Comprensione del diagramma di Nyquist (diagramma polare)
A diagramma di Nyquist — comunemente chiamato diagramma polare nel campo delle vibrazioni — è un grafico che visualizza un vettore di vibrazione variabile su un sistema di coordinate polari. A differenza di un diagramma di Bode, che si propaga ampiezza e fase su due grafici cartesiani separati, il diagramma di Nyquist li combina entrambi in un'unica rappresentazione. La distanza dall'origine è l'ampiezza della vibrazione e l'angolo attorno al diagramma è il suo angolo di fase, quindi ogni punto della curva rappresenta un vettore di vibrazione completo.
1. Definizione: ampiezza e fase in un unico diagramma
Il diagramma traccia il percorso descritto dall'estremità del vettore di vibrazione 1× (sincrona) al variare della velocità della macchina, tipicamente durante un avviamento o uno spegnimento. La velocità è indicata lungo la curva con colori o simboli variabili, in modo che l'analista possa leggere non solo il modulo e la direzione del vettore, ma anche i giri/min a cui ciascun punto è stato acquisito.
- Il distanza dall'origine (centro) rappresenta l'ampiezza della vibrazione — più ci si allontana, maggiore è la risposta.
- Il angolo attorno al grafico represents the angolo di fase della vibrazione rispetto al tachimetro reference.
Poiché entrambi gli assi descrivono un singolo componente rotante, il diagramma di Nyquist si legge come il luogo geometrico di un vettore piuttosto che come una coppia di linee di tendenza, e proprio quella compattezza lo rende così rivelatore in prossimità di una risonanza.
2. Perché il diagramma di Nyquist è importante?
Il diagramma di Nyquist offre una visione straordinariamente compatta della risposta dinamica di una macchina. Il suo scopo principale, come quello del diagramma di Bode, è identificare e analizzare velocità critiche - il risonanze del sistema rotore-cuscinetti.
L'indicatore classico di una velocità critica su un diagramma di Nyquist è un loop. Quando la velocità si avvicina a una frequenza naturale, l'ampiezza aumenta e la curva si allontana dall'origine. Man mano che la velocità supera la velocità critica, la fase subisce uno sfasamento di 180 gradi, facendo ruotare la punta del vettore fino a formare un cerchio o un'ansa. Il punto di ampiezza massima si trova in cima all'ansa, e la velocità critica stessa si colloca nel punto di sfasamento di fase di 90 gradi sull'ansa — un riferimento molto più evidente rispetto alla graduale variazione di fase su un diagramma di Bode.
3. Interpretazione di un diagramma di Nyquist
La forma, la dimensione e l'orientamento dell'ansa contengono una grande quantità di informazioni diagnostiche sullo stato e sulle proprietà dinamiche del rotore.
- Smorzamento: il diametro dell'ansa è inversamente proporzionale allo smorzamento del sistema smorzamento. Un cerchio ampio e ben formato indica uno smorzamento ridotto e un'elevata amplificazione; un'ansa piccola e raccolta indica un sistema ben smorzato.
- Anisotropia (critici separati): se un sistema rotore presenta rigidità diverse nelle direzioni orizzontale e verticale, il diagramma può mostrare due anse distinte e sovrapposte — un chiaro fenomeno di “velocità critica sdoppiata” causato dalla rigidità.
- Posizione della massa squilibrante: l'orientamento dell'ansa aiuta a localizzare il punto pesante del rotore — il squilibrio — rispetto al riferimento di fase sull'albero, che indica dove deve essere aggiunto un peso di correzione should go.
- Modifiche al sistema: il confronto dei diagrammi di Nyquist nel tempo rivela variazioni nelle condizioni della macchina. Un cambiamento nelle dimensioni o nella forma dell'ansa segnala una variazione nello smorzamento o nella rigidità, che potrebbe indicare un rotore incrinato, a loose fondazione, o all'evoluzione delle caratteristiche dei cuscinetti.
- Bilanciamento: il diagramma viene utilizzato nella flexible-rotor bilanciamento. Osservando come si sposta l'ansa dopo l'aggiunta di una peso di prova un analista ricava la coefficienti di influenza necessaria per calcolare la soluzione di bilanciamento.
4. Acquisizione dei dati sul campo
Un diagramma di Nyquist è valido quanto i dati sincronizzati di ampiezza e fase che lo sottendono, e tali dati dipendono da un riferimento di fase pulito, una volta per giro, rilevato durante una variazione di velocità. In campo, un analizzatore portatile a due canali come il Balanset-1A misura l'ampiezza e la fase 1× rispetto all'impulso del tachimetro ottico durante una rincorsa o decelerazione, fornendo il registro vettore-velocità dal quale viene tracciato un diagramma polare. La stessa misurazione di ampiezza e fase è alla base di bilanciamento in situ, in modo che un unico strumento caratterizzi la risonanza e corregga lo squilibrio che la eccita. Per verificare che una riga d'ordine attraversi effettivamente una frequenza naturale nell'intervallo operativo, un analista può abbozzare prima l'interferenza con il calcolatore del diagramma di Campbell.
5. Diagramma di Nyquist vs diagramma di Bode
I diagrammi di Nyquist e di Bode visualizzano gli stessi identici dati — ampiezza 1× e fase in funzione della velocità — in formati diversi, e la scelta tra l'uno e l'altro dipende spesso dalla preferenza dell'analista e dalla caratteristica che si vuole evidenziare.
- Diagramma di Bode: migliore per leggere il numero esatto di giri al minuto del picco di ampiezza e l'inizio e la fine precisi dello sfasamento di 180 gradi, poiché il suo asse della velocità è lineare e facilmente scalabile.
- Nyquist plot: migliore per cogliere l'intera risposta dinamica in una sola volta. Eccelle nel mostrare l'entità dello smorzamento attraverso la dimensione dell'anello e nell'evidenziare le critiche separate come anelli sovrapposti, entrambi in modo più intuitivo rispetto a quanto possa fare un diagramma di Bode.
Una visualizzazione strettamente correlata è il orbita dell'albero, che rappresenta il moto nel piano del cuscinetto anziché un singolo vettore in funzione della velocità. La maggior parte dei moderni analizzatori di vibrazioni può tracciare tutti e tre i diagrammi, e gli analisti esperti li utilizzano insieme per un'analisi vibrazionale completa dinamica del rotore diagnosi.
