СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к автоматизации технологического контроля производственных процессов в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ измерения вязкости жидкости на капиллярном вискозиметре, включающем шестеренчатый насос с термостатируемым капилляром и дифманометр, основанный на измерении перепада давления на капилляре при постоянном объемном расходе через него контролируемой жидкости [1]. Как показывает опыт, эти вискозиметры не получили распространения в системах автоматического контроля технологических процессов. В реальных условиях эксплуатации, например в производстве полиэтилена, такие вискозиметры неработоспособны из-за забивки капилляра.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения вязкости легкорасслаивающихся суспензий на ротационном вискозиметре путем создания циркуляции суспензии в рабочем зазоре между коаксиальными цилиндрами за счет перепада давлений по высоте зазора и поддержания этого перепада на расчетном значении [2] . Однако такие ротационные вискозиметры достаточно сложны по конструкции. Кроме того, необходимость регулирования перепада давления и поддержания его в расчетном интервале значений усложняет прототип, что в конечном счете ухудшает эксплуатационные характеристики таких вискозиметров, в частности надежность при измерении вязкости на потоке.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение его надежности.

Цель достигается тем, что в способе измерения вязкости на винтовом насосе с запорным органом на выходе нагнетательной камеры создают перепад давления, связанный с вращением шнека насоса и циркуляцией потока в зазоре между шнеком и корпусом насоса, перекрывают на момент контроля выход насоса и в установившемся режиме измеряют разность давлений ΔР в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса, скорость вращения n шнека насоса и определяют вязкость η по формуле η=А˙ ΔP/n, где А - постоянный коэффициент.

Способ контроля вязкости жидкости в технологическом потоке основан на таком режиме работы объемного насоса, параметры которого обеспечивают достоверное определение вязкости контролируемой жидкости. Такой режим создается при перекрытии нагнетательной камеры, то есть выхода насоса. В результате насос полностью теряет производительность и работает "на себя". В насосе возникает обратный циркуляционный поток, величина которого уравнивается прямым потоком. Расход этих потоков определяется по надежно измеряемым параметрам - скорости вращения шнека и напору, создаваемому насосом. В данном режиме в зоне измерения возникает наиболее интенсивный массообмен, что является необходимым условием для достоверного определения вязкости.

На чертеже приведено устройство, используемое для осуществления способа.

Устройство содержит термостат 1, привод 2 винтового насоса 3, запорный орган 4 с исполнительным механизмом, линии 5 и 6 соответственно подвода контролируемой жидкости к всасывающей камере и отвода жидкости на нагнетательной камере насоса, технологический объект 7 с контролируемой жидкостью; датчик 8 разности давлений в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса, датчик 9 скорости вращения шнека 10 насоса 3, вычислительное устройство 11.

"Чувствительным элементом" данного устройства является винтовой насос 3 с приводом 2 и с запорным органом 4 на выходе насоса. Этот элемент помещают в термостат 1, которым обеспечивают изотермические условия контроля. Всасывающую и нагнетательную камеры насоса 3 с помощью трубопроводов 5 и 6 подключают по схеме байпаса к технологическому объекту 7 с контролируемой жидкостью.

Основной рабочей характеристикой насоса является зависимость между его производительностью и напором. Производительность Q винтового насоса определяют следующие потоки жидкости: прямой поток Qт под действием вращения шнека; обратный поток Qо (поток утечки в зазоре между корпусом насоса и гребнями нарезки шнека) под действием развиваемого напора Н. Зависимость величины Q от параметров такова:
Q= Q_т - Q_o= 4˙e˙D˙T˙n - aδ³˙l˙ρ˙g˙H˙T/(m˙h˙L), (1) где е - эксцентриситет (смещение оси червяка относительно оси канала корпуса насоса);
D - диаметр червяка;
Т - шаг винтовой поверхности корпуса насоса (Т = 2˙t, t - шаг червяка);
n - скорость вращения червяка;
а - безразмерный постоянный коэффициент;
δ, l - ширина и длина зазора по полосе замыкания поверхностей корпуса и червяка;
h - глубина канала;
L - длина канала (рабочей части винтового насоса);
ρ- плотность жидкости;
g - ускорение свободного падения.

Коэффициент а учитывает допущения, связанные с математическим описанием процесса утечки, т.е. циркуляционного потока, имеющего место в зазоре между корпусом насоса и червяком. Тем самым обеспечивается адекватность формулы (1) реальному процессу, а следовательно, и точность определения вязкости. Этот коэффициент определяют по опытным данным при калибровке конкретного насоса.

Из (1) по измеренным значениям режимных параметров Q, H и n рассчитывают вязкость η контролируемой жидкости. Однако измерение величины Q не просто. В то же время определение вязкости упрощается, если исключить расход жидкости по байпасу, сохранив при этом движение жидкости в корпусе насоса. Для этого перекрывают на время контроля выход напорной камеры; насос работает "на себя", т.е. его производительность нулевая -Q = 0. Физически это означает уравнивание прямого и обратного потоков - Q_т = Q_о. В данном режиме работы винтового насоса отпадает необходимость измерения величины Q и определение вязкости, согласно (1) и с учетом известного соотношения Н = ΔР/(o˙g), осуществляют по разности давлений ΔР в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса и скорости n вращения червяка, то есть по формуле
η = A ˙ΔP/n, (2) где А = а˙ δ³˙ l/(4˙e˙ D ˙h ˙L) - константа.

При таком подходе точность определения искомой вязкости зависит от точности измерения величин ΔР и n.

Способ осуществляют следующим образом.

Включают привод 2, и насос 3 через открытый запорный орган 4 нагнетательной камеры перекачивает жидкость по байпасу. В некоторый момент времени перекрывают запорный орган 4. Спустя некоторый отрезок времени в вычислительном устройстве 1, на вход которого подают сигнал ΔР от датчика 8 и сигнал от датчика 9, по формуле (2) определяют искомое значение η вязкости жидкости.

Контроль вязкости выполняют в автоматическом режиме.

Использование: в автоматизации технологического контроля производственых процессов в химической и нефтехимической промышленности, в частности в способе определения вязкости жидкости. Сущность изобретения: способ предусматривает отбор пробы жидкости и погружение ее в ротационный вискозиметр - винтовой насос. В момент измерения закрывают выход насоса и измеряют разность давлений в кольцевом зазоре насоса при вращении шнека с известной скоростью. Вязкость жидкости рассчитывают с использованием измеренной величины разности давлений и скорости вращения шнека. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ, включающий создание разности давлений при циркуляции жидкости в кольцевом зазоре ротационного вискозиметра, измерение разности давлений и скорости вращения ротора с последующим нахождением искомого параметра расчетным путем, отличающийся тем, что в качестве ротационного вискозиметра используют винтовой насос, причем в момент измерений перекрывают выход насоса, а вязкость η рассчитывают по формуле

где n - скорость вращения шнека насоса;
Δp - разность давлений;
A - постоянный коэффициент.