Das Nyquist-Diagramm (Polardiagramm) verstehen

Definition: Was ist ein Nyquist-Diagramm?

A Nyquist-Diagramm, auch allgemein bekannt als Polardiagramm Im Bereich der Schwingungsanalyse ist ein Diagramm zur Darstellung der sich ändernden Eigenschaften eines Schwingungsvektors in einem Polarkoordinatensystem. Im Gegensatz zu einem Bode-Diagramm, das Amplitude und Phase in zwei separaten kartesischen Diagrammen zeigt, kombiniert das Nyquist-Diagramm sie zu einem einzigen Diagramm.

• Die Entfernung vom Ursprung (Mitte) des Diagramms stellt die Amplitude der Schwingung dar.
• Die Winkel um das Grundstück stellt den Phasenwinkel der Schwingung dar.

Das Diagramm verfolgt den Verlauf der Spitze des 1X-Vibrationsvektors (synchron), während sich die Geschwindigkeit der Maschine ändert, typischerweise beim Starten oder Herunterfahren. Die Geschwindigkeit wird häufig durch wechselnde Farben oder Symbole entlang der gezeichneten Linie angezeigt.

Warum ist das Nyquist-Diagramm wichtig?

Das Nyquist-Diagramm bietet eine einzigartige und leistungsstarke Visualisierung der dynamischen Reaktion einer Maschine. Seine Hauptanwendung besteht, wie das Bode-Diagramm, darin, die kritische Geschwindigkeiten (Resonanzen).

Der klassische Indikator einer kritischen Geschwindigkeit in einem Nyquist-Diagramm ist ein Schleife. Nähert sich die Drehzahl der Maschine einer Eigenfrequenz, erhöht sich die Schwingungsamplitude, wodurch sich die Kurve vom Ursprung entfernt. Beim Durchlaufen der kritischen Drehzahl erfährt die Phase eine 180-Grad-Verschiebung, wodurch die Spitze des Vektors einen Kreis oder eine Schleife bildet. Der Punkt der maximalen Amplitude ist die Spitze der Schleife, und die kritische Drehzahl selbst liegt am 90-Grad-Phasenverschiebungspunkt der Schleife.

Interpretation eines Nyquist-Diagramms

Form, Größe und Ausrichtung der Schleife in einem Nyquist-Diagramm können detaillierte Informationen über den Zustand und die dynamischen Eigenschaften des Rotors liefern:

• Dämpfung: Der Durchmesser der Schleife ist umgekehrt proportional zur Dämpfung im System. Ein großer, wohlgeformter Kreis weist auf eine geringe Dämpfung (hohe Verstärkung) hin, während eine kleine, enge Schleife auf ein gut gedämpftes System hinweist.
• Anisotropie (Split Criticals): Wenn ein Rotorsystem in horizontaler und vertikaler Richtung eine unterschiedliche Steifigkeit aufweist, kann das Diagramm zwei unterschiedliche, sich überlappende Schleifen aufweisen, was eindeutig auf eine „kritische Spaltung“ hinweist.
• Standort schwerer Stellen: Die Ausrichtung der Schleife kann dabei helfen, die Position der Schwerlaststelle (Unwucht) des Rotors im Verhältnis zur Phasenreferenzmarkierung auf der Welle zu bestimmen.
• Systemänderungen: Der Vergleich von Nyquist-Diagrammen im Zeitverlauf kann Veränderungen im Maschinenzustand aufdecken. Eine Veränderung der Größe oder Form der Schleife weist auf eine Veränderung der Dämpfung oder Steifigkeit hin, die durch Probleme wie einen gerissenen Rotor, ein loses Fundament oder veränderte Lagereigenschaften verursacht werden kann.
• Ausgleichen: Das Diagramm wird beim erweiterten flexiblen Rotorauswuchten verwendet. Durch Beobachtung der Veränderung im Diagramm nach dem Hinzufügen eines Testgewichts kann ein Analytiker die Einflusskoeffizienten bestimmen, die zur Berechnung der richtigen Auswuchtlösung erforderlich sind.

Nyquist-Diagramm vs. Bode-Diagramm

Nyquist- und Bode-Diagramme zeigen genau dieselben Daten (1X Amplitude und Phase vs. Geschwindigkeit), jedoch in unterschiedlichen Formaten. Die Wahl zwischen beiden hängt oft von den Präferenzen des Analysten und dem spezifischen Merkmal ab, das er hervorheben möchte.

• Bode-Diagramm: Besser, um die genaue Drehzahl der Spitzenamplitude und die genauen Start- und Endpunkte der 180-Grad-Phasenverschiebung deutlich zu erkennen. Die Geschwindigkeitsachse ist linear und leicht abzulesen.
• Nyquist-Diagramm: Eignet sich besser zur Visualisierung der gesamten dynamischen Reaktion in einer einzigen Ansicht. Es zeigt den Dämpfungsgrad (Schleifengröße) und erkennt kritische Split-Werte (überlappende Schleifen) intuitiver als ein Bode-Diagramm.

Die meisten modernen Schwingungsanalyseprogramme können beide Diagrammtypen anzeigen und erfahrene Analytiker verwenden sie häufig zusammen für eine umfassende Diagnose.

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