Büyük bir türbin düzeneğinden mikroskobik bir santrifüj bileşenine kadar her şeyi neredeyse mükemmel bir hassasiyetle ölçebilen bir cihaz, Oak Ridge Ulusal Laboratuvar kompleksinin batı tarafındaki bir depolama alanında bulunuyor.
Geometrik bir matris oluşturmak, ışık saçmak ve titreşim ve akustiği değerlendirmek için üç başlıktan kızılötesi lazerler kullanan 3D tarama vibrometresi, diğer tekniklerle ölçülmesi zor olanlar da dahil olmak üzere hemen hemen her nesnenin yüksek doğrulukta ölçümlerini üretmek için Zenginleştirme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü Dinamik Test Grubu’nda araştırmacı olan Blake Van Hoy’un alanıdır.
Van Hoy’a göre, “saniyede 0.00000001 metreye kadar ve saniyede 12 metreye kadar ölçüm yapabiliyor.” “Gerçek, hakiki ve doğru bir sonuç alıyorum.”
Buna ölçülmesi genellikle daha zor olan şeyler de dahildir. Koyu renkli nesneler, canlılar, dönen veya başka şekilde hareket eden nesneler, hatta camın arkasında veya suda gizlenmiş herhangi bir şey. Tüm bunlar 3D tarama vibrometresi ile çarpıcı bir doğrulukla ve nesnenin kendisine dokunmak zorunda kalmadan ölçülebilir.
Lazer taramalı vibrometreler dış dünyada geniş bir kullanım yelpazesi sunar. Otomotiv endüstrisi tarafından fren sistemlerini, rotorları ve frenle ilgili diğer bileşenleri gürültü, titreşim ve sertlik açısından değerlendirmek için kullanılırlar. Türbin kanatlarının ve diğer bileşenlerin erken arızalanmasını önleyen fiziksel rezonansların ve sönümlemenin doğrulanması jet motoru üreticileri için yararlıdır. Ayrıca tıbbi görüntüleme için hastaneler, raylardaki hataları bulmak için demiryolları ve yaratımlarının dayanıklılığını ve akustik kalitesini artırmak için dizi tasarımcıları tarafından da kullanılmaktadır. Diş hijyenistinizin dişlerinizdeki plağı temizlemek için kullandığı titreşimli alet mi? Muhtemelen titreşim frekansını belirlemek için bir tarama vibrometresi kullanılmıştır.
Ancak şu anda ORNL’deki enstrümanın ana kullanım alanı, izotopları zenginleştirmek için kullanılan santrifüjler için hassas parçalar oluşturmaktır.
Van Hoy’a göre, bir enerji santralinin içindeki türbin çok büyüktür; 20 ila 30 hertz hızında dönebilir ve sadece boyutu nedeniyle hassas bir şekilde dengelenmesi ve hizalanması gerekir. “Öte yandan bir santrifüj son derece kompakt, hızlı, hafif ve hassastır ve her ikisi de yapı, simetri, denge ve dinamikler açısından -daha fazla olmasa da- aynı miktarda özen gerektirir. Bu her ikisi için de geçerli. Geometrideki hassasiyet inanılmaz.”
Laboratuvara ait bir 3D lazer tarama vibrometresi 2021 bütçesinde tesis sermaye ekipmanı olarak onaylanmadan önce Van Hoy bunun için dört teklif yazdı.
“Sorunu çözmek için sunabileceğiniz teknolojiye sahip değilseniz sorunu çözemezsiniz” dedi. “Laboratuvar bununla uzun vadeli bir yatırım yapıyor.”
Sadece santrifüj modelleri için bile şimdiden zaman ve para tasarrufu sağladığını söyledi.
Düğme boyutundaki sensörleri kullanmadan önce ESED, her biri pahalı ve hassas olan birkaç ivmeölçer yerleştirerek titreşim frekansını ve sönümlemeyi ölçüyordu. Bu prosedür sadece maliyetli ve zaman alıcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda yalıtılmış veya çıplak tel, bir parçanın cıvatalı, kaynaklı veya yapıştırılmış olması, şekil, tork ve diğer birçok şey gibi unsurları da dikkate almıyordu. Yine de, mevcut en iyi veri olduğu için, parça tasarımcılarına tahminler sağlamak için kullanıldı.
Van Hoy, “lazer tarama vibrometresinin tüm değişkenleri ölçtüğünü” belirtti. “Test verilerini aldıktan ve dijital modeli bu sonuçlarla uyumlu hale getirdikten sonra “kalibre edilmiş” bir dijital simülasyon modeline sahip oluyoruz. Sonunda parçaları ürettiğimizde, modelde ayarlamalar yapabilir ve yine de ondan emin olabiliriz. Bunları ne kadar etkili bir şekilde oluşturabilirsek, o kadar hızlı dengeleyebilir ve etkinleştirebiliriz. Eğer düzgün bir şekilde oluşturulmamışlarsa, dengelemek zaman alıcı olabilir. Bu da güvenilirliği artırıyor.”
Bu alet sıklıkla rezonans frekansını (bir nesnenin en çok titreşmeye başladığı frekans) ve sönümlemeyi (titreşim enerjisinin ne kadar azaltıldığı) ölçmek ve model geliştiren tasarımcılara veri üretmek için kullanılır. Van Hoy, “O kadar kesin ki, sistemin sınır koşullarını ve bileşen rezonans frekanslarını hesaplamıyorlar. Modele yerleştirilen gerçek verileri kullanarak bir parçanın, bileşenin, alt montajın veya tüm makinenin ne kadar iyi çalışacağını simüle edebiliyorlar.”
Kaynak: techxplore – Oak Ridge National Laboratory
