-cità massima momentanea con pale del distributorebloccate) con il solo scopo di raccogliere informa-zioni relative alle vibrazioni o alle pulsazioni; sequeste prove vengono comunque eseguite, allora ilproprietario, il costruttore e gli organizzatori delleprove devono stendere accordi specifici, riguardo alrischio, prima dell’esecuzione delle stesse.

Verifiche da effettuareprima di iniziare le proveOgni prova di vibrazione si riferisce ad uno o piùpunti di funzionamento della macchina, identificatida certe graduazioni e letture (aperture del distri-butore, angoli delle pale ecc.). È bene sempre te-ner presente che talvolta le indicazioni date daqueste graduazioni e letture possono non essereprecise. Perciò si deve eseguire, se possibile,un’ispezione (svuotando i passaggi d’acqua) primadi effettuare le prove, oppure si deve far riferi-mento ad un’ispezione recente (eseguita non oltresei mesi prima), quando disponibile. Questa ispe-zione deve servire anche a verificare la posizioneesatta e la buona condizione dei trasduttori e delleprese di pressione.

In mancanza di queste possibilità, le parti interes-sate devono prendere accordi riguardo al signifi-cato e alle imprecisioni delle graduazioni e delleletture.

tested (synchronized) separately and together(two or more turbines) to indicate the possibili-ty of interference (hydraulic or electric).

4.1.2 Vibrations and pulsations of the hydraulic ma-chines shall be measured when specific hy-draulic energy, discharge and NPSE (net posi-tive suction specific energy) are within thespecified limits. Different combinations ofthese parameters influence the vibrations andpulsations in the machine.

4.1.3 If air admission/injection to the machine waterpassages is provided for a machine, all the con-ditions involving air admission/injection shallbe included in the operating conditions to beinvestigated. In this case the admitted/injectedair quantity should be measured if possible.

4.1.4 Particularly severe tests (such as steady-staterunaway speed, load change from pumping tomaximum momentary overspeed withblocked wicket-gates) should not be carriedout for the sole purpose of gathering informa-tion on vibrations or pulsations; if they areperformed at all, then special agreements cov-ering the risks should be taken between own-er, manufacturer and test organizers prior totest performance.

4.2 Checks on the machinebefore the beginning of testsEvery vibration test is referred to one or moreoperating points of the machine, identified bycertain scales and readings (gate openings,blade angles etc.). It should be kept in mindthat sometimes the indications given by thesescales and readings may not be accurate.Therefore, if at all possible, an inspection (withdewatering of the water passages) should bemade prior to the tests, or reference should bemade (if available) to a recent inspection (e.g.not older than six months). This inspectionshould also serve the purpose of checking theexact positions and the good condition of thetransducers and pressure taps.

In the absence of these possibilities, agree-ments as to the meaning and inaccuracies ofscales and readings should be reached amongthe interested parties.


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PROCEDURA DI PROVA

Parametri chedeterminano il punto di funzionamento

Misure in condizioni stazionarieQueste misure devono essere eseguite con tutti iparametri di funzionamento – come: l’aperturadella direttrice o dell’iniettore per una turbina opompa-turbina regolabile, la posizione della val-vola per una pompa o pompa-turbina non regola-bile, la potenza, la velocità di rotazione e l’energiaidraulica specifica – mantenuti costanti durante leprove. Tuttavia l’energia idraulica specifica di certiimpianti con serbatoio piccolo non può esseremantenuta costante. In questi casi può essere per-messa una leggera variazione dell’energia idraulicaspecifica purché non superi il ±3% dell’energiaidraulica specifica nominale.

La potenza della macchina deve essere misuratacon gli strumenti di misura del quadro comandi. Sideve prima aver verificato la loro precisione. Se sidesidera una maggiore precisione, si possono uti-lizzare strumenti particolari conformemente allePubblicazioni IEC.

La precisione del dispositivo di misura della velo-cità (tachimetro calibrato o contatore d’impulsi)deve permettere di determinare le reali velocità incondizioni stazionarie con un’incertezza non supe-riore a ±1% della velocità nominale (se possibile).

Un impulso rotativo (riferimento di rotazione)deve essere disponibile per determinare la fase deifenomeni vibratori rispetto ad un definito pianoradiale della parte rotante.

L’energia idraulica specifica può essere valutatamisurando i livelli di monte e di valle. Se la misuradi questi livelli non fornisce un’energia idraulicaspecifica abbastanza precisa, si devono applicaredelle prese di pressione aggiuntive sulle sezioni diriferimento di alta e bassa pressione della macchi-na da cui si possono ottenere l’energia idraulicaspecifica e la misura di NPSE in accordo con lecodifiche IEC.

L’apertura della direttrice (o della spina) deve es-sere determinata dalla lettura dell’indicatore diapertura del distributore (o dell’iniettore) e/o dallacorsa del servomotore, con una precisione del±1% dell’apertura totale.

Nel caso di ruota con pale regolabili, si deve dipreferenza misurare direttamente l’angolo dellapala. Se ciò non si può fare, si deve ricavare l’an-golo da un componente accoppiato direttamentealle pale, come per esempio un servomotore pale

5 TEST PROCEDURE

5.1 Parametersdetermining the operating point

5.1.1 Measurements under steady-state conditionThese measurements should be performedwith all the operating parameters – such as:guide-vane or needle opening for a regulatedturbine or pump-turbine, valve position for anon-regulated pump or pump-turbine, power,rotational speed and specific hydraulicenergy – kept constant during the test. Howev-er, in certain small reservoir installations thespecific hydraulic energy (head) cannot bekept constant. In these cases a low variation inspecific hydraulic energy can be allowed, pro-vided it does not exceed ±3% of the specifiedspecific hydraulic energy.

5.1.1.1 The power of the machine shall be measuredwith panel measuring instruments. Their accu-racy should have been previously checked. Ifhigher accuracy is desired, ad hoc instrumenta-tion may be used in accordance with IECcodes.

5.1.1.2 The accuracy of the speed measuring device (cal-ibrated tachometer or impulse counter) should al-low the determination of actual speeds understeady-state conditions with an uncertainty of notmore than ±1% of specified speed (if possible).

A rotational impulse (revolution mark) must beavailable to determine the phase of vibratoryphenomena with respect to a definite radialplane of the rotating part.

5.1.1.3 The specific hydraulic energy can be evaluatedby the measurement of the headwater and tailwa-ter levels. If the measurement of these levels doesnot supply the specific hydraulic energy valuewith sufficient accuracy, additional pressure tapshave to be placed at the machine high and lowpressure reference sections from which the spe-cific hydraulic energy as well as the test NPSE canbe obtained in accordance with IEC codes.

5.1.1.4 The guide vane (or needle) opening shall bedetermined from the readings of the distributor(or nozzle) opening scale and/or from the ser-vomotor stroke, with an accuracy of ±1% of fullopening.

5.1.1.5 In the case of a runner with movable blades,the blade angle should preferably be measureddirectly. If this cannot be done, the angleshould be derived from a component directlycoupled to the blades, such as a blade servo-


o un’asta di collegamento. La precisione del risul-tato deve essere di ±1% della corsa totale del ser-vomotore o anche migliore.

Per quei casi speciali in cui la regolazione del flus-so è ottenuta tramite la valvola principale di in-gresso (o di uscita) (per esempio le macchine re-versibili multistadio non regolabili in marcia avuoto), l’apertura della valvola deve essere deter-minata con una precisione di ±0,5% della corsa to-tale del servomotore (se possibile).

Oltre ai parametri già menzionati, si devono misu-rare tutti quelli che potrebbero essere importantiper definire le condizioni di funzionamento (peresempio temperatura dei supporti, temperaturadell’acqua).

Misure in regime transitorioNei casi ordinari di regimi transitori (per esempioavviamento, arresto, variazione di carico, stacco dicarico in funzionamento in turbina, stacco di po-tenza in funzionamento in pompa ecc.) si devonoregistrare i relativi parametri, per poter effettuareun’analisi completa. Ciò significa che non si trattasoltanto di includere i parametri delle vibrazioni odelle pulsazioni desiderate ma anche tutti gli altriparametri (per esempio velocità di rotazione, ener-gia idraulica specifica, apertura della direttrice odell’iniettore, apertura della valvola in alcuni casiecc.) necessari per descrivere il regime transitorio.

In particolare, bisogna tener conto di quantosegue:

La potenza della macchina deve essere misuratacon trasduttori di potenza appropriati, capaci difornire un segnale proporzionale alla potenza.

La velocità di rotazione deve essere misurata contrasduttori appropriati (come dinamo tachimetrica)capaci di fornire un segnale proporzionale alla ve-locità istantanea utile per la registrazione. La misu-ra dovrebbe essere eseguita con un’incertezza dimisura non superiore a ±1% della velocità nomina-le (se possibile).

L’energia idraulica specifica e il NPSE devono es-sere determinati misurando la pressione istantaneasul lato alta pressione e sul lato bassa pressioneper mezzo di trasduttori idonei collegati alle presedi pressione di riferimento(1).

(1) Per ottenere l’energia idraulica specifica, si dovrebbe conoscereanche il termine cinetico. Siccome di solito non è possibile effet-tuare una misura diretta, si può fare una valutazione del terminese si conoscono i valori approssimativi della portata istantanea.L’errore così introdotto non è di solito importante poiché il termi-ne cinetico è generalmente piccolo se confrontato con l’energiaidraulica specifica.

motor or a connecting rod. The result shouldbe accurate to ±1% of full servomotor stroke orbetter.

5.1.1.6 For those special cases in which flow regula-tion is achieved by a main inlet (or outlet)valve (e.g. for non-regulated multistage re-versible machines at no-load), the valveopening should be determined with an accu-racy of ±0,5% of full servomotor stroke (ifpossible).

5.1.1.7 In addition to the parameters already men-tioned, all others which may be of importanceto define the operating point have to be meas-ured (e.g. bearing temperature, water tempera-ture).

5.1.2 Measurements during transient operationIn normal cases for transient processes (e.g.start-up, shut-down, load change, load rejec-tion in turbine operation, power failure inpump operation, etc.) the relevant parame-ters should be recorded for a thorough anal-ysis. That means that this not only includesthe desired vibration or pulsation parametersbut also all parameters (e.g. rotationalspeed, specific hydraulic energy, guide vaneor needle opening, valve opening in certaincases, etc.) necessary to describe the tran-sient operation.

In particular the following must be taken intoaccount:

5.1.2.1 The power of the machine shall be measuredby suitable power transducers capable of sup-plying a signal proportional to the power.

5.1.2.2 The rotational speed shall be measured by meansof suitable transducers (such as tachometer dyna-mos) capable of supplying a signal proportionalto the instantaneous speed useful for the record-ing. The measurement should be performed witha measurement uncertainty not higher than ±1%of the specified speed (if possible).

5.1.2.3 The specific hydraulic energy and the NPSEshall be determined by the measurement of thehigh-pressure and low-pressure side instantane-ous pressure, using suitable pressure transduc-ers connected to the reference pressure taps(1).

(1) In order to obtain the specific hydraulic energy, the kineticterm should also be known. Since a direct measurement isusually not possible, an evaluation of the term can be madeif approximate instantaneous discharge values are known.The error thus introduced is not usually important, since thekinetic term is generally small compared with the specific hy-draulic energy.


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L’apertura della direttrice (iniettore) deve esseremisurata con trasduttori appropriati collegati alleparti mobili del servomotore o al gambo della di-rettrice.

Nel caso di una girante con pale regolabili, sideve misurare l’angolo della pala con trasduttorispeciali collegati all’asta di comando o, se ciònon è possibile, al dispositivo di misura del posi-zionatore.

Se necessario, si può anche misurare l’aperturadelle valvole e delle paratoie per mezzo di trasdut-tori appropriati.

Grandezze di vibrazioni e pulsazionida misurare e ubicazione dei punti di misuraLe grandezze da misurare durante le condizioni difunzionamento stazionarie e transitorie devono es-sere determinate di volta in volta, a seconda degliobiettivi, e di comune accordo tra le parti (vedianche la parte finale dell’Introduzione).

Per quanto riguarda le misure di vibrazioni struttu-rali (a differenza delle pulsazioni di pressione opotenza), si raccomanda di utilizzare diversi tipi distrumenti di misura a seconda del campo di fre-quenze da coprire. Questo campo può aver luogoin un ampio intervallo, da pochi decimi di hertz(frequenze “basse”) fino a qualche centinaia dihertz (frequenze “alte”), vedi 6.1.1.

Se si devono esaminare le frequenze “basse”, il pa-rametro meccanico da misurare per valutare lo sta-to vibratorio della macchina è di solito lo sposta-mento (u o d). Nel campo di frequenze “medie”, simisura spesso la velocità (v), mentre nel campodelle frequenze “alte” si misura di preferenza l’ac-celerazione (w).

Talvolta, allo scopo di avere maggiori informazionio di coprire diversi campi di frequenze nella stessaprova, può essere consigliabile misurare contem-poraneamente due di queste grandezze.

Bisogna comunque fare particolare attenzionenell’effettuare le misure di vibrazioni nei regimitransitori; infatti, in questo caso bisogna consi-derare anche la risposta transitoria del trasdutto-re. In particolare, si devono scegliere la frequen-za propria e il fattore di smorzamento infunzione del tipo e della durata di transitorioprevisti per la variabile per cui il trasduttore èsensibile.

È da notare che in caso di condizioni di misu-ra particolarmente sfavorevoli, il valore dellevibrazioni può essere sopravvalutato o sotto-valutato(1).

(1) Per casi o disposizioni particolari, far riferimento alle Norme ISO5348, 8042 e 5347.

5.1.2.4 The guide vane (needle) opening shall bemeasured by suitable transducers connected tothe moving parts of the servomotor or to aguide vane stem.

5.1.2.5 In case of a runner with movable blades, theblade angle shall be measured by special trans-ducers connected to the feedback rod, or, ifthis is not possible, to the measuring device ofthe positioner.

5.1.2.6 If necessary, the opening of valves andgates can also be measured by suitabletransducers.

5.2 Vibration and pulsation quantities to be measured and locations of measuring pointsThe quantities to be measured during steadystate and transient operations shall be deter-mined case by case depending on the objectivesand by mutual agreement between the parties(see also the final part of the Introduction).

As far as measurements of structural vibrations(as distinct e.g. from pressure or power pulsa-tions) are concerned, different kinds of meas-uring instruments are recommended accordingto the frequency range to be covered. Thisrange can occur in a wide interval, from a fewtenths of a hertz (“low” frequencies) to a fewhundred hertz (“high” frequencies), see 6.1.1.

If “low” frequencies are to be investigated, themechanical parameter to be measured in orderto assess the vibrational state of the machine isusually the displacement (u or d). In the “medi-um” frequency range, velocity (v) is often meas-ured, while in the “high” frequency domain theacceleration (w) is preferentially measured.

Sometimes it may be advisable to simultane-ously measure two of these quantities in orderto get more information or to cover differentfrequency ranges in the same test.

However, particular care must be taken regard-ing the measurements of the vibrations in tran-sient conditions; in fact in this case the tran-sient response of the transducer must be takeninto account too. In particular, the natural fre-quency and damping factor of the transducerwill have to be chosen in relation to the typeand duration of the transient expected for thevariable to which the transducer is sensitive.

It must be noted that in the case of particularlyunfavourable measurement conditions the val-ue of the vibrations can be overestimated orunderestimated(1).

(1) For special cases or provisions, refer to ISO Standards 5348,8042 and 5347.


I punti più significativi in cui si verificano le vibra-zioni sono generalmente:

a) la cassa di ciascun supporto di guida e la strut-tura di sostegno del supporto di spinta;

b) il coperchio superiore della macchina idraulica;c) la crociera di supporto del generatore;d) le parti non murate dell’anello di scarico o la

parte superiore del cono di scarico (per i grup-pi Kaplan e bulbo);

e) il mantello e le nervature del bulbo;f) le pale direttrici (per le macchine regolabili);g) le antidirettrici, in casi particolari, ecc.Si può allungare o accorciare questo elenco, inogni caso particolare, a seconda delle reali condi-zioni.

A seconda dei casi, si devono posizionare i tra-sduttori di vibrazioni come segue:

n su linee radiali a 90° l’una dall’altra per ognicassa del supporto di guida;

n in una direzione assiale il più vicino possibileall’asse di rotazione della macchina per lastruttura di sostegno del supporto di spinta;

n su una linea radiale situata il più lontano pos-sibile dai limiti della parte dell’anello di scari-co che non è murata;

n in direzione radiale e tangenziale sulle nerva-ture nelle due sezioni trasversali all’internodell’area del bulbo, una delle quali situata vici-no al supporto di guida della macchina idrauli-ca e l’altra vicino al generatore;

n su qualunque parte accessibile fissata rigida-mente alla direttrice e conformemente alle se-guenti direzioni:n in parallelo con l’asse di rotazione della di-

rettrice;n perpendicolare all’asse di rotazione e al

piano di rigidezza minima della direttrice;n perpendicolare all’asse di rotazione e alla

direzione precedente.

Le vibrazioni radiali sull’albero devono esseremisurate vicino ai supporti di guida. Per questemisure si devono utilizzare trasduttori(1) di pros-simità posizionati a 90° l’uno dall’altro su due li-nee radiali per ogni sezione di misura. Per misu-rare le vibrazioni relative tra albero e supporti diguida, si fissano i trasduttori sulla cassa del sup-porto il più vicino possibile all’albero. Se inte-ressano le vibrazioni assolute dell’albero, biso-gna procurare, se possibile, una base stabile peri trasduttori(2).

Di solito è sufficiente misurare le vibrazioni dell’al-bero vicino alle casse dei supporti. Soltanto in par-ticolari condizioni può essere necessario misurarele oscillazioni flessionali dell’albero rotante in di-

(1) I trasduttori di prossimità danno lo spostamento dinamicorelativo di due punti vibranti, uno rispetto all’altro (vedi2.3.1.4: d(t)).

(2) Se non è possibile, vedi le raccomandazioni della Norma ISO 7919.

5.2.1 The most significant points where vibration isconcerned are generally:

a) housing of each guide bearing and supportframe of thrust bearing;

b) head cover of the hydraulic machine;c) generator bearing bracket;d) non-concreted part of the discharge ring or

top of draft tube cone (for Kaplan and bulbunits);

e) bulb shell and ribs;f) guide vanes (for regulated machines);g) stay vanes in special cases, etc.In each particular case this list could be ex-tended or shortened, according to the actualconditions.

According to the case, vibration transducersshould be positioned as follows:

n on radial line 90° apart for each guidebearing housing;

n in an axial direction as close as possible tothe machine axis of rotation for the thrustbearing support frame;

n on a radial line located as far as possiblefrom the limits of the part of the dischargering that is not concreted;

n radially and tangentially on ribs at twocross sections within the bulb area, one ofthem being located near the hydraulic ma-chine guide bearing and the other near thegenerator;

n on any accessible part rigidly fixed to theguide vane and according to the followingdirections:n parallel to the rotation axis of the guide

vane;n normal to the rotation axis and to the plane

of minimum rigidity of the guide vane;n normal to the rotation axis and to the

previous direction.

5.2.2 Radial vibrations on the shaft should be meas-ured near the guide bearings. For these meas-urements, proximity transducers(1) should beused positioned 90° apart on two radial lines ateach measuring section. To measure relative vi-brations between shaft and guide bearings,transducers will be fixed on the bearing hous-ing, as near as possible to the shaft. If the abso-lute vibrations of the shaft are of interest, a sta-tionary base should be provided for thetransducers, if possible(2).

Normally it is sufficient to measure the shaft vibra-tions near the bearing housings. Only under spe-cial conditions may it be necessary to measure theflexural oscillations of the rotating shaft at different

(1) The proximity transducers give the dynamic relative dis-placement of two vibrating points with respect to one another(see 2.3.1.4; d(t)).

(2) If not possible, see the recommendations of ISO 7919.


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versi punti tra le casse dei supporti facendo riferi-mento ad un punto fisso (movimento “assoluto”).In questo caso, per avere un’idea di dove sistema-re i trasduttori lungo l’asse dell’albero, occorreeseguire calcoli preliminari che permettano di de-terminare le forme modali flessionali teorichedell’albero (questi calcoli forniscono anche le cor-rispondenti frequenze teoriche).

Inoltre, bisogna applicare trasduttori vicino ai pun-ti di massima ampiezza delle forme modali flessio-nali significative. È opportuno utilizzare due tra-sduttori per ogni posizione messi lungo il raggiodell’albero a 90° l’uno dall’altro.

È opportuno che le pulsazioni di pressione sianomisurate nei punti significativi, come per esempio:

a) sul lato alta pressione della macchina e, se ne-cessario, nella condotta forzata;

b) nel tubo diffusore e, se necessario, anche nelcanale di scarico;

c) sulla superficie bagnata del coperchio superio-re, nell’interspazio tra le pale direttrici e la ruo-ta/girante ecc.

I trasduttori delle pulsazioni di pressione devonoessere installati:

a) sul lato alta pressione della macchina;b) nel tubo diffusore ad una distanza fra 0,5 D5 e

1,0 D5 dal punto di intersezione della mezzeriadelle pale della ruota/girante e l’anello di sca-rico per le Kaplan, le eliche e le macchine aflusso diagonale e ad una distanza fra 0,2 D5 e0,8 D5 dalla parte inferiore del mantello di unaruota/girante Francis, essendo D5 il diametrodi aspirazione.

Per i diffusori di forma curva, si preferisce sistemarei trasduttori nei bordi esterno e interno del gomito.

Le pulsazioni delle sollecitazioni si ottengono trami-te calcoli partendo dalle deformazioni misurate,vedi l’Appendice A. Le misure vengono di solito ef-fettuate con estensimetri a resistenza posti in puntisignificativi come i fori, le scanalature, le filettatureo i punti particolari della forma modale che hannoconcentrazione di sollecitazioni ed un alto rischio difrattura (per esempio alla radice delle pale Pelton).

Le pulsazioni di coppia all’albero si possono otte-nere misurando le deformazioni torsionali in puntiadeguati dell’albero tra la girante e la macchinaelettrica (vedi Fig. 5 e l’Appendice B). Si preferi-scono i punti che hanno una ridotta rigidezza tor-sionale perché permettono una migliore risoluzio-ne del segnale. La trasmissione del segnale dallaparte rotante a quella non rotante può essere rea-lizzata per mezzo di anelli di scorrimento o di undispositivo di trasmissione senza contatti.

Le pulsazioni della velocità di rotazione possonoessere misurate con dispositivi ottici, magnetici o

locations between the bearing housings with refer-ence to a fixed point (“absolute” motion). In thiscase, in order to have an idea where to put thetransducers along the shaft axis, preliminary com-putations should be carried out, leading to the de-termination of the theoretical flexural modalshapes of the shaft (these computations will alsoyield the corresponding theoretical frequencies).

Transducers should then be placed near the lo-cations of maximum amplitude of significantflexural modal shapes. Two transducers alongshaft radii at 90° from each other should beused for each location.

5.2.3 Pressure pulsations should be measured in sig-nificant locations, such as for instance:

a) on the high pressure side of the machineand if necessary in the penstock;

b) in the draft tube and if necessary also inthe tailrace;

c) on the wet surface of the head cover, in theinterspace between guide vanes and run-ner/impeller, etc.

Pressure pulsation transducers should be in-stalled:

a) on the high pressure side of the machine;b) in the draft tube at a distance of 0,5 D5 to

1,0 D5 from the point of intersection of therunner/impeller blade centerline and thedischarge ring for Kaplan, propeller and di-agonal flow machines, and at a distance of0,2 D5 – 0,8 D5 from the bottom face of theband of a Francis runner/impeller, D5 be-ing the suction diameter.

For curved draft tubes preferred locations areat the inner and outer contour of the elbow.

5.2.4 Stress pulsations are obtained by calculationsfrom the measured strains, see Appendix A.The measurements usually are carried out withelectrical resistance gauges placed at significantlocations like holes, grooves, fillets or particu-lar points of the modal shape with concentrat-ed stresses and a higher risk of fracture (e.g.Pelton bucket roots).

5.2.5 Shaft torque pulsations can be obtained bymeasurement of the torsional strains at suita-ble locations on the shaft between the runnerand the electrical machine (see Figure 5 andAppendix B). Locations with a reduced tor-sional stiffness are preferred due to a betterresolution of the signal. Signal transmissionfrom the rotating to the non-rotating part canbe made by means of slip-rings or a contact-less transmitter device.

5.2.6 Rotational speed pulsation can be measuredwith optical, magnetic or other devices. It can


altro. Queste possono essere misurate in qualsiasipunto accessibile dell’albero, ma bisogna tenerpresente che, nel caso di alberi lunghi, le misureeffettuate in diversi punti possono dare risultatidifferenti a causa delle loro oscillazioni torsionali.

Se le pulsazioni di potenza in questione sono quelledella macchina elettrica, si devono misurare le gran-dezze elettriche all’ingresso del motore o all’uscitadel generatore. Queste comprendono l’eventuale ec-citazione o reazione della rete, se del caso.

Le pulsazioni della potenza meccanica nell’alberopossono differire da quelle della potenza elettricaa causa degli effetti dell’inerzia dovuta alla rotazio-ne. Si possono ottenere le pulsazioni della poten-za meccanica tramite calcoli se la coppia d’alberoe la velocità di rotazione sono state misurate nellostesso punto dell’albero.

Le pulsazioni della coppia su una pala direttricepossono essere misurate sul gambo della direttriceo sulla biella della direttrice mediante una misuradi deformazione (Fig. 6 e 7 e Appendice B). L’attri-to dei supporti influenza i risultati di un valorenon noto.

Le pulsazioni della spinta radiale sul supporto diguida possono essere ottenute mediante una misu-ra di deformazione. Nei supporti con pattini oscil-lanti, bisogna misurare le forze nel perno di cia-scun pattino per trovare la forza risultante delsupporto. Con tutti gli altri tipi di supporti, si pos-sono presentare delle difficoltà se non è stato pre-visto niente per effettuare le misure fin dal mo-mento della progettazione del supporto. In certicasi sono ammissibili misure di deformazione neisostegni dei supporti. Si deve prevedere, tutte levolte che è possibile, l’installazione di due trasdut-tori situati a 90° l’uno dall’altro.

Le pulsazioni della spinta assiale sul supporto dispinta possono essere valutate come:

a) pulsazioni di reazione sulle strutture di soste-gno, tramite misure delle deformazioni o delledeviazioni sugli elementi la cui rigidezza sipuò determinare o tarare (per esempio tramitesollevamento);

b) pulsazioni di carico sul supporto di spinta, tra-mite misure delle deformazioni su tutti gli ele-menti del supporto;

c) pulsazioni di carico assiale sull’albero, tramitemisure delle deformazioni longitudinali permezzo di estensimetri adeguatamente com-pensati (Appendice B).

be measured at any accessible location on theshaft, but it should be noted that measure-ments taken at different locations could yielddifferent results, in the case of long shafts, dueto their torsional oscillations.

5.2.7 If the power pulsations in question are those ofthe electrical machine, the electrical quantitiesat the input of a motor or output of a generatorhave to be measured. These include the net-work excitation or reaction, if any.

The pulsations of the mechanical power in theshaft can differ from those of the electricalpower due to rotational inertia effects. Mechan-ical power pulsations can be obtained by cal-culation if the shaft torque and rotational speedhave been measured at the same location ofthe shaft.

5.2.8 Guide vane torque pulsations can be measuredat the guide vane stem or at the guide vanelink by means of a strain measurement (seeFigures 6 and 7 and Appendix B). The bearingfriction influences the results to an unknownextent.

5.2.9 Radial thrust pulsations at guide bearing canbe measured by means of strain measure-ments. In tilting-pad bearings the forceshave to be measured in the pivot of eachshoe to find the resulting bearing force.With all other bearing types difficulties ariseif no provision for the measurement is madeat the design stage of the bearing. In suchcases strain measurements in the bearingsupports could be acceptable. The installa-tion of two transducers located at 90 de-grees from each other is to be provided forwhenever possible.

5.2.10 Axial thrust pulsations at the thrust bearing canbe evaluated as:

a) reaction pulsations on the supporting struc-tures, by means of strain or deflectionmeasurements on members whose stiffnesscan be determined or calibrated (e.g. byjacking);

b) thrust bearing load pulsations, by means ofstrain measurements on every bearing ele-ment;

c) axial load pulsations on the shaft, bymeans of longitudinal strain measurements,through strain-gauges duly compensated(see Appendix B).


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Personale

A meno che non sia diversamente indicato nelcontratto, le parti contraenti devono congiunta-mente scegliere il personale che deve eseguire leprove, così come i metodi e le procedure di prova.

Le parti interessate devono nominare di comuneaccordo un Responsabile delle Prove. Egli devegestire e sovrintendere le prove e deve rendereconto dell’andamento e dei risultati delle prove.Egli è responsabile del calcolo dei risultati e dellapreparazione della relazione finale. Per qualunqueproblema dovesse presentarsi durante l’esecuzio-ne delle prove, la sua decisione è quella definitiva.

L’acquirente e il fornitore saranno autorizzati a farpartecipare membri del loro personale, almenocome osservatori.

Accordo sulla procedura di prova

Di norma, le prove delle vibrazioni e delle pulsa-zioni devono essere eseguite su richiesta dell’ac-quirente, o del fornitore dopo mutuo accordo.

La procedura da seguire nell’esecuzione delle pro-ve deve essere stabilita dal Responsabile delle Pro-ve. Tutte le disposizioni e i piani di prova devonoessere sottoposti all’acquirente e al fornitore intempo utile perché possano fare osservazioni eprendere accordi.

Programma delle proveIl programma delle prove viene preparato dal Re-sponsabile delle Prove che deve tener conto delledisposizioni contenute nei paragrafi seguenti. Ilprogramma deve essere sottoposto all’acquirente eal fornitore per approvazione. Il programma com-prende i dettagli relativi ai seguenti punti:

Scopo delle prove.

Questo deve soddisfare l’art. 1.

Elenco delle grandezze da misurare e posiziona-mento dei trasduttori.

Scopo del lavoro di preparazione.

Si prepara un elenco degli interventi preparatori ese ne dichiara la durata per i casi di funzionamen-to e di arresto della macchina.

Elenco dettagliato delle prove in programma.

Questo comprende un resoconto delle condizionidi prova, la durata dei cicli di prova, la durata tota-le delle prove; vi sono indicate anche le grandezzeda misurare in ognuna delle condizioni di funzio-namento. Il programma di prova include le condi-zioni di funzionamento e le verifiche specificate4.1 e 4.2.

5.3 Personnel

5.3.1 Unless otherwise provided for in the contract,the contracting parties shall jointly select thetest personnel and the test methods and proce-dures.

5.3.2 A Chief of Test shall be appointed by agree-ment between the parties concerned. He shallmanage and supervise the test and report ontest progress and results. He shall be responsi-ble for the computation of results and thepreparation of the final report. On any ques-tion pertaining to the execution of tests, his de-cision shall be final.

5.3.3 The purchaser and the supplier shall be enti-tled to have members of their staff present, atleast as observers.

5.4 Agreement of test procedure

5.4.1 As a rule, vibration and pulsation tests are car-ried out at the request of the purchaser, or ofthe supplier after mutual agreement.

5.4.2 The procedure to be followed in the testshall be established by the Chief of Test.All arrangements and the plan for the testare to be submitted to the purchaser andsupplier in ample time for considerationand agreement.

5.5 Test programmeThe programme of tests is drafted by the Chiefof Test taking into account the requirements ofthe following subclauses; it is to be submittedto the purchaser and supplier for agreement.The programme shall include particulars con-cerning the following items:

5.5.1 Purpose of the test.

This shall comply with clause 1.

5.5.2 List of quantities to be measured and locationof transducers.

5.5.3 Scope of preparatory work.

Preparatory operations shall be listed and theirduration stated for the cases of machine opera-tion and shut-down.

5.5.4 Detailed list of scheduled tests.

This shall include a statement on test condi-tions, duration of test runs, total duration of thetest; also the quantities to be measured undereach of the operating conditions shall be indi-cated. Operating conditions and checks speci-fied in 4.1 and 4.2 shall be included in the testprogramme.


Attrezzatura di prova.

Vengono specificati gli strumenti ed i metodi chesi intendono utilizzare per eseguire le misure e leregistrazioni di tutte le grandezze indicate nel pro-gramma. Viene fornita inoltre una descrizione det-tagliata delle procedure di taratura utilizzate. Sonoanche specificati i compiti delle persone responsa-bili delle misure (il personale di centrale può ese-guire alcune misure).

Preparazione delle prove

Si esegue un’ispezione della macchina e vengonoanche esaminate tutte le registrazioni e tutte le rela-zioni relative all’ultima ispezione eseguita sulla stessa(dopo il montaggio, la messa in servizio o eventualiriparazioni) e riguardanti il suo funzionamento. Tuttociò ha lo scopo di verificare, per quanto possibile:

a) che il macchinario sia completo, conforme-mente alle specifiche;

b) che le graduazioni delle aperture della pala di-rettrice o dell’iniettore e l’angolo della paladella girante corrispondano alle misure effetti-vamente prese;

c) che i passaggi d’acqua non siano ostruiti, an-che solo parzialmente, da corpi estranei;

d) che non si sia verificata alcuna usura eccessivadelle parti importanti;

e) che i giochi nei supporti siano conformi allespecifiche;

f) che l’allineamento dell’albero sia entro limitiaccettabili;

g) che nessuna delle condizioni elencate nel pro-gramma di prova si trovi al di fuori del campodi funzionamento ammissibile della macchina.

Si deve prevedere un sistema di comunicazio-ne tra le stazioni in cui verranno eseguite lemisure.

I trasduttori vengono installati nei punti specificatidal programma di prova.

Dopo aver completato l’installazione degli amplifi-catori, dei registratori e delle loro linee di collega-mento, tutti gli strumenti devono essere verificati epronti per l’uso.

Si raccomanda di predisporre uno schemadell’ubicazione dei trasduttori e che a tutti i tra-sduttori sia assegnato un numero di riferimento o

5.5.5 Measuring equipment.

Instruments and methods to be used for meas-urement and recording of all the quantities in-cluded in the programme shall be stated. Fur-thermore, a detailed description of thecalibration procedures utilized shall be supplied.The tasks of persons responsible for the meas-urements shall also be stated (the power stationpersonnel may perform certain measurements).

5.6 Preparations for tests

5.6.1 All necessary records and reports on the latestinspection of the machine (after erection, com-missioning or the latest repair) and on its oper-ation shall be examined and the machine itselfshall be inspected. The purpose of this is toverify, as far as possible:

a) that the machinery is complete accordingto specifications;

b) that the scales of guide vane or nozzleopening and runner blade anglecorrespond with actual measurementstaken;

c) that water passages are not obstructed orrestricted by any foreign material;

d) that no undue wear of important parts hastaken place;

e) that clearances in the bearings conform tospecifications;

f) that alignment of the shaft is within the ac-ceptable limits;

g) that no test condition listed in the pro-gramme lies outside the permissible rangeof operation of the machine.

5.6.2 A communication system shall be provided be-tween the stations where measurements arecarried out.

5.6.3 Transducers shall be installed at points speci-fied in the test programme.

5.6.4 After completion of installation of amplifiers,recorders and their connecting lines, all instru-ments shall be checked and made ready foruse.

5.6.5 It is recommended that a transducer layout dia-gram should be drawn and reference numbersor designations should be assigned to all trans-


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di designazione. Si raccomanda di fornire le se-guenti informazioni in forma di tabulato:

n ubicazione dei trasduttori;n numero di riferimento o di designazione;n tipo di trasduttore e numero di serie;n identificazione di ogni cavo o filo;n tipo e numero di serie dell’amplificatore, del

registratore e dell’analizzatore;n identificazione di ogni canale di misura.

La taratura degli strumenti dovrà essere eseguitadopo il montaggio o almeno in posto, per quantopossibile. Tutti gli strumenti che non possono es-sere tarati in posto saranno provvisti di documen-ti di taratura aggiornati. Prima delle prove ufficia-li, vengono determinate le scale di tutte legrandezze registrate e la velocità e durata delleregistrazioni. Una volta completate le prove, siprocede a ripetere la taratura, per quanto possibi-le. Un preciso accordo può stabilire di non ripe-tere la taratura.

Dopo aver completato i preparativi, il Responsabi-le delle Prove certifica che i preparativi sono statieseguiti in accordo con il programma di prova,oppure stipula un accordo riguardante le deviazio-ni rispetto al programma.

È essenziale stipulare un accordo tra tutte le partiinteressate riguardante le grandezze misurate, glistrumenti e le condizioni di funzionamento in cuiverranno eseguite le prove.

Osservazioni

Le prove vengono eseguite nelle condizioni di funzio-namento specificate nel programma. Tutte le grandez-ze caratteristiche vengono registrate durante ogni ciclodi prove. L’Appendice C contiene alcuni moduli cam-pione di fogli di osservazione (Fig. C.1 e C.2). Il Re-sponsabile delle Prove può esprimere la sua opinionepersonale (valutazione) sulle condizioni vibratorie delgruppo o delle sue parti strutturali direttamente sui fo-gli di osservazione per ogni ciclo di prove.

Durante le prove si deve registrare un numero suf-ficiente di informazioni in modo che tutti i fattoridi conversione possano essere calcolati e tutte leregistrazioni individuali possano essere coordinaterispetto al ciclo di prove.

Tutte le letture o le registrazioni di qualunque ci-clo di prove sono effettuate contemporaneamente;ciò è assicurato da un segnale ottico e/o acusticoche viene inviato simultaneamente a tutti gli osser-vatori. Un segnale di sincronizzazione elettrico è

ducers. The following information is recom-mended to be given in tabular form:

n transducer location;n reference number or designation;n transducer type and serial number;n identification of each cable or wire;n type and serial number of amplifier, re-

corder and analyser;n identification of each measuring channel.

5.6.6 Calibration of instruments shall be carried outafter mounting or at least on site as far as pos-sible. All instruments which cannot be calibrat-ed on site shall be provided with up-to-datecalibration documents. Prior to the officialtests, scales of all recorded quantities and thespeed and duration of recording shall be deter-mined. Upon completion of the tests, calibra-tion shall be repeated as far as possible. Therepetition of calibration may be omitted byspecial agreement.

5.6.7 Upon completion of the preparations the Chiefof Test certifies that the preparations have beenmade in accordance with the test programmeor makes an agreement on deviations from theprogramme.

An agreement of all parties concerned is essen-tial on measured quantities, instruments andoperating conditions under which the measure-ments will be made.

5.7 Observations

5.7.1 The test is carried out under the operating con-ditions specified in the programme. All charac-teristic quantities are recorded during each testrun. Sample forms of the observation sheetsare given in Appendix C (see Figures C.1 andC.2). The Chief of Test can express his personalopinion (estimate) on the vibrational state ofthe unit or its structural part directly on the ob-servation sheet for each test run.

5.7.2 Sufficient information shall be recorded dur-ing the tests, so that all conversion factorscan be computed and all individual recordscan be co-ordinated with respect to the testrun.

5.7.3 All readings or recordings for any given testrun shall be taken at the same time, this beingensured by an optical and/or acoustic signalsent simultaneously to all observers. An elec-trical synchronizing signal shall be recorded


registrato da tutti gli strumenti di registrazione,ogni volta che è possibile.

Se le letture o le registrazioni vengono fatte duranteil funzionamento in condizioni stazionarie, il segnaledi avviamento deve essere inviato abbastanza tempodopo che la posizione di una pala direttrice o inietto-re e/o pala della girante è stata modificata(1).

Durante le prove occorre misurare simultanea-mente le pulsazioni e le vibrazioni.

Viene fatta un’elaborazione preliminare dei datidurante o immediatamente dopo le prove. I risul-tati di prova e i dati relativi alle condizioni di pro-va vengono registrati sui fogli di osservazione;l’Appendice C mostra alcuni esempi di questi foglinon ancora compilati.

Ripetizione delle proveUna volta completate le prove, tutte le registrazionivengono esaminate dalle parti interessate e tutti i risul-tati rappresentativi vengono calcolati provvisoriamen-te in posto prima che il personale di prova si allontani.Se per qualunque motivo chiaramente specificato vifosse qualche prova non considerata soddisfacente, laparte non soddisfatta ha il diritto di richiedere che leprove vengano parzialmente ripetute.

METODI DI MISURA,ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI DATI

Questa sezione si occupa della determinazione deivalori che caratterizzano le vibrazioni delle varieparti e assiemi della macchina idraulica (vedi 5.2.1e 5.2.2), le pulsazioni di pressione nei punti signi-ficativi (vedi 5.2.3) e gli altri valori richiesti per ot-tenere i parametri di vibrazione e pulsazione de-scritti nelle Sezioni 1 e 2 della presente Guida. Siforniscono altresì raccomandazioni sulla disposi-zione dei sistemi di misura e sulla scelta dei loroelementi separati.

Tra le diverse pulsazioni da misurare, possono esse-re particolarmente importanti le pulsazioni di defor-mazione a causa del fatto che di solito non è possi-bile indicare limiti precisi ammissibili per iparametri di vibrazione cinetici, come per esempiogli spostamenti, le velocità o le accelerazioni. Quin-di, nei casi dubbi l’ultimo giudizio sull’accettabilitàdei livelli di vibrazione può dipendere dal livellodelle pulsazioni di deformazione (sollecitazione).

Perciò, questa sezione fornisce anche alcune rac-comandazioni riguardanti le procedure da seguireper utilizzare gli estensimetri, e raccomandazioniper altre misure di vibrazione o pulsazione.

(1) Il lasso di tempo dovrebbe in ogni caso assicurare che è stata rag-giunta una nuova condizione stazionaria.

by all recording instrumentation, wheneverpossible.

5.7.4 If readings or recordings are to be taken duringsteady state operation, the starting signal shallbe given a sufficient time after the position of arunner vane or nozzle and/or guide blade haschanged(1).

5.7.5 Pulsations should be measured simultaneouslywith vibrations during the tests.

5.7.6 Preliminary data processing is done duringthe tests or immediately after the tests. Thetest results and the data concerning test condi-tions are recorded on the observation sheets;blank samples of such sheets are shown inAppendix C.

5.8 Repetition of restsAfter completion of the tests the records shallbe examined by all parties concerned and rep-resentative results shall be provisionally com-puted on site before dispersal of the testingstaff. If there is any dissatisfaction with a testfor clearly explained reasons, the dissatisfiedparty shall have the right to ask for the tests tobe partly repeated.

3 METHODS OF MEASUREMENT,

SECTION/SEZIONE

DATA ACQUISITION AND PROCESSING

This section deals with the determination ofvalues characterizing vibrations of various partsand assemblies of hydraulic machines (see5.2.1 and 5.2.2), pressure pulsations in waterpassages (see 5.2.3) and other values requiredto obtain vibration and pulsation parametersdescribed in Sections One and Two of thisguide. Recommendations are given on the ar-rangement of measuring systems and the selec-tion of their separate elements.

Among the different pulsations to be meas-ured, strain pulsations may be particularly im-portant due to the fact that usually it is not pos-sible to indicate precise allowable limits forkinematic vibration parameters, i.e. displace-ments, velocities or accelerations. Hence, indoubtful cases the ultimate judgement on theacceptability of vibration levels may hinge onthe strain (stress) pulsation level.

Therefore, some recommendations on proce-dures for using strain-gauges are also given inthis section, together with recommendationsfor other vibration or pulsation measurements.

(1) The elapsed time should in each case ensure that a newsteady state condition has been attained.


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I risultati delle misure possono essere presentatisotto forma di tabelle, per esempio come mostratonell’Appendice C.

I segnali possono essere registrati ed elaborati nelmodo seguente (art. 8 e 9):

n registrazione grafica di un parametro in fun-zione del tempo (oscillogrammi)(1);

n registrazione dei valori r.m.s. e/o picco-picco odi picco per mezzo di uno strumento di regi-strazione digitale od altro dispositivo indicatore;

n parametro dipendente dal tempo registratoanalogicamente o in modo digitale su un na-stro magnetico o in memoria digitale per suc-cessiva riproduzione ed analisi(1);

n spettro della densità di potenza.Per le misurazioni, si devono utilizzare soltantostrumenti accuratamente controllati o tarati conquelli di riferimento per tutta la gamma dei modidi funzionamento, delle ampiezze e delle frequen-ze (art. 7).

CONSIDERAZIONIRELATIVE AI METODI DI MISURA

Vibrazioni

Per scegliere gli strumenti di misura è necessariodeterminare i limiti delle frequenze superiore edinferiore delle vibrazioni e delle pulsazioni previ-ste. Questi sono influenzati dallo spettro di fre-quenza delle forze eccitanti, così come dalle fre-quenze proprie delle pale, dei cucchiai, delledirettrici ecc.

In assenza di altre indicazioni si possono usare, sepossibile, le seguenti relazioni:

a) frequenza inferiore:(2)

dove fsp = frequenza di rotazione a velocitànominale;

(1) Insieme ad un indicatore di rotazione per registrare la fase rispettoalla posizione angolare dell’albero, quando sarà necessario epossibile.

(2) Nel caso di una turbina Francis, per esempio, la frequenza di mi-sura inferiore deve essere più bassa della frequenza di torcia delvortice, generalmente tra 1/4 e 1/3 di fsp, a carico parziale.

The measurement results should be tabulated,e.g. as shown in Appendix C.

The signals may be recorded and processed asfollows (see clauses 8 and 9):

n graphical recording of a parameter as afunction of time (oscillograms)(1);

n recording of r.m.s. and/or peak-to-peak orpeak values by means of a digital recordinginstrument or other indicating device;

n time dependent parameter recorded ana-logically or digitally on magnetic tape or indigital storage for subsequent reproductionand analysis(1);

n power density spectrum.Only instruments reliably checked or calibratedwith the reference ones for the whole range ofmodes of operation, amplitudes and frequen-cies should be used for the measurements (seeclause 7).

6 CONSIDERATIONS RELATINGTO THE METHODS OF MEASUREMENT

6.1 Vibrations

6.1.1 For selecting the measuring means, it is neces-sary to determine the upper and lower fre-quency limits of the expected vibrations andpulsations. They are influenced by the frequen-cy spectrum of the exciting forces as well as bythe natural frequencies of blades, buckets,vanes, etc.

In the absence of other indications the follow-ing relations can be used, if possible:

a) lower frequency:(2)

where fsp = rotational frequency at speci-fied speed;

(1) Together with a rotation indicator to record phase with re-spect to the angular position of the shaft, whenever necessaryand possible.

(2) In the case of a Francis turbine, e.g., the lower measurementfrequency must be lower than the vortex rope frequency, nor-mally between 1/4 and 1/3 of fsp at partial load.

fL 0 1fsp2( )

,=


b) frequenza superiore(1):n per turbine Pelton:

dove ϕn = angolo minimo tra gli assi degliiniettori (in radianti), se gliiniettori non sono distribuitisimmetricamente e ϕn = 2π, sez0 = 1,

n per gli altri tipi di macchine:

dove S = un appropriato numero diStrouhal(2).

La strumentazione deve essere scelta in accordocon il campo di frequenze previsto; se necessario,si può utilizzare una combinazione di canali di mi-sura per coprire tutto il campo.

Si deve considerare che in caso di misure durantele condizioni transitorie, il periodo proprio del tra-sduttore installato dovrebbe essere il più brevepossibile rispetto alla durata dell’impulso di in-gresso.

Per esempio, un rapporto ragionevole tra la duratadell’impulso e il periodo proprio potrebbe esseredi circa da 5 a 1 se il trasduttore non è ammortiz-zato; vedi le Norme ISO 8042 e 5347.

Il canale di misura può essere realizzato, peresempio, secondo lo schema a blocchi diFig. 4.

In particolare, la Fig. 4a mostra un esempio di di-sposizione semplice adatta per le prove in condi-zioni stazionarie e, con un adeguato registratore,per prove semplici di transitori, mentre la Fig. 4bmostra un esempio di una disposizione più com-pleta della catena di misura che può essere utiliz-zata vantaggiosamente durante le prove di transi-torio per le quali è fondamentale la registrazionesu nastro magnetico o in memoria digitale.

(1) In alcuni casi, si possono riscontrare delle perturbazioni con fre-quenze ancora più alte del limite indicato dalla suddetta formula,per esempio frequenze dell’ordine dei 1000 Hz, 2000 Hz e ancheoltre (questo può essere collegato alle frequenze proprie di vibra-zione del cucchiaio ecc.). Quando ciò si rivelasse rilevante per irisultati di prova, bisognerebbe fissare di conseguenza fU.

(2) In prima approssimazione si può utilizzare S = da 0,15 a 0,25(Fig. 1 e 2).

b) upper frequency(1):n for Pelton turbines:

where ϕn = minimum angle betweenaxis of nozzles (in radi-ans), if the nozzles are notsymmetrically distributedand ϕn = 2π, if z0 = 1,

n for other types of machine:

where S = a suitable Strouhalnumber(2)

The instrumentation has to be selected accord-ing to the expected frequency range; if neces-sary, a combination of different measuring chan-nels can be used to cover the whole range.

It must be considered that in the case of meas-urements during transient conditions, the natu-ral period of the transducer as installed shouldbe as short as possible with respect to the in-put pulse duration.

For instance a reasonable ratio between pulseduration and natural period would be of theorder of 5 to 1 if the transducer is not damped;see ISO Standards 8042 and 5347.

6.1.2 The measuring channel may be constructed,for example, in accordance with the block dia-grams of Figure 4.

In particular, Figure 4a shows an example of asimple arrangement suitable for tests understeady-state conditions and, with an adequaterecorder, for simple transient tests, whereasFigure 4b shows an example of a more com-plete arrangement of the measuring chainwhich can be used to advantage during tran-sient tests for which recording on magnetictape or in digital storage is fundamental.

(1) In some cases, disturbances with even higher frequenciesthan the limit indicated by the above formula can be found,e.g. at frequencies of the order of 1000 Hz, 2000 Hz or evenmore, (this can be related to the natural frequencies of bucketvibration, etc.). Whenever this is of relevance to the test re-sults, fU should be fixed accordingly.

(2) As a first approximation S = 0,15 to 0,25 can be used (seeFigures 1 and 2).

fU z22πϕn------ fsp⋅ ⋅=

fU max z0 z2 fsp Svw

δ------⋅;⋅ ⋅=


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Combinazione di base dei componenti per unsistema di misura e di analisi dei parametri di vibrazione

Disposizione semplice

LEGENDA

Segnale di riferimentoTaraturaTrasduttoreElaborazione del segnaleVisualizzazioneRegistratore analogico

Disposizione completa

LEGENDA

Segnale di riferimentoTaraturaTrasduttoreElaborazione del segnaleMemoriaVisualizzazioneElaborazione dei datiStampaVisualizzazione graficaRegistratore

Fig. 4 Basic combination of units for a measuringand analysis system for vibration parameters

Fig. 4a Simple arrangement

CAPTION

a Reference signalb Calibrationc Transducerd Signal processinge Displayf Analogue recorder

Fig. 4b Complete arrangement

CAPTION

a Reference signalb Calibrationc Transducerd Signal processinge Memoryf Displayg Data processingh Print-outi Graphical displayj Recorder

Permanent connectionsTemporary connections (for calibration only)

Collegamenti permanentiCollegamenti temporanei (soltanto per la taratura)

a

b dc e

f

a

b c d e g

f

h

i

j


Si raccomanda di utilizzare trasduttori specifici perogni parametro di vibrazione (spostamento, velo-cità ed accelerazione).

Quando un determinato parametro non si può mi-surare direttamente a causa della mancanza deltrasduttore specifico, l’integrazione o la derivazio-ne dell’uscita di un altro trasduttore può talvolta,in teoria, fornire la risposta. Anche se esistono dis-positivi di integrazione o di derivazione, il loro uti-lizzo richiede comunque particolare attenzionepoiché essi possono introdurre grossi errorinell’uscita della catena.

Poiché la frequenza fLr minima misurabile dai tra-sduttori di vibrazione che si trovano comunemen-te sul mercato può essere superiore alla frequenzafL minima da misurare, si devono conoscere i limitidi frequenza di tutto il canale di misura, anche sol-tanto dalle tarature fatte in fabbrica.

I trasduttori da utilizzare devono avere una rispo-sta in frequenza che non si discosti dalla linearitàdi più di ±1,5 dB nel campo di frequenza sceltoentro l’intervallo fL – fU

(1).

La sensibilità dei trasduttori deve essere idonea adottenere un livello di segnale minimo da misurareche superi il livello del limite inferiore del campodinamico del canale di misura di almeno 10 dB(circa 3 volte).

D’altra parte, la sensibilità non deve essere cosìalta per cui il segnale massimo da misurare possasaturare il canale di misura.

Il limite inferiore del campo dinamico viene deter-minato durante la misura della vibrazione dal rumo-re del sistema di misura. Il rumore dei circuiti elet-tronici costituisce la parte principale del rumore.

I circuiti di terra possono essere una delle cause dirumore eccessivo.

Per ridurre il rumore nel sistema di misura, si rac-comanda di isolare elettricamente il trasduttoredall’oggetto da esaminare.

La massa di un trasduttore utilizzato per le provedi vibrazione delle macchine idrauliche in sito nonha in genere alcuna influenza sulla frequenza osulla forma modale vibratoria della struttura a cuiil trasduttore è collegato.

Se si devono utilizzare supporti speciali per fissarei trasduttori alle parti vibranti, bisogna fare partico-lare attenzione e accertarsi che questo collega-mento abbia rigidezza sufficiente.

La frequenza propria del supporto su cui è statomontato il trasduttore deve essere abbastanza su-periore a fU.

(1) Quando ciò non è possibile, si può talvolta tollerare un limite discostamento superiore dalla linearità di ±3 dB. Altrimenti, si do-vrebbe realizzare un’adeguata compensazione di frequenza duran-te la misura o l’elaborazione dei dati basata sulla reale curva di ri-sposta del canale di misura.

6.1.3 It is recommended to use specific transducersfor each vibration parameter (displacement, ve-locity and acceleration).

When a certain parameter is not directly meas-urable due to the lack of the specific transduc-er, integration or differentiation of the outputof another transducer could in theory some-times supply the answer. Even if integrating ordifferentiating devices are available, however,their application requires particular caution asthey may introduce large errors into the chainoutput.

Since the minimum fLr frequency measurableby vibration transducers which are commonlyon the market can be higher than the minimumfL frequency to be measured, the frequencylimits in the whole measuring channel shouldbe known, if only from factory calibration.

The transducers to be used should have thefrequency response not deviating from linearmore than ±1,5 dB over the frequency rangechosen within the interval fL – fU

(1).

Transducer sensitivity should be adequate toobtain a level of minimum signal to be meas-ured exceeding the level of the lower limit ofthe dynamic range of the measuring channelby 10 dB (about 3 times) as a minimum.

On the other hand, the sensitivity should not beso great that the maximum signal to be meas-ured may overload the measuring channel.

The lower limit of dynamic range is determinedduring vibration measurement by the measuringsystem noise. The noise of electronic circuitsconstitutes the main part of the noise.

Earth loops may be one of the causes of exces-sive noise.

To reduce noise in the measuring system, it isrecommended to electrically insulate the trans-ducer from the investigated object.

The alteration produced by the mass of a trans-ducer employed for field vibration tests of hy-draulic machines on the frequency or the vi-brating modal shape of the structures to whichthe transducer is attached is usually negligible.

If special supports have to be used for fasten-ing the transducers to the vibrating part, specialcare should be taken in order to ensure thatthis connection has adequate stiffness.

The natural frequency of the support with thetransducer mounted shall be sufficiently higherthan fU.

(1) When this is not possible, an upper deviation limit of ±3 dBfrom linear could sometimes be tolerated. Otherwise, ade-quate frequency-dependent compensation should be madeduring measurement or data processing based on the actualresponse curve of the measuring channel.


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I metodi utilizzati per determinare le caratteristichedei trasduttori devono rispettare la PubblicazioneIEC 184.

La catena totale di misura, inclusi i trasduttori, gli ampli-ficatori, l’apparecchiatura per l’elaborazione dei dati e lamemorizzazione dei dati, deve essere scelta accurata-mente in modo che le caratteristiche di ciascun canalesiano compatibili con il campo di frequenza richiesto.

È necessario verificare se il campo di frequenzaviene coperto meglio utilizzando trasduttori dispostamento(1), di velocità o di accelerazione.

In alcuni casi, può essere necessario utilizzare duediversi tipi di trasduttori per coprire le diverse par-ti del campo di frequenza.

Bisogna evitare, se possibile, di utilizzare gli stadidi integrazione nei preamplificatori perché posso-no causare errori di misura non prevedibili o ine-sattezze (vedi anche 6.1.3).

È necessario verificare molto attentamente che lacombinazione di trasduttore, preamplificatore ecavo non influisca sulla precisione di misura e noncausi un aumento del livello di rumore elettronico.

Vibrazioni radialidell’albero rispetto ai supporti

Si raccomanda di utilizzare trasduttori di sposta-mento relativi senza contatti per misurare le vibra-zioni dell’albero rispetto ai supporti.

I trasduttori sono per lo più montati sulle casse osulle strutture di sostegno del supporto.

Può essere necessario montare i trasduttori su so-stegni non vibranti lontani dai supporti soltanto incaso di misura dei modi di vibrazione flessionaledell’albero rotante (vedi 5.2.2).

Pulsazioni di pressione

Gli strumenti di misura, specialmente gli amplifica-tori, devono rispettare la Pubblicazione IEC 222.

Il canale di misura può essere realizzato con-formemente agli schemi a blocchi di Fig. 4 (ve-di 6.1.2). I trasduttori devono se possibile esse-re fissati direttamente sulla parete in pressione,altrimenti occorre fare particolare attenzioneper eliminare il rischio di effetti di risonanza edi smorzamento nel tubo di collegamento (vedil’Appendice D). Il suddetto fissaggio deve an-(1) I trasduttori di spostamento possono essere di due tipi:

— con massa sismica (spostamento assoluto; campo di fre-quenza con un limite inferiore in funzione della massa si-smica e del suo sistema di sospensione);

— trasduttori di spostamento relativo, per esempio trasduttoridi prossimità (tra il punto vibrante ed un supporto conside-rato fisso. Limite di frequenza inferiore = 0);

Vedi anche 5.2.2.

The methods used for specifying the charac-teristics of transducers shall comply with IECPublication 184.

6.1.4 The complete measuring chain, includingtransducers, amplifiers, data processing anddata storage equipment has to be carefully se-lected so that the required frequency range foreach individual channel is provided.

It has to be checked whether the frequencyrange is better covered by the use of displace-ment(1), velocity or acceleration transducers.

In some cases two different types of transduc-ers should be used to cover different parts ofthe frequency range.

The use of integrating stages in the preamplifi-ers should be avoided if possible, because itmay lead to non-predictable measurement er-rors or inaccuracies (see also 6.1.3).

It has to be checked very carefully that the combi-nation of transducer, preamplifier and cable willnot affect the measuring accuracy and will notcause an increase of the electronic noise level.

6.2 Radial vibrations of theshaft relative to the bearings

6.2.1 For the measurement of shaft vibrations rela-tive to the bearings, contactless relative dis-placement transducers are recommended.

The transducers are mostly mounted on the hous-ings or on the supporting structures of the bearing.

6.2.2 Only in the case of measurement of the flexural vi-bration modes of the rotating shaft, may it be nec-essary to mount the transducers on non-vibratingsupports far from the bearings (see 5.2.2).

6.3 Pressure pulsations

6.3.1 The measuring instruments, especially amplifi-ers, should comply with IEC Publication 222.

6.3.2 The measuring channel may be constructedin accordance with the block diagrams ofFigure 4 (see 6.1.2). The transducersshould possibly be fixed flush with the wetwall, otherwise special care shall be takento eliminate the risk of resonance anddamping effects in the connecting pipe(see Appendix D). The above fixing should(1) Displacement transducers can be of two types:

— with seismic mass (absolute displacement; frequencyrange with a lower limit dependent on the seismicmass and its suspension system);

— relative displacement transducers, e.g. proximitytransducers (between the vibrating point and a sup-port, considered as fixed. Lower frequency limit = 0);

see also 5.2.2.


che minimizzare la sensibilità agli urti meccani-ci ed evitare le oscillazioni secondarie nel tubodi collegamento.

Il campo di frequenza richiesto della catena di mi-sura deve almeno soddisfare le condizioni indicatein 6.1.1 e deve comprendere, se possibile, la rispo-sta in frequenza zero (c.c.).

Si raccomanda che il potere di risoluzione dellacatena di misura sia lo 0,5% (o meglio) della diffe-renza di pressione corrispondente al valore dienergia idraulica specifica. Si auspica che il campodinamico della catena di misura non sia inferiore a40 dB (un fattore di 100).

TrasduttoriIl trasduttore deve normalmente sopportare, senzacambiare la sua sensibilità e la sua frequenza pro-pria, la pressione massima possibile (compreso ilcolpo di ariete) in qualunque punto di misura. Loscostamento della caratteristica di ampiezza deltrasduttore dalla linearità non deve superare ±1%del valore nominale (fondo scala) del trasduttore.

Sollecitazioni

Si raccomanda che le sollecitazioni vengano misu-rate con il metodo estensimetrico utilizzando uncircuito del tipo a ponte.

È bene scegliere gli amplificatori in conformità allenecessità degli estensimetri scelti nel campo di fre-quenza appropriato nell’intervallo da 0 Hz a fU(determinato come in 6.1.1).

Si raccomanda di utilizzare, per le temperatu-re da 0 °C a 60 °C, sensori a fili, a lamine o dialtro tipo, purché rispondano ai seguenti re-quisiti:

n campo di misura della deformazione: da –2500a +2500 · 10–6 m/m;

n scarto quadratico medio del coefficiente disensibilità della deformazione per un lotto ditrasduttori non superiore al 3% della media delcoefficiente dichiarato;

n effetto di deformazione trasversale: non superioreal 5% dell’effetto di deformazione longitudinale.

Se necessario, si deve prevedere una compensa-zione di temperatura.

È bene conoscere il coefficiente (fattore K) di sensi-bilità dell’estensimetro. Esso deve normalmente es-sere dichiarato nel certificato fornito dal costruttore.

Il fissaggio degli estensimetri deve essere eseguito esatta-mente in conformità alle istruzioni del costruttore. Sideve prevedere un accurato isolamento contro l’umidità.

also minimize the sensitivity to mechanicalshocks and avoid secondary oscillations inthe connecting pipe.

6.3.3 The required frequency range of the measuringchain shall at least meet the conditions indicat-ed in 6.1.1. The d.c. (zero frequency) response,if possible, should be included.

6.3.4 The measuring chain resolving power shouldbe 0,5% (or better) of the pressure differencecorresponding to the specific hydraulic energyvalue. It is desired that measuring chain dy-namic range should be not less than 40 dB (afactor of 100).

6.3.5 TransducersThe transducer should withstand, withoutchanging its sensitivity and natural frequency,the maximum possible pressure (includingwater-hammer) in any measuring point. Devia-tion of the transducer amplitude characteristicfrom linearity should not exceed ±1% of thenominal value (full scale) of the transducer.

6.4 Stresses

6.4.1 It is recommended that the stresses should bemeasured by a strain-gauge method with theuse of a bridge-type circuit.

6.4.2 Amplifiers should be selected in accordancewith the requirements of the chosen strain gaug-es in the frequency range of interest within theinterval from 0 Hz to fU (determined as in 6.1.1).

6.4.3 It is recommended that for temperatures from0 °C to 60 °C wire, foil or other type gauges assensing elements should be used, providedtheir properties are as follows:

n strain measuring range: –2500 to+2500 · 10–6 m/m;

n standard deviation of the strain sensitivitycoefficient for a batch of transducers notmore than 3% of average of declared coef-ficient;

n transverse deformation effect: not morethan 5% of longitudinal deformation effect.

Temperature compensation should be provid-ed if necessary.

6.4.4 Strain gauge sensitivity coefficient (K factor)should be known. It should be stated in thecertificate provided by the manufacturer.

6.4.5 Fixing of strain gauges shall be exactly in accordancewith the instructions of the manufacturer. Careful in-sulation against humidity shall be provided.


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È preferibile utilizzare “rosette” tridirezionali perdeterminare l’ampiezza e la direzione delle princi-pali deformazioni, vedi l’Appendice A. In molti ca-si, quando si conosce la direzione delle deformazi-oni principali, si possono utilizzare meno di tredirezioni di misura.

Pulsazioni della coppia d’albero

TrasduttoriLa pulsazione della coppia d’albero può essere de-terminata, per esempio, con estensimetri, se questisono disposti in modo da misurare soltanto la torsio-ne (e non contemporaneamente la flessione o la de-formazione assiale) dell’albero (vedi Fig. 5). Il poteredi risoluzione di questo sistema di misura non è ingenere molto alto a causa della rigidezza dell’albero.Si raccomanda di valutare il potere di risoluzione chesi può raggiungere prima di effettuare la misura.

TrasmissionePer la trasmissione del segnale di uscita del tra-sduttore di coppia dall’albero rotante all’apparec-chiatura stazionaria si possono usare:

n anelli di scorrimento;n trasmettitori capacitivi o induttivi senza contatti;n trasmettitori rotanti e ricevitori stazionari di

onde elettromagnetiche.Occorre tener presente che il rumore che si verifi-ca in questi trasmettitori limita sovente il potere dirisoluzione dell’intera catena di misura.

6.4.6 Three directional “rosettes” should be used todetermine the magnitude and direction of theprincipal stresses, see Appendix A. In manycases, when the direction of the principalstresses is well known, less than three measur-ing directions can be used.

6.5 Shaft torque pulsations

6.5.1 TransducersShaft torque pulsation can be determined e.g.with strain gauges, if these are arranged so thatthey only measure torsion (and not simultane-ously also bending or axial strain) of the shaft(see Figure 5). The resolving power of such ameasuring system is frequently not particularlyhigh due to the stiffness of the shaft. An esti-mation of the attainable resolving power priorto the measurement is recommended.

6.5.2 TransmissionFor the transmission of the torque transduceroutput signal from the rotating shaft to the sta-tionary equipment it is possible to use:

n slip rings;n contactless capacitive or inductive transmitters;n rotating transmitters and stationary receiv-

ers of electromagnetic waves.It is to be noted that the noise occurring inthese transmitters frequently limits the resolv-ing power of the entire measuring chain.


Disposizione degli estensimetri per la misura della coppiaFig. 5 Strain gauge arrangement for torque measurement

Four strain gauges full bridgeconnected

Note – The fitting of two rosettes,each comprising two perpendicu-lar strain gauges, placed at 180°apart along the shaft circumferen-ce, is convenient.

Quattro estensimetri collegatia ponte completo

Nota – Conviene montare due ro-sette, ciascuna comprendente dueestensimetri perpendicolari, postea 180° l’una dall’altra lungo lacirconferenza dell’albero.


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Pulsazioni della velocità di rotazioneLe pulsazioni della velocità di rotazione possono esse-re misurate in modo analogico o in modo digitale(1).

Nella misura analogica, il segnale di misura si puòottenere di solito da un generatore di frequenza oda un tachimetro accoppiato in qualche modo allamacchina. La frequenza rilevata, proporzionalealla velocità, viene convertita in un segnale analo-gico le cui oscillazioni di ampiezza indicano leoscillazioni di velocità.

Per la misura digitale delle oscillazioni di velocitàsi deve usare un generatore di frequenza. In que-sto caso l’intervallo di tempo (periodo) tra due im-pulsi viene misurato con uno strumento di misuraabbastanza veloce. I valori misurati devono essereregistrati in modo digitale (vedi 8.3) e valutatidopo la misurazione effettuata per mezzo di meto-di appropriati.

Pulsazioni di potenzaTalvolta si possono osservare pulsazioni di poten-za durante il funzionamento in condizioni stazio-narie. Queste pulsazioni possono venire determi-nate misurando la potenza elettrica erogata dalgeneratore o la potenza elettrica assorbita del mo-tore (vedi anche 5.2.7).

Con lo stesso dispositivo di misura, si possono ge-neralmente osservare le variazioni di potenza du-rante l’avviamento, l’arresto e i transitori delle varia-zioni di carico. Tuttavia, per transitori speciali,come lo stacco di carico, questa tecnica non si puòpiù applicare e la sola tecnica utilizzabile è quelladella misura della coppia d’albero e della velocità dirotazione (vedi 6.5 e 6.6). Se le pulsazioni da misu-rare sono quelle della potenza meccanica, si deveanche tener conto del fatto che esse non coincido-no con le pulsazioni della potenza elettrica: la diffe-renza è data dalle pulsazioni della potenza necessa-ria ad accelerare o decelerare le masse rotanti (lepulsazioni delle perdite elettriche e meccanichepossono essere considerate trascurabili per le provein funzionamento stazionario).

Pulsazioni della coppia sulle pale direttriciQueste misure vengono fatte sulle turbine, pom-pe-turbine o pompe regolabili. I trasduttori posso-no essere di solito installati soltanto all’esterno deisupporti delle pale direttrici e per questa ragionela misura viene influenzata da attriti di entità sco-nosciuta.

(1) Bisogna fare particolare attenzione perché certe apparecchiaturedi misura della velocità hanno ritardi di tempo intrinseco.

6.6 Rotational speed pulsationsRotational speed pulsations can be measuredin the analogue or digital mode(1).

In the analogue measurement one obtains themeasuring signal usually from a frequency gen-erator or a tachometer coupled with the ma-chine in some way. The speed proportionalfrequency picked up is converted into an ana-logue signal whose amplitude fluctuations indi-cate the speed fluctuations.

With a digital measurement of speed fluctua-tions a frequency generator is to be used. Inthis case the time interval (period) betweentwo pulses is measured with a sufficiently fasttime measuring instrument. The measured val-ues have to be recorded digitally (see 8.3) andevaluated after the measurement by suitablemethods.

6.7 Power pulsationsDuring steady state operations, power pul-sations can sometimes be observed. Thesepulsations can be determined by measuringthe electrical output of the generator or theelectrical input of the motor (see also5.2.7).

By the same measuring arrangement, powerchanges during start-up, shut-down andload-change transients can normally be ob-served. However, for special transients, such asload rejection, this technique is no longer appli-cable and the only technique applicable is thatof shaft torque and rotation speed measurement(see 6.5 and 6.6). If the pulsations to be meas-ured are those of the mechanical power, oneshould also take into account the fact that theyare not coincident with the pulsations of electricpower, the difference being made up by pulsa-tions of the power necessary to accelerate or de-celerate the rotating masses (the pulsations ofthe electrical and mechanical losses can be tak-en as negligible for steady-state tests).

6.8 Guide vane torque pulsationsThese measurements are made on turbines andpump-turbines or pumps with regulation. Thetransducers can normally be only outside theguide vane bearings and for this reason themeasurement is influenced to an unknown ex-tent by friction.

(1) Special care has to be taken because some speed measuringequipment has an inherent time-delay.


Si può misurare la coppia in due modi:

n con estensimetri montati sul gambo in modoche vengano eliminate eventuali influenze do-vute alla flessione del gambo (vedi Fig. 6);

n con estensimetri montati sulla biella in unpunto adeguato (vedi Fig. 7) in modo che ven-gano eliminate eventuali influenze dovute allaflessione del braccio della biella. Dalla forzasul braccio misurata in questo modo si puòcalcolare la coppia sulla direttrice tenendoconto della geometria del sistema. Vedi anchel’Appendice B.

Pulsazioni di spinta radiale misurate sui supporti di guidaPoiché in molti casi è impossibile misurare conprecisione la spinta radiale sulla girante mediantedei metodi diretti, è preferibile fare riferimento allemisure di spinta radiale sui supporti di guida.

Si può misurare la forza esercitata su un supportoinstallando adeguati trasduttori su un numero suf-ficiente di segmenti (per esempio estensimetri).

The torque can be measured in two ways:

n with strain gauges fitted on the stem in sucha way that influences, if any, due to bendingof the stem, are eliminated (see Figure 6);

n with strain gauges fitted on the link at asuitable location (see Figure 7) in such away that influences, if any, due to bendingof the link member, are eliminated. Fromthe force on the member measured in thisway, the torque on the guide vane may becalculated taking into account the geome-try of the system. See also Appendix B.

6.9 Radial thrust pulsations measured at the guide bearingsSince in many cases it is impossible to accu-rately measure the radial thrust on the runnerby direct methods, it is preferable to refer to ra-dial thrust measurements at the guide bearings.

The force on a bearing can be measured byproviding a sufficient number of segments withsuitable transducers (e.g. strain gauges).


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Gambo della pala direttricecon estensimetri per la misura della coppia

Misura della coppia su una paladirettrice tramite estensimetri applicati alla biella

Fig. 6 Guide vane stem withstrain gauges for torque measurement

Fig. 7 Torque measurement on one guide vaneby means of strain gauges applied on the link

Four strain gauges full bridge con-nected

Note – The fitting of two rosettes,each comprising two perpendicularstrain gauges, placed at 180° apartalong the shaft circumference, isconvenient.

Quattro estensimetri collegati aponte completo

Nota – Conviene montare due rosette,ciascuna comprendente due estensi-metri perpendicolari, poste a 180°l’una dall’altra lungo la circonferen-za dell’albero.

Four strain gauges full bridgeconnected

Note – The fitting of two rosettes, eachcomprising two perpendicular straingauges and placed apart on the oppo-site surface of the link, is convenient.

Quattro estensimetri collegatia ponte completo

Nota – Conviene montare due roset-te, ciascuna comprendente dueestensimetri perpendicolari, postesulle superfici opposte della biella.


Alcuni costruttori tentano di ottenere un’indicazio-ne delle pulsazioni di spinta radiale sulla girantemisurando le variazioni dei giochi sulla coronadella girante per mezzo di due trasduttori di spo-stamento senza contatti sistemati a 90° uno dall’al-tro, o misurando le sollecitazioni di flessionedell’albero tra la girante montata a sbalzo ed ilsupporto più vicino.

Tuttavia, per avere da queste misure una valuta-zione delle pulsazioni di spinta radiale sulla giran-te, è necessario interpretare il comportamento inflessione dell’albero.

Pulsazioni di spinta assialemisurate sul supporto di spintaSi possono ottenere misure precise delle pulsazionidi spinta assiale soltanto preparando la macchina infabbrica, prevedendo dispositivi speciali (per esem-pio montando degli estensimetri su un numero ade-guato di pattini o misurando la pressione dell’olioin una camera chiusa sotto il supporto ecc.). I se-guenti metodi possono fornire soltanto indicazioniapprossimative delle pulsazioni di spinta assiale:

n montaggio di estensimetri sulla struttura fissadi sostegno dei supporti di spinta;

n misura della deformazione in una parte fissadel supporto di spinta (per esempio con untrasduttore di prossimità collegato alla parete);

n misura dello spostamento assiale dell’albero (peresempio con un trasduttore di prossimità sensibilealla posizione di un anello sporgente dall’albero) ecc.

Grandezze misurate definendoil punto di funzionamento della macchinaI valori vengono verificati e raccolti nel modousuale leggendo le indicazioni degli strumentie incorporandole nelle tabelle (vedi l’Appen-dice C).

Se i valori misurati devono essere ulteriormenteelaborati con un sistema EDP(1), questi devono es-sere introdotti separatamente.

È necessario registrare questi valori in modo conti-nuo durante le prove insieme ai valori di vibrazio-ne e di pulsazione soltanto se si prevede che i datipossano essere soggetti a grosse variazioni neltempo.

Lista parziale di questi lavori:

n apertura della valvola rotativa, della valvola afarfalla o della saracinesca;

n apertura della pala direttrice o dell’iniettore,l’angolo della pala della girante;

n velocità di rotazione della macchina (nelleprove di stacco di carico);

n potenza della macchina;n pressioni istantanee lato alta e bassa pres-

sione.

(1) Elaborazione elettronica di dati.

Some manufacturers attempt to get an indica-tion of the radial thrust pulsations on the run-ner by measuring the clearance variations onthe runner band by means of two contactlessdisplacement transducers located at 90° fromeach other, or from measurements of the shaftbending stresses between a cantilever-mountedrunner and the nearer bearing.

However, to get from these measurements anevaluation of the radial thrust pulsations on therunner, an interpretation of the shaft bendingpattern would be necessary.

6.10 Axial thrust pulsationsmeasured at the thrust bearingAccurate measurement of the axial thrust pulsationscan only be achieved by preparing the machine inthe factory, providing it with special arrangements(e.g. fitting an adequate number of the segmentswith strain gauges, or measuring the oil pressure ina closed chamber under the bearing, etc.). Only ap-proximate indications of the axial thrust pulsationscan be achieved by the following methods:

n put strain gauges on the fixed structuresupporting the thrust bearings;

n measure the deflection of a fixed part ofthe thrust bearing (e.g. with a proximitytransducer connected to the wall);

n measure the axial displacement of the shaft (e.g.with a proximity transducer sensitive to the posi-tion of a ring protruding from the shaft), etc.

6.11 Measured quantitiesdefining the machine operating pointThe values are ascertained and compiled in theusual way by reading off from the associatedinstruments and by incorporating them into ta-bles (see Appendix C).

In the event of further processing of the meas-ured values in an EDP(1) system, they are to beentered separately.

Recording these values in a continuous wayduring the tests together with the vibration andpulsation values is required only in the case ofdata that may be subjected to wide variationswith time.

Among them are:

n the opening of spherical valve, butterflyvalve, or gate;

n the guide vane or needle(s) opening, run-ner blade angle;

n the machine rotational speed (in load rejec-tion tests);

n the machine power;n high and low pressure side instantaneous

pressures.

(1) EDP = Electronic Data Processing.


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TARATURA

GeneralitàLa taratura dei sistemi di misura deve essere ese-guita prima e, per una verifica, dopo l’esecuzionedelle prove. Per prove di lunga durata, si racco-manda di eseguire la taratura anche ad intervalli re-golari durante tutto il periodo di prova. La taraturadovrebbe essere eseguita per tutti i campi di misu-ra (grandezze, frequenza e fase, se necessario) chesi utilizzano durante le prove. La metodologia, laquantità e i risultati delle procedure di taratura de-vono essere dichiarati nel programma di prova edevono essere inclusi nella relazione finale.

I segnali di taratura devono essere registrati e/o me-morizzati utilizzando lo stesso registratore e/o ap-parecchio di memorizzazione usato per le misure.

Di solito si segue uno dei metodi seguenti:

n taratura diretta di tutto il canale di misura com-presi i trasduttori, gli amplificatori, gli elementidi filtraggio, i cavi di collegamento e gli stru-menti di registrazione. In questo metodo, il se-gnale di taratura viene prodotto da un’eccita-zione diretta del trasduttore in un modo bendefinito;

n taratura con segnali di riferimento elettrici cheesclude di solito soltanto il segnale del trasdut-tore che viene simulato da un segnale elettricoben preciso.

Si possono seguire procedure di taratura statica odinamica a seconda delle possibilità, delle necessi-tà e dei metodi di taratura.

Nella maggior parte dei casi, la stabilità dei siste-mi di misura più moderni, e in particolare dei tra-sduttori, permette di evitare la taratura diretta. Èbene anche tener presente che in alcuni casi i co-sti del lavoro e delle attrezzature necessarie pereseguire le tarature in sito sono troppo alte inrapporto all’importanza limitata delle misure pro-grammate.

Ma, in linea di principio, si devono verificare pe-riodicamente i dati tecnici, per es. la sensibilità e lafrequenza, di tutti i sistemi di misura tramite tara-tura diretta, o almeno, dopo la realizzazione, in unlaboratorio ufficiale o nel laboratorio del costrut-tore. Il relativo certificato deve essere disponibile.

Taratura diretta

Misure di vibrazioneLa taratura viene eseguita prima delle prove nelcampo di frequenze e di ampiezze richiesto. Per itrasduttori con massa sismica, si utilizza uno spe-ciale eccitatore per la taratura dinamica. I parame-tri di vibrazione dell’eccitatore (accelerazione, ve-locità e spostamento) vengono misurati con un

7 CALIBRATION

7.1 GeneralThe calibration of the measuring system has to becarried out before and, as a check, after perform-ance of the tests. For long duration measure-ments it is recommended to also carry out thecheck calibration at intervals throughout the tests.The calibration should be performed for all meas-uring ranges (magnitude, frequency and phase, ifnecessary) occurring during the tests. The meth-odology, the extent and the results of the calibra-tion procedures have to be stated in the test pro-gramme and included in the final report.

The calibration signals are to be recordedand/or stored using the same recorder and/orstorage equipment as for the measurements.

One of the following two methods is normally used:

n direct calibration of the complete measur-ing channel including transducers, amplifi-ers, filter elements, connecting cables andrecording instruments. In this method thecalibration signal is produced by a directexcitation of the transducer in a well de-fined manner;

n calibration by electrical reference signalsexcludes normally only the transducer’ssignal, simulating the transducer by an ac-curately known electrical signal.

Static or dynamic calibration procedures maybe used depending on possibilities, necessitiesand method of calibration.

The long-term stability of the most modern meas-uring systems and especially of the transducersmakes it unnecessary to perform direct calibra-tion in most cases. Also it should be taken intoaccount that in some cases the necessary expend-iture of work and equipment to perform thesecalibrations in the plant is too high for the limitedimportance of the planned measurement.

But in principle the technical data, e.g. sensitivi-ty and frequency behaviour, of all measuringsystems should be ascertained periodically bydirect calibration or at least after manufacture inan official laboratory or in the manufacturer’slaboratory. A certificate should be available.

7.2 Direct calibration

7.2.1 Vibration measurementsThe calibration is performed prior to the testmeasurements in the required frequency andamplitude range. For transducers with seismicmass a special vibrostand is used for dynamiccalibration. Vibration parameters of the vibro-stand (acceleration, velocity and displace-


dispositivo ottico o con un vibrotrasduttore di rife-rimento. Questa procedura è particolarmente adat-ta per le misure di vibrazione in condizioni stazio-narie. Per le misure di vibrazione in condizionitransitorie, bisogna prendere particolari precauzio-ni, descritte nelle Norme ISO 8042 e 5347. Nellamaggior parte dei casi non è possibile effettuarequeste tarature in sito perché il costo dell’apparec-chiatura è troppo elevato e il tempo necessarioper la taratura è troppo lungo. Queste prove ven-gono generalmente eseguite in laboratori apposi-tamente attrezzati. È bene disporre di certificati ab-bastanza recenti.

Se per le misure si utilizzano i trasduttori di spo-stamento relativo, conviene eseguire una verificadella taratura diretta statica misurando uno sposta-mento costante applicato con un dispositivo abba-stanza preciso e applicando il trasduttore alla su-perficie reale.

Misure di pulsazioni di pressioneLa pressione di taratura viene applicata al trasdutto-re tramite una pressa idraulica e viene confrontatacon un manometro di precisione calibrato o un ma-nometro a pesi, o tramite la pressione causata daun colonna d’acqua di una determinata altezza e auna determinata temperatura (taratura statica). Disolito non è possibile eseguire in sito una taraturadel comportamento dinamico dei trasduttori.

Misure delle sollecitazioniÈ possibile effettuare una taratura diretta soltantose la misura della deformazione viene utilizzatacome misura di una forza. Ma anche in questocaso è impossibile effettuare, in circostanze nor-mali, le tarature in sito. La parte provvista di esten-simetri deve essere smontata e vi si deve applicareuna forza nota. Ciò viene di solito fatto nei labora-tori appositamente attrezzati.

In tutti gli altri casi si deve eseguire una taraturacon segnali di riferimento tenendo particolarmenteconto dei dati tecnici degli estensimetri.

Misure di pulsazione della coppia d’alberoNormalmente la misura della coppia di grandimacchine viene eseguita tramite una serie diestensimetri applicati all’albero della macchina(vedi l’Appendice B). In condizioni normali non èpossibile effettuare una taratura diretta del disposi-tivo di misura.

Si può eseguire una taratura statica approssimati-va abbastanza precisa misurando la potenza ero-gata dal generatore (assorbita dal motore) alla ve-locità nominale e calcolando la coppia d’alberoche ne risulta considerando le perdite meccani-che ed elettriche.

ment) are measured with an optical device orwith a reference vibrotransducer. This proce-dure is intended essentially for steady state vi-bration measurements. For transient vibrationmeasurements, special precautions have to betaken, which are dealt with in ISO Standards8042 and 5347. In most cases it is not possibleto perform these calibrations on site becausethe expenditure on equipment is too large andthe time needed for the calibration tests is toolong. These tests are normally performed inspecially equipped laboratories. Sufficiently re-cent certificates should be available.

If relative displacement transducers are usedfor the measurements a static direct calibrationcheck should be performed by measuring anapplied constant displacement with a device ofsufficient accuracy and applying the transduceragainst the actual surface.

7.2.2 Pressure pulsation measurementsThe calibration pressure is applied to the trans-ducer by a hydraulic press and is comparedwith a calibrated precision manometer or deadweight manometer, or by the pressure due to awater column of known height and knowntemperature (static calibration). A calibration ofthe dynamic behaviour of the transducers can-not usually be performed on site.

7.2.3 Stress measurementsA direct calibration is possible only if the strainmeasurement is used for the measurement of aforce. But also in this case it is impossible undernormal circumstances to perform these calibra-tions on site. The part equipped with the straintransducers has to be removed and a knownforce has to be applied to it. This is normallydone in specifically equipped laboratories.

In all other cases a calibration with referencesignals has to be performed, carefully consider-ing the technical data of the strain gauges.

7.2.4 Shaft torque pulsation measurementsNormally the measurement of torque in largemachines can only be performed by an array ofstrain gauges applied to the shaft of the ma-chine (see Appendix B). Under normal condi-tions a direct calibration of the measuring ar-rangement is not possible.

An approximate static calibration with suffi-cient accuracy may be performed by measur-ing the generator output (motor input) atnominal speed and calculating the resultingshaft torque considering the mechanical andelectrical losses.


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Misure di pulsazione della velocità di rotazioneCon la precisione di misura della velocità di rota-zione che si ottiene normalmente, le pulsazionidella velocità di rotazione nelle prove in condizio-ni stazionarie non possono essere misurate inmodo preciso poiché queste pulsazioni sono mol-to piccole rispetto alla velocità nominale. Al con-trario, le grandi variazioni della velocità di rotazio-ne durante le prove in condizioni transitoriepossono essere abbastanza facilmente misurate.

Di solito non è necessario eseguire la taratura di-retta dell’apparecchiatura di misura per la velocitàdi rotazione poiché si considera sufficiente unaverifica statica con la strumentazione di quadro. Senecessario, si possono tarare gli strumenti peresempio con un generatore di impulsi e/o un fre-quenzimetro (con metodi analogici).

Misure di pulsazione della potenzaRaramente si può eseguire in sito una taraturadell’apparecchiatura di misura della potenza elet-trica. Si può verificare che vi sia un buon collega-mento facendo un confronto con gli strumenti delquadro. L’apparecchiatura per la misura della po-tenza elettrica, i wattmetri, i voltmetri e gli ampe-rometri, vengono normalmente tarati in laboratorispecializzati.

Per la misura delle pulsazioni è necessaria una re-gistrazione continua. Il registratore deve essere ta-rato utilizzando la lettura dei wattmetri di precisio-ne tarati in laboratorio durante il funzionamento incondizioni stazionarie, e la sua funzione di trasfe-rimento deve essere determinata in precedenza.

Misure di pulsazione della coppia sulla pala direttriceIn circostanze normali non si può eseguire in sitola taratura diretta. Se per questa misura si utilizzauna pala direttrice preparata in fabbrica, è possibi-le fare una taratura statica in fabbrica o in un labo-ratorio specializzato applicando al gambo unacoppia ben definita (o una forza sulla biella). (Ve-di l’Appendice B.)

Misura delle pulsazioni dellaspinta sui supporti di guida e spintaIn circostanze normali, non si può eseguire in sitola taratura diretta. Spesso si utilizzano dispositivi dimisura preparati in fabbrica. In questi casi è possi-bile eseguire una taratura statica in fabbrica appli-cando forze ben definite sui pattini del supportoutilizzati per la misura. In alcuni casi è possibileeseguire una taratura sollevando il rotore per mez-zo di freni nel caso di un albero verticale e cono-scendo esattamente il peso del rotore.

7.2.5 Rotational speed pulsation measurementsWith the normally attainable accuracy in ro-tational speed measurements, rotationalspeed pulsations in steady state tests usuallycannot be measured in a precise way, sincethey are often very small in comparisonwith the specified speed. On the contrary,large variations in rotational speed duringtransients can be measured with sufficientconfidence.

Normally, no direct calibration of the equip-ment for the measurement of the rotationalspeed is necessary, a static check with the pan-el instrumentation being considered sufficient.If necessary, the instruments may be calibratede.g. with a pulse train generator and/or a fre-quency meter (in analogue methods).

7.2.6 Power pulsation measurementsA calibration of the equipment for measure-ment of electrical power can seldom be doneon site. A check of correct connection can bemade by comparison with the switchboardmeters. Equipment for the measurement ofelectrical power, wattmeters, volt- and amper-emeters, normally are calibrated in specializedlaboratories.

For the measurement of pulsations a continu-ous recording is necessary. The recordershould be calibrated using the readout of thelaboratory calibrated precision wattmeters atsteady state operation, its transfer function hav-ing been previously established.

7.2.7 Guide vane torque pulsation measurementsA direct static calibration on site cannot be per-formed under normal circumstances. If a facto-ry prepared guide vane is used for this meas-urement a static calibration may be possible infactory or in a specialized laboratory, applyinga well defined torque to the shaft (or force tothe link). (See Appendix B).

7.2.8 Measurement of thrustpulsation at guide and thrust bearingsA direct calibration on site cannot be performedunder normal circumstances. Often factory pre-pared measuring arrangements are used. Inthese cases a static calibration in factory may bepossible by applying well defined forces to thebearing segments used for the measurement. Insome cases a calibration is possible by lifting upthe rotor using the brakes in the case of a verti-cal shaft and accurately known rotor weight.


Misure dell’apertura della paladirettrice (iniettore), dell’angolo dellapala della girante, della valvola e della saracinescaGeneralmente è possibile, e anche auspicabile, ta-rare staticamente i trasduttori di posizione utilizzatiin sito dopo che sono stati installati.

Taratura per mezzo di segnali di riferimento elettriciIl trasduttore non è incluso in questa taratura. Isuoi dati tecnici devono essere conosciuti tramitela taratura eseguita in laboratorio o come dati tipoper trasduttori fabbricati con piccole tolleranze,come per esempio gli estensimetri.

Di solito per la taratura si utilizza un segnale di rife-rimento statico o dinamico generato internamentedall’amplificatore di misura. In alcuni casi si utilizzaun segnale di riferimento generato esternamente.

Misure di vibrazioneNormalmente un generatore di segnali interno ali-menta l’ingresso di un amplificatore con un segna-le elettrico di ampiezza e di frequenza definite inmodo che l’amplificatore e la strumentazione diregistrazione possano essere calibrati.

Misure delle pulsazioni di pressioneDi solito l’amplificatore e il ponte di misura vengo-no tarati per mezzo di segnali statici di polarità po-sitiva e negativa generati internamente. Il registra-tore è incluso in questa procedura.

Misure delle sollecitazioni e delle deformazioniL’amplificatore, il ponte e il registratore vengonotarati tramite segnali statici generati internamente.

Misure delle pulsazioni della coppia d’alberoPoiché in linea di principio questa è una misuradella deformazione, vedi 7.3.3.

Misure delle pulsazioni della velocità di rotazioneÈ possibile effettuare una taratura indiretta permezzo di un segnale di riferimento elettrico quan-do l’uscita del trasduttore è un segnale analogico.

Misure delle pulsazioni di potenzaSi può tarare soltanto il registratore se si conosce ilvalore di uscita dello strumento di misura.

Misure delle pulsazioni della coppia della pala direttriceVedi 7.3.4.

Misura delle pulsazionidella spinta sui supporti di guida e spintaL’amplificatore, il ponte ed il registratore vengonotarati per mezzo di segnali statici generati interna-mente. Prove di laboratorio o calcoli permettonodi stabilire la relazione tra l’uscita del trasduttore ela spinta.

7.2.9 Guide vane (needle)opening, runner blade angle,valve and gate opening measurementsGenerally, it is possible and also convenient tostatically calibrate the position transducersused at site after their installation.

7.3 Calibration by electrical reference signalsThe transducer is not included in this calibra-tion. The technical data for it have to beknown from laboratory calibration or as typedata for transducers manufactured with smalltolerances, e.g. strain gauges.

Usually a static or dynamic reference signalgenerated internally by the measuring amplifieris used for the calibration. In some cases an ex-ternally generated reference signal is used.

7.3.1 Vibration measurementsNormally an internal signal generator feeds anelectrical signal of defined amplitude and ofdefined frequency to the amplifier input so thatamplifier and recording instrument assembliescan be calibrated.

7.3.2 Pressure pulsation measurementsNormally the amplifier and bridge assembly iscalibrated by static internally generated signalsof positive and negative polarity. The recorderis included in the procedure.

7.3.3 Stress measurements, strain measurementsThe amplifier, the bridge and the recorder arecalibrated by internally generated static signals.

7.3.4 Shaft torque pulsation measurementsSince in principle this measurement is a strainmeasurement, see 7.3.3.

7.3.5 Rotational speed pulsation measurementsIndirect calibration by an electrical referencesignal is possible when the output of the trans-ducer is an analogue signal.

7.3.6 Power pulsation measurementsOnly the recorder can be calibrated if the out-put of the measuring instrument is known.

7.3.7 Guide vanes torque pulsation measurementsSee 7.3.4.

7.3.8 Measurement of thrustpulsation at guide and thrust bearingsThe amplifier, the bridge and the recorder arecalibrated by internally generated static signals.The relation between transducer output andthrust has to be known from calculations orlaboratory tests.


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REGISTRAZIONE

Si può effettuare una registrazione diretta utiliz-zando un registratore a nastro di carta, a nastromagnetico o una registrazione digitale.

Rispetto alla registrazione manuale della lettura diuno strumento graduato o digitale, la registrazioneeffettuata con registratore a nastro di carta, con re-gistratore a nastro magnetico o con un registratoredigitale presenta i seguenti vantaggi:

n la registrazione continua permette di esaminareil processo a brevi intervalli di tempo, dell’ordi-ne del tempo di variazione del segnale;

n si possono osservare processi transitori moltobrevi;

n si possono registrare contemporaneamente diversisegnali e paragonarli poi in un secondo tempo;

n il segnale di misura diretto viene memorizzatoper poter eseguire più tardi un’ulteriore valu-tazione o verifica;

n nel caso di nastro magnetico e di registrazionedigitale, il segnale di misura può essere ripro-dotto tutte le volte che sarà necessario per effet-tuare ulteriori verifiche (per esempio analisi dipicco o di r.m.s., analisi della frequenza ecc.).

La precisione del sistema di misura deve corri-spondere, quando possibile, alla precisionedell’apparecchiatura di misura.

Registratori grafici

Tipi di registratori utilizzabiliPer effettuare la registrazione è necessario utilizza-re un registratore che abbia un limite di frequenzasuperiore adatto alla frequenza utile più alta con-tenuta nel segnale.

I seguenti sono alcuni esempi di tipi di registratoricomunemente usati:

n registratore galvanometrico con sistema di re-gistrazione ottico o a inchiostro;

n registratore elettronico con sistema di registra-zione termico o elettrostatico.

Scelta della velocità di scritturaLa velocità di scrittura viene scelta in accordo conle istruzioni date dai manuali degli strumenti e conla risoluzione temporale desiderata.

8 RECORDING

Direct recording by strip chart recorder, mag-netic tape or digital recording should beused.

In comparison with the manual recording ofthe read-out of a scale or digital instrument, di-rect recording by strip chart recorder, magnetictape recorder or digital recording has the fol-lowing advantages:

n by continuous recording the process canbe investigated over short time intervals, ofthe order of the signal variation time;

n very short transient processes can be ob-served;

n various signals can be recorded simultane-ously and can be compared later;

n the direct measuring signal is stored for lat-er evaluation or check;

n in the case of magnetic tape and digital re-cording, the measuring signal can beplayed back as often as necessary for fur-ther investigations (e.g. peak or r.m.s. anal-ysis, frequency analysis, etc.).

The accuracy of the recording system shouldbe matched, whenever possible, to the accura-cy of the measuring equipment.

8.1 Graphical recorders

8.1.1 Usable types of recordersFor the purpose of recording, it is necessary touse a recorder with an upper frequency limitappropriate to the highest frequency of interestcontained in the signal.

Examples of the commonly used types of re-corders are:

n galvanometric recorder with optical or inkrecording system;

n electronic recorder with thermal or electro-static recording system.

8.1.2 Selection of writing speedThe writing speed is selected in accordancewith the instructions given in the instrumentmanuals and with the desired time resolution.


Scelta della velocitàdella carta e del tempo di registrazioneIl tempo di registrazione tr viene determinato dallafrequenza fi del componente da considerare e dalnumero di cicli Nr di questa frequenza che deveessere contenuta nella registrazione. Il tempo diregistrazione deve essere calcolato da:

Se la lunghezza della registrazione corrispondentead un ciclo è l, allora la lunghezza totale della re-gistrazione è:

Quindi la velocità richiesta della carta è:

Il numero di cicli Nr che una registrazione devecontenere dipende dalla caratteristica dello spettroe deve corrispondere al metodo di analisi utilizza-to. La lunghezza l che corrisponde ad un ciclodeve essere scelta in funzione dello spessore dellalinea in modo che un ciclo di oscillazioni possaapparire chiaramente sul grafico.

Registratori a nastro magnetico

L’uso di registratori a nastro magnetico permette direalizzare riproduzioni multiple dei segnali regi-strati e permette l’utilizzo di apparecchiature elet-troniche e di calcolatori per effettuare l’analisi.

Il campo di frequenze del registratore a nastro im-piegato deve essere più ampio di quello da misura-re. I sistemi FM (a modulazione di frequenza) sonoda preferirsi ai sistemi AM (a modulazione di am-piezza) poiché i sistemi FM permettono al campodi frequenze di iniziare dalla frequenza zero. Inquesto caso bisogna tuttavia fare particolare atten-zione alla frequenza limite superiore del registrato-re FM. È possibile anche la registrazione con nastromulticanale realizzata con il sistema PCM (modula-zione a codici di impulso). I valori misurati sonoregistrati in questo caso in un codice digitale.

I registratori con nastro multicanale devono nor-malmente essere provvisti di un canale separatoper la registrazione di un segnale temporale o altraindicazione o un segnale vocale che renda possi-bile identificare un qualunque punto sul nastromagnetico durante le successive analisi.

8.1.3 Selection ofpaper speed and recording timeThe recording time tr is determined by thecomponent frequency fi to be considered andthe number of cycles Nr of this frequencywhich should be contained in the record. Re-cording time should be calculated from:

(8)

If the length of the record corresponding toone cycle is l, then the total length of therecord is:

(9)

Then the required paper speed is:

(10)

The number of cycles Nr to be contained in therecord depends on the characteristic of thespectrum and shall correspond to the methodof analysis used. The length l corresponding toone cycle should be chosen according to theline thickness, so that one oscillation cycle maybe clearly made out on the graph.

8.2 Magnetic tape recorders

8.2.1 Use of magnetic tape recorders allows multiplereproduction of the recorded signals andmakes it possible to use electronic equipmentand computers for analysis.

8.2.2 The frequency range of the tape recorder em-ployed should be wider than the range to bemeasured. FM (frequency modulated) systemsare to be preferred to AM (amplitude modulat-ed) systems as FM systems allow the frequencyrange to start from zero frequency. In this case,however, particular attention should be paid tothe upper boundary frequency of the FM re-corder. Also multichannel tape recording withthe PCM (pulse code modulation) system ispossible. The measured values are in this caserecorded in a digital code.

8.2.3 Multichannel tape recorders should be pro-vided with a separate channel for the re-cording of a time signal or another mark orvoice signal so as to be able to identify anypoint on the magnetic tape in the subse-quent analysis.

tr Nr1fi---⋅=

L Nr l⋅=

vrLtr--- l fi⋅= =


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I registratori con nastro multicanale possono conve-nientemente essere utilizzati per la registrazione si-multanea di diversi parametri. Si deve di solito usareun oscilloscopio elettronico o un registratore graficocollegato agli amplificatori di uscita del registratore anastro per il controllo della registrazione nel caso incui lo strumento sia fornito di un dispositivo per laregistrazione e la lettura simultanee. Altrimenti, biso-gna riprodurre fuori linea ad intervalli regolari tuttele registrazioni su un registratore a nastro di cartaper verificare la qualità della registrazione.

Scelta della velocità del nastroLa velocità del nastro deve essere scelta in accordocon il manuale di istruzioni tenendo conto dellafrequenza significativa più alta del segnale.

Registrazione digitaleI vantaggi specifici della registrazione digitale deidati sono i seguenti:

n nessuno spostamento del punto zero durantela riproduzione;

n perfetta riproducibilità;n memorizzazione digitale di parametri quali i valori

di taratura, i fattori di conversione, la selezionedella porta, il ritmo di scansione, il tempo ecc.:

n uscita in valori fisici.Il numero di bit necessari per la conversione A/Ddeve essere abbastanza alto da coprire il campo dimisure da dinamico-analogiche a digitali.

Registrazione di dati in serieQuesto tipo di registrazione è adatta soltanto per ifunzionamenti lenti, quasi stazionari o per il con-trollo del funzionamento (anello senza fine).

Per la memorizzazione dei dati si possono utilizza-re diversi mezzi di memorizzazione con velocità diregistrazione molto variabili.

Registrazione di dati in sequenzaLa registrazione in sequenza è particolarmente adat-ta per la memorizzazione a blocchi dei funziona-menti transitori. Dopo ogni misura, i dati raccolti nelcalcolatore vengono trasmessi alla memoria dati.

Il tempo massimo di registrazione Trm è limitatodalla capacità di registrazione della RAM del cal-colatore. Esso si può calcolare con la seguenteformula:

dove:

Cs = capacità di memorizzazione della RAM in byte

bs = numero di byte per campione

nch = numero di canali

srch = tasso di campionatura per canale

8.2.4 Multichannel tape recorders should be usedfor simultaneous recording of several parame-ters. An electronic oscilloscope or a graphicalrecorder connected to the output amplifiers ofthe tape recorder should be used for record-ing supervision if the instrument is equippedwith a simultaneous record-playback feature.Otherwise, at suitable intervals all recordshave to be played back off-line on a stripchart recorder to check the quality ofthe recording.

8.2.5 Selection of tape speedThe tape speed has to be selected according tothe instruction manual, taking into account thehighest significant frequency in the signal.

8.3 Digital recordingThe special advantages of digital data record-ing are:

n no drifting of the zero points on repro-duction;

n perfect reproducibility;n digital storage of parameters, such as cali-

bration values, conversion factors, port se-lection, scanning rate, time, etc.;

n output in engineering values.The number of bits for the A/D conversionshould be sufficiently high to cover the dynamicanalogue to digital range of the measurements.

8.3.1 Series data recordingThis type of recording is only suitable for slow,quasi-stationary operations or for supervisionof operation (endless loop).

For data storage, several storage media canbe used, with widely variable recordingspeeds.

8.3.2 Sequential data recordingSequential recording is particularly suitable forstorage of transient operations in blocks. Aftereach measurement the data collected in thecomputer are transmitted to the data memory.

The maximum record time Trm is limited by thestorage capacity of the RAM (random accessmemory) of the computer. It may be calculatedby the following formula:

where:

Cs = storage capacity of RAM in bytes

bs = number of bytes per sample

nch = number of channels

srch = sampling rate per channel

Trm

Cs

nch srch bs⋅ ⋅---------------------------------=


Questo limite va tenuto in considerazione durantela preparazione della strumentazione di misurapoiché il tempo minimo di registrazione necessa-rio dipende dalle grandezze fisiche misurate e dal-le analisi da effettuare.

La frequenza di campionamento di ciascun canaledeve essere adattata alle esigenze di misura. Inteoria, essa non deve essere inferiore a 2,56 voltela frequenza massima prevista nel segnale o lafrequenza massima che interessa, purché primadella campionatura si utilizzino filtri anti-aliasing.

In pratica, è consigliabile prevedere una frequenzadi campionamento che sia almeno due volte supe-riore al limite teorico.

La frequenza massima di campionamento del sistemaviene limitata dalla frequenza massima di scansionee/o dal tempo richiesto per la conversione A/D.

Se si vuole un confronto tra i diversi canali (vedi9.2.5), si devono eseguire misure adeguate perassicurare la possibilità sia di correggere il riferi-mento di tempo relativo tra i canali interessati siadi compensare – se possibile – qualunque ritardodi tempo introdotto dalla scansione sequenzialedei canali.

ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI DATI

GeneralitàIl livello di vibrazione e di pulsazione di una mac-china idraulica viene stabilito in base ai risultatidelle misure di vibrazione e pulsazione effettuatenei punti specificati in 5.2 ed elaborate come diseguito.

È opportuno eseguire l’elaborazione per ogni pun-to di funzionamento in condizioni stazionarieelencato in 4.1. Per i transitori, è opportuno elabo-rare i dati in modo che non venga trascurato alcunvalore di picco significativo.

La qualità di una macchina può quindi essere valutataparagonando i risultati delle prove di vibrazione opulsazione con quelli di altre macchine dello stessotipo e della stessa dimensione – come classificate in2.4 – o con le curve o tabelle che forniscono una valu-tazione della qualità, se queste curve o tabelle esisto-no per questo tipo di macchina idraulica (vedi l’art. 3).

Si può assicurare un’adeguata valutazione dellaqualità purché durante le prove tutte le apparecchi-ature del sistema di misura della vibrazione abbianooperato entro i loro rispettivi campi di funziona-mento e sia stata verificata, tutte le volte che è statopossibile, la ripetibilità dei risultati di prova.

Una prima stima della natura delle vibrazioni basa-ta su dati non elaborati può essere effettuata vi-sualizzando le grandezze vibratorie misurate in di-

This limitation has to be taken into accountwhen planning the instrumentation of the meas-urement, since the minimum necessary recordtime depends on the measured physical quanti-ties and on the analyses which are planned.

8.3.3 The sampling rate of each channel is to be adapt-ed to the measuring requirements. Theoretically,it should be not less than 2,56 times the maxi-mum frequency to be expected in the signal orthe highest frequency of interest, provided suita-ble anti-aliasing filters are used before sampling.

In practice, it is advisable to provide for a sam-pling rate at least two times higher than thetheoretical limit.

The maximum overall sampling rate of the sys-tem is limited by the maximum scanning rateand/or the time required for A/D conversion.

8.3.4 If phase comparison between different chan-nels is required (see 9.2.5), proper measuresshould be taken to ensure the possibility eitherof correct relative time reference between thechannels concerned or of compensating – ifpossible – for any time lag introduced by se-quential scanning of the channels.

9 DATA ACQUISITION AND PROCESSING

9.1 GeneralThe level of vibration and pulsation of a hy-draulic machine is assessed from the results ofvibration and pulsation measurements taken atthe locations specified in 5.2 and processed asspecified below.

The processing should be accomplished foreach steady state operating point mentioned in4.1. For transients, the data should be proc-essed so that no significant peak values areoverlooked.

The quality of a machine can then be estimatedby comparing the vibration or pulsation test re-sults with those for other machines of the sametype and size – as classified according to 2.4 –or with “quality assessment” curves or tables, ifsuch curves or tables are available for this hy-draulic machine type (see clause 3).

An adequate estimation of quality can be en-sured provided that during tests all elements ofthe vibration measuring system have operatedwithin their respective operating range and re-peatability of test results has been checkedwherever possible.

The first direct assessment of the nature of vi-bration which is based on raw data can be ac-complished by visualizing the measured vibra-


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retta o in differita, per esempio sullo schermo diun oscilloscopio con l’asse X in funzione del tem-po o nel modo di funzionamento X-Y (figure diLissajous). Si raccomanda di memorizzare le osser-vazioni su un supporto permanente (per esempiofotografie o stampe da calcolatore). Per maggioridettagli sulla registrazione, vedi l’art. 8.

Un’ulteriore elaborazione dei dati può permettereuna maggior comprensione dei fenomeni di vibra-zione o di pulsazione. Il procedimento di valuta-zione consiste nel misurare e contare manualmen-te o automaticamente le ampiezze e le rispettivefrequenze.

Di solito viene registrata la variazione nel tempodei livelli di vibrazione e di pulsazione e i risultativengono rappresentati in funzione del tempo suuna scala lineare o logaritmica.

Questo metodo è veloce e particolarmente con-veniente nei casi in cui non interessino valoriistantanei.

Per la rappresentazione numerica ed il confronto conun eventuale riferimento, vengono utilizzati parametrispecifici frutto di una ulteriore elaborazione dei datimanuale o digitale, purché siano garantite delle ca-denze di campionamento sufficientemente elevate.

Nei casi in cui è richiesta la determinazione diqualche valore di vettore o tensore per compren-dere adeguatamente la natura della vibrazione (odella pulsazione) diventa necessario eseguire i cal-coli a mano o mediante l’aiuto di un calcolatore.

Per esempio, l’Appendice A descrive il calcolo del-le ampiezze e delle direzioni istantanee delle sol-lecitazioni principali basato sulle misure delle de-formazioni effettuate per mezzo di rosetteestensimetriche.

Poiché occorre molta cura per ottenere risultati af-fidabili nella determinazione di detti valori e poi-ché questo tipo di valutazione è fattibile soltantocon un sistema EDP efficiente, è opportuno limi-tarsi all’indispensabile.

Scelta dei metodi di elaborazione datiL’esperienza nelle misure di vibrazione e di pulsa-zione nelle macchine idrauliche ha dimostrato cheil segnale oscillante in questione può essere tratta-to come la somma di due tipi di oscillazioni:

n oscillazioni periodiche (collegate per esempio allefrequenze di rotazione, di passaggio delle pale, divortice di precessione ed altre frequenze), e

n oscillazioni aleatorie.Per le condizioni di funzionamento stazionariequesta somma di oscillazioni può essere conside-rata come un processo stazionario aleatorio.

L’elaborazione dei dati misurati dipende essenzial-mente dal metodo di misura scelto e dallo scopodella prova.

tion quantities “on line” or “off line”, e.g. on thedisplay screen of an oscilloscope withtime-dependent X-axis or in the X-Y mode ofoperation (Lissajous’ figures). It is recommendedto store the observation on a permanent medi-um (e.g. photographs or computer print-outs).See clause 8 for more detail on recording.

A better understanding of the vibration or pul-sation phenomena can be obtained from fur-ther processing of the data. The process ofevaluation consists of manually or automatical-ly measuring and counting amplitudes and re-spective frequencies.

Usually the variation of vibration and pulsationlevels with time is recorded and the results arepresented as a function of time on a linear orlogarithmic scale.

This method is fast and especially convenientin cases where instantaneous values are of nointerest.

For numerical representation and comparisonwith some reference, special parameters arefound by further processing of data or by digit-al data acquisition and processing, if sufficient-ly high sampling rates can be ensured.

In cases where determination of some vectoror tensor values is needed for adequate under-standing of the nature of vibration (or pulsa-tion), manual or computer-aided calculationsbecome necessary.

For instance, Appendix A deals with the com-putation of instantaneous principal stress mag-nitudes and directions based on the strainmeasurements accomplished by means ofstrain gauge “rosettes”.

Since special care has to be exercised to obtainreliable results in the determination of such com-pound values and, since this kind of evaluation isfeasible only with an efficient EDP system, oneshould confine oneself to what is indispensable.

9.2 Selection of data processing methodsExperience of vibration and pulsation measure-ment in hydraulic machines has shown that theoscillating signal in question can be treated asthe sum of two types of oscillations:

n periodic oscillations (related e.g. to rota-tional, blade, precessing vortex, and otherfrequencies), and

n random oscillations.For steady-state operating conditions this sumof oscillations can be considered as a stationaryrandom process.

The processing of the measured data essential-ly depends on the chosen method of measure-ment and the purpose of the test.


Vengono comunemente usati i seguenti metodi dielaborazione dei dati.

1) Analisi dei valori di picco-picco o picco.2) Analisi dei valori efficaci.3) Elaborazione statistica dei dati.4) Analisi della densità spettrale di potenza.5) Analisi spettrale completa, compresa l’analisi

di fase.

Analisi dei valori di picco-picco o piccoI valori di picco-picco o i valori di picco delle vi-brazioni e delle pulsazioni sono analizzati per for-nire un’indicazione del livello delle vibrazioni odelle pulsazioni in un determinato punto di misu-ra. Questo tipo di analisi viene fatta molto spessoper le prove di vibrazione o di pulsazione. In que-sto genere di analisi vengono presi in considera-zione soltanto i valori di ampiezza mentre vengo-no trascurate le frequenze. I metodi sono veloci eparticolarmente adatti nei casi in cui i valori di pic-co sono costanti o variano leggermente nel tempoe tutti gli altri valori istantanei non interessano.

L’analisi picco-picco utilizza finestre di tempo pervedere come l’escursione massima a breve terminedi una quantità oscillante varia nel tempo. In ognifinestra di tempo l’escursione massima assoluta∆ Xpp (dal picco minimo al picco massimo) dellagrandezza oscillante viene misurata e registrata inmodo adeguato.

Il metodo a finestre di tempo può essere utilizzatoanche per l’analisi dei valori di picco. Per questotipo di analisi viene misurato e registrato il valoreassoluto della massima deviazione dal valore me-dio della grandezza oscillante. Nel caso diun’oscillazione totalmente simmetrica rispetto alvalore medio, il valore di picco ∆ Xp è uguale a

, cioè metà del valore di picco-picco.

Si suggeriscono due diversi procedimenti per effet-tuare l’analisi dei valori di picco-picco o di picco:

n l’uno, adatto per il funzionamento transitoriodella macchina, in cui la finestra di tempo puòessere talvolta ampliata per comprendere tuttala durata della registrazione;

n l’altro, più adatto per registrazioni ottenute du-rante il funzionamento stazionario della mac-china, in cui il tempo totale della registrazionedella prova viene suddiviso in successive fine-stre, ognuna delle quali contiene poche escur-sioni individuali o i valori di picco della varia-bile registrata.

Si raccomanda di presentare i risultati delle sud-dette analisi sia in forma di istogramma dei valoridi picco-picco o dei valori di picco in funzione deinumeri progressivi delle finestre di tempo, sia informa di tabella.

∆ Xpp

2----------------

Commonly used are the following dataprocessing methods:

1) Peak-to-peak or peak value analysis.2) Effective value analysis.3) Statistical processing of data.4) Power density spectral analysis.5) Complete spectral analysis, including phase

analysis.

9.2.1 Peak-to-peak or peak value analysisThe peak-to-peak values or the peak values ofvibrations and pulsations are investigated toprovide an indication of the level of the vibra-tions or pulsations at a given measuring point.These types of analysis are very often made forvibration or pulsation tests. In this kind of anal-ysis only amplitude values are consideredwhile frequencies are disregarded. The meth-ods are fast and especially convenient in caseswhere peak values are constant or vary slightlywith time and all other instantaneous valuesare of no interest.

The peak-to-peak analysis employstime-frames to see how the short-term maxi-mum excursion of an oscillating quantity varieswith time. Within each time-frame the absolutemaximum excursion ∆ Xpp (from minimum tomaximum peak) of the oscillating quantity ismeasured and recorded in a suitable way.

The time-frame method should also be used inpeak value analysis. For this type of analysisthe absolute value of the maximum deviationfrom the mean value of the oscillating quantityis measured and recorded. In the case of an os-cillation which is totally symmetric about themean value, the peak value ∆ Xp is equal to

, i.e. half of the peak-to-peak value.

Two different procedures are suggested for thepeak-to-peak or the peak value analysis:

n one, more suitable for transient operationof the machine, where the time-frame maysometimes be enlarged to include the fulllength of the record;

n the other, more suitable for records ob-tained during steady-state operation of themachine, where the overall time of the testrecord is subdivided into successive time-frames, each time-frame containing a fewindividual excursions or peak values of therecorded variable.

It is recommended that the results of the aboveanalysis be presented either in the form of a his-togram of the peak-to-peak values or the peakvalues versus the progressive numbers of thesuccessive time frames or in the form of a table.

∆ Xpp

2----------------


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Il suddetto istogramma o tabella può talvoltaindicare se il processo oscillatorio è essenzial-mente aleatorio o se può essere consideratoperiodico.

Nei casi in cui il processo oscillatorio presenti deipicchi acuti (punte) ripetitivi, è opportuno calcola-re il valore medio dei valori di picco-picco o deivalori di picco su un certo numero di intervalli ditempo, contenenti ognuno almeno un picco acuto,per poter servire come misura del livello generaledella vibrazione o della pulsazione.

Il valore medio dei picchi o, altrimenti, i risultatipresentati nell’istogramma o nella tabella possonoessere di aiuto a stabilire se il processo oscillatorioin questo punto di misura deve essere analizzatoin modo più dettagliato o se l’analisi già fatta puòessere sufficiente.

La natura della variabile misurata e lo scopo dellamisura permettono di decidere se per l’analisi del-le vibrazioni o delle pulsazioni è più opportunoutilizzare l’analisi dei valori di picco-picco o deivalori di picco.

In molti casi è anche necessario determinare ilvalore medio (vedi 2.3.3.1) della variabile misu-rata e/o i valori fisici del massimo e del minimomisurati.

La strumentazione più semplice per queste analisiconsiste in un dispositivo di misura capace di indi-care il valore di picco-picco o il valore di picco delsegnale (vedi Fig. 4).

La scelta del metodo da seguire per eseguire l’ana-lisi dipende dal sistema di registrazione utilizzato,se l’analisi non è fatta in tempo reale.

Per le registrazioni con nastro di carta, l’analisi èsvolta manualmente misurando i valori estremi su-periore ed inferiore in un intervallo di tempo ade-guato. Nel caso di registrazione con nastro magne-tico, per l’analisi di picco-picco si utilizzano duevoltmetri di cresta, uno per il picco massimo eduno per il picco minimo. Per l’analisi di picco, sipuò utilizzare un voltmetro di cresta che misura ivalori assoluti con compensazione del valore me-dio oppure uno strumento speciale.

Per valutare i dati acquisiti e memorizzati in mododigitale, si può utilizzare un apposito programmadel calcolatore.

Analisi dei valori efficaciI valori efficaci utilizzati in questo paragrafo sonoquelli riferiti alla media definita in 2.3.3.2 (chiama-to anche scarto quadratico medio).

L’analisi dei valori picco-picco non è sufficientenei casi in cui il processo oscillatorio è essenzial-mente di natura aleatoria (il livello di vibrazionegenerale cambia sostanzialmente nel tempo, sipresentano picchi acuti irregolari). Poiché in que-sti casi l’energia contenuta nel processo può esse-

The above-mentioned histogram or table cansometimes indicate whether the oscillatoryprocess is essentially random or whether it canbe treated as periodic.

In cases where repetitive sharp peaks (“spikes”)are characteristic of the oscillatory process the av-erage value of the peak-to-peak values or thepeak values over a certain number oftime-frames, each containing at least one sharppeak, should be calculated to serve as a measureof the general level of the vibration or pulsation.

The average value for sharp peaks or otherwisethe results presented in the histogram or the tablemay provide an answer to the question of wheth-er the oscillatory process at this measuring loca-tion should be analysed more comprehensivelyor whether the analysis already done will suffice.

Whether peak-to-peak analysis or peak valueanalysis is most suitable for the investigation ofthe vibrations or pulsations has to be decidedfrom the nature of the measured variable andthe purpose of the measurement.

In many cases it is also necessary to determinethe mean value (see 2.3.3.1) of the measuredvariable and/or the physical values of the max-imum and minimum measured.

The simplest instrumentation for these types ofanalyses consists of a measuring device capa-ble of indicating peak-to-peak value or peakvalue of the signal (see Figure 4).

The method of performing the analysis de-pends on the recording system used if the anal-ysis is not done on-line.

For strip-chart type recordings, the analysis willbe carried out manually, measuring the upperand lower extreme values in an adequatetime-frame. In the case of magnetic tape re-cordings, two peak voltmeters, one for maxi-mum peaks and one for minimum peaks areused for peak-to-peak analysis. For peak-valueanalysis, one peak voltmeter measuring abso-lute values with compensation of the mean val-ue or a special instrument can be used.

For digital data acquisition and storage a suita-ble computer program can be used for theseevaluations.

9.2.2 Effective value analysisThe effective values used in this subclause arethe ones referred to the mean as defined in2.3.3.2 (also called standard deviation).

The peak-to-peak value analysis is insufficientin cases where the oscillating process is essen-tially random in nature (the general level of vi-bration substantially changes with time, irregu-lar sharp peaks are occurring). Since in suchcases the energy contained in the process may


re un parametro critico per la valutazione dellagravità della vibrazione, si rende necessaria l’anali-si del valore efficace.

I risultati dell’analisi del valore efficace devono dinorma essere presentati in forma di tabella in cuiappaiono i valori efficaci (spostamento, velocità oaccelerazione delle vibrazioni, pressione o defor-mazione ecc.).

Se il processo oscillatorio analizzato non è staziona-rio (per esempio durante il funzionamento transito-rio), questo deve essere di preferenza registrato suun nastro magnetico o in una memoria digitale. Laregistrazione viene riprodotta e analizzata visiva-mente. Quindi la registrazione viene divisa in inter-valli di tempo in cui il segnale può essere trattatocome segnale aleatorio stazionario, in un modo si-mile a quello già spiegato per l’analisi dei valori dipicco-picco (vedi 9.2.1). Queste registrazioni par-ziali vengono poi analizzate(1) in modo da ricavarei valori efficaci ad intervalli di tempo adatti per lecaratteristiche di ciascuna registrazione parziale.

Elaborazione statistica dei datiPer il funzionamento in condizioni stazionarie diuna macchina idraulica in cui l’analisi dei valori dipicco-picco indica che il processo oscillatorio è es-senzialmente aleatorio, può convenire usare ilconcetto della densità di probabilità per descriverein modo più comprensibile le vibrazioni o le pul-sazioni e per poter valutare la gravità delle vibra-zioni o delle pulsazioni.

La densità di probabilità viene definita come laprobabilità di trovare i valori istantanei della gran-dezza oscillante entro un certo intervallo di am-piezza ∆ X, diviso per la dimensione di quell’inter-vallo (cioè densità).

La densità di probabilità ad un certo livello di am-piezza specificato, X, è:

Qui P (X) è la probabilità che si verifichino valoriistantanei maggiori del livello X e P (X + ∆ X) è laprobabilità che si verifichino valori istantanei mag-giori del livello X + ∆ X.

Tracciando il valore della densità di probabilitàper tutti i valori di X, si ottiene una curva delladensità di probabilità tale che l’integrazione dellacurva da un valore X1 ad un valore X2 dà la proba-bilità che si verifichino i valori di ampiezza istanta-nei direttamente entro l’intervallo (X2 – X1).

(1) Il metodo di analisi del valore efficace dipende dal sistema di re-gistrazione usato. Le registrazioni a striscia di carta non sonoadatte per questo tipo di valutazione. Per le registrazioni con na-stro magnetico, si può utilizzare un voltimetro r.m.s. o una stru-mentazione speciale. Per l’acquisizione e la memorizzazione deidati digitali, si utilizzano appositi programmi del calcolatore.

be a critical parameter for the assessment ofthe vibration severity, the effective value analy-sis should apply.

The results of the effective value analysisshould be presented in a tabular form wherelevels of effective magnitude (displacement,velocity or acceleration for vibration; pressureor strain, etc.) should appear.

If the investigated oscillating process isnon-stationary (for instance during transientoperation), it should preferably be recorded ona magnetic tape or in digital storage. Therecord is displayed and investigated visually.Then the record is divided into time-frameswhere the signal can be treated as a stationaryrandom signal, in a way similar to that alreadyexplained for peak-to-peak value analysis (see9.2.1). These partial records are then ana-lysed(1) so as to derive effective values overtime intervals suitable to the characteristics ofeach partial record.

9.2.3 Statistical processing of dataFor steady-state operation of a hydraulic ma-chine where the peak-to-peak value analysisindicates that the oscillatory process is essen-tially random, it may be convenient to use theconcept of probability density for a compre-hensive description of the vibrations or pulsa-tions and for the estimation of the severity ofvibration or pulsation.

The probability density is defined as the proba-bility of finding instantaneous values of the os-cillating quantity within a certain amplitude in-terval ∆ X, divided by the size of that interval(i.e. density).

The probability density at some specified am-plitude level, X, is:

Here P (X) is the probability of occurrence of in-stantaneous values exceeding the level X andP (X + ∆ X) is the probability of occurrence of in-stantaneous values exceeding the level X + ∆ X.

By plotting the value of probability density for allvalues of X a probability density curve is ob-tained which has the feature that integration ofthe curve from a value X1 to a value X2 gives theprobability of occurrence of instantaneous ampli-tude values within the interval (X2 – X1) directly.

(1) The method of effective-value analysis depends on the re-cording system used. Strip-chart recordings are not suitablefor this type of evaluation. For magnetic tape recordings anr.m.s. voltmeter or special instrumentation can be used. Fordigital data acquisition and storage suitable computer pro-grams are used.

P X( ) P X ∆ X+( )–∆ X

----------------------------------------------------∆ x 0→

lim


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La distribuzione statistica delle ampiezze di vibrazioneo pulsazione massime (picchi) può essere descritta inmodo similare tramite la curva della densità di proba-bilità dei picchi che mostra la probabilità che si verifi-chino dei picchi entro “finestre” di piccola ampiezzaad un certo livello X della grandezza oscillatoria.

In pratica, la curva della densità di probabilità puòessere ottenuta tramite un analizzatore analogico odigitale che misuri i periodi di tempo durante iquali si trova il segnale in diverse finestre di am-piezza.

Per ottenere la curva della densità di probabilità dipicco, si commuta l’analizzatore per contare il nu-mero dei picchi che appaiono all’interno delle di-verse finestre di ampiezza.

Le curve vengono registrate tramite un appropria-to registratore del livello dei segnali.

Sebbene i dati della densità di probabilità dianopoche informazioni, o nessuna informazione, rela-tiva alla storia temporale o al contenuto di frequen-za del processo sotto esame, essi costituiscono unadescrizione molto utile del segnale e vengono uti-lizzati per valutare il carico oscillatorio.

Analisi spettrale della densità di potenzaL’elaborazione dei dati di vibrazione e pulsazionemisurati – specialmente nel caso di prove in condi-zioni stazionarie – ha come ultimo scopo ottenereun’analisi comprensiva delle frequenze dei compo-nenti. Una buona analisi spettrale delle vibrazionipuò includere una presentazione simultanea deglispostamenti, delle velocità e delle accelerazioni infunzione della frequenza, per esempio sotto forma diun grafico tracciato usando coordinate logaritmiche.

Si possono seguire due diverse tecniche per effet-tuare l’analisi spettrale del segnale:

n analisi della densità di potenza spettrale (conanalizzatori analogici o digitali);

n analisi veloce della trasformata di Fourier (conanalizzatori digitali).

Le informazioni di fase vengono conservate sol-tanto in quest’ultimo caso.

Per ottenere i risultati dell’analisi spettrale in formadi densità spettrale di potenza, si possono utilizza-re diversi tipi di analizzatori di frequenza, comeper esempio l’analizzatore di ampiezza di bandapassante assoluta costante e l’analizzatore di am-piezza di banda passante relativa costante(1).(1) Se si utilizza un analizzatore di ampiezza di banda passante asso-

luta costante, lo spettro di frequenza di potenza che ne risulta è di-rettamente proporzionale alla densità di potenza spettrale. Quan-do si utilizza un analizzatore di ampiezza di banda passanterelativa costante, la correzione di frequenza:

deve essere applicata al valore di spettro Gr(f ) ottenuto tramitel’analizzatore allo scopo di ottenere una corretta densità di poten-za spettrale G(f ) (vedi 2.3.4.7). Questa correzione viene introdottagraficamente o elettricamente per mezzo di un filtro speciale.

G f( )Gr f( )

f-----------=

The statistical distribution of maximum vibrationor pulsation amplitudes (peaks) can be similarlydescribed by means of the peak probability den-sity curve which shows the probability of occur-rence of peaks within small amplitude “windows”at a given level X of the oscillating quantity.

In practice, the probability density curve canbe obtained by means of a probability densityanalogue or digital analyser which measuresthe time periods during which the signal isfound within different amplitude windows.

To obtain the peak probability density curve,the analyser is switched to count the numberof peaks falling within different amplitudewindows.

The curves are recorded by means of a suitablesignal level recorder.

Though probability density data give little orno information as to the time history or fre-quency content of the process being studied,they are very useful descriptions of the signaland are used for estimations of the oscillato-ry load.

9.2.4 Power density spectral analysisThe processing of measured vibration and pul-sation data – especially for tests under steadystate conditions – has the ultimate goal of ob-taining a comprehensive analysis for componentfrequencies. A good spectral analysis of vibra-tion can include simultaneous presentation ofvibration displacements, velocities and accelera-tions versus frequency, e.g. in the form of agraph plotted using logarithmic coordinates.

Spectral analysis can be effected on the signalaccording to two different techniques:

n spectral power density analysis (either withanalogue or digital analysers);

n fast Fourier transform analysis (with digitalanalysers).

Only in the last case is phase information pre-served.

For obtaining the results of spectral analysis inthe form of spectral power density, differenttypes of frequency analysers can be used, forinstance constant absolute pass bandwidth an-alyser and constant relative pass bandwidthanalyser(1).(1) If a constant absolute pass bandwidth analyser is used

the resultant power frequency spectrum is directly pro-portional to spectral power density. When employing aconstant relative pass bandwidth analyser, the frequencycorrection:

should be applied to the spectrum value Gr(f ) obtained bymeans of the analyser in order to get correct power spectraldensity G(f ) (see 2.3.4.7). This correction is introducedgraphically or electrically by means of a special filter.

G f( )Gr f( )

f-----------=


Il campo di frequenza dell’analizzatore dovrebbecoprire il campo esaminato (fL, fU). Quando il limiteinferiore del campo di frequenze dell’analizzatore èpiù alto del limite inferiore del campo esaminato, ilfenomeno può essere registrato tramite un registra-tore a nastro magnetico adatto alla registrazionedelle oscillazioni a bassa frequenza con bassa velo-cità del nastro. Quindi la registrazione viene ripro-dotta con una velocità più elevata ed il fenomenoviene analizzato con l’analizzatore disponibile.

Gli analizzatori di ampiezza di banda passante re-lativa costante devono essere di preferenza utiliz-zati per il trattamento dei segnali di bassa frequen-za poiché essi forniscono generalmente una piùalta selettività nel campo delle basse frequenze.

Quando una registrazione su nastro viene utilizza-ta per eseguire la successiva elaborazione dei dati,conviene usare un analizzatore in tempo reale chepotrà visualizzare lo spettro.

Analisi spettralecompleta, compresa l’analisi di faseL’analisi spettrale fornisce informazioni riguardantila distribuzione di energia del processo tra le di-verse frequenze (vedi 9.2.4). Talvolta si desideraanche esaminare con questo mezzo la relazionetra due diverse grandezze oscillatorie.

Tuttavia, se viene presa in considerazione soltantola densità spettrale ad ogni determinata frequenza,come nel caso della semplice analisi spettrale delladensità di potenza (9.2.4), una parte delle informa-zioni contenute nel segnale viene perduta.

Infatti, se non si conosce la fase di ciascun compo-nente del segnale, non è possibile ricostruire dallospettro l’evoluzione nel tempo di questo segnale;si perdono anche le informazioni utili per stabilireeventuali collegamenti tra segnali in uscita da dif-ferenti captatori alla stessa frequenza.

Si possono conservare informazioni complete(quindi la possibilità, in linea di massima, di effet-tuare il passaggio inverso dal campo di frequenzaal campo temporale dei segnali, e la possibilità dicercare una relazione di fase tra componenti didifferenti segnali ad una stessa frequenza) effet-tuando l’analisi spettrale completa, ivi compresa“l’analisi di fase”. In questo caso, viene presa inconsiderazione per ogni frequenza f non soltantouna densità W(f), ma anche una fase ϕ(f).

The frequency range of the analyser shouldcover the investigated range (fL, fU). When thelower limit of the analyser frequency range ishigher than the lower limit of the investigatedrange, the process may be recorded by meansof a magnetic tape recorder suitable for therecording of low frequency oscillations at lowtape speed. Then the record is played back ata higher tape speed and the process is ana-lyzed by the available analyser.

The constant relative pass bandwidth analys-ers should preferably be used for the treat-ment of low frequency signals as they gener-ally provide higher selectivity in the lowfrequency range.

When a tape record is used for subsequentdata processing, a real-time analyser whichcan display the spectrum is convenient foruse.

9.2.5 Complete spectralanalysis, including phase analysisSpectral analysis provides information about the dis-tribution of the energy of the process among thedifferent frequencies (see 9.2.4). It is sometimes alsodesired to investigate by this means the relation be-tween two different oscillating quantities.

However, if only the power spectral densityat every given frequency is derived, as insimple power density spectral analysis(9.2.4), a part of the information content ofthe signal is lost.

Without knowledge of the phase of each com-ponent, indeed, it is not possible to reconstructfrom the spectrum the original time-history ofthe signal(s); we also lose information usefulfor judging possible linkage of components ofdifferent variables at the same frequency.

Complete information (hence the possibility, inprinciple, to effect the inverse passage from thefrequency-domain description to thetime-history of the signal(s), and the possibilityto look for phase relationship between compo-nents of different signals at the same frequen-cy) is preserved by effecting the completespectral analysis, including “phase analysis”.For every frequency f, in this case, not only adensity W(f) is derived, but also a phase ϕ(f).


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La densità spettrale ad una determinata frequenzapuò quindi essere considerata come una grandez-za complessa o vettoriale(1):

Queste informazioni possono essere fornite dai se-gnali sia utilizzando dispositivi analogici muniti difiltri e dispositivi moltiplicatori e integratori, siaper mezzo dell’elaborazione digitale dei segnali(FFT: trasformata rapida di Fourier). Questo gene-re di trattamento digitale può introdurre errori omodifiche nello spettro che se non correttamenteinterpretati possono trarre in inganno.

Si può ottenere per un singolo segnale (den-sità spettrale) o per due segnali (densità spettraleincrociata).

Naturalmente le fasi ϕ(f) hanno soltanto un signifi-cato relativo, e non assoluto.

INCERTEZZE DI MISURA

Prima di procedere alla valutazione, soprattutto pri-ma di effettuare valutazioni in modo automatico, ènecessario accertare, per esempio per mezzo dicontrollo visivo o registrazione grafica, che le regi-strazioni siano libere da disturbi. In caso di presen-za di disturbi (per esempio picchi causati da interfe-renza elettromagnetica) è difficile eseguire unavalutazione automatica, e la valutazione manualedeve essere effettuata con particolare attenzione.

Le incertezze di misura di tutte le grandezze va-riabili nel tempo devono essere valutate sullabase delle curve di taratura determinate diretta-mente o fornite dal costruttore, tenendo contodelle caratteristiche dei trasduttori, degli amplifi-catori, dei filtri, dei registratori, delle unità di ela-borazione dati ecc.

Le incertezze di misura delle grandezze che descrivo-no le condizioni di funzionamento (energia idraulicaspecifica, potenza, apertura della pala direttrice odell’iniettore, angolo della pala della girante, energiaspecifica di aspirazione netta) vengono calcolate inconformità con la Pubblicazione IEC 000(2).

(1) La densità spettrale G(f ) derivata nell’analisi spettrale semplice diun singolo segnale (9.2.4) coincide con il modulo dell’ampiezza

della densità , cioè .

Conviene talvolta considerare che è la trasformata di Fou-rier della funzione di correlazione (funzione di autocorrelazioneper un singolo segnale, funzione di intercorrelazione per due se-gnali). Le due descrizioni sono così equivalenti.

(2) Attualmente Documento 4 (Central Office) 48.

W f( ) G f( ) W f( )=

W f( )

W f( )

The spectral density at a given frequency canthus be regarded as a complex, or a “vector”,quantity(1):

This information can be obtained from the sig-nal(s) either using analogue devices with fil-ters, multipliers and integrating devices, or bydigital processing of the signal(s) (FFT: FastFourier Transform). This kind of digital treat-ment can introduce biases or smearing in thespectrum which can be misleading if not cor-rectly interpreted.

One can obtain for a single signal (spec-tral density) or for two signals (cross spectraldensity).

Of course the phases ϕ(f) have only a rela-tive – and not an absolute – meaning.

10 MEASUREMENT UNCERTAINTIES

Prior to evaluation, especially prior to automat-ically performed evaluation, one has to makesure, e.g. by visual checking of graphical re-cording, that the recordings are free from dis-turbances. In the case of disturbances (e.g.“spikes” caused by electromagnetic interfer-ence) automatic evaluation is difficult to per-form and manual evaluation has to be carriedout with special care.

10.1 The uncertainties in measurement of all thetime-varying quantities have to be evaluated onthe basis of the calibration curves directly deter-mined or provided by the manufacturer, takinginto consideration the features of transducers,amplifiers, filters, recorders, data processingunits, etc.

10.2 The uncertainties in measurement of the quan-tities describing operating conditions (specifichydraulic energy, power, guide vane (needle)opening, runner blade angle, net positive suc-tion specific energy) are calculated accordingto IEC Publication 000(2).

(1) The spectral density G(f ) derived in the simple spectral anal-ysis of one single signal (9.2.4) is coincident with the mod-

ulus of the density amplitude , i.e. .

It is sometimes of advantage to consider that is theFourier transform of the correlation function (autocorrelationfunction for a single signal, cross-correlation function fortwo signals). The two descriptions are thus equivalent.

(2) At present Document 4 (Central Office) 48.

W f( ) G f( ) W f( )=

W f( )

W f( ) W f( ) ϕ f( ) W f( ) ϕ f( )sin,cos{ }=

W f( )


L’accettabilità delle incertezze di misura, con-fermata dall’esame degli oscillogrammi o inqualche altro modo, deve essere concordata trale parti interessate, facendo attenzione ad assi-curarsi che vi sia coerenza tra: tipo di strumen-to, qualità di taratura, massima imprecisioneprevista del canale di misura e limiti ammissibi-li delle vibrazioni o delle pulsazioni da valuta-re, se specificati.

Le incertezze relative di particolari parametri dautilizzare per la valutazione devono essere calcola-te dagli errori relativi delle grandezze fisiche coin-volte nella loro definizione matematica, in accordocon le regole correnti della teoria degli errori.

RELAZIONE FINALE

La relazione finale (vedi l’Appendice C) deve con-tenere, non necessariamente in quest’ordine, le se-guenti indicazioni:

a) oggetto delle prove e identificazione dei datiprincipali della macchina;

b) programma di prova e relativi accordi preli-minari;

c) personale che prenderà parte alle prove;d) condizioni di prova (energia idraulica specifica,

potenza del generatore o del motore, NPSE, aper-tura delle pale direttrici o degli iniettori, angolodelle pale della girante, velocità di rotazione ecc.);

e) descrizione della strumentazione comprendentel’indicazione del costruttore, il tipo, il numero diserie, il coefficiente di taratura, la descrizione dellaprocedura di prova e l’elaborazione dei dati;

f) descrizione, in forma scritta e grafica, del posi-zionamento dei trasduttori; indicazione delloro posizionamento su un disegno di assiemedella macchina;

g) diagrammi utilizzati durante l’elaborazionedei dati (di taratura ed altri);

h) risultati di prova in forma di testo, tabelle ediagrammi, esempi di registrazioni;

i) dichiarazione relativa all’incertezza di misura;j) conclusioni e raccomandazioni.

10.3 The acceptability of measurement uncertain-ties, confirmed by the examples of oscillo-grams or in some other way, should be agreedwith the concerned parties, with a view to en-suring that there is consistency between: ratingof the instrument, quality of calibration, maxi-mum expected inaccuracy of measuring chan-nel and admissible limits of the vibrations orpulsations to be evaluated, if specified.

10.4 Relative uncertainties in special parameters tobe used in evaluation should be computedfrom relative errors of physical quantities in-volved in their mathematical definition accord-ing to the usual rules of error theory.

11 FINAL REPORT

The final report (see Appendix C) shall con-tain, but not necessarily in this order, the fol-lowing indications:

a) object of tests and identification of maindata of the machine;

b) test programme and preliminary agree-ments pertinent to the tests;

c) personnel taking part in the tests;d) test conditions (specific hydraulic energy,

generator or motor power, NPSE, openingof guide vanes or of needles, angle of run-ner blades, rotational speed, etc.);

e) description of instrumentation with indica-tion of manufacturer, type, serial number,calibration coefficient, description of testprocedure and data processing;

f) description of transducer locations given inwritten and in graphic form; indication ofthe locations on an overall drawing of themachine;

g) diagrams used during data processing (cali-bration and others);

h) test results in the form of text, tables anddiagrams, examples of records;

i) statement as to inaccuracy of measurement;j) conclusions and recommendations.


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FORMULE PER IL CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI PRINCIPALI E ELABORAZIONE DEI SEGNALI PER LE MISURE DELLE DEFORMAZIONI DINAMICHE CON ROSETTE

Formule per il calcolo delle sollecitazioni principaliLe sollecitazioni principali non vengono ottenute di-rettamente ma vengono calcolate partendo dalle de-formazioni misurate. Le formule da utilizzare nellediverse condizioni di sollecitazione sono le seguenti:

Per le condizioni di sollecitazione uniassiale

Per le condizioni di sollecitazione piana quando si conoscono le direzioni delle sollecitazioni principali

Per le condizioni di sollecitazione piana quando nonsi conoscono le direzioni delle sollecitazioni principaliIn questo caso si devono installare, sul punto inesame, rosette di tre misuratori. Sono disponibilidiversi tipi di rosette (45°, 60°, 120°) e le formulecorrispondenti sono le seguenti:

A FORMULAE FOR CALCULATING PRINCIPAL STRESSES AND SIGNAL PROCESSING FOR DYNAMIC STRAIN

APPENDIX/APPENDICE

MEASUREMENTS WITH ROSETTES

A.1 Formulae for calculating principal stressesThe principal stresses are not obtained di-rectly but calculated from measured strains.Under different stress conditions, the formu-lae to use are:

A.1.1 For uniaxial stress condition

A.1.2 For plane stress conditionwhen directions of principal stresses are known

A.1.3 For plane stress conditionwhen directions of principal stresses are unknownIn this case “rosettes” of three gauges must beinstalled at the investigated point. Differenttypes of “rosettes” (45°, 60°, 120°) are availableand the corresponding formulae are:

σ0 = E · ε0

where:

σ0 = calculated stress

E = Young’s modulus

ε0 = measured strain

dove:

σ0 = sollecitazione calcolata

E = modulo di Young

ε0 = deformazione misurata

where:

v = Poisson’s ratio

dove:

v = rapporto di Poisson

σ0E

1 v2

–-------------- ε0 vε90+( )=

σ0E

1 v2

–-------------- ε90 vε0+( )=


Rosette a 45°

Rosette a 60° e rosette a 120°

Elaborazione dei segnali per le misuredelle deformazioni dinamiche con rosetteL’elaborazione dei segnali per le misure estensi-metriche dinamiche può essere fatta principalmen-te in due modi utilizzando i seguenti metodi:

n elaborazione dei segnali analogici su un calco-latore analogico;

n campionatura parallela e conversione A/D deisegnali dai tre segnali di ogni rosetta. Elabora-zione dei dati su un calcolatore digitale.

A.1.3.1 45° rosettes

A.1.3.2 60° rosettes and 120° rosettes

A.2 Signal processing for dynamicstrain measurements with rosettesThe signal processing for dynamic strain gaugemeasurements with rosettes can be done in twoprincipal ways using the following methods:

n processing the analogue signals on an ana-logue computer;

n parallel sampling and A/D conversion of thesignals from the three signals of each rosette.Processing of the data on a digital computer.

where:

ϕ0 = algebraic angle between the axis of thegauge at 0° and the direction of maxi-mum stress σ1

σ1 = maximum principal stress

σ2 = minimum principal stress

dove:

ϕ0 = angolo algebrico tra l’asse del misurato-re a 0° e la direzione della sollecitazionemassima σ1

σ1 = sollecitazione principale massima

σ2 = sollecitazione principale minima

2ϕ0tan2ε45 ε0 ε90+( )–

ε0 ε90–-----------------------------------------=

σ1 2,E

1 v–-----------

ε0 ε90+

2-------------------

E1 v+------------

ε0 ε90–

2 2ϕ0cos---------------------- =⋅±⋅=

E1 v–-----------

ε0 ε90+

2-------------------

E1 v+------------ 2

2------- ε0 ε45–( )2 ε45 ε90–( )2+⋅±⋅=

2 ϕ0tan3 ε60 ε120–( )

2ε0 ε60 ε120+( )–-------------------------------------------=

σ1 2,E

1 v–-----------

ε0 ε60 ε120+ +

3-----------------------------------

E1 v+------------ 2

3------- ε0 ε60–( )2 ε60 ε120–( )2 ε120 ε0–( )2+ + =⋅ ⋅±⋅=

E1 v–-----------=

ε0 ε60 ε120+ +

3-----------------------------------

E1 v+------------

2ε0 ε60 ε120+( )–

3 2 ϕ0cos-------------------------------------------⋅±⋅


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Metodo analogico

Disposizione schematica per l’elaborazione analogicain tempo reale dei dati di deformazione della rosetta

LEGENDA

RosettaCircuito a ponte per ogni canaleElaboratore del segnale analogicoRegistratore

La Fig. A.1 riporta uno schema di disposizione perl’elaborazione analogica dei segnali delle defor-mazioni di una rosetta. Il calcolatore analogicodeve essere in grado di eseguire le operazioni cor-rispondenti alle formule date in A.1.3.

La frequenza massima analizzata (nel caso di ela-borazione in tempo reale) è limitata dalla velocitàdell’elaboratore dei segnali e dall’apparecchiaturadi condizionamento dei segnali.

La figura non comprende le prescrizioni della cate-na di misura per la memorizzazione e la visualizza-zione dei segnali del trasduttore (vedi Fig. 4, art. 6).

A.2.1 Analogue method

Fig. A.1 Schematic arrangement for analogueon-line processing of rosette strain data

CAPTION

a Rosetteb Bridge circuit for each channelc Analogue signal processord Recorder

Figure A.1 is a diagram of an arrangement forthe analogue processing of the strain signals ofa rosette. The analogue computer has to beable to carry out the operations correspondingto the formulae given in A.1.3.

The maximum analysed frequency (in case ofon-line processing) is limited by the speed ofthe signal processor and the signal-conditioningequipment.

In the figure, provisions in the measurementchain for storage and display of the transducersignal (see Figure 4, clause 6) are not shown.

a b c d


Metodo digitale

Disposizione schematica per l’elaborazione digitalein tempo reale dei dati di deformazione della rosetta

LEGENDA

Sistema acquisizione dati con micro calcolatoreMemoria intermediaRosettaCircuiti a ponte per ogni canaleFiltroCommutatoreOrologio generatore d’impulsiMicroprocessore RegistratoreEntrata delle costanti (E, υ)S + H = campionatura e acquisizioneADC = convertitore analogico-digitaleDAC = convertitore digitale-analogico

La Fig. A.2 mostra in modo schematico una disposi-zione per l’elaborazione digitale dei segnali di de-formazione di una rosetta. La cadenza di campiona-mento, e di conseguenza la frequenza massima deisegnali, viene limitata (nel caso di elaborazione intempo reale) dalla velocità dell’elaboratore. È ne-cessario un campionamento perfettamente simulta-neo dei canali. È indispensabile avere dei filtri pas-sa basso per evitare gli errori di aliasing.

Il risultato di questa elaborazione, sia analogica(Fig. A.1) che digitale (Fig. A.2) è dato dai valoriistantanei di σ1 e σ2 e dal loro orientamento istan-taneo ϕ0; a seconda dell’utilizzo che si fa di questegrandezze, può essere necessario eseguire ulteriorielaborazioni.

A.2.2 Digital method

Fig. A.2 Schematic arrangement of digitalon-line processing of rosette strain data

CAPTION

a Micro computer data acquisition systemb Intermediate storagec Rosetted Bridge circuits for each channele Filterf Multiplexerg Clock pulse generatorh Microprocessori Recorderj Input of constants (E, υ)

k S + H = sample and holdl ADC = analog-to-digital converter

m DAC = digital-to-analog converter

Figure A.2 shows schematically an arrangementfor the digital processing of the strain signals ofa rosette. The sampling rate and subsequentlythe maximum frequency of the signals is limit-ed (in the case of on-line processing) by thespeed of the processor. An exactly simultane-ous sampling of the channels is necessary. An-alogue low-pass-filters are needed to avoidaliasing errors.

The result of this processing, either analogue(Figure A.1) or digital (Figure A.2) is the instan-taneous values of σ1 and σ2 and their instanta-neous orientation ϕ0; according to the use in-tended for these quantities, further processingmay be needed.

a

b

c

d

e

e

e

f

g

h i

klm

S + H

S + H

S + H

ADC

DAC

DAC

DAC

j


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FORMULE PER IL CALCOLO DELLA COPPIA SU UN ALBERO CILINDRICO SOLIDO E DEL CARICO ASSIALE SU UNA BIELLA RETTANGOLARE O CIRCOLARE UTILIZZANDO LA TECNICA DEGLI ESTENSIMETRI

Come detto in 7.2.4 e in 7.2.7, la taratura direttadelle parti della macchina (albero, gambo o bielladi una pala direttrice) sulle quali vengono installatigli estensimetri per misurare la coppia e il caricoassiale, è talvolta impossibile.

In questo caso si possono applicare in prima ap-prossimazione le formule teoriche (vedi più avan-ti) per ottenere una valutazione dell’ampiezza damisurare sulla base dello squilibrio totale del pon-te estensimetrico utilizzato.

Coppia su un alberosolido di sezione cilindricaFacendo riferimento alla Fig. B.1, lo squilibrio to-tale del ponte estensimetrico di misura fornisce unvalore di deformazione Σ ε45 quattro volte maggio-re del valore ε45 del singolo estensimetro, applica-to a 45° rispetto all’asse sulla superficie esternadell’albero.

Dalle ben note relazioni:

si ottiene

da cui si può ottenere Mt.

Carico assiale su una biellacon sezione rettangolare o cilindricaFacendo riferimento alla Fig. B.2, lo squilibrio to-tale del ponte estensimetrico di misura Σ ε fornisceun valore di deformazione 2 (1 + v) volte maggio-re del valore ε1 dell’estensimetro singolo, applica-to in modo assiale sulla superficie esterna dellabiella considerata.

B FORMULAE FOR CALCULATING THE TORQUE ON A CYLINDRICAL SOLID SHAFT AND THE AXIAL LOAD ON A RECTANGULAR OR CIRCULAR SECTION LINK USING THE

APPENDIX/APPENDICE

STRAIN GAUGE TECHNIQUE

As said before in 7.2.4 and 7.2.7, the direct cal-ibration of the machine parts (shaft, stem orlink of a guide vane) on which the strain gaug-es for torque and axial load measurements areinstalled, is sometimes impossible.

In this case, one can apply to a first approxi-mation the theoretical formulae (see below) inorder to obtain an evaluation of the magnitudeto be measured on the basis of the total unbal-ance of the strain gauge bridge utilized.

B.1 Torque on a solid shaftof cylindrical cross-sectionWith reference to Figure B.1, the total unbal-ance of the measurement strain gauge bridgesupplies a strain value Σ ε45 four times higherthan the value ε45 of the single strain gauge,applied at 45° with respect to the axis on theouter surface of the shaft.

From the well known relations:

we obtain:

from which Mt can be obtained.

B.2 Axial load on a link withrectangular or cylindrical cross-sectionWith reference to Figure B.2, the total unbal-ance of the measurement strain gauge bridgeΣ ε supplies a strain value 2 (1 + v) times high-er than the value ε1 of the single strain gauge,applied axially on the outer surface of the linkconsidered.

τ2Mt

π D2----

3---------------=

γ τG----=

ε γ2---=

Mt π D2----

3G

Σ ε45°

4----------------=


Dalle ben note formule:

si ottiene lo squilibrio totale del ponte estensi-metrico:

da cui:

I simboli hanno i seguenti significati:

τ = sollecitazione di taglio;

Mt = coppia all’albero;

D = diametro dell’albero;

γ = deviazione angolare di taglio;

G = modulo di taglio: ;

ε = deformazione (ε1 e ε2 = deformazioni principali);

σ = sollecitazione normale (σ1 e σ2 = sollecita-zioni principali);

E = modulo di Young;

v = rapporto di Poisson;

A = area della sezione trasversale della biella;

P = carico assiale sulla biella.

GE

2 1 v+( )--------------------=

From the well known formulae:

the total unbalance of the strain gauge bridgeis obtained:

from which:

The symbols have the following meanings:

τ = shear stress;

Mt = shaft torque;

D = shaft diameter;

γ = angular shear distorsion;

G = shear modulus: ;

ε = strain (ε1 and ε2 = principal strains);

σ = normal stress (σ1 and σ2 = principalstresses);

E = Young’s modulus;

v = Poisson’s ratio;

A = link cross-sectional area;

P = axial load on the link.

σ1PA---=

σ2 0=

ε1

σ1 vσ2–

E---------------------

σ1

E------= =

ε2

σ1 vσ1–

E---------------------

vσ1

E---------–= =

Σ εσ1

E------2 1 v+( ) 2 1 v+( )ε1= =

P A σ1A E Σ ε2 1 v+( )---------------------= =

GE

2 1 v+( )--------------------=


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Collegamento degli estensimetriper la misura della coppia su un albero cilindrico

LEGENDA

UscitaAlimentazione a corrente o tensione costante

Collegamento degliestensimetriper la misura del carico assialesu una biella a sezione cilindrica o rettangolare

LEGENDA

Sezione cilindricaSezione rettangolareUscitaAlimentazione a corrente o tensione costante

Fig. B.1 Connection of the strain gaugesfor torque measurement on a cylindrical shaft

CAPTION

a Outputb Constant current or voltage source

Fig. B.2 Connection of the straingauges for the axial load measurementon a cylindrical or rectangular section link

CAPTION

a Cylindrical sectionb Rectangular sectionc Outputd Constant current or voltage source

a b

a

b

c d


ESEMPIO DI RELAZIONE FINALE

La presente Appendice fornisce un esempio della pos-sibile struttura e del contenuto della relazione finale.

Questo esempio ha l’unico scopo di essere una guidaper la preparazione della relazione e non deve essereconsiderato in alcun caso come un modulo fisso.

IntroduzioneEsempio di contenuto:

n nome dell’impianto;n proprietario dell’impianto;n data delle prove;n ragione o motivazione delle prove;n descrizione molto sommaria delle misure;n organismo che ha richiesto le misure;n organismo che ha eseguito le misure;n ulteriori commenti.

Oggetto di provaEsempio di contenuto:

n descrizione dell’intero gruppo ed in particola-re della macchina idraulica;

n dati tecnici principali;n copie del disegno di assieme (se disponibile);n informazioni relative alle condizioni di manu-

tenzione e di funzionamento durante le prove.

Programma di provaEsempio di contenuto:

n enunciazione delle specifiche e delle regolecontrattuali riguardanti le prove;

n enunciazione di tutti gli altri accordi prelimina-ri riguardanti le prove;

n cronologia delle prove e descrizione dei modioperativi previsti per le prove.

Personale partecipante alle proveEsempio di contenuto:

n nome del responsabile delle prove;n squadra di prova, numero dei componenti,

funzioni, nomi delle società;n nome degli osservatori inviati dal proprietario

dell’impianto e/o dal contraente.

APPENDIX/APPENDICE

C EXAMPLE OF FINAL REPORT

This appendix gives an example of the possi-ble structure and contents of the final report.

This example is only intended as a guide topreparing the report and by no means shouldbe taken as a fixed form.

C.1 IntroductionContent e.g.:

n name of the plant;n owner of the plant;n date of the tests;n reason or motivation for the tests;n very rough description of the measurements;n organization(s) asking for the measurements;n organization(s) performing the measurements;n additional remarks.

C.2 Object of testContent e.g.:

n description of the whole unit and in partic-ular of the hydraulic machine;

n main technical data;n copies of general view drawing (if available);n information concerning maintenance and

operation conditions during the tests.

C.3 Test programmeContent e.g.:

n statement of contractual specifications andregulations relevant for the tests;

n statement of all other preliminary agree-ments pertinent to the tests;

n time schedule for the tests and description ofthe planned operational modes for the tests.

C.4 Personnel taking part in the testsContent e.g.:

n name of the chief of tests;n test crew, number of persons, functions,

name of companies;n name of observers sent by the owner of the

plant and/or the contractor.


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Istallazioni e apparecchiature di provaEsempio di contenuto:

n elenco delle grandezze misurate;n schizzo con l’indicazione del posizionamento

dei trasduttori;n descrizione del posizionamento dei trasdutto-

ri e del loro montaggio in forma scritta e digrafico;

n descrizione della strumentazione:n trasduttori,n amplificatori,n sistemi di registrazione,n sistemi di monitoraggio;

n sistemi di elaborazione dei dati in tempo reale,se utilizzati, con indicato il costruttore, il tipoe, se necessario, il numero di serie;

n tabelle dei coefficienti di taratura e loroorigine;

n descrizione delle procedure di taratura, se ese-guita sul posto prima della misure e/o dopo leprove;

n schema a blocchi della catena di misura (tra-sduttori, amplificatori, sistemi di registrazionee di monitoraggio).

Documenti di provaEsempio di contenuto:

n diario quotidiano degli avvenimenti accadutidurante le prove;

n tabelle contenenti le prove (come esempio,vedi Fig. C.1);

n registrazioni dei risultati delle valutazioniprovvisorie, se eseguiti;

n esempio dei diagrammi delle registrazioni intempo reale e/o dei diagrammi tracciati, se vieneutilizzata l’elaborazione dei dati in tempo reale.

Risultati di provaEsempio di contenuto:

n tabelle delle condizioni di prova specifiche pertutte le misure (come esempio, vedi Fig. C.2);

n tabelle contenenti i risultati di tutte le misure(come esempio, vedi le Fig. C.3 e C.4);

n diagrammi (per esempio registratore su carta oplotter) che mostrino una delle grandezze mi-surate per diverse prove (come esempio, vediFig. C.5) o diverse grandezze per una prova(come esempio, vedi Fig. C.6).

C.5 Test installations and equipmentContent e.g.:

n list of measured quantities;n outline drawing with indication of trans-

ducer locations;n description of transducer locations and of

transducer mountings in written and ingraphic form;

n description of the instrumentation:n transducers,n amplifiers,n recording systems,n monitoring systems;

n on-line data processing systems, if used,with indication of the manufacturer, typeand, if necessary, serial numbers;

n tabulation of the calibration coefficientsand their source;

n description of the calibration procedures ifperformed in the plant prior to the meas-urements and/or after the tests;

n schematic block diagrams of the measuringchain (transducers, amplifiers, recordingand monitoring systems).

C.6 Test documentationContent e.g.:

n daily log of the events during the tests;

n tabulation of the tests (as an example seeFig. C.1);

n records of the results of provisional evalua-tions, if performed;

n examples of on-line recorder charts and/orplotted diagrams if on-line data processingis used.

C.7 Test resultsContent e.g.:

n tabulation of the specific test conditions for allmeasurements (as an example see Fig. C.2);

n tabulation of the results of all measurements(as example see Figures C.3 and C.4);

n diagrams (e.g. strip chart recorder or plot-ter, output) showing one of the measuredquantities for several tests (as an examplesee Figure C.5) or of several quantities forone test (as an example see Fig. C.6).


Valutazione dei risultati di provaEsempio di contenuto:

n descrizione dei metodi di valutazione e di cal-colo e, se utilizzata, della strumentazione usataper la valutazione, analizzatori di frequenza,calcolatori ecc. (schema a blocchi);

n esempio di calcolo eseguito per una determi-nata prova, tutte le volte che è possibile, a tito-lo di dimostrazione;

n tabelle con i risultati delle elaborazioni;n diagrammi che mostrino i risultati delle elabo-

razioni, per esempio analisi di frequenza (co-me esempio, vedi Fig. C.7).

Interpretazione dei risultatin discussione dei risultati;n confronto dei risultati delle elaborazioni in

funzione delle diverse condizioni di funziona-mento della macchina;

n confronto dei risultati di prova con le pulsa-zioni misurate sul modello (se disponibili).

Tutte le interpretazioni che diano le relazioni e leinterdipendenze tra le quantità eccitanti o eccitate,così come tutte le raccomandazioni riguardanti ilfunzionamento della macchina, sono al di fuoridello scopo della presente Guida (vedi 1.3).

C.8 Evaluation of the test resultsContent e.g.:

n description of the evaluation and calculationmethods, and, if used, of the instrumenta-tion for the evaluation, frequency analysers,computers, etc. (schematic block diagrams);

n sample calculation for one selectedtest whenever possible, for demonstra-tion;

n tabulation of the results of the evaluations;n diagrams, showing the results of the evalu-

ations, e.g. frequency analyses (as an ex-ample see Fig. C.7).

C.9 Interpretation of the resultsn discussion of the results;n comparison of the results of the evaluation

with respect to the different operationalconditions of the machine;

n comparison of the test results with pulsa-tions measured on model (if available).

Any interpretation giving the relations and de-pendences between exciting and excited quan-tities, as well as any recommendation about theoperation of the machine, are outside thescope of this guide (see 1.3).


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Esempio di un possibile elenco di proveFig. C.1 Example of a possible list of tests

* Altri parametri, se necessari (per es. velocità di rotazione)/Additional parameters if necessary, e.g. rotational speed.** Quota sopra il livello del mare/Elevation above mean sea level.*** Apertura della direttrice (iniettore)/Guide vane (needle) opening.

Tabella/Table: Dati principali di prova/Main data of testsData/Date

Impianto/Plant:

Gruppo/Unit:

Condizioni operative degli altri gruppi/Operating conditions of other units:

Prova N./Test No.

Tempo/Time

Pao***

Livello di monte (alta pressione)/Headwater level (high pressure)

Livello di valle (bassa pressione)/

Tailwater level (low pressure)

*

Contatore del nastro

magnetico/Magnetic tape counter

Condizioni di prova/Osservazioni/

(vedi 4.1.1)Conditions test/Remarks

(see 4.1.1)

MW%

o/ormm

m(s.l.m.)/(asl)

**

m(s.l.m.)/(asl)

**

inizio/begin

fine/end


Esempio di un possibile elenco dicondizioni operative durante l’esecuzione delle prove

Fig. C.2 Example of a possible listof operational conditions during the tests

Tabella/Table: Valutazione dei risultati di prova/Evaluation of test results

Impianto/Plant:

Data/Date Gruppo/Unit:


General data of operational conditions duringtest runs (switchboard meters and additionalinstruments)

Dati generali sulle condizioni di funzionamentodurante i cicli di prova (strumenti del quadro ealtri)

Prova N./Test No.

Pgenera-tore/mo-

toregen./mot.

Livello di monte(alta

pressione)/Head-water

level(high press.)

Livello di valle

(bassa pressione)/

Tailwater level

(low press.)

Salto geodetico

d’impianto/Geodetic height

of plant

Pturbina/pompa

turb./pump

Apertura direttrice

(iniettore)/Guide van(needle)opening

Angolo pala

girante/Runner blade angle

Ulterioriparametri/Additionalparameters

Osserva-zioni/

Remarks

MWm

(s.l.m.)/(asl)

m(s.l.m.)/

(asl)m MW

%o/ormm

Gradi/Degrees

The additional parameters may be:n specific hydraulic energy;n discharge;n rotational speed;n turbine or pump efficiency.In special cases, the following parameters can behelpful to describe the operational conditions ofthe machine:n ratio of specific hydraulic energy (or head) du-

ring measurements to specific hydraulic ener-gy (or head) at efficiency optimum*;

n ratio of discharge during measurement to di-scharge at efficiency optimum*;

n ratio of power during measurement to powerat efficiency optimum*;

n specific hydraulic energy coefficient or speed

parameter: or **

n discharge coefficient: or

**

n cavitation factor σ = NPSE/E.

* Values for specific hydraulic energy (or head), dischargeand mechanical power at efficiency optimum can be takenfrom model test results.

** EnD (or nED) and QnD (or QED) and σ may be helpful tocompare measurements of hydraulically similar machines.D is the reference diameter.

EnDE

n2 D

2---------------= nED

n D

E0 5,

----------=

QnD

Q1

n D3

-------------=

QED

Q1

D2 E

0 5,------------------=

Ulteriori parametri possono essere:n energia specifica idraulica;n portata;n velocità di rotazione;n rendimento della turbina o della pompa;In casi particolari, i seguenti parametri possono essereutili per descrivere le condizioni operative dellamacchina:n rapporto tra l’energia idraulica specifica (o salto)

durante le misure e l’energia idraulica specifica (osalto) al punto di massimo rendimento*;

n rapporto tra la portata durante le misure e la por-tata al punto di massimo rendimento*;

n rapporto tra la potenza durante le misure e la po-tenza al punto di massimo rendimento*;

n coefficiente di energia idraulica specifica o para-

metro di velocità: o **

n coefficiente di portata: o

**

n fattore di cavitazione σ = NPSE/E.

* I valori relativi all’energia idraulica specifica (o salto), alla por-tata e alla potenza meccanica al punto di massimo rendimentopossono essere rilevati dai risultati delle prove su modello.

** EnD (o nED) e QnD (o QED) e σ possono essere utili per con-frontare le misurazioni di altre macchine idrauliche simili. D èil diametro di riferimento.

EnDE

n2 D

2---------------= nED

n D

E0 5,

----------=

QnD

Q1

n D3

-------------=

QED

Q1

D2 E

0 5,------------------=


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Esempio di un possibile elencodei risultati di prova nelle misure di vibrazione

Fig. C.3 Example of a possible listof test results of vibration measurements

* Variabile di vibrazione X: spostamento, velocità o accelerazione essendo Xx, Xy, Xz le componenti cartesiane./Vi-bration variable X: displacement, velocity or acceleration, Xx, Xy, Xz being the cartesian components.

** Ulteriori parametri possono essere per esempio:/Additional parameters may be for example:

: valore efficace del picco più alto nello spettro potenza-frequenza della variabile di vibrazioneX;/effective value of the highest peak in the power-frequency spectrum of the vibration variable X;

: rapporto tra il valore efficace del picco più alto nello spettro potenza-frequenza e il valore

efficace della variabile di vibrazione X./ratio of effective value of the highest peak in the power-frequency spectrum tothe effective value of the vibration variable X.

*** Specificare il campo di frequenza dell’analisi./Specify the frequency range of the analysis.

Tabella/Table: Risultati della prova diResults of testsData/Date

Impianto/Plant:

Vibrazioni al punto n./Vibrations at Point No.

Gruppo/Unit:


Descrizione:/Description:

Prova N./Test No.

P generato-re/motoreGen./Motor

Variabile di vibrazione X*/Vibration variable X*

Frequenza dominante

(eventuale)/Dominant frequency

(if any)

Ulteriori parametri/Additional parameters

**

Osservazioni/Remarks

***Picco-picco o picco/Peak-to-peak or peak

Efficace (r.m.s.)/Effective (r.m.s.)

Xx Xy Xz Xx Xy Xz Xx Yy ZzMW Hz Hz Hz

X*xeff , X*

yeff , X*zeff

X*xeff

Xxeff--------------

X*yeff

Xyeff-------------,

X*zeff

Xzeff-------------,


Esempio di un possibile elenco dei risultatidi prova delle misure di pulsazione di pressione

Fig. C.4 Example of a possible list of testresults of pressure pulsation measurements

* = valore medio stazionario./stationary mean value.

** = valore efficace del massimo punto di picco nello spettro delle pulsazioni di pressione./effective value

of the highest peak in the spectrum of pressure pulsations.*** Specificare il campo di frequenza dell’analisi./Specify the frequency range of the analysis.

Tabella/Table: Risultati della prova diResults oftestsData/Date

Impianto/Plant:

Gruppo/Unit:

Pulsazioni di pressione al punto n./Pressure pulsations at point No. Condizioni operative degli altri gruppi/

Operating conditions of other units:

Descrizione:/Description:

Prova N./Test No.

PGeneratore/

motoreGen./Motor

ppp*

prms

Frequenzadominante/

Dominantfrequency

**

Ulteriori parametri/Additional parameters

Osservazioni/Remarks

***

MWPa

(bar)Pa

(bar)Pa

(bar)Hz

Pa(bar)

ppp

ρ E--------- p 2 2peff

ppp------------------- peff

* peff*

peff----------

p

peff*


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Esempio di un diagrammache illustra una variabile per diverse prove

LEGENDA

PressionePressione nella cassa spiraleImpianto:Gruppo:Tempo

Fig. C.5 Example of a diagramshowing one variable for several tests

CAPTION

a Pressureb Pressure in spiral casingc Plant:d Unit:e Time

a

eb c d


Esempio di un diagramma che illustra diversevariabili di una stessa prova

LEGENDA

Pulsazioni/gruppo 4Pressione all’ingresso p11 cm = 0,20 bar∆p1pp = 0,35 barPressione all’aspiratore p21 cm = 0,5 bar∆p2pp = 1,05 barPotenza del generatore Pel1 cm = 2,00 MW∆Pelpp = 8,00 MWEstremità dell’alberoSpostamento assiale SAD1 cm = 0,10 mm∆SADpp = 0,19 mmScala temporale1 div 1 snvelocità di sincronizzazione = 3,75 s–1

Tempo

Fig. C.6 Example of a diagram showing several variablesfor one test

CAPTION

a Pulsations/unit 4b Intake pressure p1

1 cm = 0,20 bar∆p1pp = 0,35 bar

c Draft tube pressure p21 cm = 0,5 bar∆p2pp = 1,05 bar

d Generator power Pel1 cm = 2,00 MW∆Pelpp = 8,00 MW

e Shaft endAxial displacement SAD1 cm = 0,10 mm∆SADpp = 0,19 mm

f Time scale1 div 1 snsynch. speed = 3,75 s–1

g Time

a b c d e fg


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Esempio di un diagrammache illustra i risultati di un’analisi

LEGENDA

Frequenza (Hz)Potenza del generatore (MW)5,55 giri/s = velocità di rotazione116,60 Hz = 5,55 × 7 × 3, velocità di rotazione × numero di pale della gi-rante (7) per terzo ordine (terza armonica)

Fig. C.7 Example of a diagramshowing the results of an analysis

CAPTION

a Frequency (Hz)b Generator power (MW)c 5,55 rev/s = rotational speedd 116,60 Hz = 5,55 × 7 × 3, rotational speed × number of runner

blades (7) × 3rd order (3rd harmonic)

a

b

c

d


DISTORSIONE DELLEMISURE DELLE PULSAZIONIDI PRESSIONE PER TRASDUTTORIMONTATI CON UN TUBO DI COLLEGAMENTO

Se si utilizza una disposizione come quella dellaFig. D.1, comprendente il tubo di collegamento ela camera degli strumenti, può prodursi una distor-sione nel segnale misurato dal trasduttore all’inter-no della camera (I) rispetto alla misura che sareb-be stata effettuata all’imboccatura attraverso laquale il tubo di collegamento comunica con il pas-saggio d’acqua (II).

Questa distorsione diventa particolarmente accentua-ta non appena la frequenza del segnale (partendo dazero) raggiunge una prima frequenza critica fc infunzione dei diversi parametri, che comprendono:

n il rapporto ;

n l’elasticità del tubo e delle pareti della cameraecc.

Per esempio, nel caso particolarmente semplice diun sistema con pareti rigide e senza bolle di gas, sipuò dimostrare (presumendo uno smorzamentotrascurabile delle pulsazioni di piccola ampiezza ediametro del tubo piccolo in confronto a ac/fc)che la prima frequenza critica fc viene fornita dallaformula:

dove ac è la velocità di propagazione dell’ondanel tubo di collegamento (vedi 2.3.4.12);

oppure, per Vc << Ac Lc:

In pratica, è consigliabile evitare l’utilizzo di apparec-chiature di misura a una frequenza superiore a 0,1 fce prevedere l’utilizzo di appropriati filtri passa-basso.

Ulteriore distorsione viene introdotta dalla presenzadi eventuali bolle d’aria o di vapore nel sistema. Bi-sogna perciò fare particolare attenzione durante ilmontaggio, il riempimento e lo spurgo del sistema.

Vc

LcAc-----------

D DISTORTION OFPRESSURE PULSATION MEASUREMENTS FOR TRANSDUCERS

APPENDIX/APPENDICE

MOUNTED WITH A CONNECTING PIPE

If an arrangement as shown in Figure D.1, withconnecting pipe and instrument chamber, isadopted, distortion is to be expected in the sig-nal measured by the transducer inside thechamber (I) in comparison with the measure-ment that would be effected at the mouththrough which the connecting pipe communi-cates with the water passage (II).

Such distortion becomes particularly severe asthe frequency of the signal (starting from zero)reaches a first critical frequency fc dependingon several parameters, including:

n the ratio ;

n the elasticity of the pipe and chamberwalls, etc.

For instance, in the particularly simple case ofrigid walls and no gas bubbles in the system, itcan be shown (under the assumptions of negli-gible damping, small amplitude pulsations andpipe diameter small as compared with ac/fc)that the first critical frequency fc is given by theformula:

where ac is the wave propagation velocity inthe connecting pipe (see 2.3.4.12);

or for Vc << Ac Lc:

In practice, it is advisable to avoid operation ofmeasuring equipment above 0,1 fc and envis-age the use of suitable low-pass filters.

Further distortion is introduced by any air orvapour bubbles present in the system. Particu-lar care should therefore be devoted to mount-ing, filling and purging of the system.

Vc

LcAc-----------

g2πfcLc

ac----------------cot

2πfcVc

acAc-----------------=

fcac

4 Lc---------- 1

1Vc

Lc Ac--------------+

-----------------------⋅=


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Disposizione schematica del trasduttoredi pressione montato con tubo di collegamento

LEGENDA

Tubo di collegamentoVolume della camera VcCondotto dell’acquaSezione trasversale AcTrasduttore di pressione

Fig. D.1 Schematic arrangement of pressuretransducer mounted with connecting pipe

CAPTION

a Connecting pipeb Chamber Volume Vcc Water passaged Cross section Ace Pressure transducer

c

a

d

b

e


Altre Pubblicazioni Internazionali menzionate nella presente Norma con riferimento alle corrispondenti Pubblicazioni Europee

Quando la pubblicazione Internazionale è statamodificata da modifiche comuni CENELEC, indica-te con (mod), si applica la corrispondente EN/HD.

Altre Pubblicazioni:

ZA Other International Publications quoted in this standard with the references of the relevant

ANNEX/ALLEGATO

European Publications

When the International Publication has beenmodified by common modifications, indicatedby (mod), the relevant EN/HD applies.

Other Publications quoted:

IEC Data Titolo EN/HD Data Norma CEI

184 1965 Methods for specifying the characteristics of electro-mechanical transducers for shock and vibration measurements

HD 178 S1 1977 —

222 1966 Methods for specifying the characteristics of auxiliary equipment for shock and vibration measurements

— — —

ISO 2041 1975 Vibration and shock – Vocabulary – Bilingual edition

ISO 3945 1985 Mechanical vibration of large rotating machines with speed range from 10 to 200 tr/sMeasurement and evaluation of vibration severity in situ

ISO 5347-0 1987 Methods for the calibration of vibration and shock pick-upsPart 0: Basic concepts

ISO 5348 1987 Mechanical vibration and shock – Mechanical mounting of accelerometers

ISO 7919-1 1986 Mechanical vibration of non-reciprocating machines – Measurements on rotating shafts and evaluation – Part 1: General guidelines

ISO 8042 1988 Shock and vibration measurements – Characteristics to be specified for seismic pick-ups

normativenormativo


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NORMA TECNICACEI EN 60994:1996-04Totale Pagine 92

La presente Norma è stata compilata dal Comitato Elettrotecnico Italiano e beneficia del riconoscimento di cui alla legge 1º Marzo 1968, n. 186.

Editore CEI, Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano - Stampa in proprioAutorizzazione del Tribunale di Milano N. 4093 del 24 luglio 1956

Responsabile: Ing. E. Camagni

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4 - Motori primi idraulici

CEI EN 61116 (4-3)Guida per l’equipaggiamento elettromeccanico di piccoli im-pianti idroelettrici

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