Qinetiq – Modaalanalyse en balancering van
“human centrifuge”
- Klant: Qinetiq
- Project: Controle en balancering van “human centrifuge”
- Uitvoeringsdatum: Q1 2021
Over Qinetiq
De Belgische vestiging van Qinetiq ontwerpt en bouwt “human centrifuges”. Deze toestellen worden gebruikt in training en onderzoek in de lucht- en ruimtevaart. Door middel van een draaiende beweging wekken ze artificiële zwaartekracht op voor test- en trainingsdoeleinden.
Het project
Qinetiq heeft een redesign gedaan van hun centrifuges. Bij het uitvoeren van de FEA (Finite Element Analysis) werden er een aantal veronderstellingen gemaakt.
ACD werd ingeschakeld voor:
- Controle van de FEA
- Balancering van de centrifuge
- Controle van de lagering
Controle FEA
De structuur werd aangestoten met een gemeten kracht. De respons van de structuur werd gemeten. Op die manier weten we hoe de structuur reageert, maw hoeveel de structuur trilt op een bepaalde frequentie per aangelegde Newton.
De uitdaging hier ligt in de grootte van de structuur. Hierdoor dient er gewerkt te worden met sensoren met een hoge gevoeligheid, een bereik dat laagfrequent + een lage signal/noise ratio. Een standaard industriële trillingssensor (100mV/g) voldoet hier uiteraard niet.
In hoofdzaak werd er gekeken naar de rigid body modes. Bij de meting werd het object vereenvoudigd tot de 2 liggers waarop de structuur is opgebouwd. Deze liggers werden elk op 10 meetpunten gemeten.
De structuur werd aangestoten met een gemeten kracht. De respons van de structuur werd gemeten. Op die manier weten we hoe de structuur reageert, maw hoeveel de structuur trilt op een bepaalde frequentie per aangelegde Newton.
Hieruit werden 10 bewegingsvormen gedestilleerd. Deze frequenties lagen tussen de 1,8 Hz en 100 Hz. Van elke bewegingsvorm werd een demping bepaald. Enkele voorbeelden:
In vergelijking met de FEA was er een minimaal verschil op enkele bewegingsvormen.
Met de gemeten data kon het theoretisch model verder gefinetuned worden ivm toekomstige berekeningen.
Balancering
Gezien de grote massa en het lage toerental, zorgen de krachten niet voor een hoge trilling van het statische gedeelte. Hierdoor kunnen standaard on-site balanceermethodes niet gebruikt worden.
Deze uitdaging werd overwonnen door te werken met eddy-current probes. Deze probes kijken naar de as. De beweging van de as in het lager wordt opgemeten. Op basis van deze beweging (µm) werd er een balancering uitgevoerd.
De machine werd opgemeten en uit onderstaande figuur werd de amplitude en fase tov het tachosignaal berekend:
Na balancering zien we:
We zien nog een restbeweging van +/- 20µm van de as in het lager. Dit is een minimale beweging, zeker indien we rekening houden met een verticale topzware opstelling.
De centrifuge werd gebalanceerd in lege toestand. Wanneer de (test)persoon plaatsneemt zal zijn/haar gewicht nog gecompenseerd moeten worden.
Controle lagering
Op het statische gedeelte werd er een “klassieke” trillingsmeting uitgevoerd, om een beeld te krijgen van de conditie van de lagers.
Het gemeten signaal werd geanalyseerd en vergeleken met gekende foutbeelden van de aanwezige lagers (NU2222ECP, NU 226 ECJ en een 29322E).
Er werden geen afwijkingen gevonden.
Resultaat
1. De FEA werd gecontroleerd door modaalanalyse. Dankzij de data kon het FEA-model gefinetuned worden naar de praktijk.
2. De balancering heeft de beweging van de as in het lager duidelijk laten dalen.
3. De lagering werd gecontroleerd en goedgekeurd voor verder gebruik.