Pochopenie Nyquistovho grafu (polárny graf)
A Nyquistov graf — všeobecne nazývaný polárny graf v oblasti vibračnej analýzy — je graf, ktorý znázorňuje meniaci sa vibračný vektor v polárnom súradnicovom systéme. Na rozdiel od Bodeho graf, ktorý rozdeľuje na dva samostatné kartézske grafy veličiny, ktorými sú amplitúda a fáza — Nyquistov diagram ich spája do jedného celku. Vzdialenosť od počiatku predstavuje amplitúdu kmitania a uhol okolo grafu je jeho fázový uhol, takže každý bod na krivke predstavuje jeden kompletný vektor kmitania.
1. Definícia: Amplitúda a fáza na jednom grafe
Graf znázorňuje dráhu, ktorú opisuje špička vektora 1× (synchrónneho) kmitania pri zmene otáčok stroja, typicky počas spúšťania alebo vypínania. Otáčky sú na krivke označené meniacimi sa farbami alebo symbolmi, takže analytik môže zistiť nielen veľkosť a smer vektora, ale aj otáčky, pri ktorých bol každý bod zaznamenaný.
- vzdialenosť od počiatku (stredu) predstavuje amplitúdu kmitania – čím ďalej, tým väčšia je odozva.
- uhol okolo grafu predstavuje fázový uhol vibrácií vzhľadom na tachometer ako referenčný bod.
Keďže obe osi opisujú jediný rotujúci komponent, Nyquistov diagram sa interpretuje ako oblasť vektora, a nie ako pár trendových čiar, a práve táto kompaktnosť ho robí takým výpovedným v blízkosti rezonancie.
2. Prečo je Nyquistov diagram dôležitý?
Nyquistov diagram poskytuje jedinečný prehľad o dynamickej odozve stroja. Jeho hlavným účelom je, podobne ako v prípade Bodeho diagramu, identifikovať a analyzovať kritické rýchlosti - na rezonancie systému rotora a ložiska.
Klasickým indikátorom kritickej rýchlosti na Nyquistovom grafe je slučka. Ako sa rýchlosť blíži k prirodzená frekvencia... amplitúda stúpa a krivka sa vzďaľuje od počiatku. Keď rýchlosť prekročí kritickú rýchlosť, fáza sa posunie o 180 stupňov, čím sa špička vektora otočí a vytvorí kruh alebo slučku. Bod s maximálnou amplitúdou sa nachádza na vrchole slučky a samotná kritická rýchlosť leží v bode s fázovým posunom 90 stupňov na tejto slučke – čo je oveľa zreteľnejší orientačný bod než postupný fázový nábeh na Bodeho grafe.
3. Interpretácia Nyquistovho diagramu
Tvar, veľkosť a orientácia slučky poskytujú množstvo diagnostických informácií o stave rotora a jeho dynamických vlastnostiach.
- Tlmenie: priemer slučky je nepriamo úmerný systému tlmenie. Veľký, pekne tvarovaný kruh naznačuje nízke tlmenie a vysoké zosilnenie; malá, tesná slučka naznačuje dobre tlmený systém.
- Anizotropia (rozdelené kritické body): ak má systém rotora odlišnú tuhosť v horizontálnom a vertikálnom smere, graf môže vykazovať dve odlišné, prekrývajúce sa slučky – jasný prípad „rozdielnej kritickej hodnoty“ spôsobený smerovou tuhosť.
- Umiestnenie ťažkého miesta: orientácia slučky pomáha lokalizovať ťažisko rotora — nevyváženosť — vzhľadom na referenčnú značku fázy na hriadeli, ktorá určuje, kde sa korekčná hmotnosť by mala smerovať.
- Zmeny v systéme: Porovnaním Nyquistových diagramov v čase možno zistiť zmeny v stave stroja. Zmena veľkosti alebo tvaru slučky signalizuje zmenu tlmenia alebo tuhosti, čo môže naznačovať prasknutý rotor, voľný základ, alebo meniace sa vlastnosti ložísk.
- Vyvažovanie: graf sa využíva na pokročilé vyvažovanie flexibilných rotorov. Pozorovaním toho, ako sa slučka pohybuje po skúšobná hmotnosť sa pridá, analytik odvodí koeficienty vplyvu potrebné na výpočet vyrovnávacieho riešenia.
4. Získavanie údajov v teréne
Kvalita Nyquistovho grafu závisí od kvality synchronizovaných údajov o amplitúde a fáze, na ktorých je založený, a tieto údaje závisia od čistého fázového referenčného signálu zaznamenaného raz za otáčku počas prebehu rýchlosti. V teréne sa na tento účel používa prenosný dvojkanálový analyzátor, ako napríklad Balanset-1A meria 1× amplitúdu a fázu voči impulzu optického tachometra počas nábeh alebo dobeh, čím poskytuje záznam vektorovej hodnoty v závislosti od rýchlosti, na základe ktorého sa vytvorí polárny graf. To isté meranie amplitúdy a fázy tvorí základ vyvažovanie na mieste, takže jeden prístroj slúži jednak na charakterizovanie rezonancie a jednak na korekciu nerovnováhy, ktorá ju vyvoláva. Ak chce analytik overiť, či sa riadiaca krivka skutočne pretne s vlastnou frekvenciou v prevádzkovom rozsahu, môže najprv nakresliť interferenciu s Kalkulačka Campbellovho diagramu.
5. Nyquistov diagram verzus Bodeho diagram
Nyquistove a Bodeho diagramy zobrazujú presne tie isté údaje – 1× amplitúdu a fázu v závislosti od rýchlosti – v rôznych formátoch, a voľba medzi nimi závisí často od preferencií analytika a od toho, na ktorú vlastnosť sa kladie dôraz.
- Bodeho graf: je vhodnejší na odčítanie presných otáčok pri maximálnej amplitúde a presného začiatku a konca fázového posunu o 180 stupňov, pretože jeho os otáčok je lineárna a ľahko sa na nej vykonáva meranie.
- Nyquistov graf: je vhodnejší na to, aby ste na prvý pohľad zachytili celú dynamickú odozvu. Vyniká v znázornení miery tlmenia prostredníctvom veľkosti slučky a v odhalení kritických bodov rozdelenia ako prekrývajúcich sa slučiek, a to v oboch prípadoch intuitívnejšie než Bodeho diagram.
Veľmi podobným zobrazením je obežná dráha hriadeľa, ktorý znázorňuje pohyb v rovine ložiska namiesto jedného vektora v závislosti od rýchlosti. Väčšina moderných analyzátory vibrácií môžu nakresliť všetky tri a skúsení analytici ich využívajú spoločne na komplexnú rotorovodynamická diagnostika.
