Капиллярный вискозиметр Советский патент 1988 года по МПК G01N11/08 

4; Ю

О 4

о: ;о

Изобретение относится к технике исследования свойств жидкостей, в частности к технике определения вязкости с измерением давления, необходимого для создания скорости истечения.

Цель изобретения - расширение диапазона давлений при испытаниях.

На фиг. 1 показана схема вискозиметра; на фиг. 2 - измерительный блок вискозиметра; на фиг. 3 - барабан сменных капилляров.

Вискозиметр (фиг. 1) содержит измерительный блок, выполненный в виде двух соосно расположенных контейнеров 1 и 2, между которыми находится капиллярное устройство 3. Последнее выполнено в виде поворотного барабана (фиг. 3) со сферическими торцами, взаимодействующими с контейнерами 1 и 2 по сферическим поверхностям, и имеющим капиллярные каналы 4, например шесть каналов с различным проходным сечением от 0,5 мм до 1,5 мм, расположенные на одной окружности параллельно оси вращения барабана. По оси вращения барабана выпол- не-н канал, снабженный обратным клапаном 5 для перепуска жидкости. В контейнерах 1 и 2 (фиг. 2) выполнены цилиндрические рабочие полости а и б, в которые установлены плунжеры 6 и 7, взаимодействующие с порщнями 8 и 9 гидроцилиндров 10 и 11. Контейнеры 1 и 2 снабжены нагревателями 12 и 13.

На контейнеры 1 и 2 установлены силовые элементы, состоящие из корпусов 14 и 15 и наборов взаимодействующих между собой клиновых колец 16, 17 и 18,

19,причем материал колец 16 и 19 имеет бо.тьщий коэффициент линейного расширения, чем материал колец 17 и 18. Корпуса 14 и 15 силовых элементов жестко соединены между собой шпильками

20,а между торцами контейнеров I и 2 установлен упругий элемент в виде пружин 21.

Полости а и б контейнеров 1 и 2 с помощью магистральных трубопроводов через гидровентили 22 и 23, управляемые автоматическими клапанами 24 и 25 (фиг. 1), и клапан 26 соединены с насосом 27 низкого давления и емкостью 28 исследуемой жидкости. Полости виг гидроцилиндров 10 и 11 (фиг. 2) с по.мощью трубопроводов через автоматические клапаны 29, 30 и 31, 32 сообщаются с насосом 33 высокого давления и сливным баком 34. Порщни 8 и 9 гидроцилиндров 10 и И связаны с датчиками 35 и 36, а полости а и б контейнеров и 2 соединены с датчиками 37 и 38 давления. Измерительный блок вискозиметра оснащен системой контроля температуры, которая наряду с датчиками 35 и 36 скорости и датчиками 37 и 38 давления автоматическими клапанами 24, 25, 29-32 и клапанами 27 и 33 связана с электронным блоком управления и обработки результатов. Вискозиметр работает следующи.м образом.

В исходном положении все клапаны

открыты и капиллярное устройство 3 установлено таким образом, что один из капилляров 4 соединяет полости а и б контейнеров 1 и 2. Для подготовки вискозиметра к проведению измерений параметров исследуемой жидкости включают насос 27 низкого давления, при этом исследуемая жидкость поступает из емкости 28 в магистраль низкого давления и заполняет полости а и б и капилляр 4. После этого

с управляющий клапан 26 закрывают и плунжеры 6 и 7 с поршнями 8 и 9 гидроцилиндров 10 и 11 под воздействием давления исследуемой жидкости расходятся в крайние положения, по достижении которых выключают насос 27 низкого давле0 ния. Далее закрывают клапан 30 и включают насос 33 высокого давления. При это.м рабочая жидкость подается из сливного бака 34 в полость в и поршень 8 гидроцилиндра с п;1унжером 6 под давление.м

с рабочей жидкости движется к капил.чярному устройству 3. По достижении им конечного положения открывают клапан 30. С помощью управляющих клапанов 24 и 25 закрывают гидровентили 22 и 23, насос 33 высокого давления отключают. Включают

0 электронный блок управления и обработки результатов, систему термостатирования контейнеров 1 и 2, управляющую нагревателями 12 и 13, и после ее прогрева вискозиметр готов к проведению измерения параметров исследуе.мой жидкости.

5 Дальнейшая работа вискозиметра проходит в автоматическом режиме, управление клапанами и обработка результатов проводятся с помощью электронного блока управления и обработки результатов. По сигналу с электронного блока закрываются клапаны 31 и 29 и включается насос 33 высокого давления. Рабочая жидкость давит на поршень 9 гидроцилиндра 11, который пере- кццает плунжер 7 по направлению к капиллярному устройству 3, при этом иссле5 дуемая жидкость перекачивается из полости б контейнера 2 в полость а контейнера 1. приче.м давление исследуемой жидкости в полости б во столько раз больше давления рабочей жидкости в полости г во сколько раз площадь nopujHH 9 гидроцилинд0 ра 11 больше плошади плунжера 7. На- при.мер, при диа.метрах плунжера 725 мм и поршня 985 мм давление создаваемое плунжером 7, в 11,5 раза больше, чем давление в полости г гидроцилиндра И. Перепад давлений на концах капилляра

5 измеряется датчиками 37 и 38 давления, скорость движения поршней 8 и 9 гидроцилиндров 10 и 11 регистрируется датчиками 35 и 36 скорости. Сигналы с датчиков 35-38 поступают в электронный блок управления и обработки результатов, где происходит обработка поступающей информации.

При работе вискозиметра в режиме истечения с противодавлением или при измерении сжимаемости жидкости клапан 30 работает в дросселирующем режиме.

Для повторения цикла измерения поршни 8 и 9 гидроцилиндров 10 и 11 с помощью клапанов 29-32 и насоса 33 высокого давления возвращают в исходное положение, при этом исследуемая жидкость перекачивается через центральный канал капиллярного устройства 3, открывая обратный клапан 5. После этого цикл измерения повторяют.

Для смены капилляра 4 включают нагреватель 2. В процессе нагрева наружные клиновые кольца 16 расширяются в большей степени, чем внутренние кольца 17, так как коэффициент линейного расширения наружных клиновых колец 16 бол.ьше, чем у внутренних, и шайбы каждого набора расположены с зазором, поэтому под воздействием пружин 21 контейнеры 1 и 2 разводятся на величину, необходимую для поворота капиллярного устройства 3. Например, при выполнении наружных клиновых колец 16 из бронзы (коэффициент линейного расширения 10 .). а внутренних колец из сплава ЗОНКД (коэффициент линейного расширения ррад-) при диаметре шайб 220 мм, количестве 5 штук в каждом наборе, угле клина 30°и нагреве 200°С перемещение теплового силового элемента составляет 2 мм. Капиллярное устройство поворачивают, и устанавливается новый капилляр. Далее нагреватель 12 выключают и кольца 16 и 17 восстанавливают свои размеры. Тепловой силовой элемент, увеличиваясь через систе.му упорный фланец контейнера 1 - корпус 14 - н;пильки 20 - корпус 15 - клиновые кольца 18 и 19 - упорный фланец контейнера 2, создает герметизирующее

0

5

0

5

0

5

0

усилие на сферических поверхностях капиллярного устройства 3. При сечении профиля клинового кольца 115 мм каждое усилие, развиваемое тепловым силовым элементом при указанных параметрах остальных, составляет 30 т, чего при диаметре поворотного барабана 30 мм, радиусе сферических поверхностей 50 мм, материалах уплотняемых поверхностей сталь ШХ15 - сталь 45ХН2ФА вполне достаточно для надежной герметизации капиллярного устройства 3. При измерении параметров жидкостей при различных температурах герметизирующее усилие остается постоянным благодаря тому, что при прогреве измерительного блока в режиме тер- мостатирования тепловой силовой элемент с кольцами 18 и 19 увеличивает свои размеры, а тепловой силовой элемент с кольцами 16 и 17 уменьшает их на одну и ту же величину. Усилие, развиваемое тепловыми силовыми элементами, позволяет исследовать свойства жидкостей при давлениях до 15 кбар.

Формула изобретения

Капиллярный вискозиметр, содержащий напорный элемент, капиллярное устройство с несколькими капиллярами разного диаметра, равномерно расположенными по окружности вдоль оси капиллярного устройства, системы термостатирования и автоматического измерения параметров вязкости, отличаюш ийся тем, что, с целью расширения диапазона давлений при испытаниях, напорный элемент выполнен в виде двух соосно расположенных гидроцилиндров, поршни которых взаимодействуют с плунжерами контейнеров, на которые установлены гидроцилиндр, а между контейнерами установлено капиллярное устройство, выполненное в виде поворотного барабана, один из капиллярных каналов которого селективно соединяет плунжерные полости контейнеров.

29

27

32

«Nf

Изобретение относится к области исследования свойств жидкостей, в частности к технике определения вязкости с измерением давления, необходимого для создания скорости истечения. Цель изобретения - расширение диапазона давлений при испытаниях. В изобретении диаметр плунжеров может быть меньшим, чем диаметр поршня, что дает возможность снизить усилия на плунжеры. Создание высоких и сверхвысоких давлений происходит за счет коэффициента усиления, зависящего от соотношения площади плунжеров и площади поршней гидроцилиндров. 3 ил.