ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ ПОРОМЕТРИРОВАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B04B5/04 

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и может быть использовано в медицине, биологии, химии, строительстве для определения распределения пор по радиусам (т.е. для построения так называемой кривой пористости) в пористых образцах различной природы.

Одним из методов этого определения является центробежная порометрия, использующая различные центрифуги, составными частями которых являются ротор, мотор для вращения ротора и защитный кожух для обеспечения безопасности персонала. Вращая образцы в роторе на нескольких все более и более высоких скоростях, определяют объем жидкости в порах, оставшейся после полного прекращения ее выделения на данной скорости, каждой скорости вращения соответствует высвобождение пор одного определенного радиуса. Время выделения жидкости из пор, а следовательно, и время вращения на каждой скорости зависит как от радиусов пор, так и от свойств пористого материала. Оно не поддается предварительному расчету, и поэтому должно определяться экспериментально. При порометрировании должен быть исключен контакт между выделившейся жидкостью и образцом для предотвращения обратного всасывания ее в поры.

Известна центрифуга, содержащая ротор с выполненными в нем наклонными цилиндрическими ячейками [1] В них закрепляются испытуемые образцы, пропитанные порозаполняющей жидкостью. В процессе вращения на каждой фиксированной скорости из образцов выделяется жидкость и скапливается на дне ячеек.

Недостатком известной центрифуги является отсутствие контроля за выделяющейся жидкостью, поскольку не исключается возможность ее контакта при встрясках, ускорениях ротора или после его остановки.

Известна также центрифуга, содержащая ротор с качающимися на цапфах стаканами [2] Каждый стакан выполнен в виде цилиндра со ступенчато меняющимся диаметром. В верхней части цилиндра располагается образец, опирающийся на переходную ступеньку между нижней и верхней частями цилиндра, а в нижней части собирается порозаполняющая жидкость. Стенки нижнего цилиндра прозрачны и имеют на внешней стороне градуированную шкалу, по которой ведется непрерывное, без остановки ротора, наблюдение за выделяющейся жидкостью.

Недостатком этой центрифуги является низкая точность определения количества выделившейся жидкости на каждой фиксированной скорости вращения, так как при увеличении скорости стаканы поворачиваются на цапфах, меняют свое положение в пространстве, что затрудняет наблюдение за уровнем жидкости в нижнем цилиндре.

Ближайшим техническим решением к предложенному является центрифуга для порометрирования, содержащая защитный кожух и установленный на приводном валу полый дисковый ротор, имеющий кольцевую щель для удаления жидкости, выделенной из испытуемых образцов [3] Исследуемые образцы размещены в периферийной части кольцевого рабочего пространства ротора. Их фиксация обеспечена тем, что корпус и крышка ограничивают перемещение образцов в вертикальном направлении, а борта корпуса и крышки в радиальном (от оси вращения) направлении. В этой центрифуге жидкость, выделяющаяся из образцов, полностью удаляется из вращающегося ротора через зазор между корпусом и крышкой и тем самым полностью отделяется от жидкости, оставшейся в образцах.

Недостатком такой центрифуги является невозможность определения оптимального времени вращения на каждой фиксированной скорости, что может привести к уменьшению точности определения радиусов пор, если образцы не довращались, или к уменьшению производительности, если время вращения брать неоправданно большим.

Технический результат изобретения заключается в определении оптимального времени вращения на каждой фиксированной скорости.

Этот технический результат достигается тем, что в предложенной центрифуге для порометрирования, содержащей защитный кожух и установленный на приводном валу полый дисковый ротор, имеющий кольцевую щель для удаления жидкости, выделенной из испытуемых образцов, в стенке защитного кожуха выполнены горизонтальные прорези, расположенные напротив ротора и на одном уровне с ним, при этом кожух снабжен съемными пластинками с глянцевой поверхностью, установленными на нем снаружи и перекрывающими прорези.

На фиг. 1 схематично изображена центрифуга, продольный разрез; на фиг.2 часть центрифуги, вид сверху.

Центрифуга для порометрирования содержит защитный кожух 1 и установленный на приводном валу 2 полый дисковый ротор, состоящий из крышки 3 и корпуса 4, установленных на ступице 5 вала 2. Дисковый ротор имеет кольцевую щель 6 для удаления жидкости, образованную кольцевыми бортами 7 крышки и корпуса. Защитный кожух 1 имеет цилиндрическую стенку 8, в которой выполнены горизонтальные прорези 9, расположенные напротив ротора и на одном уровне с ним, съемные пластинки 10 с глянцевой поверхностью, установленные на кожухе снаружи и перекрывающие прорези и днище 11. Снаружи кожуха к его стенке прикреплены скобы 12, образующие карманы, при этом съемные пластинки 10 размещены в них.

Центрифуга работает следующим образом.

Испытуемые пористые образцы 13, предварительно пропитанные рабочей жидкостью, помещаются в кольцевое рабочее пространство корпуса 4 ротора и закрываются крышкой 3. При включении электродвигателя жидкость при вращении на определенной скорости непрерывно удаляется из пор образца, а затем и из рабочего пространства ротора через кольцевую щель 6 между бортами 7 корпуса и крышки. Под влиянием центробежной сила она отбрасывается в горизонтальном направлении на цилиндрическую стенку 8 защитного кожуха. В том месте, где стенка кожуха имеет прорези 9, жидкость попадает на глянцевую поверхность пластинок 10, заранее (до начала вращения) вставленных в карманы, образованные скобами 12. Загрязнение пластинок жидкостью свидетельствует о необходимости дальнейшего вращения образцов на данной скорости.

При малых скоростях вращения ротора, когда освобождаются крупные поры, жидкость на пластинах собирается крупными каплями и частично стекает вниз. При больших скоростях, когда освобождаются мелкие поры, жидкость оставляет на пластинках узкий горизонтальный туманообразный след. В обоих случаях присутствие жидкости на глянцевых поверхностях хорошо заметно.

Процесс измерения оптимального времени центрифугирования сводится к следующему.

По мере загрязнения одних пластинок 10 их извлекают из кармана, визуально осматривают и заменяют другими, чистыми. Так поступают последовательно с пластинкой в каждой прорези. В последующем загрязненные пластинки протирают и используют для смены находящихся в центрифуге.

Такую смену пластинок при вращающемся с постоянной скоростью роторе производят до тех пор, пока капельный след постепенно не сменится на туманообразный, а затем и вообще перестанет появляться. Этот момент времени, отсчитанный от начала установления фиксированной скорости вращения ротора (после его разгона), и позволяет определить время центрифугирования на данной скорости (время экспозиции).

Оценку относительной погрешности (ε) времени экспозиции на каждой скорости вращения можно провести на основе следующих представлений.

Если полагать, что практически для извлечения загрязненной пластинки из прорези, визуального ее осмотра и замены другой чистой требуется не более Δ t 25 с, то
ε 100% где N число прорезей в кожухе; Т измеренная в испытании продолжительность центрифугирования; Δ t ˙N абсолютная погрешность определения времени центрифугирования с учетом осмотра пластинок во всех прорезях.

Эффективность центрифуги заключается в том, что она позволяет установить необходимую продолжительность центрифугирования, требуемую для полного удаления жидкости из пор на данной частоте вращения. Это исключает, с одной стороны, погрешность определения функции распределения пор по размерам (основного источника информации о пористой структуре), а с другой, необоснованное увеличение времени испытания образцов.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и может быть использовано в медицине, биологии, химии, строительстве при изучении пористости твердых тел. Сущность: в кожухе центрифуги равномерно по его периферии выполнены горизонтальные прорези, расположенные против кольцевой щели ротора, перекрываемые съемными пластинками с глянцевой поверхностью, обращенной к ротору. 2 ил.

ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ ПОРОМЕТРИРОВАНИЯ, содержащая защитный кожух и установленный на приводном валу полый дисковый ротор, имеющий кольцевую щель для удаления жидкости, выделенной из испытуемых образцов, отличающаяся тем, что в стенке защитного кожуха выполнены горизонтальные прорези, расположенные напротив ротора и на одном уровне с ним, при этом кожух снабжен съемными пластинками с глянцевой поверхностью, установленными на нем снаружи и перекрывающими прорези.