Înțelegerea diagramei Nyquist (diagrama polară)
A Diagrama Nyquist — cunoscut sub numele de grafic polar în domeniul vibrațiilor — este un grafic care prezintă un vector de vibrație variabil într-un sistem de coordonate polare. Spre deosebire de un Diagrama Bode, care se propagă amplitudine și fază pe două grafice carteziene distincte, graficul Nyquist le combină pe ambele într-o singură imagine. Distanța față de origine reprezintă amplitudinea vibrației, iar unghiul de-a lungul graficului reprezintă unghiul de fază al acesteia, astfel încât fiecare punct de pe curbă reprezintă un vector de vibrație complet.
1. Definiție: Amplitudinea și faza pe un singur grafic
Graficul urmărește traiectoria parcursă de vârful vectorului de vibrație 1× (sincron) pe măsură ce viteza mașinii se modifică, de obicei în timpul pornirii sau opririi. Viteza este marcată de-a lungul curbei cu culori sau simboluri variate, astfel încât analistul poate citi nu numai mărimea și direcția vectorului, ci și turația la care a fost înregistrat fiecare punct.
- The distanța față de origine (centru) reprezintă amplitudinea vibrației — cu cât este mai departe, cu atât răspunsul este mai mare.
- The unghi în jurul graficului represents the unghi de fază a vibrației în raport cu tahometru reference.
Deoarece ambele axe descriu o singură componentă rotativă, graficul Nyquist este interpretat ca locul geometric al unui vector, mai degrabă decât ca o pereche de linii de tendință, iar această compactitate este tocmai ceea ce îl face atât de revelator în apropierea unei rezonanțe.
2. De ce este important graficul Nyquist?
Diagrama Nyquist oferă o imagine concisă și cuprinzătoare a răspunsului dinamic al unui sistem. Scopul său principal, la fel ca în cazul diagramei Bode, este de a identifica și analiza viteze critice - a rezonanțe a sistemului rotor-rulment.
Indicatorul clasic al unei viteze critice pe un grafic Nyquist este o buclă. Pe măsură ce viteza se apropie de frecvență naturală, amplitudinea crește, iar curba se îndepărtează de origine. Pe măsură ce viteza depășește viteza critică, faza suferă o deplasare de 180 de grade, determinând vârful vectorului să se rotească pentru a forma un cerc sau o buclă. Punctul de amplitudine maximă este vârful bucla, iar viteza critică se situează la punctul de deplasare de fază de 90 de grade de pe buclă — un reper mult mai evident decât creșterea treptată a fazei pe un grafic Bode.
3. Interpretarea unui grafic Nyquist
Forma, dimensiunea și orientarea buclei oferă o mulțime de informații diagnostice privind starea și proprietățile dinamice ale rotorului.
- Amortizare: diametrul buclei este invers proporțional cu sistemul amortizare. Un cerc mare și bine conturat indică o amortizare redusă și o amplificare ridicată; o buclă mică și strânsă indică un sistem bine amortizat.
- Anizotropie (critice divizate): dacă un sistem cu rotor prezintă rigidități diferite pe direcțiile orizontală și verticală, graficul poate prezenta două bucle distincte, care se suprapun — un caz clar de „punct critic divizat” cauzat de direcționalitate rigiditate.
- Localizarea punctului greu: orientarea buclei ajută la localizarea punctului greu al rotorului — dezechilibru — în raport cu marcajul de referință de fază de pe arbore, care indică locul în care un greutatea de corecție should go.
- Modificări ale sistemului: compararea diagramelor Nyquist în timp evidențiază modificări ale stării mașinii. O schimbare a dimensiunii sau a formei buclei indică o modificare a amortizării sau a rigidității, ceea ce poate indica o rotor fisurat, a loose fundaţie, sau caracteristicile rulmenților în schimbare.
- Echilibrarea: graficul este utilizat în mod avansat la flexible-rotor echilibrare. Observând modul în care se mișcă bucla după o greutate de probă se adaugă, un analist deduce coeficienți de influență necesare pentru calcularea soluției de echilibrare.
4. Colectarea datelor pe teren
Calitatea unui grafic Nyquist depinde în totalitate de calitatea datelor sincronizate de amplitudine și fază pe care se bazează, iar aceste date depind de o referință de fază clară, înregistrată o dată pe rotație, obținută printr-o scanare a vitezei. În practică, un analizor portabil cu două canale, precum Balanset-1A măsoară amplitudinea și faza de 1× în raport cu impulsul tahometrului optic pe durata unui accelerare sau decelerare, furnizând datele privind relația dintre vectori și viteză pe baza cărora se realizează un grafic polar. Aceeași măsurătoare a amplitudinii și a fazei stă la baza echilibrarea la fața locului, astfel încât un singur instrument să caracterizeze o rezonanță și să corecteze, în același timp, dezechilibrul care o provoacă. Pentru a verifica dacă o linie de comandă va traversa efectiv o frecvență naturală în intervalul de funcționare, un analist poate schița mai întâi interferența cu ajutorul Calculator pentru diagrama Campbell.
5. Diagrama Nyquist vs. diagrama Bode
Diagramele Nyquist și Bode prezintă exact aceleași date — amplitudinea și faza la scara 1× în funcție de viteză — în formate diferite, iar alegerea între ele depinde adesea de preferințele analistului și de caracteristica pe care se dorește să o evidențieze.
- Bode plot: este mai potrivit pentru citirea cu precizie a turației (RPM) la amplitudinea maximă și a momentului exact de început și sfârșit al deplasării de fază de 180 de grade, deoarece axa sa de viteză este liniară și ușor de scalat.
- Nyquist plot: este mai potrivit pentru a surprinde dintr-o privire întregul răspuns dinamic. Se remarcă prin capacitatea de a ilustra gradul de amortizare prin dimensiunea buclelor și de a evidenția punctele critice de divizare sub forma unor bucle suprapuse, ambele aspecte fiind redate într-un mod mai intuitiv decât în cazul unui grafic Bode.
Un afișaj foarte asemănător este orbita arborelui, care reprezintă grafic mișcarea în planul de coordonate, în loc de un singur vector în funcție de viteză. Majoritatea sistemelor moderne analizoare de vibrații le pot desena pe toate trei, iar analiștii experimentați le utilizează împreună pentru o analiză cuprinzătoare dinamica rotorului diagnostic.
