Bachelor's Thesis

Design of experimental equipment for measuring deformations of packing seals

Final Thesis 3.82 MB

Author of thesis: Matěj Vorba

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Svoboda

Abstract:

This bachelor thesis deals with the design of an experimental apparatus for measuring the force load and deformations of graphite contact packing sealing.

The first part presents an overview of used seals divided according to the principle of operation. Furthermore, definitions of monitored parameters significant for the seal design are introduced.

Along with the definitions, the procedure for measuring individual parameters is also explained. All of this is the subject of ČSN EN 13555.

A list of used materials is also a part of the first section. Another topic of the research is sample calculations. The topics include the determination of the tightening torque according to the norm ČSN EN 1591 - 1, physically justified assumptions of flange behaviour, a description of the mathematical model of hyperelastic materials, and last but not least, the lateral stress coefficient.

The second part introduces the final measuring apparatus. Along with the model and diagram of the apparatus, a list of considered gauges is also included in the second part of this work.

The third part addresses the recording of the experiment. It presents the courses of force loads, measured deformations, and the calculated substitute modulus of elasticity for 2 experiments. An integral part is the determination of the measurement procedure.

The last part discusses further modifications of the apparatus. It presents unpublishable experiments and the future of the designed experimental apparatus.

Keywords:

Graphite packing, ČSN EN 13555, lateral stress coefficient, Mooney-Rivlin model, DIC (digital image correlation)

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval obsah své bakalářské práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: Dotaz směřoval na deformace ve snímcích a jejich odlišné barvy. Zodpovězeno. Jaké jsou zobrazeny jednotky? Další dotaz směřoval na model pružnosti. Zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Energy (B-ENE-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Špiláček, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Kudela, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D.

Student ve své bakalářské práci zpracovával téma návrhu experimentálního zařízení pro měření deformací ucpávkových typů těsnění. V první části práce byla provedena rešerše zaměřená zejména na fyzikální model deformace ucpávkového těsnění a na související evropské normy týkající se návrhu zkušebních zařízení pro testování deformačních charakteristik.

Stěžejní část práce tvořil vlastní návrh experimentálního zařízení. V této části student prokázal samostatnost při řešení zadaného problému a provedl řadu konstrukčních iterací a úprav návrhu. Výsledné zařízení je koncipováno pro využití metody digitální obrazové korelace DIC k vyhodnocení posuvů a deformací jednotlivých testovaných těsnění.

Student při řešení práce využil komerční i open-source softwarové nástroje, provedl experimentální měření a následně vyhodnotil získaná data. V závěru práce byly navrženy také další možné úpravy a rozšíření experimentálního zařízení.
Předložená práce má konstrukční, experimentální i výzkumný charakter a svým rozsahem i úrovní zpracování přesahuje běžné požadavky kladené na bakalářskou práci.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Svoboda

Bakalářská práce se zabývá návrhem experimentálního zařízení pro měření deformací ucpávkových těsnění. Téma považuji za odborně náročné a komplexní, jelikož vyžaduje propojení rešeršní činnosti, návrhu experimentální aparatury, realizace měření a následného vyhodnocení získaných dat.

Teoretická část práce je zpracována na velmi dobré odborné úrovni. Oceňuji zejména kapitoly věnované parametrům dle ČSN EN 13555 a část zabývající se ucpávkami, použitými materiály a jednotlivými částmi těsněného spoje. Tyto kapitoly vytvářejí kvalitní teoretický základ pro navazující experimentální část.

Za hlavní přínos práce považuji návrh a realizaci experimentální aparatury. Je patrné, že finální podoba měřicího standu vznikla jako výsledek několika vývojových iterací. Student se zabýval různými možnostmi měření deformací pomocí metody DIC, kdy využil komerční software Dantec DIC i open-source řešení DICe doplněné o další nástroje pro záznam a zpracování dat. Pozitivně hodnotím také stanovení kritérií pro výběr vhodného tenzometrického snímače pro měření axiální síly.

Velmi dobře hodnotím vyhodnocení experimentálních dat, zejména stanovení náhradního modulu pružnosti EG. Autor vhodně převádí normově definované vztahy do podoby umožňující jejich experimentální stanovení. Oceňuji rovněž interpretaci výsledků, například při hodnocení vlivu počtu ucpávek na přenos axiálního přítlaku ucpávek v sestavě. Student si současně uvědomuje omezení navrženého řešení a navrhuje možnosti dalšího rozvoje aparatury. Absenci přímého měření radiálního tlaku nepovažuji vzhledem k rozsahu bakalářské práce za významný nedostatek.

Slabší stránkou práce je její formální zpracování. Text je místy psán méně odborným stylem a praktická část by si zasloužila přehlednější členění, zejména důslednější oddělení metodiky, výsledků a diskuse. Tyto připomínky však nesnižují odbornou hodnotu práce.

Student prokázal schopnost samostatně řešit experimentální problém, navrhnout funkční měřicí aparaturu a kriticky vyhodnotit dosažené výsledky. Předloženou bakalářskou práci proto hodnotím jako nadprůměrnou a doporučuji ji k obhajobě s hodnocením A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jaký vliv na získané výsledky má vyšší hodnota RMS oproti doporučené hodnotě? Lze nejistotu měření deformací vyplývající z této odchylky pro provedená měření kvantitativně stanovit? Bylo by pro dosažení cílů práce nutné dosáhnout vyšší přesnosti měření deformací?
  2. Na obrázcích 42 až 44 lze pozorovat, že se s rostoucím zatížením postupně ztrácejí ostré předěly mezi jednotlivými ucpávkami v poli deformací získaném metodou DIC. Jak si tento jev vysvětlujete?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová