Ротационный вискозиметр Советский патент 1980 года по МПК G01N11/14 

(54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к измерительной тех нике, а именно к ротационным измерителям реологических свойств жидкостей и вязкопласт ных материалов. Известнь ротационные вискозиметрьг, в которых система привода состоит из гидромеханизмов, вязкость при этом определяется по скорости вращения приводной измерительной поверхности. Для бесступенчатого изменения скорости вр щения одной из рабочих поверхностей прибора применены гидравлические регуляторы скорости 1. При измерении вязкости методом постоянных скоростей деформации 2 крутящий момент в этих приборах передается на одну из рабочих поверхностей через понижаюищй редуктор от гидропривода, состоящего из гидронасоса и гидромотора с электродвигателем. Вторая рабочая поверхность связана с упругим торсионным силоизмерителем, угол поворота которого характеризует свойства испытьшаемого материала. Недостатками известных вискозиметров являются использование в качестве измерительного упругого элемента торсиона, а Также относительная сложность привода. Метод измерения вязкости по величине деформа°ции торсиона не обеспечивает достаточной точности измерений, так как при измерении крутящих моментов деформация торсиона должна быть меньше деформации, соответствующей пределу пропорциональности материала пружины, что вызывает необходимость использовать для расширения диапазона измерений набор торсионов. К тому же, результаты измерений одних и тех же характеристик оказываются несопоставимыми, Восйгольку скорость деформирования зависит от жесткости динамометра. Ближайшим к изобретению техническим решением является ротадаонный вискозиметр, содержащийкоаксиальные наружный и внутренний цилиндры, синхронный электродвигатель, связанный с валом блока щшкндров аксиально-плунжерного механизма, наклонная шайба которого жестко связана с валом внутреннего цилиндра, нагнетателысую магистраль, сое3746251

диняющую блок цилиндров с резервуаром, с установленным на ней дросселем 3.

Недостатками этого вискозиметра является его громоздкость и сложность замера, так как к собственно вискозиметру нужно иметь еще 5 прибор для-замера скорости вращения внутреннего цилиндра.

Целью изобретения является упрощение конструкции. Указанная цель достигается тем, что на на- Ю гнетательной магистрали между блоком иишиндров и дросселем установлен манометр, щкала которого проградуироКана в единицах вязкости. При этом также отпадает необходимость в отдельном приборе дли измерения скорости вра- 15 щсния измерительного цилиндра.

На чертеже представлен предлагаемый рота. иконный вискозиметр.

Привод вискозиметра имеет вал 1, выполненный заодно с блоком цилиндров 2, в котором 20 по кругу аксиально расположены цилиндры 3 с порщнями 4. В порщнях 4 имеются шариковые клапаны 5. Поршни 4 Своими сферическими головками 6 взаимодействуют с прижимными башмаками 7 обоймы 8, находящимися 25 в контакте с наклонной шайбой 9. Этот контакт обеспечивается центральной пружиной 10, сферической опорой Ни обоймой 8. Наклонная шайба 9 жестко соединена с распределительным диском 12.,Заодно с наклонной цлайбой 9 30 выполнен выходной вал 13, на котором жестко посажен измерительный цилиндр 14 виско ЗйМётра------- .-,,..,-./...--.-.;.,:Заполнение полостей цилиндров 2 рабочей жидкостью осуществляется через ка- 35 налы 15 в поршнях 4 и шариковые клапаны 5, поджатые пружиной 16. Нагнетаниежидкости осуществляется через серповидное окно 17 распределительного диска 12, кольцевой . канал 18, канал 19, дроссель 20 и резервуар 21.40 Последний соединен с внутренней полостью .механизма каналами 22. В системе нагнетания перед дросселем 20 установлен манометр 23.

Ротационный вискозиметр работает следую щим образом.45

Дроссель 20 необходимо установить в открытое положение. Неподвижный цилиндр 24 вискозиметра заполняют дозированным количеством исследуемого материала. Подвижный цилиндр 14 (концентричный неподвижному 24) 50 плавно опускают в исследуемый материал. От синхронного электромотора (на чертеже не показан) равномерное вращение ведущего вала 1 сообщается блоку цилиндров 2. При этом измерительный цилиндр 14 не будет йоЛучать 55 вращательного движения, так как с одаой стороны на него воздействуют силы вязкого сопротивления исследуемого материала, а, с другой стороны поршни 4, взаимодействуя с наклонной шайбой 9, будут без усилия перекачивать рабочую жидкость через серповидное окно 17, каналы 19 и 18 и открытый дроссель 20 в резервуар 21. Из резервуара 21 жидкость через каналы 22 поступает во внутреннюю iioлость механизма. При неподвижной наклонной шайбе 9 сферических головок 6 будут двигаться с башмаками 7 в плоскости, параллельной плоскости наклонной шайбы 9. Поршни 4 совершают возвратно-поступательное движение с ходом, равным

h R siny(l-cosa), где а art - текущий угол поворота блока ци-

линдров 2;

V угол между осями блока цилиндров 2 и наклонной шайбой 9 (обыно равен 20);

R - радиус окружности заделки центров головок 6 в башмаках 7. Максимальный ход поршня

hmax 2 R-siny

Медленным вращением маховичка устанавливают дроссель 20 на необходимый диапазон замра вязкости . Возникшее в нагнетательной сисг. ... Q

теме давление Р г.рг., воздействуя на поршни 4, создаст в зонах контактов башмаков 7 с наклонной щайбой 9 (условно площадь контакта башмака с шайбой приводим к точке) усилие Р, (где d - диаметр поршня), нормальное по отношению к поверхности шайбы.

Это усилие можно разложить на составляющие:РН - направленная по оси поршня; Tjj - направленная нормально к оси поршня, которая развивает крутящий момент, преодолевающий момент сопротивления на валу 13 (сопротивление сил вязкого трення в исследуемом материале).

Значит, при частично открытом дросселе на валу 13 (при установившемся движении) возникает два численно равных и противоположных по знаку момента: с одной стороны в зоне контакта башмаков с.наклонной шайбой дей- , ствует момент Мкр | , а с другой стороны в зоне действия сил вязкого сопротивления

«-Т .

. - . .. :- - /

Сопоставив значения равновесных моментов и сделав соответствующие математические преобразования, получи уравнение , показывающее, что по давлению в нагнетательном канале можно определить вязкость исследуемого материала, которую считывают на манометре 23 (шкала манометра проградуирована в единицах вязкости). Обозначения в тексте: Q - расход жидкости через дроссель, равный Q q п, q - удельный объем поршневой группы , Z - число цилиндров 3 в блоке 2; п - относительное число оборотов блока цилиндров п HI - П14 HI - число оборотов приводного вала 1; nt 4 число оборотов измерительного цилин ра 14; TS - удельный вес жидкости; g - ускорение силы тяжести; |1 - коэффициент расхода дросселя; f - площадь проходного отверстия дросселя;О) - угловая скорость вращения измерительного цилиндра 14, UD- :1Гп|а/30; К - постоянная измерительной части прибора, зависящая от геометрических па раметров цилиндра 14;15 Ко С- постоянная прибора, равная Сг . V - удельный объем одного цилиндра г 4rrTf TTl.UI-TU ГЧЙКРКЛ TIMTlHHntia V - Таким образом, предлагаемое решение поз воляет исключить из схемы вискозиметра при бор для измерения скорости вращения измерительного цилиндра. Это делает вискозиметр более компактным, простым в обслуживании .Он с успехом может быть применен в производственной практике, где необходимо иметь переносной, компактный прибор для экспрессанализов в технологических процессах. 16 Предлагаемый вискозиметр можно использовать для получения кривых течения неньютоновских жидкостей, для чего вместо дросселя 20 необходимо установить автоматический регулятор скорости, а вместо шкального манометра - пишущий прибор. Формула изобретения Ротационный вискозиметр, содержащий коаксиальные наружный и внутренний цилиндры, х;инхронный электродвигатель, связанный с валом блока цилиндров аксиально-плунжерного механизма, наклонная шайба которого жестко связана с валом внутреннего цилиндра, нагнетательную магистраль, соединяющую блок цилиндров с резервуаром, с установленным Hai ней дросселем, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, на нагнетательной магистрали между блоком цилиндров и дросселем установлен манометр ..л «. л, .«.«,. «.«.,ъ.. .......... которого проградуирована в единицах кости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Белкин И. М. и др. Ротационные приборы. М., Машиностроение, 1968, с. 172. 2.РябининД. Д.,Лукач. Ю. Е. Червячные машины. М., Машиностроение, 1970, с. 16. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2369260/25, кл. G 01 N 11/14 (прототип).