Test

NUMER UMOWY: POIR.01.01.01-00-0488/19-00
TYTUŁ  PROJEKTU: Opracowanie innowacyjnego, kompaktowego układu uszczelniającego z cieczą magnetyczną CMFS (Compact Magnetic Fluid Seal)

Opis projektu: projekt realizowany w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, działanie 1.1. „Projekty B+R przedsiębiorstw”, Poddziałanie 1.1.1 „Badania przemysłowe i prace rozwojowe realizowane przez przedsiębiorstwa” współfinansowanym ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

Tytuł projektu: opracowanie innowacyjnego, kompaktowego układu uszczelniającego z cieczą magnetyczną CMFS (Compact Magnetic Fluid Seal)” o numerze wniosku POIR.01.01.01-00-0488/19

Cel projektu: celem projektu jest opracowanie autonomicznego układu uszczelniającego z cieczą magnetyczną, który będzie współpracował z konwencjonalnymi łożyskami tocznymi i/lub zespołami przeniesienia napędu. Nowo opracowany układ uszczelniający stanowić będzie alternatywę dla powszechnie stosowanych stykowych uszczelnień wargowych. Uszczelnienie ma wyróżniać się zwartą budową, umożliwiającą zastosowanie go w większości typowych węzłów typu łożysko toczne–uszczelnienie.

Istotą rozwiązania Cassete Magnetic Fluid Seal w skrócie CMFS, (tłumacząc na jęz. polski: „kompaktowy układ uszczelniający z cieczą magnetyczną”), jest utworzenie płynnego pierścienia uszczelniającego z cieczy magnetycznej w szczelinie utworzonej przez nadbiegunniki oraz pierścień magnetyczny.. W układzie tym wykorzystana jest możliwość utrzymania cieczy magnetycznych w zadanym miejscu za pośrednictwem pola magnetycznego. Układ CMFS można porównać do formy płynnego o-ringa stanowiącego barierę uszczelniającą. Proponowane rozwiązanie cechuje się:

  • bardzo niskimi (zbliżonymi do 0) oporami ruchu,
  • niemal nieograniczoną trwałością,
  • wysoką szczelnością, zarówno w warunkach statycznych jak i dynamicznych,
  • brakiem wrażliwości na przemieszczenia i drgania elementów składowych uszczelnienia,
  • kompensacja odkształceń wymiarowych,
  • kompensacja ciśnienia wewnątrz uszczelnianego węzła,
  • samoczynne doszczelnianie węzła po przekroczeniu ciśnienia przebicia,
  • szerokie spektrum konstrukcyjne umożliwiające uszczelnianie cieczą magnetyczną zarówno na średnicy wewnętrznej jak i zewnętrznej z wykorzystaniem siły odśrodkowej,
  • konstrukcja umożliwiająca stosowanie uszczelnień o dużych i bardzo dużych wymiarach (modułowa).

 

W przypadku konwencjonalnych uszczelnień stykowych może występować istotna trudność w zachowaniu szczelności w sytuacji, gdy dochodzi do wzajemnego przemieszczania się elementów uszczelnianych. Ze względu na fakt, że w uszczelnieniu CMFS, barierą uszczelniającą jest ciecz magnetyczna, która może kompensować rzeczywiste oraz potencjalne odkształcenia (adaptować się) wynikające ze zmiennych warunków pracy, CMFS cechuje się dużą tolerancji na przemieszczenia. Specyfika konstrukcji CMFS predysponuje je do zastosowania w układach o zmniejszonych wymaganiach odnośnie twardości i chropowatości wału w porównaniu do gumowego pierścienia uszczelniającego, co pozwala ograniczyć koszty obróbki wału.

Model układu CMFS

1-elementy niemagnetyczne (obudowa)
2-elementy magnetyczne – nabiegunniki
3- magnes trwały
4- ciecz magnetyczna umiejscowiona w położeniach I i II

Rysunek konstrukcyjny uszczelnienia CMFS typu Cassette Seal

Elementy uszczelnienia CMFS

Statyczne ciśnienie krytyczne

Standardowo przyjmuje się, że dla klasycznych uszczelnień kontaktowych, statyczne ciśnienie krytyczne jest mniejsze niż 20kPa, uszczelnienie CMFS uzyskało aż 46 kPa.

Pomiar statycznego ciśnienia krytycznego uszczelnienia CMFS, gdzie pkr wynosi 46 kPa

Graniczna prędkość obrotowa pracy układu i moment obrotowy

Uzyskany wynik dla granicznej prędkości obrotowej: 12.000 obr/min jest znacznie wyższy niż dla uszczelnień kontaktowych (8.000 obr/min) jednocześnie uzyskaliśmy bardzo niski moment obrotowy, który nie przekraczał 0,04 Nm – standardowe uszczelnienia pozwalają uzyskać minimalnie 0,1 Nm.

Parametry podczas testu szybkościowego w zakresie prędkości 0-12000 obr/min (0-16m/s)

Podsumowanie

Uzyskane parametry kompaktowego układu uszczelniającego z cieczą magnetyczną (CMFS) jednoznacznie wskazują, że jest to bardzo dobra alternatywa dla tych zastosowań gdzie najważniejsza jest szczelność układu przy bardzo wysokich obrotach, jednocześnie w warunkach statycznych i dynamicznych oraz przy zachowaniu minimalnego momentu obrotowego.

W efekcie prac badawczych w ramach współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego projektu „Opracowanie innowacyjnego, kompaktowego układu uszczelniającego z cieczą magnetyczną CMFS (Compact Magnetic Fluid Seal )” dokonaliśmy zgłoszenia patentowego (P.41631) zatytułowanego: ,,Kompaktowe uszczelnienia z cieczą magnetyczną CMFS oraz metoda ich wytwarzania”