Testing the Critical Velocity of a Magnetic Fluid Seal Working in a Water Environment

• Autorzy: Szczęch Marcin , Horak Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.1042

Warianty tytułu

PL

Badania prędkości krytycznej uszczelnienia z cieczą magnetyczną pracującego w środowisku wody

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Magnetic fluid seals are used in many applications, primarily in gas and vacuum environments. The unique properties of this type of seal are very low torque friction, high tightness, and almost unlimited durability. These parameters are also expected for seals that operate in a water environment. This article presents the results of a magnetic fluid seal's maximum (critical) velocity operating in a water environment. The scope of the investigation included an analysis of parameters such as the pressure of the sealed water and the properties of the magnetic fluid. Two independent parameters, such as the pressure change and the torque change of the seal, were used to determine the leakage. The results showed that the best performance was obtained for the fluid with the lowest dynamic viscosity. In addition, the water pressure had a significant effect. Furthermore, pressure change has been shown to be a better indicator of leakage occurrence at high speeds than measuring torque. The results indicate a different leakage mechanism at low and high pressures.

PL

Uszczelnienia z cieczą magnetyczną z powodzeniem znalazły zastosowanie w szeregu aplikacji, przede wszystkim w środowisku gazowym i próżni. Unikatowe właściwości tego typu uszczelnień, wśród których można wymienić: bardzo niskie opory ruchu, wysoką szczelność i omal nieograniczoną trwałość są oczekiwanymi parametrami także dla uszczelnień pracujących w środowisku wody. W pracy przedstawiono wyniki badań dopuszczalnej (krytycznej) prędkości uszczelnienia z cieczą magnetyczną pracującego w środowisku wody, przy której następuje jego trwałe uszkodzenie. Zakres badań obejmował analizę wpływu takich parametrów jak ciśnienie uszczelnianej wody oraz właściwości cieczy magnetycznej. Do wyznaczenia przecieku wykorzystano dwa niezależne parametry: zmianę ciśnienia oraz zmianę momentu tarcia uszczelnienia. Wyniki badań wykazały, że najlepsze rezultaty uzyskano w przypadku zastosowania cieczy charakteryzującej się najmniejszą wartością lepkości dynamicznej, a ciśnienie wody ma istotny wpływ. Ponadto wykazano, że pomiar zmiany ciśnienia jest lepszym wskaźnikiem wystąpienia utraty szczelności przy wysokich prędkościach niż pomiar momentu obrotowego. Wyniki wskazują również na odmienny mechanizm przecieku przy niskim i wysokim ciśnieniu.

Słowa kluczowe

EN

ferrofluid; magnetic fluid; magnetic fluid seal; measuring method; critical velocity; ferrofluid properties

PL

ferrociecz; ciecz magnetyczna; uszczelnienia z cieczą magnetyczną; metody pomiarowe; ciśnienie krytyczne; właściwości cieczy magnetycznych

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 3
• Strony: 113--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Szczęch Marcin

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1997-357X

autor

Horak Wojciech

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2258-4233

Bibliografia

• 1. Olszak A., Osowski K., Kesy Z., Kesy A.: Investigation of hydrodynamic clutch with a magnetorheological fluid, Journal of Intelligent Material Systems and Structures 2019, 30(1), pp. 155–168, doi:10.1177/1045389X18803463.
• 2. Rosensweig R., Hirota Y., Tsuda S., Raj K.: Study of audio speakers containing ferrofluid, Journal of Physics Condensed Matter, 20(20), pp. 1–4, 2008, 10.1088/0953-8984/20/20/204147.
• 3. Raouf I., Gas P., Kim H.S.: Numerical Investigation of Ferrofluid Preparation during In-Vitro Culture of Cancer Therapy for Magnetic Nanoparticle Hyperthermia, Sensors 2021, 21(16), pp. 1–19, doi: 10.3390/s21165545.
• 4. Li Z., Raj K.: Effect of vacuum level on evaporation rate of magnetic fluids, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2005, 289, pp. 43–46.
• 5. Huang J.F., Rui Y.N., Jiang X.M., Rui Y.N.: Research on sealing technology of magnetic fluid in medicinal high-speed grinder gearbox, Advanced Materials Research 2012, 433–440, pp. 600–605.
• 6. Yibiao Ch., Decai L., Yanjuan Z., Chunyan H.: Numerical Analysis and Experimental Study on Magnetic Fluid Reciprocating Seals, IEEE Transactions on Magnetics 2018, 55, pp. 1–6, 10.1109/TMAG.2018.2876124.
• 7. Zhenkun L., Decai L., Yibiao Ch., Yilong Y., Jie Y.: Influence of Viscosity and Magnetoviscous Effect on the Performance of a Magnetic Fluid Seal in a Water, Tribology Transactions 2017, 61, pp. 1–9, doi.org/10.1080/10402004.2017.1324071.
• 8. Szydło Z., Szczech M.: Investigation of Dynamic Magnetic Fluid Seal Wear Process in Utility Water Environment, Key Engineering Materials 2011, 490, pp. 143–155.
• 9. Matuszewski L.: Multi-stage magnetic-fluid seals for operating in water – life test procedure, test stand and research results: Part II Results of life tests of multi-stage magnetic – Fluid seal operating in water, Polish Maritime Research 2013, 20, pp. 37–49, doi: 10.2478/pomr-2013-0005.
• 10. Xiaolong Y., Decai L., Xinzhi H., Huitao Z.: Numerical and experimental studies of alternative combined magnetic fluid and labyrinth seal with large gap, Journal of Mechanical Engineering 2014, 50(20), pp. 175–179.
• 11. Mitamura Y., Durst Ch.: Miniature magnetic fluid seal working in liquid environments, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2017, 431, pp. 285–288, 10.1016/j.jmmm.2016.09.032.
• 12. Liu T., Cheng Y., Yang Z.: Design Optimization of Seal Structure for Sealing Liquid by Magnetic Fluids, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2005, 289, pp 411–414.
• 13. Mitamura Y., Arioka S., Sakota K., Azegami M.: Application of a magnetic fluid seal to rotary blood pumps, Journal of Physics Condensed Matter 2008, 20, pp. 1–5.
• 14. Szczęch M., Horak W.: Tightness testing of rotary ferromagnetic fluid seal working in water environment, Industrial Lubrication and Tribology 2015, 67, pp. 455–459, doi:10.1108/ILT-02-2015-0014.
• 15. Yu Z., Zhang W.: Application study of magnetic fluid seal in hydraulic turbine, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 2020, 15, pp. 1–5, doi:10.1088/1755-1315/15/7/072020.
• 16. Szczęch M.: Experimental Study on the Leak Mechanism of the Ferrofluid Seal in a Water Environment, IEEE Transactions on Magnetics 2021, 57(9) pp. 1–10, doi: 10.1109/TMAG.2021.3096210.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).