XXIII Sympozjon PKM Rzeszów-Przemyśl 2007 POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn http://zkiem.wimir.agh.edu.pl

Uszczelnienia z cieczą magnetyczną Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Uszczelnienia z cieczą magnetyczną Uszczelnienia z cieczą magnetyczną (uszczelnienia ferromagnetyczne), należą do całkowicie szczelnych uszczelnień. Czynnik uszczelniany oddzielany jest od otoczenia barierą utworzoną przez ciecz magnetyczną, utrzymywaną polem magnetycznym.

niewielkie opory ruchu duża niezawodność działania Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Podstawowe zalety doskonała szczelność niewielkie opory ruchu duża niezawodność działania praca przy wysokich prędkościach możliwość pracy w próżni Wady uszczelnień magnetycznych niewysokie ciśnienia dopuszczalne (w praktyce poniżej 0,5 MPa), niska temp. pracy (poniżej 120C), nieodporne na zanieczyszczenia zewnętrzne Ciecz magnetyczna pod wpływem pola magnetycznego kształtuje się wzdłuż linii pola. Powstaje charakterystyczny „JEŻYK” Ciecz magnetyczna, jest zawiesiną koloidalną magnetycznych cząstek o średnicy około 10nm w cieczy nośnej, od własności której w dużej mierze zależy skuteczność uszczelniania

Budowa uszczelnienia z cieczą magnetyczną Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Budowa uszczelnienia z cieczą magnetyczną Uszczelnienie z cieczą magnetyczną składa się z magnesu trwałego lub elektromagnesu, nabiegunników wykonanych z materiału o dobrych własnościach magnetycznych oraz cieczy magnetycznej, która zamykając obwód magnetyczny tworzy barierę uszczelniającą. Zdolność utrzymania ciśnienia przez jeden występ, wg teoretycznych obliczeń, nie przekracza 0,05MPa.

Uszczelnienie wału niemagnetycznego Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Uszczelnienie wału niemagnetycznego Ciecz doprowadzona w pobliże wału obejmuje całą przestrzeń pomiędzy nabiegunnikami i wałem tworząc barierę uszczelniającą

Występy uszczelniające mogą być wykonane na nabiegunnikach Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO W celu skutecznego uszczelniania przestrzeni o wyższym ciśnieniu stosuje się wielostopniowe uszczelnienia z cieczą magnetyczną. Występy uszczelniające mogą być wykonane na nabiegunnikach

Występy uszczelniające mogą być wykonane na na wale. Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Występy uszczelniające mogą być wykonane na na wale. Uszczelnienia ferromagnetyczne zestawia się również z uszczelnieniami tradycyjnymi (np. labiryntowymi, dławicowymi, itp.)

Proces utraty szczelności uszczelnienia ferromagnetycznego Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Proces utraty szczelności uszczelnienia ferromagnetycznego Poprawna praca uszczelnienia b) Faza I – przeciek bąbelkowy

Proces utraty szczelności uszczelnienia ferromagnetycznego Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Proces utraty szczelności uszczelnienia ferromagnetycznego c) Faza II – przeciek kanalikowy d) Faza III – wydmuchanie cieczy

Badania ciśnienia przebicia uszczenienia Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Badania ciśnienia przebicia uszczenienia Stanowisko laboratoryjne MAST 2 1 – panel kontrolno-pomiarowy, 2 – manometr pomiaru ciśnienia w komorze badawczej, 3 – przewód zasilania komory badawczej sprężonym powietrzem, 4 – głowica badawcza z uszczelnieniem, 5 – silnik napędowy wału, 6 – przeźroczysta płytka obserwacyjna, 7 – komputer pomiarowy, 8 – układ przygotowania sprężonego powietrza

Pomiar rozkładu pola magnetycznego Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Pomiar rozkładu pola magnetycznego Celem badań było sprawdzenie nierównomierności rozkładu natężenia pola magnetycznego na obwodzie uszczelnienia w zależności od liczby magnesów Ø15x5 i pomiar ciśnienia przebicia uszczelnienia w zależności od natężenia pola magnetycznego. Rozkład pola magnetycznego został określony za pomocą pomiarów wartości indukcji magnetycznej w szczelinie tulei pomiarowej.

Pomiar rozkładu pola magnetycznego Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Pomiar rozkładu pola magnetycznego Pomiary wykonano dla pakietów magnetycznych zawierających od 1 do 16 krążków magnesów neodymowych Ø15x5. Odczyt wartości indukcji wykonywano w ośmiu punktach rozmieszczonych równomiernie na obwodzie tulei pomiarowej.

Występuje nierównomierność indukcji magnetycznej na obwodzie. Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Występuje nierównomierność indukcji magnetycznej na obwodzie. Prawidłowość uzyskuje się już od 4 magnesów i maksimum wartości indukcji występuje w pobliżu ½ obwodu szczeliny w stosunku do punktu początku pomiaru.

Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Różnica wartości indukcji dla 4 magnesów wynosi 4,40 mT co stanowi około 8% wartości średniej, natomiast w przedziale 6 do 16 magnesów różnica ta wynosi od 6 do 18,00 mT, co stanowi we wszystkich przypadkach około 7% wartości średniej

Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Średnia indukcja magnetyczna w szczelinie pomiarowej w zależności od liczby magnesów użytych w układzie magnetycznym. Obserwując zmiany indukcji magnetycznej ze wzrostem liczby magnesów trwałych generujących pole można zauważyć w przybliżeniu liniowy wzrost natężenia pola magnetycznego.

Badanie ciśnienia przebicia uszczelnienia Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Badanie ciśnienia przebicia uszczelnienia Do badania ciśnienia przebicia wykorzystano tuleję badawczą z 4 występami uszczelniającymi umieszczoną w głowicy pomiarowej. Czynnikiem uszczelniającym była ciecz magnetyczna produkcji rosyjskiej BM30 o magnetyzacji nasycenia 37,5 kA/m. Na każdy występ tulei podawano 100ml cieczy. Ciecz magnetyczną równomiernie rozprowadzano na obwodzie występów tulei pomiarowej Próby przebicia uszczelnienia dokonywano w warunkach statycznych. Każdą próbę poprzedzano półgodzinnym okresem stabilizacji cieczy w szczelinach uszczelnienia.

Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Dla badanego zakresu wartości indukcji magnetycznej w szczelinie wzrost ciśnienia przebicia w zależności od wartości indukcji jest w przybliżeniu liniowy. Przebicie uszczelnienia związane z wydmuchem cieczy magnetycznej na przeźroczystą płytkę obserwacyjną głowicy badawczej występowało zawsze w miejscu najsłabszego pola magnetycznego.

Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Podsumowanie 1. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że w zakresie od czterech do szesnastu magnesów stosowanych w układzie magnetycznym uszczelnienia różnica wartości indukcji magnetycznej na obwodzie uszczelnienia w odniesieniu do wartości średniej jest podobna i wynosi od 7% do 8%.   2. Analiza nierównomierności rozkładu indukcji na obwodzie wskazuje, że jej przyczyną może być asymetria magnetyczna wynikająca z cech konstrukcyjnych układu magnetyczno-uszczelniającego. 3. Ciśnienie przebicia rośnie równomiernie ze wzrostem indukcji magnetycznej w szczelinie z cieczą magnetyczną. Dla badanego zakresu indukcji magnetycznej wzrost ten jest w przybliżeniu liniowy. 4. Przebicie uszczelnienia następowało zawsze w pobliżu miejsca o zmierzonej najmniejszej indukcji, co potwierdza prawidłowość przeprowadzonych pomiarów.

Marcin Potoczny, Zbigniew Szydło, Józef Salwiński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn POMIAR ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO I CIŚNIENIA PRZEBICIA USZCZELNIENIA Z CIECZĄ MAGNETYCZNĄ WAŁU OBROTOWEGO Dziękuję za uwagę