XXIII Sympozjon PKM Rzeszów-Przemyśl 2007

Prezentacja na temat: "XXIII Sympozjon PKM Rzeszów-Przemyśl 2007"— Zapis prezentacji:

1 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

2 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.

3 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

4 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.

5 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

6 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

7 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.)

8 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

9 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

10 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

11 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.

12 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.

13 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.

14 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

15 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.

16 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.

17 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.

18 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.

19 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