Innhold

HÅNDBOK - AKSELVIBRASJONER, SKADEATLAS

1 Introduksjon

Dette avsnittet/boken gir en mer inngående beskrivelse av symptomer, årsak, konsekven- ser, etc. for de forskjellige typer feil/skader som kan registreres med måling og analyse av vibrasjoner i et vannkraftverk.

Avsnittet omhandler feil/skader som kan oppdages ved analyse av akselbevegelse samt vibrasjoner i stasjonære deler. For sistnevnte analyse må man foreta målinger med akselerometer eller hastighetsgivere.

Nedenfor følger en kortfattet forklaring til de figurer som brukes til å vise symptomene til de enkelte feil/skader:

Tabell 1: Kortfattet forklaring
Figurer	- Beskriver symptomer for den aktuelle feilen.
	- Beskriver symptomer som er mest karakteristisk for den aktuelle feil.
F rekvensspekter	- På alle figurer er 1 x n, første harmoniske av turtallsfrekvensen, angitt.
Tidsbilde	- På alle figurer er det vist en syklus for aggregatet, det vil si en omdreining.
	- Heltrukken linje angir akselbevegelse gitt fra en avstandsgiver ved et av lagrene.
	- Stiplet linje angir akselbevegelse gitt fra en avstandsgiver ved et av de andre lagrene målt i samme akseretning
Orbit	- Heltrukken linje angir akselbevegelse.
	- Stiplet linje angir lagerklaring.
	- Sirkel med kryss angir akselposisjon ved stillstand.
Kaskadeplott	- Figuren viser frekvensspekter lagt på hverandre ved varierende turtall. Høyeste turtall er vist i nederste frekvensspekter.

2 Aksel - Bøyd

2.1 Symptomer

Tabell 2: Symptomer
Akselkast	* Tidsbilde
	- Utslag ved sakte rotasjon.
	* Orbit
	- Utslag ved sakte rotasjon.
	- Akselkast ofte større på begge sider av lageret enn i selve lagergangen.
	- Målt akselkast er forskjellig fra virkelig akselkast.

Figur 2: Over: “Tidsbilde”, under: “Orbit”

2.2 Feil med lignende symptomerer

Aksel, oppretting
Aksel, sprekker
Kobling, løs
Styrelager, slitasje
Ubalanse, hydraulisk
Ubalanse, magnetisk
Ubalanse, mekanisk

2.3 Årsak

Aksel produsert med bøy.

2.4 Konsekvenser

2.5 Supplerende måling / kontroll

Retthetskontroll av aksel

2.6 Kommentarer

Aksler har normalt så liten bøy at det er vanskelig å oppdage ved vibrasjonsmålinger.
Denne feilen må regnes som en produksjonsfeil og vil ikke kunne uvikle seg etter at den er innstallert på kraftverket, om man ikke ved revisjoner slipper den i gulvet.

3 Aksel - Egensvingninger

3.1 Symptomer

Tabell 3: Symptomer
Akselkast	* Kaskadeplott
	- Egenfrekvensen er nær uavhengig av turtallsvariasjon.
	* Tidsbilde
	- Fasevinkel endres 1809 ved passering av en egenfrekvens når turtallet varieres. Gjelder bare ved lager-kritsisk egensvingning.
	* Orbit
	- Lite akselkast ved bøyekritisk egensvingning.
	- Stort akselkast ved lagerkritisk egensvingning.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Tidsbilde

3.2 Feil med lignende symptomerer

Ubalanse, mekanisk

3.3 Årsak

Liten lagerstivhet.
Løs lagerinnfesting.
Slitasje i styrelager.
Konstruksjonssvakhet.
Endret akselstivhet (sprekk i aksel)

3.4 Konsekvenser

Bolter løsner.
Subbing i spalter (pakkboks).
Utmattingsskader på konstruksjonen.
Kritisk under avslag på aggregatet.
Akselbrudd.

3.5 Supplerende måling / kontroll

Beregning av egenfrekvenser
Kontroll av lagerstivhet og stivhet av kryss.
Modalanalyse.

3.6 Kommentarer

Det er viktig å skille mellom bøyekritisk egenfrekvens der akselen bøyes ut og lagerkritisk egenfrekvens der akselen ikke bøyes, men svinger i oljefilmen i lage- ret. Den sistnevnte er sjelden farlig på kort sikt, men kan gi kraftige vibrasjoner. Hvis turtallet er nær bøyekritisk egenfrekvens eksiteres bøyekritisk turtall. Dette er en svært farlig tilstand.
En metode til å øke stabiliteten i de roterende deler når man har lagerkritisk egensvingninger er å forstille lageropprettingen noe med tanke på å få en mer definert kraft i alle lagre og dermed en høyere lagerstivhet.
Parametrisk resonans kan forekomme spesielt på aggregater med to styrelagre, paraplyopplagring. Parametrisk resonans er definert som en kombinasjon av to egenfrekvenser etter følgende formel:

\[f = (f_1 \pm f_2)/a \qquad{(1)}\]

der f₁ og f₂ = Egenfrekvenser (Hz), og a = Et vilkårlig heltall (1,2,3,….)

Rotorsystemer med egensvingninger i aktuelle kjøreområde vil være svært kompliserte å avbalansere om man ikke er klar over fenomenet.

4 Aksel - Oppretting

4.1 Symptomer

Tabell 4: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1x turtallsfrekvens fremtredende, stabil over tid.
	* Tidsbilde
	- 180” faseforskjell mellom øvre og nedre generatorlager.
	* Orbit
	- Utslag ved sakte rotasjon.
	- Orbit tilnærmet sirkulær.
	- Akselkast målt under drift på aggregatet kan være forskjellig fra virkelig akselkast.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

4.2 Feil med lignende symptomerer

Aksel, bøyd
Kobling, løs
Ubalanse, hydraulisk
Ubalanse, magnetisk
Ubalanse, mekanisk

4.3 Årsak

Saksing i flens.
Vinkelavvik i flens.
Ujevnt tiltrekkingsmoment på bolter i kobling mellom generator- og turbinaksel.

4.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Koblingsbolter løsner.

4.5 Supplerende måling / kontroll

Pendling av akselstreng.

4.6 Kommentarer

Akselkastet vil øke i turbinlageret om det er av typen sylindrisk lager.
Det vil være liten endring av akselkastet i turbinlageret om dette er av typen med bratte oppløpskanter. Økningen av akselkastet vil i første rekke komme i nedre generatorlager.

5 Aksel - Sprekker

5.1 Symptomer

Tabell 5: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1 og 2x turtallsfrekvens øker med økende last på aggregatet.
	* Orbit
	- Akselkast øker med økende last på aggregatet.
	- Halvmåneformet orbit.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

5.2 Feil med lignende symptomerer

5.3 Årsak

Høyt påkjent aksel.
Utforming av hulkiler.
Korrosjonssprekker (vannberørte flater).
Materialfeil i aksel.
Utmattingsskader.

5.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Lagerslitasje.
Utmattingsskader på stasjonære deler.
Bolteforbindelser løsner.
Lagerhavari.
Akselbrudd.

5.5 Supplerende måling / kontroll

Lagertemperatur.
Sprekkontroll av aksel (penetrerende væske/ ultralyd).
Oljeanalyse.

5.6 Kommentarer

6 Berøring Roterende - Stasjonære Deler

6.1 Symptomer

Tabell 6: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1x turtallsfrekvens økende ved jevn berøring mellom roterende og stasjonære deler. Ved mer impulsiv berøring vil 1/2, 1/3 og 1/4 x turtallsfrekvensen og multipler av disse 0 komme frem.
	* Tidsbilde
	- Flate partier på svingningene.
	* Orbit
	- Akselkast med flate partier.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- 1x turtallsfrekvens økende ved sammenhengende berøring mellom roterende og stasjonære deler. Ved mer impulsiv berøring vil 1/2, 1/3 og 1/4x turtallsfrekvensen og multipler av disse komme frem.
	* Tidsbilde
	- Plutselige utsving som ved slag.

6.2 Feil med lignende symptomerer

Styrelager, løs innfesting

6.3 Årsak

Feiloppretting.
Stor lagerklaring.
Deformerte spalter.
Løpehjul subber i løpehjulskammer (kaplan).
Eksentrisk plassering av stasjonære deler som pakkboks, labyrinttetniger etc.
Dobbel jordslutning av feltviklingene.

6.4 Konsekvenser

Utmatting av hvittmetall i lagrene.
Bolteforbindelser løsner.
Slitasje/sprekker/brudd på deler som er i berøring.
Lagerhavari.

6.5 Supplerende måling / kontroll

Søking av klaringer.
Lytte etter ulyder ved stans.
Visuell kontroll av løpehjulskammer (kaplan).
Visuell kontroll av turbinhus (pelton).

6.6 Kommentarer

Subbing kan være selvforsterkende på grunn av lokal oppvarming av både stasjonære og roterende deler.
Dobbel jordslutning av feltviklingen: Aggregater med rotorjordvern vil øyeblikkelig få avmagnetisering og stopp.

7 Bærehode - Skjevt

7.1 Symptomer

Tabell 7: Symptomer
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	* Tidsbilde
	- Passeringsfrekvensen til bærelagersegmentene er fremtredende.

7.2 Feil med lignende symptomerer

7.3 Årsak

Bærehodet er feilmaskinert.
Bærehodet har løsnet.
Bærehodet montert skjevt.
Skjev glidering (aksiell retning)

7.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Utmattingsskader.
Slitasje/brudd i holdering for bærehode.
Bærelagerhavari.

7.5 Supplerende måling / kontroll

Kontrollere om passrust kan påvises.
Kontroll av pasning bærehode - aksel.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse.

7.6 Kommentarer

Bærehodet er svakt krympet på akselen og kan løsne.
Det kan bli stor slitasje under start med skjevt bærehode dersom aggregatet ikke har trykkoljesmøring.

8 Bærelager - Skjevt

8.1 Symptomer

Tabell 8: Symptomer
Akselkast	* Orbit
	- Akselen vil legge seg inntil samme punkt hver gang aggregatet stopper.

8.2 Feil med lignende symptomerer

8.3 Årsak

Lager/Kryss ute av vater.
Svikt i fundamenter.
Svikt i fjærer for lagersegmenter.

8.4 Konsekvenser

Utmatting av hvittmetall
Stigende lagertemperatur
Bærelagerhavari.

8.5 Supplerende måling / kontroll

Vatring av bærelager.
Visuell kontroll av lagersegmenter.
Lagertemperatur (bærelager).
Oljeanalyse.

8.6 Kommentarer

9 Feilkombinering (Kaplan)

9.1 Symptomer

Tabell 9: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- Antall ledeskovler multiplisert med turtallsfrekvensen blir fremtredende.
	- 1x turtallsfrekvens øker med økende last.
	* Orbit
	- Orbit kan være ustabil.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Antall løpeskovler multiplisert med turtallsfrekvensen blir fremtredende i radiell retning.
	- 1x turtallsfrekvens øker med økende last, i radiell retning.

9.2 Feil med lignende symptomerer

Ledeapparat, slitasje

9.3 Årsak

Slitt kombineringskam.
Slitasje i tilbakeføring.
Slitasje i løpehjulsnav.
Bruk av feil kombineringskurve.
Feil i elektronikk til turbinregulator.

9.4 Konsekvenser

Kavitasjon.
Redusert turbineffekt (dårlig virkningsgrad).
Slitasje i ledeapparat.

9.5 Supplerende måling / kontroll

Indeksmålinger.
Kontroll av lede- og løpeskovelåpning sett i forhold til satte verdier ved den aktuelle fallhøyde.
Sammenligning av virkelig og avlest lede- og løpe- skovelåpning.
Kontroll av dødgang i reguleringsmekanisme.

9.6 Kommentarer

10 Kavitasjon

10.1 Symptomer

Tabell 10: Symptomer
Akselkast	* Orbit
	- Liten endring av akselkast om kavitasjonen er jevnt fordelt. Opptrer kavitasjonen bare på visse områder av løpehjulets omkrets vil akselkastet øke.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

10.2 Feil med lignende symptomerer

10.3 Årsak

Aggregatet går på overlast.
Ekstremt lavt undervann.
Skader på ledeskovler
Skader i løpehjul.
Luftinnslipning på løpehjul tett.

10.4 Konsekvenser

Støy omkring turbinen.
Slitasje på løpehjul.
Redusert turbineffekt (dårlig virkningsgrad).
Utmattingsskader på løpehjul.

10.5 Supplerende måling / kontroll

Høre på turbinen under drift.
Visuell kontroll av løpehjul.
Visuell kontroll av ledeapparat.

10.6 Kommentarer

11 Kobling - Løs

11.1 Symptomer

Tabell 11: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1 x turtallsfrekvens fremtredende.
	- 2 x turtallsfrekvens ved svært løs kobling.
	* Orbit
	- Akselkastet øker (se kommentarer).
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- 2 x turtallsfrekvens i radiell retning ved svært løs kobling.

11.2 Feil med lignende symptomerer

Aksel, bøyd
Aksel, sprekker
Ubalanse, hydraulisk
Ubalanse, magnetisk
Ubalanse, mekanisk

11.3 Årsak

Forspenn i koblingsbolter mellom generator- og turbinaksel er redusert.

11.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Koblingsbolter ødelegges.

11.5 Supplerende måling / kontroll

Lagertemperatur.
Måle tiltrekkingsmoment på koblingsbolter.
Kontroll av akselretthet (pendling).

11.6 Kommentarer

Akselkastet vil øke i turbinlageret om det er av typen sylindrisk lager.
Det vil være liten endring av akselkastet i turbinlageret om dette er av typen med bratte oppløpskanter. Økningen av akselkastet vil i første rekke komme i nedre generatorlager.

12 Ledeapparat - Slitasje

12.1 Symptomer

Tabell 12: Symptomer
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Grunnivået i det høyfrekvente området øker over tid.

12.2 Feil med lignende symptomerer

Feilkombinering (kaplan)

12.3 Årsak

Klaring mellom de enkelte ledeskovler og mellom ledeskovler og turbinlokk øker.
Sandholdig vann.
Fremmedlegemer som plast etc. kiler seg fast i ledeapparat og fører til rivninger.
Materialvalg for ledeapparat.

12.4 Konsekvenser

Redusert turbineffekt (dårlig virkningsgrad).
Problemer med innfasing av aggregatet p.g.a. mye lekkasjevann som gir høyt turtall på aggregatet i tomgang.
Lekkasje kan bli så stor at de roterende deler ikke går til stans ved stengning av ledeapparat.

12.5 Supplerende måling / kontroll

Spaltevannsmengde.
Visuell kontroll av ledeapparat.
Søking av spalter i ledeapparat.

12.6 Kommentarer

Normalt vil slitasje i ledeapparatet oppdages ved rutinekontroll av ledeappartatet.
Slitasjen er ofte størst den første driftstiden for aggregatet. Vannet kan da inneholde mye sand før massene i tilløpssystemet har stabilisert seg.
Er det spaltevannsuttak på turbinen vil man kunne følge med på utviklingen av spaltevannsmengden som gir en indikasjon på hvor stor sandslitasjen i turbinen er.

13 Ledeapparat - Feilinnstilling (Pumpeturbin)

13.1 Symptomer

Tabell 13: Symptomer
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Nivåene er sterkt avhengig av turtall, fallhøyde og last på aggregatet.

13.2 Feil med lignende symptomerer

Skjevkraft, hydraulisk

13.3 Årsak

13.4 Konsekvenser

Økt effektforbruk i pumpedrift.

13.5 Supplerende måling / kontroll

Kontrollere slag/fallhøyde/turtall mot satte verdier.
Vibrasjonsmåling på reguleringsring.

13.6 Kommentarer

Måles vibrasjoner på reguleringsring vil man se at vibrasjonsnivået er høyest ved optimal innstilling av ledeskovlene.

14 Resonans i stasjonære deler

14.1 Symptomer

Tabell 14: Symptomer
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Grunnivået heves omkring den aktuelle frekvens.
	* Kaskadeplott
	- Egenfrekvensen er nær uavhengig av turtallsvariasjon.

14.2 Feil med lignende symptomerer

14.3 Årsak

Svake konstruksjoner (ikke tilstrekkelig stive).
Løse bolteforbindelser.
Sprekker.

14.4 Konsekvenser

Bolter løsner.
Utmattingsskader på konstruksjonen.

14.5 Supplerende måling / kontroll

Beregning av egenfrekvenser.
Modalanalyse.

14.6 Kommentarer

Systemfrekvensene er de viktigste eksitasjonskildene.
To systemfrekvenser kan kombineres slik at de eksiterer (ligger i nærheten av) egenfrekvensen til en stasjonær del. Vi viser her et eksempel:

Et aggregat har 30 løpeskovler og 24 ledeskovler i turbinen. Pulsene fra lede- og løpeskovler kan teoretisk kombineres som følger:

Frekvens = turtallsfrekvens x (24 x 30)/z Z =6,7,8,9,…..,720 6 er det største heltall som går opp i 24 og 30

Er turtallet for aggregatet 600 o/min (10.0 Hz) vil følgende “kombinerte” frekvenser kunne være en kilde til eksitasjon:

1200(2=6), 1029(z=7), 900(2=8),…., 10(z=720) Hz

Det er bare enkelte av disse “kombinerte” frekvensene som kommer frem ved frekvensanalyse, de fleste er for lave til å kunne oppdages.

Det er svært sjelden at slike kombinerte frekvenser fører til økte vibrasjoner på grunn av resonans.

Resonans kan i noen tilfeller komme frem etter revisjoner eller reparasjonsarbeider på grunn av endret stivhet i konstruksjonen.

15 Skjevkraft - Hydraulisk

15.1 Symptomer

Tabell 15: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1 x turtallsfrekvens avtar i turbinlageret etter hvert som skjevkraften øker.
	* Tidsbilde
	- Amplitude vil avta om skjevkraften er stort. Endringen størst i turbinlageret.
	* Orbit
	- Akselposisjon endres fra tomgang og med last på turbinen. Endringen er mest tydelig i turbinlageret.
	- Akselkastet vil avta i turbinlageret når skjevkraften er stort.
	- Avlang orbit.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- 1 x turtallsfrekvens (radiell retning) avtar i turbinlageret etter hvert som skjevkraften øker.

15.2 Feil med lignende symptomerer

Feilkombinering (kaplan)
Styrelager, oppretting
Skjevkraft, magnetisk
Styrelager, skjevt

15.3 Årsak

Ujevn vannstrømning fra ledeapparat til løpehjul.
Fremmedlegemer kilt fast i ledeapparat.
Ledeskovel ute av stilling (friksjonskobling).
Ledeskovelbrudd.
Lenkebrudd.
Dårlig oppretting av løpehjulsspalter.
Nålservoer med varierende slag på samme turbin (pelton).

15.4 Konsekvenser

Redusert turbineffekt (dårlig virkningsgrad).
Stigende lagertemperatur.
Slitasje i pakkboks, spaltering.
Slitasje i løpehjulskammer (kaplan).
Problemer med å stenge ledeapparat.
Lagerhavari.

15.5 Supplerende måling / kontroll

Visuell inspeksjon av ledeapparatet.
Kontroll av nålslag (pelton).
Søking av løpehjulsspalter.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse.

15.6 Kommentarer

Det kan være vanskelig å se endring av akselkast på lagre med bratt oppløpskant.
Peltonturbiner kan også i normale driftstilstander ha hydraulisk skjevkraft. For eksempel når en 5 strålet turbin kjører på tre nåler.

16 Skjevkraft - Magnetisk

16.1 Symptomer

Tabell 16: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1 x turtallsfrekvens avtar i generatorlagrene etter hvert som skjevkraften øker.
	* Tidsbilde
	- Amplitude vil avta i generatorlagrene når skjevkraften øker.
	* Orbit
	- Akselkastets posisjon i generatorlagrene endres når rotor spenningssettes.
	- Akselkastet avtar i generatorlagrene når skjevkraften øker.
	- Avlang orbit.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

16.2 Feil med lignende symptomerer

Skjevkraft, hydraulisk
Styrelager, oppretting
Styrelager, skjevt

16.3 Årsak

Strømubalanse mellom parallelle kretser i stator.
Ujevn luftspalt.
Rotor montert eksentrisk i stator.
Ødelagte statorspoler frakoplet.

16.4 Konsekvenser

0- Redusert generatoreffekt (dårlig virkningsgrad).

Slitasje i tetningsringer.
Stigende lagertemperatur.
Lagerslitasje.
Lagerhavari.
Subbing mellom stator og rotor.

16.5 Supplerende måling / kontroll

Megge statorspoler.
Søking av luftspalt mellom rotor og stator.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse.

16.6 Kommentarer

Frakobling av ødelagte statorspoler forekommer sjelden i Norge.

17 Stator - Løs Blikkpakke

17.1 Symptomer

Tabell 17: Symptomer
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Polpasseringsfrekvensen fremtredende ved generatorlagrene når rotor spenningssettes (aksiell og radiell retning). Nivået synker etterhvert som aggregatet blir varmt.

17.2 Feil med lignende symptomerer

Stator, urund
Stator, løs deleflens

17.3 Årsak

Svakt dimensjonerte strekkbolter.
Store temperaturvariasjoner.
Svakt statorhus (gir seg når strekkbolter strammes).
Mangelfull monteringsrutine. Ingen mellompressing av statorblikkpakke.

17.4 Konsekvenser

Plastisk deformasjon av strekkbolter.
Statorkiler løsner.
Statorblikk ødelegges.
Utmattingsskader på omliggende utstyr.
Viklingsisolasjon på stator slites.
Viklingskortslutning på statorspoler.

17.5 Supplerende måling / kontroll

Kontrollere tiltrekkingsmoment til strekkbolter.

17.6 Kommentarer

Nivået til polpasseringsfrekvensen vil være svært avhengig av temperaturen til aggregatet.

18 Stator - Løs Deleflens

18.1 Symptomer

Tabell 18: Symptomer
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Polpasseringsfrekvensen fremtredende ved generatorlagrene når rotor spenningssettes (aksiell og radiell retning).

18.2 Feil med lignende symptomerer

Stator, løs blikkpakke
Stator, urund

18.3 Årsak

18.4 Konsekvenser

Slitasje av viklingsisolasjon.
Kortslutning i viklingsisolasjon på statorspoler.

18.5 Supplerende måling / kontroll

Kontrollere om passrust kan påvises.
Kontrollere tiltrekking av bolter i deleskjøt.
Kontrollere spalt mellom blikkpakker ved skjøt.

18.6 Kommentarer

19 Stator - Urund

19.1 Symptomer

Tabell 19: Symptomer
Akselkast	* Orbit
	- Senter av akselkast endres fra tomgang til spenningssatt rotor.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

19.2 Feil med lignende symptomerer

Skjevkraft, magnetisk
Stator, løs blikkpakke
Stator, løs deleflens

19.3 Årsak

Termisk deformasjon (generatorer med stor omkrets).

19.4 Konsekvenser

Utmattingsskader på omliggende utstyr.

19.5 Supplerende måling / kontroll

Kontrollere luftgap mellom stator og rotor.
Kontrollere rundhet til stator.
Kontrollere rundhet til rotor.

19.6 Kommentarer

Kreftene vil være relativt moderate og er sjelden av skadelig karakter.

20 Styrelager - Løs Innfesting

20.1 Symptomer

Tabell 20: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- I begynnelsen er endringene små.
	- 1 x turtallsfrekvens vil øke etter hvert som lageret løsner.
	- Mange multipler av turtallsfrekvens.
	* Tidsbilde
	- Amplitude vil minke når lageret er veldig løst og avstandsgiverne er montert på de løse delene.
	- Uryddig kurve.
	* Orbit
	- Akselkast minker ved veldig løst lager. Dette gjelder bare når avstandsgiverene er montert på de løse delene.
	- Uryddig orbit. Samme som ovenfor.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Mange multipler av turtallsfrekvensen.
	- Ved veldig løst lager vil grunnnivået øke og topper ved systemfrekvenser forsvinne.
	* Tidsbilde
	- Markante utsving, som ved slag.

20.2 Feil med lignende symptomerer

Berøring roterende - stasjonære deler

20.3 Årsak

Store lagerkrefter
Lagerinnfesting løs (øvre- og nedre kryss etc.)
Korrosjon.
Feil tiltrekkingsmoment på bolter ved montasje.
Bruk av låseblikk ved friksjonsforbindelser.
Dårlig sikring av bolter og muttere ved avskjæringsforbindelser.
Bruk av korte bolter i friksjonsforbindelser.

20.4 Konsekvenser

Forspenning av bolter reduseres.
Kritisk turtall endres og kan medføre skader under avslag.
Subbing i pakkboks, spaltering og tetninger.
Subbing i løpehjulskammer (kaplan).
Bolter og styrepinner skades.
Lagerhavari.

20.5 Supplerende måling / kontroll

Visuell kontroll for å se om passrust kan påvises.
Kontrollere tiltrekning av bolter, moment ved friksjonsforbindelser.
Vibrasjonsmåling. Sammenlikning av vibrasjonsnivå på hver side av den antatte løse bolteforbindelsen.

20.6 Kommentarer

21 Styrelager - Oppretting

21.1 Symptomer

Tabell 21: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1 x turtallsfrekvens reduseres med økende opprettingsfeil.
	- Økende nivå på 2x turtallsfrekvens, om man i tillegg har bøyd aksel.
	* Orbit
	- Avlangt akselkast.
	- Akselkast reduseres med økende opprettingsfeil.
	- Akselposisjon i nedre gen.lager beveges motsatt av øvre gen. lager og turbinlager fra stillstand til nominelt turtall.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

21.2 Feil med lignende symptomerer

Skjevtrekk, hydraulisk
Skjevtrekk, magnetisk
Styrelager, skjevt

21.3 Årsak

Setninger i lagerfundamenter.
Svikt i fundamenter.
Dårlig oppretting av lagre ved montasje.
Termisk påvirkning av stasjonære deler ved opplagrene til aggregatet.
Svelling av betong (lagerfundamenter).

21.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Slitasje i pakkboks, spalteringer, tetninger, løpehjulskammer (kaplan)
Lagerslitasje.
Lagerhavari.

21.5 Supplerende måling / kontroll

Vatring av lagre.
Kontroll av akselposisjon i lagrene ved stillstand.
Pendling av aksel.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse.

21.6 Kommentarer

Opprettingsfeil påvirkes av vanntrykk i spiraltromme, strålekrefter (pelton) og øvrige radialkrefter.
Opprettingsfeil kan arte seg forskjellig ved kald og varm maskin.
Ved store opprettingsfeil reduseres akselkastet betydelig mens vibrasjoner i stasjonære deler forblir uforandret.

22 Styrelager - Skjevt

22.1 Symptomer

Tabell 22: Symptomer
Akselkast	* Orbit
	- Avlangt akselkast i bare et av styrelagrene.
	- Liten endring av akselposisjon fra stillstand til nominelt turtall.

22.2 Feil med lignende symptomerer

Skjevtrekk, hydraulisk
Skjevtrekk, magnetisk
Styrelager, oppretting

22.3 Årsak

Styrelager montert skjevt (ute av vater).
Setninger i lagerfundament.
Svikt i fundament.
Feilmaskinert.
Svelling i betong.

22.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Kantslitasje i lageret.
Lagerhavari.

22.5 Supplerende måling / kontroll

Vatring av lagerhus.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse.
Visuell kontroll av lagergang.

22.6 Kommentarer

Skjevstilte styrelager har svært like symptomer med dårlig lageroppretting. For å skille mellom disse to feilene må man se på akselbevegelse og endring av akselposisjon i samtlige lagre når aggregatet går fra stillstand til nominelt turtall.

23 Styrelager - Slitasje

23.1 Symptomer

Tabell 23: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 1 x turtallsfrekvens vil være økende over tid.
	* Tidsbilde
	- Økende amplitude over tid.
	- Liten faseforskjell mellom lagrene.
	* Orbit
	- Økende akselkast over tid.
	- Akselkastet kan bli større enn nominell lagerklaring.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

23.2 Feil med lignende symptomerer

Aksel, bøyd
Ubalanse, hydraulisk
Ubalanse, magnetisk
Ubalanse, mekanisk

23.3 Årsak

Fremmedlegemer i smøremedium.
Mangelfull smøring.
Store radielle krefter i lageret.
Dårlig lageroppretting.
Galvanisk korrosjon (dykket fettsmurt lager).
Utmatting av hvittmetall som etterhvert løsner.
Stukede tapper for vippeklosser.

23.4 Konsekvenser

Slitasjen vil normalt være gradvis stigende over lang tid.
Stigende lagertemperatur.
Lagerhavari.

23.5 Supplerende måling / kontroll

Kontrollere lagerklaringen.
Visuell kontroll av hvittmetall.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse.

23.6 Kommentarer

Mindre skader i hvittmetall vil være vanskelig å detektere uten visuell kontroll.
Har lageret termostatstyrt kjøling vil øket kjølevannsforbruk være et tidlig tegn på feil.
Store radielle krefter vil normalt ikke punktere oljefilmen under drift. Slitasje i lagerflater skjer ofte under oppstart.

24 Styrelager - Ustabil Oljefilm

24.1 Symptomer

Tabell 24: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- 0.4-0.5x turtallsfrekvens vil være fremtredende. Nivået vil variere med turtall.
	* Orbit
	- Varierende senter av akselkastet, ustabil.
	- Akselkastet kan i enkelte tilfeller gå svært nær lagerklaringen.
	- I enkelte tilfeller vil akselkastet bestå av to sirkler.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

24.2 Feil med lignende symptomerer

Sugerørsvirvler

24.3 Årsak

Liten belastning av styrelagre og høyt turtall på aggregatet.
Stor lagerklaring.
Luft i olje.
Uhensiktsmessig utforming av lagre.
Dårlig tilførsel av olje til lagerflaten.

24.4 Konsekvenser

Lagerslitasje.
Lagerhavari.

24.5 Supplerende måling / kontroll

Lagertemperatur.
Oljeanalyse.

24.6 Kommentarer

Fenomenet er sterkt turtalls og lastavhengig.
Ustabil oljefilm vil normalt ikke kunne opptre i vippeklosslager og lager med bratte oppløpskanter med unntak av når ustabiliteten skyldes luft i oljen.

25 Tittel

25.1 Symptomer

Tabell 25: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- Ca. 1/3 x turtallsfrekvensen kommer frem ved dellast. Normalt ved 30 til 50% av fullast.
	* Tidsbilde
	- Økende amplitude ved dellast. Normalt ved 30 til 50% av fulllast.
	* Orbit
	- Akselkast øker.
	- Orbit ustabil, senter for akselbevegelse skifter hele tiden.
	- Endringen av akselkast vil være størst i turbin- og nedre generatorlager.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

25.2 Feil med lignende symptomerer

Styrelager, ustabil oljefilm

25.3 Årsak

Luftinnslipningen på løpehjulet lite hensiktsmessig utformet eller stengt.
Utforming av løpehjul.
Fremmedlegemer i sugerør.
Ras i sugerør / avløpstunnel.

25.4 Konsekvenser

Redusert turbineffekt (Dårlig virkningsgrad).
Utmattingsskader på innfesting av sugerørskonus.
Frekvensen for sugerørsvirvlene kan ligge nær opp til svingetiden for tilløpssystemet og kan føre til at trykksvingninger settes opp i dette systemet.

25.5 Supplerende måling / kontroll

Trykkmålinger i sugerør.
Kontrollere luftinnslipning på løpehjulet.

25.6 Kommentarer

Sugerørsvirvler skyldes rotasjon av vannstrømmen fra løpehjulet. Fenomenet er normalt ved francisanlegg.
Sugerørsvirvler kalles også Rheingans svingninger i faglitteraturen.
Sugerørsvirvler vil bare oppstå under dellast. Ved øket eller minket pådrag på turbinen vil symptomene forsvinne.
Frekvensen for sugerørsvirvler kan beregnes etter Rheingans’ empiriske formel:

f = n/216

der f = Frekvens og n = turtall (o/min)

Tallet under brøkstreken vil variere noe med type turbin. Høytrykks francisturbiner vil ha en noe raskere svingning, her kan 216 byttes ut med tall ned mot 180.

Tilsvarende fenomen kan opptre ved fullast på aggregatet.

26 Ubalanse - Hydraulisk

26.1 Symptomer

Tabell 26: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- Økende nivå for 1 x turtallsfrekvens ved økende pådrag på turbinen.
	* Tidsbilde
	- Store sinussvingninger. Amplituden øker med økende pådrag på turbinen.
	- Liten faseforskjell mellom lagrene.
	* Orbit
	- Stort akselkast. Kastet øker med økende pådrag på turbinen. Størst vil den relative økningen være i turbinlageret.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Turtallsfrekvens multiplisert med antall ledeskovler øker i radiell retning. Nivået øker med økende last.

26.2 Feil med lignende symptomerer

Aksel, bøyd
Kobling, løs
Styrelager, slitasje
Ubalanse, magnetisk
Ubalanse, mekanisk

26.3 Årsak

Ujevn vannstrømning gjennom løpehjulet.
Fremmedlegemer kilt fast i løpehjulet.
Defekter i løpehjul.
Løpehjul skjevt på aksel.
Sviktende innfesting av løpeskovel (kaplan).

26.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Lagerslitasje.
Bolter kan løsne.
Utmattingsskader på lang sikt.
Lagerhavari.

26.5 Supplerende måling / kontroll

Visuell kontroll av løpehjul.
Kontroll av innfesting til løpehjul.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse av styrelagre.

26.6 Kommentarer

Hydraulisk ubalanse vil normalt føre til at akselkastet øker tilnærmet proporsjonalt med ledeskovelåpningen (pådragsgrad) til turbinen.
Det kan være vanskelig å se endring av akselkast på lagre med bratt oppløpskant (stivt lager). Hydraulisk ubalanse ses bedre av vibrasjoner i stasjonære deler.

27 Ubalanse - Magnetisk

27.1 Symptomer

Tabell 27: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- Økning av 1 x turtallsfrekvens når aggregatet går fra tomgang til magnetisert.
	- Endres noe med last.
	* Tidsbilde
	- Store sinussvingninger for generatorlagrene når rotor er spenningssatt. Markant økning under spenningssetting av rotor.
	- Liten faseforskjell mellom lagrene.
	* Orbit
	- Stort akselkast når rotor er spenningssatt. Markant økning av akselkast fra tomgang til spenningssatt.
	- Økningen mest markant i generatorlagrene.
	- Endres noe med last.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

27.2 Feil med lignende symptomerer

Aksel, bøyd
Kobling, løs
Styrelager, slitasje
Ubalanse, hydraulisk
Ubalanse, mekanisk

27.3 Årsak

Vindingskortslutning i rotor.
Urund rotor i rund stator.

27.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Lagerslitasje.
Bolter kan løsne.
Utmattingsskader på lang sikt.
Lagerhavari.

27.5 Supplerende måling / kontroll

Kontroll av rotors rundhet.
Megging av rotorpoler.
Lagertemperatur.
Oljeanalyse av styrelagre.

27.6 Kommentarer

Ved spenningssetting av rotor kan det kortvarig opptre et økende akselkast. Akselkastet går så tilbake til normal størrelse.
Er det både mekanisk og magnetisk ubalanse kan disse under heldige omstendigheter motvirke hverandre slik at aggregatet blir tilnærmet utbalansert ved spenningssatt rotor.

28 Ubalanse - Mekanisk

28.1 Symptomer

Tabell 28: Symptomer
Akselkast	* Frekvensspekter
	- Høyt nivå for 1 x turtallsfrekvens.
	* Tidsbilde
	- Store sinussvingninger.
	- Liten faseforskjell mellom lagrene.
	* Orbit
	- Stort akselkast, tilnærmet sirkulær.
	- Akselkast øker med økende turtall.
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter

28.2 Feil med lignende symptomerer

Aksel, bøyd
Kobling, løs
Styrelager, slitasje
Ubalanse, hydraulisk
Ubalanse, magnetisk

28.3 Årsak

Ujevn massefordeling i roterende deler.
Løse deler i rotor.
Skader på løpehjul.

28.4 Konsekvenser

Stigende lagertemperatur.
Lagerslitasje.
Bolter kan løsne.
Utmattingsskader på lang sikt.
Lagerhavari.

28.5 Supplerende måling / kontroll

Lagertemperatur.
Oljeanalyse av styrelagre.

28.6 Kommentarer

Feilen er sjelden skadelig på kort sikt.
Ubalanse i rotor vil påvirke akselbevegelsen i begge generatorlagrene.
Akselkastet kan avta/øke ved spenningssetting av rotor om det i tillegg er magnetisk ubalanse og om kraftkomponenten fra denne virker med eller mot den mekaniske ubalanse.

29 Von Karmans Virvler

29.1 Symptomer

Tabell 29: Symptomer
Vibrasjoner i stasjonære deler	* Frekvensspekter
	- Nivået på frekvensen kan være lastavhengig.

29.2 Feil med lignende symptomerer

29.3 Årsak

Utforming av avløpskant på stag, ledeskovler og løpehjul.

29.4 Konsekvenser

Støy i kraftstasjonen (plystrelyd).
Eksitering av egenfrekvenser i turbinen.
Utmattingssprekker i stag og skovler.

29.5 Supplerende måling / kontroll

Visuell kontroll av stag ,lede- og løpeskovler.

29.6 Kommentarer

Frekvensen for von Karmans virvler kan beregnes etter følgende empiriske formel:

f = 190 x B/100 x (v/(b+0.56))

der

f = Frekvens (Hz) v = Vannhastighet forbi skovel (cm/s) B = Konstant avhengig av avløpskant, varierende mellom 50 til 150 b = Bredde på avløpskant (cm)

Avløpskantene blir skråskjært for å unngå dette problemet.
Vibrasjonen vil normalt bare være fremtredende i spesielle lastområder.