Förstå Nyquist-diagrammet (polardiagrammet)
A Nyquist-intrigen — allmänt kallat en polarplott inom vibrationsanalys — är en graf som visar en föränderlig vibrationsvektor i ett polärt koordinatsystem. Till skillnad från en Bode-diagrammet, som sprider amplitud och fas , som fördelar amplitud och fas över två separata kartesiska diagram, samlar Nyquist-diagrammet båda i en enda bild. Avståndet från origo är vibrationens amplitud, och vinkeln runt diagrammet är dess fasvinkel, så varje punkt på kurvan är en fullständig vibrationsvektor.
1. Definition: Amplitud och fas i ett diagram
Diagrammet visar den bana som spetsen på den 1× (synkrona) vibrationsvektorn beskriver när maskinens varvtal förändras, vanligtvis under uppstart eller avstängning. Varvtalet markeras längs kurvan med olika färger eller symboler, så att analytikern inte bara kan avläsa vektorns storlek och riktning utan även det varvtal vid vilket varje punkt registrerades.
- Den avståndet från origo (centrum) visar vibrationens amplitud – ju längre ut, desto större svängning.
- Den vinkel runt plotten representerar fasvinkel av vibrationen i förhållande till varvräknare referens.
Eftersom båda axlarna beskriver en enda roterande komponent tolkas Nyquist-diagrammet som en vektors geometriska bild snarare än som ett par trendlinjer, och just denna kompakthet är det som gör det så avslöjande i närheten av en resonans.
2. Varför är Nyquist-diagrammet viktigt?
Nyquist-diagrammet ger en unik och överskådlig bild av en maskins dynamiska respons. Dess huvudsakliga syfte är, precis som för Bode-diagrammet, att identifiera och analysera kritiska hastigheter - den resonanser i rotorns lagersystem.
Den klassiska indikatorn på en kritisk hastighet på ett Nyquist-diagram är en slinga. När hastigheten närmar sig en naturlig frekvens, ökar amplituden och kurvan rör sig bort från origo. När hastigheten passerar den kritiska hastigheten genomgår fasen en 180-graders förskjutning, vilket får vektorns spets att svänga runt och bilda en cirkel eller slinga. Punkten med maximal amplitud är toppen av slingan, och den kritiska hastigheten ligger vid 90-gradersfasförskjutningspunkten på slingan – ett betydligt tydligare landmärke än den gradvisa fasförskjutningen på ett Bode-diagram.
3. Tolkning av ett Nyquist-diagram
Slingans form, storlek och riktning ger värdefull diagnostisk information om rotorns skick och dynamiska egenskaper.
- Dämpning: slingans diameter är omvänt proportionell mot systemets dämpning. En stor, välformad cirkel tyder på låg dämpning och hög förstärkning; en liten, tät slinga tyder på ett väl dämpat system.
- Anisotropi (delade kritiska varvtal): Om ett rotorsystem har olika styvhet i horisontell och vertikal riktning kan diagrammet visa två tydliga, överlappande slingor — ett tydligt “delat kritiskt varvtal” som orsakas av riktningsberoende styvhet.
- Placering av tung punkt: slingans orientering hjälper till att lokalisera rotorns tunga punkt — den obalans — i förhållande till fasreferensmarkeringen på axeln, som anger var en korrigeringsvikt bör gå.
- Systemförändringar: En jämförelse av Nyquist-diagram över tid avslöjar förändringar i maskinens skick. En förändring i slingans storlek eller form tyder på en förändring i dämpning eller styvhet, vilket kan peka på en sprucken rotor, en lös grund, eller förändrade lageregenskaper.
- Balansering: diagrammet används i avancerad flexibel-rotor balansering. Genom att observera hur slingan rör sig efter en provvikt har lagts till kan analytikern bestämma influenskoefficienter som krävs för att beräkna balanseringslösningen.
4. Insamling av data i fält
Ett Nyquist-diagram är bara så bra som de synkroniserade amplitud- och fasdata som ligger bakom det, och dessa data är beroende av en ren fasreferens med en puls per varv som tas under ett hastighetsvep. I fält används en bärbar tvåkanalsanalysator såsom Balanset-la mäter 1× amplitud och fas mot sin optiska varvtalsgivarpuls under en uppkörning eller nedkörd, vilket ger det diagram över vektor mot hastighet som ligger till grund för ett polärt diagram. Samma amplitud- och fasmätning ligger till grund för fältbalansering, så att ett och samma instrument både avspeglar en resonans och korrigerar den obalans som ger upphov till den. För att kontrollera att en ordningslinje faktiskt kommer att korsa en egenfrekvens inom driftsområdet kan en analytiker först skissa interferensen med hjälp av Beräkningsverktyg för Campbell-diagram.
5. Nyquist-diagram jämfört med Bode-diagram
Nyquist- och Bode-diagram visar exakt samma data – 1× amplitud och fas mot hastighet – i olika format, och valet mellan dem beror ofta på analytikerns preferenser och vilken egenskap som ska lyftas fram.
- Bode-plot: bättre för att avläsa det exakta varvtalet vid toppamplituden samt den exakta start- och slutpunkten för 180-graders fasförskjutningen, eftersom dess hastighetsaxel är linjär och lätt att skala.
- Nyquistdiagram: bättre för att få en överblick över hela den dynamiska responsen på en gång. Det är särskilt bra på att visa dämpningsgraden genom slingans storlek och att synliggöra delade kritiska varvtal som överlappande slingor, båda mer intuitivt än ett Bode-diagram kan.
En närbesläktad visning är axelomloppsbana, som visar rörelsen i lagerplanet i stället för en enskild vektor mot hastigheten. De flesta moderna vibrationsanalysatorer kan visa alla tre, och erfarna analytiker använder dem tillsammans för en heltäckande Rotordynamik diagnos.
