Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships — Part 4: Measurement and evaluation of vibration of the ship propulsion machinery

Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord des navires — Partie 4: Mesurage et évaluation des vibrations des machines de propulsion des navires

L'ISO 20283-4:2012 donne des lignes directrices pour les modes opératoires d'instrumentation, de mesurage et de traitement des données nécessaires à l'obtention de données de vibrations fiables sur les systèmes de propulsion des navires. Elle donne également des lignes directrices pour l'application de techniques de mesurage spécifiques, qui sont usuelles et adéquates pour mesurer les vibrations mécaniques sur les systèmes de propulsion des navires de haute mer et fluviaux. Il est possible d'appliquer les techniques de mesurage à un moteur diesel et à des systèmes de propulsion à turbine ou électriques en prenant toujours en considération les limites d'application spécifiques de chaque mode opératoire décrit individuellement. Les modes opératoires spécifiés dans la présente partie de l'ISO 20283-4:2012 se concentrent sur les vibrations mécaniques répétitives (régime établi ou quasi-établi, comme un balayage) et peuvent par conséquent ne pas être adaptés au mesurage et à l'évaluation de signaux transitoires, de signaux variant très rapidement et de signaux de chocs. L'ISO 20283-4:2012 spécifie essentiellement des techniques pour mesurer les vibrations mécaniques du système de propulsion principal au cours des essais en mer. Des principes de mesurage identiques ou similaires peuvent également être utilisés à d'autres fins, telles la surveillance des performances, l'étude de vibrations anormales en service et l'évaluation de l'état des éléments réparés. Cependant, dans de tels cas, il est nécessaire d'adapter le mode opératoire de mesurage aux besoins spécifiques.

General Information

Status
Published
Publication Date
15-Apr-2012
Current Stage
9093 - International Standard confirmed
Start Date
06-Mar-2023
Completion Date
19-Apr-2025
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Relations

Standard
ISO 20283-4:2012 - Mechanical vibration -- Measurement of vibration on ships
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ISO 20283-4:2012 - Vibrations mécaniques -- Mesurage des vibrations a bord des navires
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Standards Content (Sample)


INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20283-4
First edition
2012-04-15
Mechanical vibration — Measurement of
vibration on ships —
Part 4:
Measurement and evaluation of vibration
of the ship propulsion machinery
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord des navires —
Partie 4: Mesurage et évaluation des vibrations des machines de
propulsion des navires
Reference number
©
ISO 2012
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Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Vibration tests . 3
4.1 Instrumentation . 3
4.2 Test conditions . 3
4.3 Test procedure . 4
4.4 Data processing . 5
4.5 Measurements . 5
5 Evaluation criteria .14
6 Test report .15
Annex A (informative) Manoeuvring, transient measurements .16
Annex B (informative) Evaluation of vibration at mechanical azimuth drives (e.g. Schottel rudder
propellers) and shaft lines by measurements on non-rotating parts .17
Annex C (informative) Evaluation of the vibration of a Voith−Schneider propeller by measurements on
non-rotating parts.18
Bibliography .20
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International
Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 20283-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to
machines, vehicles and structures.
ISO 20283 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration — Measurement of
vibration on ships:
— Part 2: Measurement of structural vibration
— Part 3: Pre-installation vibration measurement of shipboard equipment
— Part 4: Measurement and evaluation of vibration of the ship propulsion machinery
The following part is planned:
— Part 1: General guidelines
iv © ISO 2012 – All rights reserved

Introduction
In general, classification societies ask for a numerical study on the torsional vibration behaviour of the propulsion
system for seagoing vessels at the design stage as a base for the design approval. Depending on the results
of this study and the kind of plant to be considered, further torsional vibration investigations for verification on
a case-by-case study may be required. Explicit criteria for the evaluation of the torsional loadings are given
within the rules of the international classification societies as well as in the form of unified requirements (UR)
[10]
of the International Association of Classification Societies, specifically IACS UR M68, with focus on the
torque transmitting parts, such as shafts, gears, couplings, and connections. Studies of the bending vibration
behaviour of the shaft as well as axial vibration of the propulsion system or crankshaft may be required by the
classification societies in the exceptional case that the special design of the system makes such additional
investigations necessary.
Propulsion systems may be exposed to vibration of high magnitude in general excited by the engine
and/or propeller. In addition to the numerical criteria for evaluation of torsional vibration, some further special
requirements may be raised, such as avoiding load reversal in the transmission train. In general, mechanical
components may be perfectly designed for load reversal operation; however, some specific requirements in
this direction are also based on smooth operation of the plant, and the owners or managers of special vessels
such as navy ships or yachts consequently raise them.
The user of this part of ISO 20283 should bear in mind that for the evaluation of measured data on propulsion
plants of ships the rules of the responsible classification society for the vessel in their latest edition or the valid
IACS UR should be considered.
Should any issues regarding this part of ISO 20283 be directly or indirectly addressed by the contracted
classification society’s rules or other international binding regulations, such as those of the International
Maritime Organization (IMO), the International Convention for the Safety of Life at Sea, and UK Maritime
and Coastguard Agency, the choice of the measuring method applied should fulfil the sense of these rules or
regulations, independently of whether the special measuring method is specified within this part of ISO 20283.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20283-4:2012(E)
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships —
Part 4:
Measurement and evaluation of vibration of the ship
propulsion machinery
1 Scope
This part of ISO 20283 provides guidelines for the instrumentation, measurement, and data processing
procedures required to obtain reliable vibration data on ship propulsion systems. It also gives guidelines for the
application of specific measuring techniques, which are common and adequate for measuring the mechanical
vibration on propulsion plants of seagoing and inland vessels. The measuring techniques can be applied
to diesel engine as well as turbine or electrically driven plants, always considering the specific limitation of
application of each individually described procedure.
The procedures specified in this part of ISO 20283 focus on repetitive mechanical vibration (steady-state or
quasi-stationary like a sweep) and can therefore be inadequate for measuring and evaluating transient, very
fast-changing or shock signals.
This part of ISO 20283 mainly specifies techniques for measuring the mechanical vibration of the main propulsion
plant during sea trials. The same or similar measuring principles can also be used for other purposes, such
as performance monitoring, investigations of abnormal vibration in service, and evaluation of the condition
of repaired parts. However, in such cases, the measuring procedure needs to be adapted to the specific
requirements.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable
for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 2041:2009, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 and the following apply.
3.1
free route
condition achieved when the ship is proceeding at a constant speed and course with helm adjustment of ±2°
or less and no throttle adjustment
[SOURCE: ISO 20283-2:2008, 3.3]
3.2
vibration severity
value, or set of value, such as maximum value, average or r.m.s. value, or other parameters that are descriptive
of the vibration, referring to instantaneous values or to average values
[SOURCE: ISO 2041:2009, 2.51]
Note 1 to entry: The vibration severity is a generic term, which in the past has been used in relation to vibration velocity.
However, it is now more generally used as descriptive of other measurement units, such as displacement and acceleration.
3.3
peak value
maximum value of a vibration during a specified time interval
[SOURCE: ISO 2041:2009, 2.44]
Note 1 to entry: A peak value is usually taken as the maximum deviation of that vibration from the mean value. A positive
peak value is the maximum positive deviation and a negative peak value is the maximum negative deviation, see Figure 1.
Note 2 to entry : In vibration, usually the peak value is understood as half of the peak-to-peak value (of a
vibration) since positive and negative peak values can be different, see also 3.4.
3.4
peak-to-peak value
〈vibration〉 difference between the maximum positive and maximum negative values of a vibration during a
specified interval
[SOURCE: ISO 2041:2009, 2.45]
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.5
r.m.s. value
〈vibration〉 root mean square value (computed by the square root of the sum of the squares of the magnitude) of
a fast Fourier transform spectrum with a defined bandwidth or of a time signal during a specified time interval
(e.g. a period of the fundamental frequency)
EXAMPLE 1 An r.m.s. value within a time interval t to t
1 2
t
ut()dt

tt−
t
EXAMPLE 2 An r.m.s. value from a fast Fourier transform (FFT) spectrum with N spectral lines
N
X

n
n=1
See Figure 1.
Note 1 to entry: This definition of r.m.s. value of a spectrum is derived from the more general definition of r.m.s. spectrum
in ISO 2041:2009, 5.11, adapted to the common use in vibration.
Note 2 to entry: For sine waves, the r.m.s. value is the peak value divided by √2.
Note 3 to entry: In case of mixed source excitation, windowing should be applied. Additional factors need to be included,
to give an r.m.s. value of the form:
N
X

n
2B
n=1
where
B is the window noise bandwidth factor depending on the anti-leakage window:
B = 1,5 for a Hanning window,
B = 3,77 for a flat top window,

B = 1 without an anti-leakage window;
X is the narrow band magnitude obtained by FFT.
n
2 © ISO 2012 – All rights reserved

Key

1 peak value, u
 
2 peak-to-peak value, from −u to +u
3 r.m.s. value
4 period duration
Figure 1 — Values of a vibration u(t) (simplified for a sine wave)
4 Vibration tests
4.1 Instrumentation
The transducers, the signal conditioning, and data storage equipment shall be capable of performing accurate
measurements in the frequency range, which is adequate for the vibration quantities to be measured. The
applied measurement techniques should be able to maintain an accuracy of ±10 %. The involved parties,
namely the yard or builder, owner, class, and supplier, should define a suitable frequency range for the
measurements, depending on the mechanical quantity to be measured. As a general guideline, for linear
vibration measurements, an upper frequency limit of 1 000 Hz is normally used and sufficient. For strain gauge
measurements of forces or torques or other measurements on the rotating parts of the propulsion system,
an upper frequency limit of 100 Hz for low-speed two-stroke engines and of 400 Hz for four-stroke engines
is sufficient (for four-stroke engines at least the upper frequency has to come up to the product of maximum
rotational speed by number of cylinders). For acceleration measurements on gearboxes, higher frequencies,
depending o
...


NORME ISO
INTERNATIONALE 20283-4
Première édition
2012-04-15
Vibrations mécaniques — Mesurage
des vibrations à bord des navires —
Partie 4:
Mesurage et évaluation des vibrations
des machines de propulsion des
navires
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships —
Part 4: Measurement and evaluation of vibration of the ship
propulsion machinery
Numéro de référence
©
ISO 2012
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© ISO 2012
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l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Tel. + 41 22 749 01 11
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E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2014
Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Essais de vibrations . 3
4.1 Instrumentation . 3
4.2 Conditions d’essai . 4
4.3 Mode opératoire d’essai . 5
4.4 Traitement des données . 5
4.5 Mesurages . 6
5 Critères d’évaluation .18
6 Rapport d’essai .18
Annexe A (informative) Manœuvres, mesurages des transitoires .20
Annexe B (informative) Évaluation des vibrations au niveau des propulseurs orientables
mécaniques (par exemple, propulseurs orientables Schottel) et des lignes d’arbres par
mesurages sur les parties non tournantes .21
Annexe C (informative) Évaluation des vibrations d’un propulseur Voith−Schneider par
mesurages sur des parties non tournantes .22
Bibliographie .24
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de
la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC concernant
les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations
supplémentaires.
L’ISO 20283-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, et leur
surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures.
L’ISO 20283 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Vibrations mécaniques —
Mesurage des vibrations à bord des navires:
— Partie 2: Mesurage des vibrations structurelles
— Partie 3: Mesurage des vibrations des équipements de bord avant leur installation
— Partie 4: Mesurage et évaluation des vibrations des machines de propulsion des navires
La partie suivante est prévue:
— Partie 1: Lignes directrices générales
iv © ISO 2012 – Tous droits réservés

Introduction
En général, les sociétés de classification demandent une étude numérique sur le comportement
vibratoire torsionnel du système de propulsion des navires de haute mer lors de la phase de conception
pour l’utiliser comme base d’approbation de la conception. Selon les résultats de cette étude et le type
d’installation à prendre en considération, d’autres études spécifiques sur les vibrations de torsion
peuvent être nécessaires à des fins de vérification. Des critères explicites pour l’évaluation des
chargements de torsion sont donnés dans les règlements des sociétés de classification internationales
ainsi que sous la forme d’exigences unifiées (UR, Unified Requirements) de l’Association internationale
[10]
des sociétés de classification, en particulier l’IACS UR M68, l’accent étant mis sur les pièces de
transmission de couple, telles que les arbres, les engrenages, les accouplements et les raccordements.
Des études sur le comportement vibratoire en flexion de l’arbre ainsi que sur les vibrations axiales du
système de propulsion ou du vilebrequin peuvent être exigées par les sociétés de classification dans le
cas exceptionnel où la conception particulière du système les rend nécessaires.
Les systèmes de propulsion peuvent être exposés à des vibrations de grande amplitude dont la source
d’excitation est, en général, le moteur et/ou l’hélice. En plus des critères numériques pour l’évaluation
des vibrations de torsion, d’autres exigences particulières peuvent être dictées, comme celles visant
à éviter une inversion de charge dans la chaîne cinématique. En général, des composants mécaniques
peuvent être parfaitement conçus pour l’utilisation en inversion de charge; toutefois, certaines
exigences spécifiques en ce sens sont également basées sur une utilisation souple du système et sont par
conséquents mises en avant par les armateurs ou exploitants de navires spéciaux tels que les bâtiments
militaires ou les yachts.
Il convient que l’utilisateur de la présente partie de l’ISO 20283 garde à l’esprit que, pour l’évaluation
des données mesurées sur les systèmes de propulsion des navires, il convient de prendre en compte les
règles de la société de classification responsable du navire dans leur dernière édition ou l’IACS UR en
vigueur.
Si des problèmes concernant la présente partie de l’ISO 20283 sont directement ou indirectement
soulevés par les règles de la société de classification retenue ou par d’autres règlements internationaux
contraignants, tels que ceux de l’Organisation Maritime Internationale (OMI), la Convention
internationale pour la sauvegarde de la vie humaine en mer (SOLAS) et le UK Maritime and Coastguard
Agency, il convient que le choix de la méthode de mesurage appliquée, qu’elle soit ou non spécifiée dans
la présente partie de l’ISO 20283, respecte l’esprit de ces règles ou règlements.
NORME INTERNATIONALE ISO 20283-4:2012(F)
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord
des navires —
Partie 4:
Mesurage et évaluation des vibrations des machines de
propulsion des navires
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 20283 donne des lignes directrices pour les modes opératoires
d’instrumentation, de mesurage et de traitement des données nécessaires à l’obtention de données de
vibrations fiables sur les systèmes de propulsion des navires. Elle donne également des lignes directrices
pour l’application de techniques de mesurage spécifiques, qui sont usuelles et adéquates pour mesurer
les vibrations mécaniques sur les systèmes de propulsion des navires de haute mer et fluviaux. Il est
possible d’appliquer les techniques de mesurage à un moteur diesel et à des systèmes de propulsion
à turbine ou électriques en prenant toujours en considération les limites d’application spécifiques de
chaque mode opératoire décrit individuellement.
Les modes opératoires spécifiés dans la présente partie de l’ISO 20283 se concentrent sur les vibrations
mécaniques répétitives (régime établi ou quasi-établi, comme un balayage) et peuvent par conséquent
ne pas être adaptés au mesurage et à l’évaluation de signaux transitoires, de signaux variant très
rapidement et de signaux de chocs.
La présente partie de l’ISO 20283 spécifie essentiellement des techniques pour mesurer les vibrations
mécaniques du système de propulsion principal au cours des essais en mer. Des principes de mesurage
identiques ou similaires peuvent également être utilisés à d’autres fins, telles la surveillance des
performances, l’étude de vibrations anormales en service et l’évaluation de l’état des éléments réparés.
Cependant, dans de tels cas, il est nécessaire d’adapter le mode opératoire de mesurage aux besoins
spécifiques.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 2041:2009, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 2041 et ci-après
s’appliquent.
3.1
route libre
état atteint lorsque le navire se déplace à vitesse constante en ligne droite avec une variation de cap
maximale de ±2° et sans variation du régime moteur
[SOURCE: ISO 20283-2:2008, 3.3]
3.2
sévérité vibratoire
valeur, ou ensemble de valeurs, comme une valeur maximale, une valeur moyenne ou une valeur efficace,
ou d’autres paramètres décrivant les vibrations, ayant trait à des valeurs instantanées ou à des valeurs
moyennes
[SOURCE: ISO 2041:2009, 2.51]
Note 1 à l’article: la sévérité vibratoire est un terme générique qui a été utilisé dans le passé en relation avec la
vitesse de vibration. Toutefois, il est désormais plus généralement utilisé pour décrire d’autres unités de mesurage,
telles que le déplacement et l’accélération.
3.3
valeur de crête
valeur maximale d’une vibration pendant un intervalle de temps spécifié
[SOURCE: ISO 2041:2009, 2.44]
Note 1 à l’article: une valeur de crête est habituellement considérée comme l’écart maximal de cette vibration
avec la valeur moyenne. Une valeur de crête positive est l’écart maximal positif et une valeur de crête négative est
l’écart maximal négatif, voir Figure 1.
Note 2 à l’article: en matière de vibrations, la valeur de crête est habituellement comprise comme la moitié de la
valeur crête à crête (d’une vibratio
...

Questions, Comments and Discussion

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