Устройство для определения распределения пор по размерам

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОР ПО РАЗМЕРАМ, содер жащее две разъемные камеры, нижнюю и верхнюю, и. приспособление для закрепления образца между камерами, причем верхняя камера снабжена смотровым окном и частично заполнена жидкостью , а нижняя - соединена с магистралью подачи газа, снабженной системой контроля расхода газа и датчиком перепада давлений таза на образце , отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых расходов и повЕлшения точности определения, устройство снабжено заполненным жидкостью прозрачным баком , приспособление для закрепления образца установлено на нижней камере, .которая утоплена в бак с жидкостью, а верхняя камера через трехходовой СП -Кран сообщена с атмосферой и соединена с микроманометром и образует с нижней камерой гидрозатвор.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ONNVHII.

РЕСПУБЛИК

3Ш G 01 И 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОЫЧРЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3368975/18-25 (22) 21.12. 81 (46) 15.:05.83. Бюл. 9 18 (72) С. В .. Белов, В.С. Спиридонов и Н. Г. Приходько (71) Московское ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудоВого Красного Знамени высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (53) 539.217.1(088.8) (56) 1. Плаченов T.Ã. Ртутная порометрическая установка П-3М. Л., ЛТИ, 1968, с. 6-7.

2. Химическое машиностроение.

Сборник научных трудов. Вып. 1., М., "Машиностроение", 1974, с. 108-114 (прототип). (54. ) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОР ПО РАЗМЕРАМ, содер

„„SU„„A жащее две разъемные камеры, нижнюю и верхнюю, и. приспособление для закрепления образца между камерами, причем верхняя камера снабжена смотровым окном и частично заполнена жидкостью, а нижняя — соединена с магистралью подачи газа, снабженной системой контроля расхода газа и датчиком перепада давлений газа на образце, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых расходов и повышения точности определения, устройство снабжено заполненным жидкостью прозрачным баком, приспособление для закрепления образца установлено на нижней камере, .которая утоплена в бак с жидкостью, I а верхняя камера через трехходовой .кран сообщена с атмосферой и соединена с микроманометром и образует с нижней камерой гидрозатвор.

1017974

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения основных параметров структуры пористых проницаемых материалов, применяемых в качестве фильтроэлементов в нефтяной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известны устройства для определения распределения пор по размерам в пористом проиицаемом материале методом вдавливания ртути в поры $13. 10

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения распреде-. ления пор по размерам, содержащее две разъемные камеры, нижнюю и верх- )5 нюю, и приспособление для .закрепления образца между камерами, причем верхняя камера снабжена смотровым окном и частично заполнена жидкос тью, а нижняя - соединена с магист- 20 ралью подачи газа, снабженной систе- мой коитроля расхода газа и датчиком перепада давления газа на образце p2 l

В известном устройстве повышение расхода газа через пористый образец, вследствие открывания все большего количества пор при возрастающем значении перепада давления на нем приводит к турбулизации слоя жидкости и унос ее в магистраль, чем ограничивается диапазон измеряемых расходов, а уменьшение высоты слоя жидкости на образце приводит к неточности измерения перепада давления на нем.

Кроме того, наличие жесткого разъемного соединения между верхней и ниж- 35 ней камерами приводит к появлению утечек газа, которые сопоставимы с абсолютными значениями замеряемых расходов.

Целью изобретения является рас- 40 ширение диапазона измеряемых расходов и повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее две разъемные камеры, нижнюю и верхнюю, 45 и приспособление для закрепления образца между камерами, причем верхняя камера снабжена смотровым окном и частично заполнена жидкостью, а нижняя -. соединена с магистралью подачи газа, .снабженной системой контроля расхода газа и датчиком перепада давлений газа на образце, снабжено заполненным жидкостью прозрачным баком, приспособление для закрепления образца установлено на нижней камере, которая УтОплена в бак с жидкостью, а верхняя камера через трехходовой кран сообщена с атмосферой и соедине ,на с микроманометром и образует с нижней камерой гидрозатвор. 60

На чертеже представлено устройство для определения распределения пор по размерам в пористом проницаемом материале, общий вид. 65

Устройство еодержит верхнюю каме ру 1 и нижнюю камеру 2. К нижней камере фланцем 3 жестко, прикреплен образец пористого материала 4, который уплотнен прокладками 5. Нижняя камера с пористым образцом утоплена в прозрачный бак 6 с жидкостью и опирается на подставку 7. Верхняя камера .крепится к двум планкам 8, которые концами свободно опираются на торцовую часть бака, и ее можно перемещать относительно нижней камеры для установки фиксированногд начального газового объема. Система контроля расхода газа и перепада давления на об разце включает микроманометр 9, 0-образный водяной манометр 10, обраэцо. вый манометр 11, расходомерную шайбу 12, дифференциальный манометр 13, дозатор 14 расхода воздуха, редуктор давления 15, трехходовой кран 16. ..Подача газа в магистраль 17 осуществляется от ресивера 18, в который компрессором 19 нагнетается гаэ.

Устройство работает следующим образом.

Газ иэ ресивера 18 по трубопроводу подается в нижнюю камеру 2 под пористый образец 4. При этом скорость повышения давления под образцом устаhH навливается в пределах < 1 мм ьт. вод..ст. в секунду, что контролируется по манометру 10 и регулируется дозаТором 14. Момент появления первого газового пузырька на поверхнос. ти образца фиксируется визуально и по перепаду давления на образце в этот момент вычисляется максимальный размер пор пористого материаЛа. Затем перепад давления газа на образце повышают на величину, соответствующую выбранному интервалу размеров пор> краном 16 верхнюю камеру 1 соединяют с микроманометром 9 и включают секундомер. Измерение расхода газа через пористый образец на начальных интервалах размеров пор производится объемным методом, для чего фиксируется прирост давления в верхней камере эа определенный промежуток времени.

После фиксирования за какое-то время прироста давления в верхней камере открытием крана 18 производят сброс давления газа из верхней камеры. Затем перепад давления на образце повышают на величину, соответствующую следующему интервалу размеров пор, и проводят описанным способом замер.

В процессе замера скорость приращения давления в верхней камере частично гасится за счет выталкивания иэ-под нее жидкости через гидрозатвор, что снижает скорость нарастания давления в микроманометре и тем самым повышает точность замера. Уменьшение эа счет этого высоты слоя жидкости над образцом, а также увеличение газового объема верхней камеры учитывается ни1017974

ВНИИПИ Заказ 3527/40 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 жеприведенным соответствующим расче— том. Однако полное оголение поверхности образца недопустимо. Отношение площади сечения верхней камеры к площади сечения бака выбирается иэ соотношения 1:3 или 1:4. 5

При значительной скорости нарастания давления газа в верхней камере расход газа через образец начинают фиксировать расходомерной шайбой 12 с дифференциальным манометром 13.

При этом верхняя камера снимается и истечение газа происходит свободно в слой жидкости постоянной высоты, так как значительная площадь свободной поверхности жидкости оказывает 15 демпфирующее действие на истечение газа и препятствует уносу капель. жидкости.

Измерение расхода газа через пористый образец для определенного интервала размеров пор производится при соответствующем постоянном перепаде давления на образце, который регулируется доэатором 14.

При образовании над поверхностью пористого образца единого схлопываю- щегося воздушного пузыря, что соответствует режиму открытия всех пор пористого образца, дальнейшее его исследования прекращается. Полученные экспериментальные данные математически обрабатываются по соответствующей методике с целью получения кривых плотности распределения пор по размерам.

Расширение диапазона измеряемых расходов обеспечивается переменностью уровня жидкости под верхней камерой за счет наличия свободной поверхности жидкости между верхне камерой и баком. Массовый расход воздуха cor- 40 ласно схеме установки (см. чертеж) определяется соотношением

M -1 — — — )дУР +аРМ +Blip), )1)

M -И 1 о о

45 где R — универсальная газовая постоянная; Т вЂ” абсолютная температура воздуха под верхней камерой; 50

g — ускорение свободного паде! ния;

Р, Vo — начальное давление и объем воздуха под верхней камерой; 55 à — интервал. времени, за который давление воздуха под верхней камерой повышается на ЬР.

Согласно выбранной схеме устройст 60 ва при условиях проведения исследований выполняется соотношение

)) ЬЧЬ ° . (2)

Поэтому большая часть расхода возду-, ха э амеряет ся по приращению объема воздуха под верхней камерой. Приращение объема воздуха под верхней камерой определяется по дрирагггению давления в ней, которое замеряется . датчиком давления (микроманометром и т.п.) путем пересчета по формуле

Ф

Ь = А К+1 ЬР

К где К - отношение площади Свободной поверхности жидкости в кольцевом зазоре между верхйей камерой и баком к площади поверхности .жидкости под верхней камерой;

ЬР— изменение давления воздуха в верхней камере;

А — геометрическая характеристика верхней камеры.

Проссельный расхсдомер в системе (поэ. 12) используется в критических случаях, как аварийный.

Точность повышается за счет снижения уровня утечек воздуха иэ верхней камеры путем устранения жесткого разъемного соединения между верхней- и нижней камерами (как эта выполнено в прототипе) и заменой этого соединения гидрозатвором. Снижение утечек воздуха имеет. важного значение при замере расхода воздуха через поры максимального размера, которые оказы-. вают наибольшее влияние на фильтровальные характеристики пористых материалов.

Кроме того, точность повышается эа счет учета изменения высоты столе)a жидкости над образцом в процессе измерений.

Как и в прототипе в предлагаемом устройстве происходит уменьшение высоты слоя жидкости над образцом, однако в прототипе уменьшение уровня жидкости является отрицательным и неконтролируемым фактором, а в предлагаемом устройстве изменение уровня жидкости над образцом контролируется при определении перепада давления на образце и учитывается при расчете.

Применение комбинированного способа замера расхода (объемного метода для малых расходов и дроссельного расходомера для расходов свыше

0,01 r/c) позволяет расширить пределы измерения расходов: в сторону малых расходов до значений 10 < G <

4 10-3 и/с и в сторону больших расходов до величины 10 г/с, обеспечивающей раскрытие всех пор м гериала вплоть до минимального размера.