Zrozumienie wykresu Nyquista (wykresu biegunowego)
A Wykres Nyquista — powszechnie nazywany wykres biegunowy w diagnostyce drgań — jest wykresem przedstawiającym zmieniający się wektor drgań w biegunowym układzie współrzędnych. W odróżnieniu od Wykres Bodego, co rozszerza amplituda oraz faza na dwóch oddzielnych wykresach kartezjańskich, wykres Nyquista składa oba w jeden obraz. Odległość od początku układu jest amplitudą drgań, a kąt wokół wykresu — kątem fazowym, więc każdy punkt na krzywej odpowiada jednemu kompletnemu wektorowi drgań.
1. Definicja: amplituda i faza na jednym wykresie
Wykres śledzi ścieżkę zataczaną przez koniec wektora drgań synchronicznych 1× podczas zmiany prędkości maszyny, typowo podczas rozruchu lub wybiegania. Prędkość jest zaznaczona wzdłuż krzywej zmieniającymi się kolorami lub symbolami, dzięki czemu analityk może odczytać nie tylko wartość i kierunek wektora, lecz także prędkość obrotową w RPM, przy której każdy punkt został zarejestrowany.
- The odległość od początku układu (środka) reprezentuje amplitudę drgań — im dalej od środka, tym większa odpowiedź.
- The kąt na wykresie represents the kąt fazowy drgań względem tachometr reference.
Ponieważ obie osie opisują jeden wirujący element, wykres Nyquista odczytuje się jako tor wektora, a nie jako parę linii trendów, i właśnie ta zwartość sprawia, że jest on tak odkrywczy w pobliżu rezonansu.
2. Dlaczego wykres Nyquista jest ważny?
Wykres Nyquista daje wyjątkowo zwarte spojrzenie na odpowiedź dynamiczną maszyny. Jego głównym celem, podobnie jak wykresu Bodego, jest identyfikacja i analiza prędkości krytyczne — the rezonanse układu wirnik–łożysko.
Klasycznym wskaźnikiem prędkości krytycznej na wykresie Nyquista jest pętla. Gdy prędkość zbliża się do częstotliwość własna, amplituda rośnie, a krzywa oddala się od punktu początkowego. Gdy prędkość przechodzi przez prędkość krytyczną, faza ulega przesunięciu o 180 stopni, obracając wierzchołek wektora i tworząc okrąg lub pętlę. Punkt maksymalnej amplitudy leży na szczycie pętli, a sama prędkość krytyczna odpowiada punktowi przesunięcia fazowego o 90 stopni na pętli — jest to znacznie bardziej wyrazisty punkt charakterystyczny niż stopniowe narastanie fazy na wykresie Bodego.
3. Interpretacja wykresu Nyquista
Kształt, rozmiar i orientacja pętli dostarczają wielu informacji diagnostycznych na temat stanu i właściwości dynamicznych wirnika.
- Tłumienie: średnica pętli jest odwrotnie proporcjonalna do tłumienia układu tłumienie. Duży, dobrze uformowany okrąg wskazuje na małe tłumienie i wysokie wzmocnienie; mała, ciasna pętla wskazuje na układ dobrze wytłumiony.
- Anizotropia (rozszczepione prędkości krytyczne): jeśli układ wirnikowy ma różną sztywność w kierunku poziomym i pionowym, wykres może wykazywać dwie wyraźne, nakładające się pętle — wyraźne “rozszczepienie prędkości krytycznej” spowodowane kierunkową sztywność.
- Lokalizacja ciężkiego miejsca: orientacja pętli pomaga zlokalizować ciężkie miejsce wirnika — brak równowagi — względem znaku odniesienia fazy na wale, co wskazuje miejsce, w którym należy umieścić waga korekcyjna should go.
- Zmiany systemowe: porównywanie wykresów Nyquista w czasie ujawnia zmiany stanu maszyny. Zmiana rozmiaru lub kształtu pętli sygnalizuje zmianę tłumienia lub sztywności, co może wskazywać na pęknięty wirnik, a loose fundacja, lub zmieniające się charakterystyki łożysk.
- Równoważenie: wykres jest stosowany w zaawansowanym flexible-rotor wyważaniu. Obserwując, jak pętla przemieszcza się po dodaniu waga próbna analityk wyznacza współczynniki wpływu potrzebne do obliczenia rozwiązania wyważającego.
4. Pozyskiwanie danych w terenie
Wykres Nyquista jest tak dobry, jak zsynchronizowane dane amplitudy i fazy, które go tworzą, a te dane zależą od czystego sygnału odniesienia jeden impuls na obrót, rejestrowanego podczas przebiegu prędkości. W terenie przenośny dwukanałowy analizator drgań, taki jak Balans-1a mierzy amplitudę 1× i fazę względem impulsu optycznego tachometru podczas rozbieg lub coast-down, dostarczając zapis wektora w funkcji prędkości obrotowej, na podstawie którego sporządzany jest wykres biegunowy. Ten sam pomiar amplitudy i fazy stanowi podstawę wyważanie w terenie, dzięki czemu jeden przyrząd zarówno charakteryzuje rezonans, jak i koryguje niewyważenie, które go wzbudza. Aby sprawdzić, czy linia rzędu rzeczywiście przetnie częstotliwość własną w zakresie roboczym, analityk może najpierw naszkicować interferencję za pomocą Kalkulator diagramu Campbella.
5. Wykres Nyquista a wykres Bodego
Wykresy Nyquista i Bodego przedstawiają dokładnie te same dane — amplitudę 1× i fazę w funkcji prędkości obrotowej — w różnych formatach, a wybór między nimi często zależy od preferencji analityka i podkreślanej cechy.
- Bode plot: lepszy do odczytu dokładnej prędkości obrotowej w obr./min przy szczytowej amplitudzie oraz dokładnego początku i końca przesunięcia fazy o 180 stopni, ponieważ jego oś prędkości jest liniowa i łatwa do wyskalowania.
- Nyquist plot: lepszy do ogarnięcia całej dynamicznej odpowiedzi za jednym spojrzeniem. Znakomicie uwidacznia poziom tłumienia poprzez rozmiar pętli oraz ujawnia rozdzielone prędkości krytyczne jako nakładające się pętle — oba efekty są bardziej intuicyjne niż na wykresie Bodego.
Ściśle powiązanym wykresem jest orbita wału, który przedstawia ruch w płaszczyźnie łożyska, a nie pojedynczy wektor w funkcji prędkości. Większość nowoczesnych analizatory drgań może rysować wszystkie trzy, a doświadczeni analitycy używają ich łącznie w celu uzyskania kompleksowej dynamika wirnika diagnosis.
