Устройство для определения физических свойств текучих сред

 

Сущность изобретения: устройство содержит корпус, внутри которого расположены микрометрический винт с приводом, поршень, кинематически связанный с микрометрическим винтом и перемещающийся в камере, оснащенной датчиком давления и термостатом. Между микрометрическим винтом и поршнем расположены переходный и сферический элементы. Устройство оснащено индикатором линейных перемещений поршня и блоком управления. Камера выполнена съемной с возможностью дополнительного подключения регистрирующих устройств и работы в проточном режиме. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к исследованиям параметров текучих сред и может быть использовано в нефтегазовой и нефтехимической промышленности.

Известно устройство для измерения вязкости, содержащее корпус с двумя разделенными перегородкой камерами разного диаметра с поршнями, полости которых соединены капилляром. Измерение вязкости производят путем отсчета времени выдвижения штока меньшего поршня на заданную величину и нахождения значения вязкости по таблице или путем нанесения на малый шток значений вязкости жидкости, соответствующих определенной продолжительности времени его выдвижения[1].

Недостатком этого устройства является множество ручных операций при определении с его помощью искомой величины.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее корпус с двумя камерами, соединенными заключенным в термостат капилляром, одна из которых оснащена термометром, а другая - датчиком давления и поршнем, соединенным с микрометрическим винтом, гайка которого связана с электромеханическим приводом [2].

Устройство работает следующим образом. Мотор через муфту и коробку передач обеспечивает вращение микрометрического винта и перемещение поршня, который в свою очередь вызывает течение жидкости в капилляре между камерами с постоянной объемной скоростью, а перепад давления по капилляру определяется с помощью датчика давления. Из этих данных определяют вязкость исследуемой жидкости.

Недостатком прототипа, как и аналога, является невозможность определения с его помощью иных параметров, например объемной вязкости, плотности, сжимаемости, так как отсутствуют средства для определения в процессе исследования изменения объема рабочей камеры. С помощью устройства по прототипу нельзя проводить измерения в зависимости от давления.

Общим недостатком известных решений является сложность их конструктивного исполнения, обусловленная необходимостью использования двух камер и соединяющего их капилляра. Кроме того, устройства не могут быть использованы для исследований во всех термодинамических режимах изменений Р, Т - изотермических, изохорических, изобарических.

Устройство для определения физических свойств текучих сред содержит корпус с оснащенной датчиками давления рабочей камерой и средством передачи давления, связанным переходным и сферическим элементами с микрометрическим винтом привода, термостат и приспособление для предотвращения вращения винта, последнее выполнено в виде стопорного элемента и имеющего углубление с конусным днищем оголовка на торце винта, в который вставлены охватывающий торец средства передачи давления и жестко связанный с оголовком переходный элемент и стопорный элемент, при этом в корпусе выполнен продольный паз, сквозь который установлен стопорный элемент, соединенный с оголовком и несущий индикатор линейных перемещений, по обе стороны стопорного элемента установлены конечные выключатели, а термостат выполнен охватывающим рабочую камеру с расположенным в ней поршнем.

Эта совокупность признаков упрощает устройство, так как позволяет исключить вторую камеру и расширить функциональные возможности устройства, обеспечивает одним узлом выполнение нескольких функций: создание давления, предотвращение вращения винта, обеспечение возможности вычисления объема рабочей камеры путем фиксации исходного и конечного положения винта и отсчета хода винта и одновременного с его перемещением определения комплекса свойств исследуемой жидкотекущей среды.

Кроме того, для еще большего расширения технологических возможностей к торцу рабочей камеры может быть подсоединен сообщающийся с ней переходник с несколькими каналами со штуцерами для подсоединения к ним приспособлений с различными исследуемыми жидкотекучими средами, вместе с датчиком перемещений используют датчик усилий, а привод выполнен таким образом, что обеспечивает скорость перемещения поршня (плунжера) в диапазоне от скоростей, соответствующих изотермическим условиям сжатия исследуемой среды, до скоростей, соответствующих адиабатическим условиям сжатия.

На чертеже представлена схема устройства для измерений при давлениях до 100 МПа и более, вид в плане.

Устройство содержит смонтированную в корпусе 1 сменную по объему камеру 2 с плунжером 3. Плунжер 3 посредством переходного 6 и сферического 7 элементов кинематически связан с оголовком 8 микрометрического винта 9, гайка 10 которого, в свою очередь, кинематически связана с редуктором 11 электромеханического привода, оснащенного, например, шаговым реверсивным двигателем 12. Переходный элемент 6 и оголовок 8 микрометрического винта 9 жестко связаны между собой, а в конусном углублении оголовка 8 расположен сферический элемент 7, опертый в торец плунжера 3 и в стенки упомянутого конусного углубления. В корпусе 1 выполнен продольный паз, сквозь который с оголовком 8 соединен стопорный элемент 13 для обеспечения винту 9 линейного перемещения, а по обе стороны продольного паза на корпусе 1 установлены конечные выключатели 14 - фиксаторы хода плунжера 3. К камере 2 может быть подсоединен переходник 15 с несколькими каналами, через штуцеры 16 которых подсоединяют объекты с исследуемыми жидкостями. Датчики давления 4 и температуры 5 могут быть установлены в переходнике 15. Редуктор 11 оснащен съемной рукояткой 17 для возможности работы в ручном режиме измерений, а двигатель 12 подключен к управляющему процессом исследования в автоматическом режиме микропроцессору. Камеру 2 охватывается термостатом 18, а на стопорном элементе 13 закреплен индикатор 19 линейных перемещений, информация с которого, как и с датчиков давления 4 и температуры 5, поступает в микропроцессор, где обрабатывается и выдается на табло, цифропечать и т.д. Переходник 15 может быть также охвачен термостатирующей рубашкой, покрыт снаружи теплоизоляционным материалом, например, на его поверхность напылен полиуретан. Это относится и к присоединенным к нему внешним дополнительным камерам (устройствам).

Значение объемной вязкости определяют с помощью устройства следующим образом. Рабочую камеру 2 заполняют исследуемой жидкостью и задают начальное нормальное напряжение плунжером 3 путем перемещения винта 9. Посредством термостата 18 жидкость доводят до заданной температуры и дополнительно сжимают плунжером 3. Фиксируют величину хода плунжера и развитое им давление сразу же после прекращения нагружения. Измеряют величину нормального напряжения после установления равновесия, время до установления равновесного состояния, время релаксации нормальных напряжений.

В случае работы устройства с использованием переходника 15 в камере может использоваться рабочая жидкость, а исследуемые жидкости помещаются в присоединенных к штуцером 16 объектах.

Известным способом (например, с помощью пикнометра) определяют значение плотности исследуемой жидкости при атмосферном давлении и постоянной температуре, например, 20^оС. Термостатируют камеру 2 при требуемой температуре, перемещают плунжер 3 до положения, соответствующего интересующему давлению (определяют датчиком 4), находят величину перемещения плунжера индикатором 19 и по изменению объема находят плотность при данном давлении.

Аналогичные операции осуществляют и при нахождении коэффициента изотермической сжимаемости с той разницей, что производную, определяющую изменение объема от давления, находят численным дифференцированием с помощью микропроцессора.

Определение объемной вязкости, плотности и коэффициента изотермической сжимаемости производят одновременно. В случае присоединенного к штуцеру 16 устройства для определения скорости ультразвука можно одновременно определять кроме перечисленных свойств также адиабатическую сжимаемость, изобарную и изохорную теплоемкости.

При измерениях поглощения ультразвука и подключении камеры для снятия ИК-спектров количество определяемых параметров еще более увеличивается.

Преимущества предложения сводятся к упрощению конструкции и подготовки к исследованию, а также к расширению возможностей путем исследования комплекса свойств разного вида жидкостей одновременно по различным показателям и при различных давлениях, температурах, объемах в любом из основных термодинамических режимах - изотермическом, изобарическом и изохорическом. Расширению возможностей служит также сменность камеры 2 и поршня 3. Наличие переходника позволяет вести исследование различных по составу сред и сравнение измеренных показателей в идентичных условиях, в том числе барических и температурных, что существенно повышает точность комплексных измерений.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕКУЧИХ СРЕД, содержащее корпус, внутри которого расположены микрометрический винт с приводом, поршень, кинематически связанный с микрометрическим винтом и перемещающийся в камере, оснащенной датчиком давления, а также термостат, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оголовок, расположенный на конце микрометрического винта, переходный и сферический элементы, расположенные между оголовком и поршнем, индикатор линейных перемещений поршня, соединенный со стопорным элементом, расположенным в пазу, выполненном в корпусе, и жестко связанным с поршнем, а на концах паза расположены два конечных выключателя, соединенных с блоком управления, причем камера выполнена съемной с возможностью подключения дополнительных регистрирующих устройств и работы в проточном режиме.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поршень выполнен в виде плунжера.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что сферический элемент расположен в углублении в торцевой части микрометрического винта.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что углубление выполнено коническим.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что камера выполнена с возможностью подключения дополнительных датчиков давления и температуры.

6. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что камера выполнена с возможностью подключения внешних ультразвуковых устройств.

7. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что камера выполнена с возможностью подключения устройства для снятия ИК-спектров.

8. Устройство по пп.1 - 7, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик усилий, соединенный с поршнем.

РИСУНКИ

Рисунок 1