Дисковый ротационный вискозиметр Советский патент 1985 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использовано для определения реологических характеристик текучих сред в технологических процессах в химичелкой, нефтехимической и пищевой областях промьшш енности. Дпя ротационных вискозиметров, используюшсих в. качестве рабочего элемента диск, величина момента, во иикающего при обтекании диска жидкостью, определяемся эксперименталь но 1. Наиболее близким к предлагаемому является дисковый ротационный виско зиметр, который содержит приводной двигатель, ведущий вал в защитном кожухе с диском, подключенным к тор . сионному динамометру {23. Исследуемая среда, контактирующая с рабочим злементом, передает крутящий момент к торсионному динам метру, установленному за приводным двигателем. В результате применения для вала защитного кожуха, воспринимающего усилие сальникового, уплот няющего устройства, достигается поВ1 ш1ение точности измерения. Но наря ду с зтим не исключены погрешности при измерении реологических характеристик, которые связаны с- обтеканием исследуемой средой диска и воз никновением на ободе дополнительног момента трения, что приводит к влия нию концевых эффектов и в итоге снижает точность измерения. Цель изобретения - повышение т,оч кости измерения реологических характеристик путем исключения влияния концевьпс эффектов на измерение, Указанная цель достигается тем, что в дисковом ротационном вискозиметре, включающем приводной двигатель, ведущий вал в защитном кожухе с диском, подключенным к торсионному динамометру, защитный кожух охватывает диск на торцовой поверхности и ободу, при этом измерительная поверхность диска расположена в одной плоскости с.торцом защитног кожуха у обода диска, а радиальный зазор между ободом диска и защитным кожухом составляет не более третьей части толщины пограничного апоя на радиусе зазора. Кроме того, соосно с диском, подключенным к торсионному динамометру, расположен диск, подсоеди02ненный к ведущему валу, причем его торцовая поверхность лежит в одной плоскости с измерительной поверхностыЬ диска, подключенного к торсионному динамометру, а радиальный зазор между дисками составляет не более одной трети толщины пограничного слоя на радиусе зазора. Выполнение защитного кожуха охватывающим диск по боковой поверхности и ободу исключает обтекание обода .диска и связанные с зтим концевые потери. Расположение измерительной поверхности диска в одной плоскости с тор цом защитного кожуха у обода позволяет торсионному динамометру регистрировать крутящий момент, возникающий при обтекании только измеритель ной поверхности диска. Это повьппает точность измерения. Расположение соосно с диском дис ка, подсоединенного к ведущему валу, с торцовой поверхностью, совмещенной с измерительной поверхностью, обеспечивает стабилизацию потока исследуемой среды,натекающей на измерительную поверхность рабочего элемента, за счет исключения влияния неустановившейся зоны обтекания, расположенной в центре диска, что в итоге исключает концевые потерн и повышает точность измерения. Вьтолнение радиальньпс зазоров между ободом диска и защитным кожухом, а также между обоими дисками, составляющих не более третьей части толщины пограничного слоя среды на радиусах этих зазоров,позволяет осуществить безотрывное обтекание исследуемой средой измерительной поверхности диска, исключить влияние концевых эффектов и повысить точность измерения. На фиг.1 схематически изображен предлагаемый вискозиметр, общий вид; на фиг.2 - вискозиметр, в котором упругий элемент выполнен в виде консольного полого участка ведущего вала;на фиг.З и4 -варианты крепления диска; на фиг.5 - кабельный ввод вискозиметра; на фиг.6 - схема крепления диска; на фиг.7 - вискозиметр, в котором диск укреплен на упругом элементе с помощью резьбы. Дисковый ротационный вискрзиметр (фиг.и содержит приводной двигатель 1, рабочий элемент - диск 2 и упругий элемент 3 торсионного пинамометра. Упругий элемент 3 монтируется между ведущим валом 4 и рабочим элементом (диском) 2 , Деформа 1ЩЯ упругого элемента 3 торсионног динамометра регистрируется измерительной цепью, состоящей из токосъемного устройства 5 и прибора 6 для измерения деформации, которая предварительно преобразовывается в электрический сигнал с помощью тензорезисторных датчиков не показано , наклеиваемых на упругий элемент 3. Упругий элемент 3 помещен в защитный кожух 4, который охватывает диск 2 по торцовой поверхности 8 и обеду 9. Измерительная поверхность 10 диска расположена в одной нлоскости с торцом 11 защитного кожуха 7. Между кожухом 7 и диском 2 вьтолнен радиальш тй зазор , составляющий не более третьей части толщины пограничного слоя исследуемой на измерительной поверхности 10 диска 2 у обода 9. На валу 12, который прикреплен к ведущему валу 4, мойтируется диск ЛЗ таким образом, чтобы поверхность 14 диска 13 находилась в одной плоскости с измерительной поверхностью 10 дис ка 2, а радиальный зазор й между дисками 2 и 13 вьщерживают не более третьей части толщины пограничного слоя на поверхности 14 у обода диска 13. Рабочий элемент вискозиметра в виде диска 2 погружен в исследуемую текучую среду 15. На фиг.2 показан вариант конструктивного выполнения дискового ротационного вискозиметра, в котором упругий элемент 3 торсионного динамометра выполнен в виде консоль ного полого участка ведущего вала 16, смонтированного в опорно-упорных подшипниках повьппенной точности (не показано). К валу 16 через упругую муфту подсоединяется привод ной двигатель н токосъемное устройство (не показано). На ведущем валу 16 закреплен защитный кожух 17, охватывающий рабочий элемент в виде диска 2 по торцовой поверхности 8 и ободу 9. Радиальный зазор Д межд защитным кожухом 17 и диском 2 выпо нен не более третьей части толщины пограничного слоя на измерительной поверхности 10 у обода 9 диска 2. Промежуточный вал 12 запрессован в сквозное осевое отверстие 18 вала 004 16, по которому проходит кабельньй ввод от токосъемного устройства к тензорезисторным датчикам (не показано) . Упругий элемент 3 оканчивается утолщенным пояском 9, к крторому на резьбе 20 крепится диск 2 с помощью прорезей 21 (фиг.З), куда вводится при монтаже специальная оправка. Диск 13 выполнен соответственно с упорной бобышкой 22 и резьбовым пальцем 23, с помощью которого диск 13 крепится к промежуточному валу 12. Установка измерительной поверхности 10 диска 2 и поверхности 14 диска 13 в плоскости торца 24 кожуха I7 достигается за счет сменных прокладок 25 и 26. Цпя монтажа диска 13 используются прорези 27 либо фасонный паз 28 (фиг.4). Для исключения влияиия на результаты измерений прорези 27 и фасонный паз 28 задельшаются заподлицо шпатлевками, нерастворимыми в исследуемой жидкой среде. Тадиальный зазор между дисками 2 и 13 выдерживают не более третьей части толщины пограничного слоя на порерхности 14 у обода диска 13. Кабельный ввод от токосъемного устройства к тензорезисторным датчикам (не показано) герметизируется в каналах 29 с помощью эпоксидной смолы. Уплотнение между кожухом17 и промежуточным валом 16 обеспечивается манжетой 30 {(фнг.2}, На фиг.6 показан вариант конструктивного выполнения дискового ротационного вискозиметра, в котором диск 13выполнен совместно с промежуточным валом 3, прикрепленным с помощью резьбы 32 к ведущему валу 3:3. При сборке вискозиметра вьщерживаются радиальные зазоры л и д , величина которых не превышает третьей части толщины пограничного слоя на дисках 2 и J3 на радиусах зазоров л и л соответственно. При сборке вискозиметра (фиг.6) установку измерительной поверхности IО диска 2 в плоскости торца . 24 кожуха 17 достигают за счет смен1п 1х прокладок 26. Установку поверхности 14диска 13 в одной плоскости с измерительной поверхностью 10 диска 2 и с пой ерхностью защитного кожуха 17 достигают за счет пришлифовкн поверхности 14 диска 13 либо установки сменных прокладок 34 в месте сочле51нения промежуточного вала 31 с ведупонм валом 33. На фиг.7 показан вариант конструк тивного выполнения дискового ротацио ного вискозиметра, в котором рабочий элемент в виде диска 35 охватьюается . защитным кожухом 17 по торцовой по верхности ,36 и ободу 37. Диск 35 закреплен на упругом элементе 3 с помощью резьбы 20. При монтаже диска 35 используются две диаметрально распо ложенные прорези 38 либо фасонный паз 39. Установка измерительной поверхности 40 диска 35 в плоскости торца 41 залщтного кожуха 17 достигается за счет сменных прокладок 26. Для исключения влияния на результаты измерений прорези 38 и фасонный паз 39 задельшаются заподлицо синтетическими шпатлевками, Радиальный зазор Л вьщерямвают не более третьей части толщины пограничного слоя на диске 35 у обода 37. . Вискозиметр работает следующим образом. 0т приводного двигателя (фиг.1) через ведущий вал 4 приводятся во вращение защитный кожух 7 и через упругий элеме 3 диск 2. Через промежуточный вал 12 также приводится во вращение диск 13. Частота вращения защитного кожуха 7 и дисков 2 и 13 одинакова. При этом осуществляется обтекание исследуемой текучей средой 15.кожуха 7, охв атыв ающего торцовую поверхность.8 и обод 9 диска 2, а также обтекается измерительная поверхность 10 диска 2 и лежащая в одной плоскости с ней поверхность 14 лиска 13. В радиальных зазорах Д, и & между диском 2 и кожухоч 7, а также между дисками 2 и 13 течение жидкости отсутствует 0 поэтому обмен импульсами между рабо чим элементом в виде диска 2 иисследуемой жидкостью осуществляется только по измерительной поверхности 10 диска 2, Диск 13, на котором стабилизируется поток, и торец 11 кожуха 7, который препятствует обтеканию обвода 9 диска 2, исключают влияние на результаты измерения конечных размеров рабочего элемента в виде диска 2. При исследовании обмена импульсами при ламинарном обтекании jepai araщегося диска (вискозиметрическое течение) для исключения влияния конечньпс размеров рабочего элемента достаточно использование защитного кожуха 17 СФИГ.7). Расположение торца 41 защитного кожуха в одной плоскости с диском 35 при радиальном зазоре Д по ободу 37 между ними исключает влияние конечных размеров диска 35 на результаты измерення. Защитные кожухи 7 и 17 (фиг.1,2 и 7) дополнительно предотвращают случайное повреждение упругого элемента 3 и рабочих элементов в виде дисков 2 и 35, что повышает надежность конструкции ротационного вискозиметра. Радиальные зазоры Д представляющие собой узкие цилиндрические щели, обтекаются безотрывно исследуеной средой 15 (фиг-. 1) . При безотрывном обтекании в зазорах Л, и А отсутствует течение жидкости, поэтому обмен импульсами между рабочим . элементом 2 и исследуемой средой 15 осуществляется только по измерительной поверхности 10 диска 2 (фигЛ) ., Предлагаемая конструкция повьш1ает точность измерения реологических характеристик.

1 .ДИСКОВЫЙ РОТАЦИОННЫЙ ВИС ШЗШ{БТР, (пций приводной двигатель, ведущий вал в защитном кожухе с диском, подключенным к торсионному динамометру, отличающийся тем, что, с целью пов шения точности измерения за счет исключения влияния концевых эффектов. защитный кожух |0хвагьтает диск по торцовой поверхности и ободу, при этом измерительtiak поверхность диска расположена в одной плоскости с торцом защитного кожуха у.обода диска, а радиальный . зазор между ободом диска и защитным кожухом составляет не более третьей части толщины пограничного слоя на радиусе зазора. . 2,Вискозиметр по п.1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что соосно с диском, подключенным к торсионному динамометру, расположен диск, подсоединенный к ведущему валу, причем его торцовая поверхностьлежит в одной плоскости с измерительной по верхностью диска, подключенного к торсионному динамометру, а радиальный зазор между дисками составляет не более одной трети толщины пограничного слоя на радиусе зазора.

.J . Т, г 8 X j jfj,,lmfZ X X 7

BuSA

21

фиг. 3

ВидА

л

28

В-В

(риг.