Study of Leakage Channel Parameters in Magnetic Fluid Seals

• Autorzy: Kogut Krzysztof , Szczęch Marcin

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0789

Warianty tytułu

PL

Badanie parametrów kanału przecieku w uszczelnieniach z cieczą magnetyczną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The magnetic fluid seal creates a liquid ring using a magnetic field. This system ensures tightness and minimizes friction torque, as the only friction present is due to the fluid's viscosity. The primary component of the seal is ferrofluid, a colloidal solution containing magnetic nanoparticles approximately 10 nm in diameter suspended in a non-magnetic carrier fluid. Leakage can occur in this type of seal when there is an increase in the pressure difference between both sides of the ferrofluid or when the magnetic field changes. During leakage, air can flow through a channel that forms in the ferrofluid at its weakest point, where the magnetic field is the weakest. This research focuses on understanding how the magnetic and rheological properties influence the formation of the leakage channel in a single liquid ring. The objective is to study key parameters related to the leakage channel, including the opening and closing times of the channel, as well as variations in pressure and flow rate. The findings from this research can help improve models and enhance understanding of leakage formation in the seal.

PL

Uszczelnienie z cieczą magnetyczną działa na zasadzie utworzenia płynnego pierścienia za pomocą pola magnetycznego. Układ ten zapewnia szczelność i bardzo niskie opory tarcia, ponieważ występuje wyłącznie tarcie związane z lepkością cieczy. Jego głównym elementem jest ferrociecz, która jest koloidalnym układem nanocząstek magnetycznych o rozmiarach około 10 nm, zawieszonych w cieczy nośnej. Przeciek w tego typu uszczelnieniach występuje w przypadku wzrostu różnicy ciśnień po obu stronach cieczy magnetycznej lub zmiany wartości pola magnetycznego. Przepływ podczas takiego przecieku odbywa się przez kanał, który tworzy się w cieczy magnetycznej w najsłabszym miejscu, czyli gdzie pole magnetyczne przyjmuje najmniejszą wartość. Badania te koncentrują się na zrozumieniu, w jaki sposób właściwości magnetyczne i reologiczne wpływają na tworzenie się kanału wycieku w pojedynczym pierścieniu cieczy. Celem jest zbadanie kluczowych parametrów związanych z kanałem wycieku, w tym czasu otwarcia i zamknięcia kanału, a także zmian ciśnienia i natężenia przepływu. Wyniki tych badań mogą pomóc w ulepszeniu modeli i lepszym zrozumieniu powstawania przecieków w uszczelnieniu.

Słowa kluczowe

EN

magnetic fluid; ferrofluid; seal; leakage channel

PL

ciecz magnetyczna; ferrociecz; uszczelnienie; kanał przecieku

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 1
• Strony: 7--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fot., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Kogut Krzysztof

• AGH University of Krakow, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Machine Design and Maintenance, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7242-6997

autor

Szczęch Marcin

• AGH University of Krakow, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Machine Design and Maintenance, Mickiewicza 30 Ave., Krakow, Poland

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

Bibliografia

• 1. Flitney R.: Seals and Sealing Handbook, Sixth Edition, 2014, pp. 105–288, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-099416-1.00003-6.
• 2. Chen J., Xu W., Wang B., Guan Y., Pang Y., Zhang T.: Magnetic Fluid Rotary Seals for Robotic Joints, IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2022, DOI: 10.1109/ROBIO55434.2022.10011994.
• 3. Yang X., Zhu X., Lei Y., Huang Y.: Experimental study of the magnetic fluid reciprocating seal in vacuum environment, Vacuum, 2024, https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112924.
• 4. Wagner M., Günther B.: Sputtering on liquids – a versatile process for the production of magnetic suspensions?, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 201, issues 1–3, 1999, pp. 41–44, https://doi.org/10.1016/S0304-8853(99)00055-4.
• 5. Kole M., Khandekar S.: Engineering applications of ferrofluids: A review, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 537, 2021, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168222.
• 6. Mitamura Y., Sekine K., Okamoto E.: Magnetic fluid seals working in liquid environments: Factors limiting their life and solution methods, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 500, 2020, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166293.
• 7. Yang W., Yumeng Z., Yang X., Sun Ch., Chen Y.: Systematic analysis of ferrofluid: a visualization review, advances engineering applications, and challenges, Journal of Nanoparticle Research, vol. 24, 2022, 10.1007/s11051-022-05477-5.
• 8. Rinaldi C., Chaves A., Elborai S., He X., Zahn M.: Magnetic fluid rheology and flows, Current Opinion in Colloid & Interface Science, vol. 10, issues 3–4, 2005, pp. 141–157, https://doi.org/10.1016/j. cocis.2005.07.004.
• 9. Shokrollahi H.: Structure, synthetic methods, magnetic properties and biomedical applications of ferrofluids, vol. 33, issue 5, 2013, pp. 2476–2487, Materials Science and Engineering, https://doi.org/10.1016/j.msec.2013.03.028.
• 10. Yang X, Lei Y., Guan Y.: Experimental study on pressure transfer mechanism of magnetic fluid seal in the vacuum environment, Vacuum, vol. 207, 2023, https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.11160911.
• 11. Zhongzhong W., Decai L., Jing Z.: Non-uniform distribution of magnetic fluid in multistage magnetic fluid seals, Journal of Magnetics, vol. 22(2), 2017, pp. 299–305, https://doi.org/10.4283/JMAG.2017.22.2.299.
• 12. Parmar S., Ramani V., Upadhyay R. V., Parekh K.: Two stage magnetic fluid vacuum seal for variable radial clearance, Vacuum, vol. 172, 2020, doi: 10.1016/j.vacuum.2019.109087.
• 13. Yao Y., Chen Y., Wei Y., Ni C., Li D., The influence of the thermal expansion on the magnetic fluid sealing performance, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 564, part 1, 2022, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.169996.
• 14. Yan X., Shi M., Guan Y., Li D.: Numerical and experimental study of convergent integral embedded magnetic fluid seal, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 750, 2023, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.170522.
• 15. Zhou H., Chen Y., Zhang Y., Li D.: Simulation and experimental study on pressure transfer mechanism in multi-teeth ferrofluid seals, Tribology Transactions, vol. 64, 2020, pp. 1–11, DOI:10.1080/10402004.2020.1777361.
• 16. Szczęch M., Kogut K.: Influence of Magnetic and Rheological Properties on a Leakage Channel in a Fluid Ring in Ferrofluid Seal, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 59, no. 8, 2023, DOI: 10.1109/TMAG.2023.3288211.
• 17. Chen S., Li D.: Control of Magnetic Particle Size in Ferrofluid and Its Effect on Rheological Properties, Chinese Journal of Mechanical Engineering, 35, no 79, 2022, https://doi.org/10.1186/s10033-022-00718-z.