Исследования магнитожидкостного волнового насоса

УДК 615.47

Ю.В. Николаенко, А.В. Власов ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТОЖИДКОСТНОГО ВОЛНОВОГО НАСОСА

Разработаны конструкции исполнительного механизма, а именно магнитожидкостного устройства (МЖУ), для гидравлического волнового насоса. Проведены эксперименты для сухой и мокрой камеры. По итогам экспериментов были получены статические характеристики.

Магнитожидкостное устройство, волновой насос

Y.V. Nikolaenko, A.V. Vlasov RESEARCH MAGNETO HYDRAULIC WAVE PUMP

Of the design of the actuator, namely OLS, the hydraulic pump wave. Experiments were conducted for dry and wet chamber. According to the results of experiments were obtained static characteristics.

Magneto hydraulic unit, wave pump

В результате проделанных исследований было разработано две конструкции исполнительного механизма, а именно МЖУ, для гидравлического волнового насоса.

Первая конструкция основывается на МЖУ под названием «коровий язык» и представляет собой упругую оболочку, наполненную модельной магнитной жидкостью или ее эквивалентами.

Данный вариант имеет ряд недостатков, таких как, невозможное равномерное распределение эквивалента магнитной жидкости внутри упругой оболочки, за счет действующей на нее силы тяжести. Имея в качестве передвигающегося элемента постоянный ферритовый магнит, внутри которого магнитное поле равномерно, добиться нужного результата не удается.

Решением данной проблемы мог бы стать неодимовый магнит с радиальной намагниченностью. Данный магнит должен представлять из себя кольцо конусоидальной формы, верхняя грань которого несколько заужена по сравнению с нижней. Это конструктивное исполнение магнита позволит считать магнитное поле внутри кольца не равномерным, а смещенным к верхней части. При этих условиях возможно добиться равномерного распределения эквивалента магнитной жидкости внутри упругой оболочки [2].

Неодимовый магнит также обладает значительно большей силой магнитного поля, позволяющая наиболее плотно прижать упругую оболочку к станкам трубки, за счет чего снизить возможность просачивания. Невозможностью использования данного магнита для создания МЖС сенсора первого конструктивного варианта, является очень высокая цена, порядка 30000 рублей.

Наряду с первой конструкцией МЖС была разработана вторая, представляющая из себя поршень, выполненный в виде двух дисков соединенных между собой сердечником. Материал изготовления пластик. Полость находящаяся внутри поршня заполняется магнитной жидкостью [1]. Сверху вся конструкция покрывается упругой оболочкой, препятствующая смешиванию и выливанию магнитной жидкости с рабочей. Преимуществом второй конструкции является возможность равномерного распределения магнитной жидкости, за счет того, что она заполняет все пространство предоставленное ей. В результате выбора второго конструктивного исполнения МЖУ был разработан стенд, являющийся гидравлическим насосом, внешний вид которого представлен на рис. 1.

Стенд разделен на две части, первая из которых является непосредственно самим насосом, а вторая состоит из элементов привода. Гидравлическая часть состоит из: двух пластиковых бутылок для залива и выливания воды; кран с тремя положениями; тройник металлический; шланги резиновые; шприц пластиковый; поршень с магнитной жидкостью; заглушка с отверстием; постоянный магнит с креплением под ролики. Все элементы гидравлической части установлены и закреплены на деревянную панель с ножками.

Первоначальное состояние поршня крайнее левое положение представлено на рис. 2. При открытом положении крана 1 вода поступает внутрь шланга 2 и корпуса 3, направление движение воды указано стрелками. При этом магнит 4 начинает двигаться вправо, поршень под действием магнитного поля движется в том же направлении. Это продолжается до тех пор, пока поршень 5 не достигнет крайнего правого положения, вода за это время заполняет весь предоставленный ей объем.

Рис. 1. Внешний вид стенда

Принцип действия насоса схематически показан на рис. 2, 3.

Рис. 2. Схема гидравлического насоса при заливе воды 1 - кран; 2 - шланг; 3 - корпус; 4 -магнит; 5 - поршень; 6 - заглушка

4

1

/

н

Рис. 3. Схема гидравлического насоса при выливании воды 1 - кран; 2 - шланг; 3 - корпус; 4 -магнит; 5 - поршень; 6 - заглушка

При обратном движении привода магнит начинает двигаться в другую сторону (рис. 3), кран переводится в положение, при котором залив воды невозможен, но при этом открытом остается лишь специальное отверстие, для травления воздуха.

Поршень под действием магнитного поля начинает двигаться за магнитом, тем самым вытесняя воду. Вода выливается в специальный резервуар. Дойдя до крайнего правого положения, цикл повторяется заново.

Для нахождения наилучших показаний при использовании гидравлического насоса на основе МЖУ, необходимо провести ряд экспериментов для того чтобы прийти к оптимальному поршню. В этой связи было выбрано пять возможных варианта исполнения МЖУ, каждый из которых имеет различные характеристики. Первым и самым простым является использование оболочки с самодельной магнитной жидкостью.

Данный вариант необходимо проверить, для того чтобы узнать, возможно ли равноценная замена модельной магнитной жидкости, самодельной. Вторым вариантом изготовления поршня стали металлические опилки в силиконе. Третьим случаем является модельная магнитная жидкость Т-40. Преимуществом использования является отсутствие оседания частиц, и равномерная намагниченность. Четвертый вариант - использование магнитной стружки. Отрицательной стороной данного варианта является то, что очень сложно добиться с помощью поверхностно-активных веществ условия, при котором частицы магнита не слипались между собой. Пятый, металлические шарики, обладают самым большим усилием на отрыв, но из-за крупного размера, 0.5^2 мм, образуется много пустот.

Так же очень важным является нахождения пропорций между составными частями эквивалентов. Общий объем поршня составляет 9 мл. Примем это значение за 100%.

Для случая, когда используется стружка и силикон наилучшими значениями являются: стружка 80%; силикон 20%. Металлические шарики диаметром от 0,5 до 2 мм. Пропорции составляют: шарики 70%; силикон 30%. При использовании магнитной пыли, были выбраны следующие пропорции: магнитная пыль 80%; силикон 20%. Модельная магнитная жидкость и самодельная занимают 100% объема поршня.

На рис. 4 представлен сводный график статических характеристик эквивалентов магнитной жидкости.

Из вышеперечисленных статических характеристик самые лучшие показал эквивалент магнитной жидкости, выполненный в виде металлических шариков с силиконом.

Так как данный эквивалент имеет наиболее большую скорость, при которой магнитное поле способно удерживать МЖУ.

Статические характеристики МЖУ (мокрая камера).

Статические характеристики эквивалентов МЖУ, так же как и в предыдущем случае, отображаются с помощью графиков.

Определяют зависимость перемещения МЖУ под действием магнитного поля, при изменении постоянной скорости.

Применение мокрой камеры позволит определить, возможно ли использование данных МЖУ эквивалентов в гидравлическом насосе, для вытеснение воды.

S, см

V, м/с

Рис. 4. Сводный график статических характеристик эквивалентов магнитной жидкости

1 - экспериментальная магнитная жидкость, 2 - Ш магнитная пыль с силиконом, 3- -Л- металлическая стружка с силиконом, 4 - ж магнитная жидкость Т-40,

5 - X металлические шарики с силиконом

На рис. 5 представлен общий график статических характеристик эквивалентов магнитной жидкости (мокрая камера).

S, см

V, м/с

Рис. 5. Общий график статических характеристик эквивалентов магнитной жидкости

1- экспериментальная магнитная жидкость; 2 - ^ .магнитная пыль с силиконом; 3 - металлическая стружка с силиконом; 4 - модельная магнитная жидкость Т-40; 5 - * металлические шарики с силиконом

Исходя из полученных результатов эксперимента, а именно определения намагниченности эквивалентов магнитной жидкости, а так же статических характеристик получили, что наиболее подходящим сенсором является сенсор на основе модельной магнитной жидкости Т-40 и С2-40. Это связано с тем, что они обладают наибольшей намагниченностью по сравнению с другими приведенными эквивалентами.

С учетом низкой скорости движения постоянного магнита 0.004 м/с возможно использование остальных эквивалентов магнитной жидкости, за исключением самодельной магнитной жидкости, показавшей недостаточные характеристики.

МЖУ наполненный магнитной пылью и силиконом показал наиболее высокие динамические характеристики.

Для улучшения показателей разработанного гидравлического насоса рекомендуется заменить постоянный ферритовый магнит, на неодиновый, поскольку он обладает более сильной напряженностью магнитного поля. Также возможна замена постоянного магнита на электромагнитные катушки, что позволит упростить конструкцию насоса, убрав из нее привод для движения постоянного магнита.

ЛИТЕРАТУРА

1. Власов А.В. Постановка задачи разработки электрогидравлического пульсатора для аппарата /

A.В.Власов, Ю.В.Николаенко // Искусственное сердце: сб.ст. Междунар. конф. Пенза: ПДЗ, 2008. С.56-60.

2. Шумаков В.И.Искусственное сердце и вспомогательное кровообращение /В.И.Шумаков,

B.Е.Толпекин, Д.В.Шумаков. М.: Янус-К, 2003. 376 с.

Николаенко Юлия Викторовна -

ассистент кафедры «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления (филиал) Саратовского государственноготехнического университета

Власов Андрей Вячеславович -

кандидат технических наук, докторант кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственноготехнического университета

Статья т

Yulia V. Nikolayenko -

Assistant. «Management and Information Science in Engineering Systems» of Balakovo Institute of Technique, technology and management (branch) Saratov State Technical University

Andrey V. Vlasov -

Ph.D., Associate Professor of «Automation and process control» Saratov State Technical University

в редакцию 30.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011