ШТАТИВНЫЙ ПЕНЕТРОМЕТР Российский патент 2021 года по МПК G01N11/10 G01N3/40 G01N33/22 

Изобретение относится к области производства сферических порохов по водно-дисперсионной технологии и предназначено для определения реологических характеристик порохового лака на фазе формирования.

Известен ряд приборов в широком диапазоне измерения реологических характеристик, в частности вискозиметр Гепплера с надавливающим шариком ([Вискозиметр Гепплера с надавливающим шариком KD 3.1 Обзор: [Электронный ресурс] http://www.ecopharm.ru/view.- Режим доступа: - (Дата обращения 05.09.2018)]) и пенетрометр PNR 12 ([Пенетрометр PNR 12 Обзор: [Электронный ресурс] http://www.anton-paar.com - Режим доступа: - (Дата обращения 05.09.2018)]). К недостаткам данных приборов можно отнести их преимущественную работу от электрической сети и конструкцию не во взрывозащищенном исполнении, что в условиях повышенной огне- и взрывоопасности производства сферических порохов по технике безопасности недопустимо.

Наиболее близким к заявленному техническому решению (прототипом) по совокупности существенных признаков, является представленный на фиг. 1 конус балансирный Васильева. Конус балансирный Васильева состоит из балансира 1, подставки под конус 2 и цилиндрической чаши 3. Балансир состоит из конуса с углом при вершине 30±0,5°, имеющего круговую метку на расстоянии 10 мм от острия, и груза, состоящего из коромысла и двух цилиндров на концах коромысла. Коромысло с цилиндрами служит для удержания конуса в строго вертикальном положении. Общая масса балансира составляет 76±0,2 г ([ТУ 34-72-10850-84. Приборы геофизические и геологические]).

Недостатком прототипа является фиксированный максимальный предел измерений глубины погружения конуса в исследуемый материал, равный 15,45 мм, то есть возможность применения данного аппарата только для определения реологических характеристик консистентных масс концентрации 40÷50 масс. % ([Сиразиева Д.Р. Разработка экспресс-метода определения пластичности нитратцеллюлозных масс / Д.Р. Сиразиева, Т.А. Енейкина, Р.Ф. Гатина, Ю.М. Михайлов [и др.] // Бутлеровские сообщения. -2017. - Т.50. - №4. - С. 76-84]).

Задачей заявленного технического решения является создание штативного пенетрометра, позволяющего осуществлять дискретный контроль за реологическими характеристиками НЦ-лака с концентрацией 10-40 масс. % на фазе формирования без прерывания операции лакообразования при изготовлении СФП по водно-дисперсионной технологии.

Технический результат достигается тем, что штативный пенетрометр, включающий штатив с лапкой, корпус с измерительной линейкой, цилиндрическую чашу, стержень с упором и индентором, подставку, отличающийся тем, что используют взаимозаменяемые стержни с упорами и с перфорированными дисками с диаметрами в пределах 25-40 мм с цилиндрическими и коническими отверстиями с диаметром 4 мм, сферами с диаметрами в пределах 12-26 мм и конусами с диаметрами в пределах 7,9-16,6 мм, высотой 20-30 мм и углами при вершинах в пределах 15-45° в зависимости от консистенции порохового лака и глубины погружения стержня с упором и индентором в пороховой лак до 90 мм.

На фиг. 2 изображен общий вид штативного пенетрометра и его трехмерная проекция.

На фиг. 3 показан корпус прибора.

На фиг. 4 приведена цилиндрическая чаша с крышкой.

На фиг. 5а изображен стержень диаметром 6 мм и длиной 300 мм с упором и сферой с диаметром 12 мм, а на фиг. 5б - з - взаимозаменяемые сферы различного диаметра в диапазоне 14-26 мм: б - 14 мм, в - 16 мм, г - 18 мм, д - 20 мм, е - 22 мм, ж - 24 мм, з - 26 мм.

На фиг. 6 изображен стержень диаметром 6 мм и длиной 300 мм с упором и перфорированным диском с диаметром 25 мм и 13-ю цилиндрическими отверстиями диаметром 4 мм и взаимозаменяемые перфорированные диски различного диаметра в диапазоне 30-40 мм с цилиндрическими и коническими отверстиями с диаметром 4 мм и количеством отверстий в диапазоне 13 - 28: 6 - диаметр 30 мм, количество цилиндрических отверстий 13, в - диаметр 35 мм, количество цилиндрических отверстий 16, г - диаметр 35 мм, количество конических отверстий 16, д - диаметр 40 мм, количество цилиндрических отверстий 28.

На фиг. 7 изображен стержень диаметром 6 мм и длиной 300 мм с упором и конусом диаметром 16,6 мм, высотой 20 мм с углом при вершине 45° и взаимозаменяемые конусы диаметрами 7,9 и 10,7 мм, высотой 20-30 мм с углами при вершинах 15 и 30°: 6 - конус диаметром 10,7 мм, высотой 20 мм и с углом при вершине 30°, в - конус диаметром 7,9 мм, высотой 30 мм и с углом при вершине 15°.

Штативный пенетрометр содержит корпус 1 с держателем 2 для измерительной линейки 3, в котором с помощью винтов 4 закреплен стержень 5 с упором 6 и индентором 7, и цилиндрическую чашу 8 с крышкой 9. Корпус цилиндрической чаши 8 изолирован от окружающей среды теплоизоляционным материалом 10 толщиной 16 мм и кожухом 11 для поддержания температуры исследуемой массы на уровне ее температуры в реакторе формирования. Корпус посредством лапки 12 закреплен на штативе 13, который размещен на лабораторном столе 14, а цилиндрическая чаша 8 помещается на подставку 15.

Перед проведением измерения глубины погружения h на штативном пенетрометре необходимо подобрать стержень с упором и индентором. Стержень с упором и индентором выбирается в зависимости от консистенции порохового лака, концентрация которого варьируется модулем по растворителю - этилацетату в зависимости от фракционного состава. При этом во всех случаях используется один и тот же стержень с упором, меняется только форма и размеры индентора. Так, для высококонцентрированных пороховых лаков (~40%) используются конические инденторы, для концентрированных (-менее 40% до -25%) - конические и сферические, для слабоконцентрированных (-менее 25% до -10%) - сферические и перфорированные диски.

Штативный пенетрометр работает следующим образом.

Пороховой лак загружается в цилиндрическую чашу 8 до метки, нанесенной на ее внутренней поверхности. Отворачиваются винт 4 корпуса 1 и стержень 5 с упором 6 и индентором 7 подносится к поверхности порохового лака. После этого стержень 5 закрепляется винтами 4 в корпусе 1 аппарата. Далее винты 4 отворачиваются и стержень 5 с упором 6 и индентором 7 под действием собственного веса погружается в пороховой лак в течение определенного времени. По измерительной линейке 3определяется глубина погружения (h) стержня с упором и индентором в пороховой лак за фиксированное время (t), на основе которого определяется предельное напряжение сдвига (τ_пред).

Предельное напряжение сдвига (τ_пред) определяется на основе глубины погружения h стержня с упором и индентором в лак по формуле Ребиндера ([Пирогов А.Н., Доня Д.В. Инженерная реология: учебное пособие. Кемерово.: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 2004. 110 с.]) (1):

где K_α - безразмерная константа прибора, для стержня с упором и различным индентором принимает свое значение (в случае применения сферы диаметром 12 мм- 9,07, сферы диаметром 14 мм - 4,91, сферы диаметром 16 мм - 3,23, конуса с углом при вершине 15° - 18,74 и конуса с углом при вершине 30° - 11,25); F- усилие, вычисляемое по формуле (2); h - глубина погружения стержня с индентором, м.

где m - масса стержня с упором и индентором, в зависимости от вида индентора, накручивающегося на нижнюю часть, кг (в случае применения сферы диаметры 12 мм - 0,0262, сферы диаметром 14 мм - 0,0274, сферы диаметром 16 мм - 0,0297, конуса с углом при вершине 15° - 0,0248, конуса с углом при вершине 30° - 0,0251); g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Таким образом, штативный пенетрометр, являясь механическим переносным прибором, имеет достаточно простую конструкцию, позволяет быстро и не трудоемко оценить глубину погружения стержня с упором и индентором в пороховой лак без прерывания операции лакообразования.

Изобретение относится к области производства сферических порохов по водно-дисперсионной технологии и предназначено для определения реологических характеристик порохового лака на фазе формирования. Штативный пенетрометр, включающий штатив с лапкой, корпус с измерительной линейкой, цилиндрическую чашу, стержень с упором и индентором, подставку, отличается использованием взаимозаменяемых стержней с упорами и с перфорированными дисками с диаметрами в пределах 25-40 мм с цилиндрическими и коническими отверстиями с диаметром 4 мм, сферами с диаметрами в пределах 12-26 мм и конусами с диаметрами в пределах 7,9-16,6 мм, высотой 20-30 мм и углами при вершинах в пределах 15-45° в зависимости от консистенции порохового лака и глубины погружения стержня с упором и индентором в пороховой лак до 90 мм. Техническим результатом является возможность быстрого и менее трудоемкого определения глубины погружения стержня с упором и индентором в пороховой лак без прерывания операции лакообразования, необходимой для решения различных технологических задач. 7 ил.

Штативный пенетрометр, включающий штатив с лапкой, корпус с измерительной линейкой, цилиндрическую чашу, стержень с упором и индентором, подставку, отличающийся тем, что используют взаимозаменяемые стержни с упорами и с перфорированными дисками с диаметрами в пределах 25-40 мм с цилиндрическими и коническими отверстиями с диаметром 4 мм, сферами с диаметрами в пределах 12-26 мм и конусами с диаметрами в пределах 7,9-16,6 мм, высотой 20-30 мм и углами при вершинах в пределах 15-45° в зависимости от консистенции порохового лака и глубины погружения стержня с упором и индентором в пороховой лак до 90 мм.