Ротационный вискозиметр Советский патент 1982 года по МПК G01N11/14 

(5) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к устройствам для исследования структурно-механических свойств тиксотропных ненъюто новских сред и предназначено для использования, в частности в нефтяной промышленности для определения реологических характеристик газо-водо-нефтяных эмульсий. Известен эластовиксозиметр для измерения тиксотропии материалов, содержащий измерительный и рабочий цилиНДР, привод рабочего цилиндра и измеритель крутящего момента 1 , Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ротационный вискозиметр, содержащий внешНИИ вращающийся цилиндр, внутренний, измерительный цилиндр с системой упругой подвески к корпусу и блок измерения угла поворота внутреннего цилиндра t21. Недостатком известного вискозиметра является то, что попадания исследуемой нен-ьютоновской среды внутрь измерительного цилиндра (в зону расположения упругой подвески) приводит к искажению результатов измерений. Объясняется это тем, что ненъютоновские среды, обладая обычно начальным напряжением сдвига, создают на элементах упругой подвески паразитный момент, наличие которого приводит к появлению неконтролируемой погрешности . Цель изобретения - определение реологических характеристик тиксотропных и реолектических сред при промежуточных значениях глубины разрушения структуры. Поставленная цепь достигается тем, что внутренний измерительный цилиндр выполнен из нескольких чашеобразных элементов, каждый из которых состоит из набора коаксиальных колец Z-образного сечения, промежутки между которыми заполнены упругим-эластичным материалом (например, маслобензостойкой резиной, по.пиуретаном и т.п.). . 3SlS Центральное кольцо элемента жестко закреплено на корпусе вискозиметра. В верхней части внешнего цилиндра устанавливается свободно-плавающий поршень, вытесняющий исследуемую сре ду в кольцевой канал между цилиндрами при закачке силовой жидкости в полость внешнего цилиндра над поршнем. На фиг. 1 представлен вискозиметр на фиг. 2 - конструкция чашеобразных измерительных элементов. Внешний цилиндр состоит из двух деталей: верхнего невращающегося цилиндра 1 и нижнего вращающегося цилиндра 2, последний снабжен зубчатым венцом, входящим в зацепление с ведущей шестерней приводного гидродвигателя (не показаны). Кроме того, вискозиметр содержит внутренний измерительный цилиндр, состоящий из нескольцих чашеобразных элементов 3, основание прибора, головку 5 прибора, штуцер 6 для закачки буферной жидкости, штуцер 7 для закачки силовой жидкости от дозировочного насоса штуцер 8, через который осуществляется закачка последуемой среды из бомбы глубинного пробоотборника, плавающий поршень 9, конус-обтекатель 10 рубашка 11 системы термостатирования пустотелая цапфа 12 крепления измерительных элементов к основанию. Чашеобразный измерительный элемент (фиг. 2) состоит из нескольких коаксиальных колец 13, промей утки 1 между которыми заполнены упругим материа лом. Центральное кольцо 15 неподвижно крепится к цапфе. Кольцо 16 своей периферийной цилиндрической частью совместно с внутренней поверхностью вращающегося цилиндра образует кольцевой зазор для прохода исследуемой среды. Вискозиметр предназначен для получения реологических кривых только при разрушении структуры. В случае не обходимости получения кривых при восстановлении структуры между конусомобтекателем 10 и верхним чашеобразным элементов 3 устанавливается дополнительный цилиндр, получающий вращение от независимого привода с помощью вала, проходящего через центральное отверстие пустотелой цапфы 12. Система работает следующим образом. Перед началом исследований внутрен няя полость вискозиметра через штуцер 6 заполняется буферной жидкостью Тип буферной жидкости зависит от свойств исследуемой среды, но во всех случаях буферная жидкость должна довлетворять трем обязательным треованиям: буферная жидкость должна меть плотность выше, чем плотность сследуемой среды, начальное напряжение сдвига буферной жидкости должно быть равно нулю и буферная жидкость не должна взаимодействовать с исследуемой средой и эластичным материалом, чашеобразных элементов. После заполнения системы буферной жидкостью давление поднимается до расчетной величины, равной давлению и бомбе глубинного пробоотборника. Далее открываются вентили на линии, соединяющей глубинный пробоотборник со штуцером 8 вискозиметра и под действием силовой жидкости, которая закачивается в нижнюю часть бомбы, глубинная проба переводится в верхнюю часть цилиндра вискозиметра. Включается- система термостатирования и за счет циркуляции теплоносителя через зарубашечное пространство обеспечивается нужный тепловой режим. После соответствующей выдержки во времени, необходимой для выравнивания поля температур и образования структуры, прибор готов к измерениям. Включается электродвигатель гидропривода вращения цилиндра 1, устанавливается расчетная ча стота вращения. В пространство над плавающим поршнем через штуцер 7 от дозировочного насоса закачивается силовая жидкость. Поршень 9 идет вниз и вытесняет исследуемую среду в щелевой зазор вискозиметра. В результате взаимодействия среды с внешним вращающимся цилиндром 2 эффективная (кажущаяся) вязкость падает (для тиксотропных сред) или растет (для сред реопектических). Угол поворота каждого из чашеобразных измерительных элементов определяется касательными напряжениями на его поверхности и следовательно, Пропорционален величине эффективной вязкости среды, контактирующей с периферийной (цилиндрической) частью измерительного элемента. Благодаря чашеобразной форме измерительных элементов промежутки между ними во время измерений заполнены буферной жидкостью. Так как начальное напряжение сдвига буферной жидкости равно нулЮр,момент на торцовых поверхностях так же равен нупо.

59

В конструкции измерительных элементов использовано известное свойство элластомеров: высокая жесткость при объемной деформации (в замкнутом объеме резина практически несжимаема) и способность к значительным деформациям под действием напряжений сдвига (чашеобразный элемент под действием приложенного момента трения со стороны исследуемой среды поворачивается на значительный угол).

Угол поворота чашеобразных элементов фиксируется дистанционно любым известным способом. Расшифровка записей многоканального самописца (каждый канал - угол поворота одного измерительного элемента) позволяет построить кривую изменения эффективной вязкости исследуемой среды в зависимости от времени ее пребывания в поле гра циентов скорости .

Вискозиметр позволяет определить реологические характеристики тиксотропных (реопектических) сред, у которых постоянная тиксотропного разрушения менее 2с.

Формула изобретения

Ротационный вискозиметр для определения структурно-механических

66

свойств газо-водо-нефтяных эмульсий, содержащий два коаксиальных цилиндра, образующих кольцевой канал для исследуемой среды и систему упругой подвески внутреннего цилиндра к корпусу, отли чающи и с я тем, что, с целью определения реологических характеристик тиксотропных и реолектических сред при промежуточных значениях глубины разрушения структуры, о .внутренний цилиндр выполнен из чашеобразных элементов, каждый из которых состоит из набора коаксиальных колец Z-образного сечения, промежутки между которыми заполнены эластичным материалом , а в верхней части наружного цилиндра установлен свободно плавающий поршень, над которым имеется камера, причем поршень установлен и выполнен с возможностью вытеснения исследуемой жидкости в кольцевой канал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 192«89, кл. G 01 N П/Й, 19б5 (прототип).