Sprawozdanie

z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:

Współczesne Materiały Inżynierskie

Temat ćwiczenia

Pomiar ciśnienia krytycznego i oporów ruchu uszczelnienia z cieczą magnetyczną

Prowadzący ćwiczenie:

Dr inż. Zbigniew Szydło

Wykonawcy:

1. Tomek Szymocha

2. Szymon Dutka

Kraków, grudzień 2011

1. Stanowisko badawcze

1.1. Budowa pomiarowego węzła uszczelniającego.

Pomiarowy węzeł uszczelniający składa się z tulei z występami uszczelniającymi (1), osadzonej na wale (10). Z występami uszczelniającymi współpracują nabiegunniki (2) oraz magnes trwały (3), które pozwalają na wytworzenie pola magnetycznego i utrzymania cieczy magnetycznej (4) znajdującej się pomiędzy wypustami uszczelniającymi i nabiegunnikami. Poprzez kanał (11) i wydrążenie w wale doprowadzane jest sprężone powietrze do komory (12). Komorę sprężonego powietrza stanowi element walcowy- tuleja (5) i pokrywa (7), które mocowane są do stałego elementu (6).

2.Układ pomiarowy stanowiska i metodyka przeprowadzania pomiarów

Podczas badania doświadczalnego parametrami mierzonymi były:

- temperatura – za pomocą termopary umieszczonej w kanale tulei.

- ciśnienie – za pomocą czujnika ciśnienia zamontowanego przy wlocie sprężonego powietrza do badanego układu.

- moment oporu – za pomocą belki tensometrycznej. Tuleja połączona z ramieniem dźwignią działa na belkę tensometryczną, a moment oporu mierzony jest pośrednio przez wskazanie tensometru. Sygnał z tensometru jest przetwarzany przez przetwornik A/C na wartość cyfrową i rejestrowany przez komputer.

- prędkość obrotową – regulowaną za pomocą falownika i rejestrowaną przez komputer.

3. Ciecz magnetyczna użyta w badaniach

W badaniach użyto cieczy magnetycznej produkcji rosyjskiej o oznaczeniu: BM-30 Batch 257 .

Magnetyzacja nasycenia tej cieczy wynosi: 50 kA/m.

4. Pomiary

Badanie polegało na umocowaniu tulei z dwoma występami uszczelniającymi na wale i wprowadzeniu 200 µl cieczy magnetycznej BM-30 Batch 257. Następnie do węzła zamontowany został element walcowy i pokrywa tworzące szczelną komorę dla sprężonego powietrza. Kolejnym krokiem było ustawieniu parametrów badania:

• Prędkości obrotowej,

• Ciśnienia na kompresorze zasilającego układ pomiarowy.

Po wprawieniu wału i tulei w ruch doprowadzone został sprężone powietrze. Ciśnienie powietrza wzrastało stopniowo, aż do momentu pojawienia się charakterystycznego hałasu i wydmuchaniu cieczy magnetycznej (czyli przekroczenia krytycznej wartości ciśnienia badanego uszczelnienia z cieczą magnetyczną).

Opory ruchu uszczelnienia mierzone były pośrednio za pośrednictwem belki tensometrycznej. Moment oporu działał na belką tensometryczną poprzez ramię dźwigni pewna mierzalną siłą rejestrowaną przez wskazanie tensometru.

Przeprowadzono pomiar ciśnienia krytycznego i oporów ruchu uszczelnienia z cieczą magnetyczną BM-30 Batch 257 dla następujących parametrów geometryczno-ruchowych:

• prędkość obrotowa wału: n = 30 [Obr/min]

• wielkość szczeliny: δ = 0,2 [mm]

• liczba występów uszczelniających: z = 2

• ilość cieczy na jeden występ: q = 200[µl]

5. Wyniki badań

W tablicy 1 podano zbiorcze wyniki pomiarów przeprowadzonych przez 2 zespoły pomiarowe.

Tabl.1 Wyniki pomiarów uszczelnienia z ferrocieczą BM-30 Batch 257. Liczba występów uszczelniajacych: z = 2; ilość nanocieczy na jeden występ: q = 200µl.

Pomiar	Zespół pomiarowy	Ciecz magnetyczna BM-30 Batch 257
		Wielkosci nominalne
		Grubość szczeliny, mm
1	1	0,1
2		0,2
3		0,3
4	2	0,2
5		0,2
6		0,2

6. Opracowanie wyników

.

7. Wnioski i uwagi

Z wykresów wynika, że wraz ze wzrostem szczeliny przy stałej prętkości obrotowej wału, ciśnienie krytyczne uszczelnienia oraz momenty oporów uczszelnienie maleją. Dzieje się tak gdyż tarcie pomiędzy warstewkami płynu maleje wraz ze wzrostem odległością od ścianki wału bądź tulei. Oznacza to ze im wieksza szczelina tym opory ruchu w środkowej warstwie cieczy magnetycznej są mniejsze.

W przypadku wzrostu prędkości obrotowej przy stałej szerokości szczeliny, ciśnienie krytyczne uszczelnienia maleje, a momenty oporów uszczelnienia wzrastają. Dzieje się tak gdyż wraz ze wzrostem pretkości obrotowej na ciecz zaczyna działać coraz to wieksza siła odśrodkowa powodując osłabienie uszczelnienia. Moment oporu ruchu wzrasta, gdyż tarcie w cieczy magnetycznej ma charakter wiskotyczny, czyli zależny od pretkości i rośnie wraz ze wzrostem prędkości.