КАПИЛЛЯРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР Российский патент 2003 года по МПК G01N11/08 

Изобретение относится к области изучения реологических свойств материалов растительного происхождения в процессе экструзии и может быть использовано в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности.

Известен капиллярный вискозиметр, содержащий установленный горизонтально рабочий цилиндр с плунжером внутри, плавающий капилляр, переходную головку и устройство для измерения осевого усилия [авторское свидетельство СССР 688867. кл. G 01 N 11/08, 1979].

Условия нагружения, моделируемые в капиллярных вискозиметрах с плунжером, значительно удалены от реальных условий напряженно-деформированного состояния, возникающих при прессовании в шнековых пресс-экструдерах, что приводит к снижению достоверности полученных результатов. Отличие реологических свойств комбикорма в капиллярных вискозиметрах с плунжером от реологических свойств комбикорма в экструдере объясняется тем, что частицы комбикорма в межвитковом пространстве шнека в экструдере подвергаются сжатию и при напряжениях, превышающих предел пластичности, начинают разрушаться. Одновременно с этим масса комбикорма перетирается за счет вращательного движения шнека, нагревается за счет работы сил трения и под воздействием напряжений сдвига, превышающих предел текучести, начинает течь. В этом состоянии масса комбикорма продавливается через капилляр, на выходе из которого вспучивается. Кроме того, при экструдировании комбикормов в зависимости от технологических параметров процесса температура экструдата колеблется в интервале от 60 до 160^oС. Поэтому возникает необходимость ограждения тензодатчиков от воздействия высоких температур и одновременно от резких ее перепадов, что также отрицательно сказывается на результатах измерения, приводя к температурной погрешности.

Технический результат изобретения - повышение точности измерения вязкости комбикормов в процессе экструзии.

Указанная задача решается тем, что в капиллярном вискозиметре, содержащем установленный горизонтально рабочий цилиндр, переходную головку, плавающий капилляр, тензодатчики, в рабочем цилиндре установлен шнек, на внутренней поверхности рабочего цилиндра имеются продольные нарезки, плавающий капилляр выполнен составным из, по крайней мере, двух частей, скрепленных посредством упругих пластин с рабочим цилиндром и между собой, тензодатчики для измерения осевого усилия расположены на упругих пластинах, а входной конец переходной головки выполнен в виде конуса, причем капилляр и пластины с тензодатчиками закрыты кожухом.

На фигуре 1 схематично изображен предлагаемый вискозиметр.

На фигуре 2 показан разрез рабочего цилиндра, на котором видны продольные нарезки.

На фигуре 3 показана схема расположения упругих пластин.

Вискозиметр содержит бункер 1; горизонтально расположенный рабочий цилиндр 2 с продольными нарезками на внутренней поверхности; шнек 3; переходную головку 4, плавающий капилляр 5; упругие пластины 6, скрепляющие части капилляра между собой и с рабочим цилиндром; тензодатчики 7, расположенные на упругих пластинах; предохранительный кожух 8.

Вискозиметр работает следующим образом. Исходный продукт загружают в бункер 1, перерабатываемый материал продвигается к выдавливающему концу шнека 3, при этом происходит его измельчение, нагрев за счет внутреннего превращения механической энергии в тепловую, расплавление, перемешивание и выдавливание через переходную головку 4 в плавающий капилляр 5, состоящий из, по крайней мере, двух частей, скрепленных посредством упругих пластин 6, на которых расположены тензодатчики 7. При этом на упругих пластинах, скрепляющих части капилляра между собой и с рабочим цилиндром, возникают осевые усилия, которые измеряют обычными способами тензометрии. Использование капилляра из двух частей позволяет определять разность напряжений сдвига на контакте комбикорма со стенкой капилляра по его длине. Изготовление частей капилляра одинаковой длины приводит к упрощению при математических расчетах.

Возможно изготовление капилляра составным из более чем двух частей. Это позволит увеличить количество замеров с одного вискозиметра и даст возможность определить изменение вязкопластичных свойств исследуемого материала по длине капилляра в процессе экструзии.

Напряжение сдвига на контакте упруговязкопластичного материала (комбикорма) со стенкой капилляра определяется из выражения
τ=F•P/S,
где F - площадь капилляра;
Р - давление;
S - поверхность контакта.

Продольные нарезки на внутренней поверхности рабочего цилиндра препятствуют образованию пристенного слоя.

Кожух предохраняет тензодатчики от резких перепадов температуры, вызванных воздушными потоками в помещении.

Таким образом, предложенный капиллярный вискозиметр при определении вязкостных свойств комбикормов обеспечивает:
- повышение точности измерения вязкости комбикормов в процессе экструзии за счет максимального приближения к реальным условиям напряженно-деформированного состояния, возникающим при прессовании в шнековых пресс-экструдерах;
- повышение точности измерения вязкости комбикормов в процессе экструзии за счет исключения влияние высокой температуры и ее резких перепадов на тензодатчики;
- возможность использования капилляров различного диаметра и длины, используя комплект упругих пластин.

Использование: в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности. Сущность: в капиллярном вискозиметре, содержащем установленный горизонтально рабочий цилиндр, переходную головку, плавающий капилляр, тензодатчики, в рабочем цилиндре установлен шнек. На внутренней поверхности рабочего цилиндра имеются продольные нарезки. Плавающий капилляр выполнен составным из, по крайней мере, двух частей, скрепленных посредством упругих пластин с рабочим цилиндром и между собой. Тензодатчики для измерения осевого усилия расположены на упругих пластинах, а входной конец переходной головки выполнен в виде конуса, причем капилляр и пластины с тензодатчиками закрыты кожухом. Технический результат изобретения - повышение точности измерения вязкости комбикормов в процессе экструзии. 3 ил.

Капиллярный вискозиметр, содержащий установленный горизонтально рабочий цилиндр, переходную головку, плавающий капилляр, тензодатчики, отличающийся тем, что в рабочем цилиндре установлен шнек, на внутренней поверхности рабочего цилиндра имеются продольные нарезки, плавающий капилляр выполнен составным из, по крайней мере, двух частей, скрепленных посредством упругих пластин с рабочим цилиндром и между собой, тензодатчики для измерения осевого усилия расположены на упругих пластинах, а входной конец переходной головки выполнен в виде конуса, причем капилляр и пластины с тензодатчиками закрыты кожухом.