Magnetic fluid seals for bearing assemblies of mine main ventilation fans

Radionov, O. V.; Tarelnyk, N. V.; Pavlovskyi, S. V.; Радіонов, О. В.; Тарельник, Н. В.; Павловський, С. В.

Magnetic fluid seals for bearing assemblies of mine main ventilation fans

Radionov, O. V.; Tarelnyk, N. V.; Pavlovskyi, S. V.; Радіонов, О. В.; Тарельник, Н. В.; Павловський, С. В.

URI: https://repo.snau.edu.ua/xmlui/handle/123456789/16212

Дата: 2025

Короткий опис(реферат):

The conditions of the work of main ventilation fans and their impact on the reliability of the seal bearing fan assemblies are analyzed. The application of magnetic fluid seal complexes instead of regular seals is proved. Computer simulation of nonlinear magnetic processes in the core of magnetic fluid seal (MFS) numerical finite element method using the software package Comsol by varying the gap in the range of 0.1...1.0 mm was carried out. The technique is described in detail. The calculation was performed in two stages. In the first stage distribution was calculated in static magnetic field (MF) in the active zone of the seal considering the nonlinear characteristics of magnetic circuit and the magnetic fluid in the magnetic saturation assuming M = Ms. It identifies the position of the MF boundary limited by isobars p = Ms ⋅ B == const, where B = |B| – magnetic induction vector module. In the second stage hydrodynamic processes in MF while the shaft rotates under the assumption that the magnetic fluid boundaries coincide with boundaries of liquid in static conditions were calculated. At the same time we take into account the empirical nonlinear dependence of the viscosity MF on the magnetic field and the nonlinear properties of the Navier-Stokes equations. Thus, the problem in two stages regarded as loosely coupled, which allowed to perform consistent solution. The developed mathematical model of magnetic and hydrodynamic processes occurring in the seal gap allowed to design and implement optimized design of magnetic fluid sealing complex (MFSC) for two main ventilation fans of various types considering the increasing gaps in the work area of seal. Analysis of operating experience MFSC proves the prospects of their application in the main ventilation fans (MVF). The research results are confirmed by experimental-industrial exploitation of MVF with installed with sealing complexes. MFSC tests were carried out on the mine axial fan ВОД-30M (m. Ternovskaya, Pavlograd) and centrifugal mine fan ВЦ-25 (m. Yubileinaya, Pavlograd).

Суть розробки, основні результати:

Проаналізовано умови роботи вентиляторів головного провітрювання та їх вплив на надійність ущільнень підшипникових вузлів вентиляторів. Обґрунтовано застосування магніторідинних герметизуючих комплексів замість штатних ущільнень. Тому було проведено комп’ютерне моделювання взаємопов’язаних нелінійних магнітних та гідродинамічних процесів в активній зоні магніторідинного герметизатора (МРГ) чисельним методом кінцевих елементів за допомогою пакету програм Comsol при варіюванні зазору в діапазоні 0,1…1,0мм. Розрахунок виконували у два етапи. На першому етапі розрахували розподіл у статичних умовах магнітного поля в активній зоні герметизатора з урахуванням нелінійних характеристик магнітопроводу та у припущенні насичення магнітної рідини (МР) M = Ms. При цьому визначали положення кордону МР, обмежене ізобарами p == Ms ⋅ B = const, де В = |B| – Модуль вектора магнітної індукції. На другому етапі розраховували гідродинамічні процеси в МЖ при обертанні валу в припущенні, що межі магнітної рідини збігаються з межами рідини в статичних умовах. При цьому враховували нелінійну емпіричну залежність в’язкості МР від величини магнітного поля та нелінійні властивості рівняння Нав’є-Стокса. Таким чином, завдання на двох етапах розглядали як слабко пов’язані, що дозволило виконати їхнє послідовне рішення. Розроблена математична модель магнітних та гідродинамічних процесів, що відбуваються в зазорі герметизатора, дозволила спроектувати та впровадити оптимізовані конструкції магніторідинного герметизуючого комплексу (МРГК) для двох вентиляторів головного провітрювання різних типів з урахуванням підвищених зазорів у робочій зоні. Аналіз досвіду експлуатації МРГК доводить перспективність їх застосування у вентиляторах головного провітрювання (ВГП). Результати досліджень підтверджено дослідно-промисловою експлуатацією вентиляторів головного провітрювання із встановленими герметизуючими комплексами. Були проведені випробування МЖГК на осьовому шахтному вентиляторі ВОД-30М (ш. Тернівська, м. Павлоград) та відцентровому шахтному вентиляторі ВЦ-25 (ш. Ювілейна, м. Павлоград).

Показати повний опис матеріалу