Способ и устройство для определения структурных параметров газожидкостных пен
Владельцы патента RU 2325629:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к способам определения кратности и дисперсного состава газожидкостных пен и может быть использовано для регулирования структурных характеристик пен, используемых для огнегашения, утепления дражных полигонов замерзающими пенами, для получения пенобетонов и других твердеющих пеноматериалов. Сущность изобретения заключается в том, что отбор образца пены осуществляют непосредственно из пенопровода под давлением. С помощью устройства в виде измерительной ячейки получают отсканированное изображение образца пены, которое исследуют с помощью компьютерной программы, и за несколько секунд получают информацию о структурных характеристиках газожидкостных пен. Измерительная ячейка содержит плоское оптическое стекло, жестко закрепленное на сканирующем устройстве, и металлическую пластину, выполненную с возможностью сближения с плоским оптическим стеклом при помощи микрометрического устройства. Устройство содержит гибкие шланги для ввода пены в измерительную ячейку путем соединения его с пенопроводом и для отвода пены обратно в пенопровод. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности результатов анализа и сокращение времени на проведение измерений, их обработку и получение результатов анализа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам определения кратности и дисперсного состава газожидкостных пен и может быть использовано для регулирования структурных характеристик пен, используемых для огнегашения, утепления дражных полигонов замерзающими пенами, для получения пенобетонов и других твердеющих пеноматериалов.
Известен «Способ определения дисперсности пены» (RU №2191367, дата публикации 2002.10.20), заключающийся в том, что полученной пеной заполняют шестигранный прозрачный сосуд, замораживают пену в атмосфере испаряющегося жидкого азота, выполняют микрофотографирование пены через стенки сосуда с разных сторон и на разных уровнях, а затем вручную проводят статистическую обработку полученных микрофотографий.
Недостатками этого способа являются:
- сложность и дороговизна способа, требующего использования жидкого азота;
- трудоемкость статистической обработки микрофотографий;
- длительное время, необходимое для получения окончательного результата.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения дисперсного состава жидких пен по патенту PL №132746, опубликованному 1982.07.05, в котором отбор пробы пены осуществляют просасывая ее через капилляр, а исследование параметров пены проводят путем измерения кратности пены, определяя соотношение объемов воздуха и жидкости, прошедших через капилляр, а размеры пузырьков и их распределение по размерам определяют по длине газовых пробок в капилляре.
Основными недостатками данного способа являются:
- длительность временного периода для получения выборки для последующей статистической обработки результатов измерений;
- большие погрешности при оценке размеров пузырьков, т.к. размер некоторых пузырьков может быть существенно меньше диаметра капилляра.
Задачей предлагаемого технического решения является создание способа определения структурных параметров газожидкостных пен, обеспечивающего:
- получение достоверных результатов анализа за счет расширения диапазона размеров пузырьков, доступных для анализа;
- сокращение времени проведения измерений и анализа их результатов;
- снижение материальных затрат на проведение измерений и их анализ, а также создание устройства для осуществления вышеуказанного способа, позволяющего контролировать состав газожидкостных пен в процессе их получения и транспортировки к месту использования.
Задача решается с помощью предлагаемого способа определения структурных параметров газожидкостных пен, включающего отбор образца пены, исследование параметров пены и их анализ, причем отбор образца пены осуществляют из пенопровода под давлением непосредственно в измерительную ячейку, а исследование параметров пены осуществляют по отсканированному изображению образца пены, полученного при пропускании его через зазор измерительной ячейки, образованный плоским оптическим стеклом и металлической пластиной, которые сближают с помощью микрометрического устройства до образования плоскопараллельного зазора между ними, при этом пенные пузырьки превращаются в тонкие диски одной и той же толщины. Зазор выбирают равным примерно в десять раз меньше среднего размера пузырьков пены. Определение структурных параметров пены осуществляют по отсканированному изображению образца, которое вводят в оперативную память персонального компьютера и исследуют с помощью программы обработки изображений двухкомпонентных сред «Foam Tools».
Поставленная задача решается с помощью устройства для определения структурных параметров газожидкостных пен в виде измерительной ячейки, содержащей плоское оптическое стекло, жестко закрепленное на сканирующем устройстве, металлическую пластину, выполненную с возможностью сближения с плоским оптическим стеклом при помощи микрометрического устройства. Кроме того, устройство содержит гибкие шланги, один из которых предназначен для ввода пены в измерительную ячейку путем соединения его с отводным патрубком пенопровода, а второй - для отвода пены обратно в пенопровод с помощью другого отводного патрубка.
Новизна и изобретательский уровень заявляемого технического решения подтверждается тем, что в отличие от известного решения:
- отбор образца пены и ее исследование осуществляют непосредственно из пенопровода под давлением, что позволяет изучать дисперсный состав пены непосредственно в пенопроводе;
- пену пропускают через зазор между плоским оптическим стеклом и металлической пластиной микрометрического устройства, которые сближают до образования плоскопараллельного зазора, при этом пенные пузырьки превращаются в тонкие диски одной и той же толщины, что позволяет расширить диапазон размеров пузырьков, доступных для анализа, а значит получить более достоверные результаты анализа;
- определение структурных параметров пены осуществляют по отсканированному изображению образца, что позволяет сократить время на проведение измерений, их обработку и получение результатов анализа, а также снизить трудозатраты и материальные затраты на проведение измерений и их анализ.
Способ определения структурных параметров газожидкостных пен осуществляется с помощью устройства для определения структурных параметров газожидкостных пен имеющего:
- измерительную ячейку, выполненную в виде плоского оптического стекла, жестко закрепленного на сканирующем устройстве, и металлической пластины, выполненной с возможностью сближения с плоским оптическим стеклом при помощи микрометрического устройства, что позволяет превратить пенные пузырьки в тонкие диски одной и той же толщины, т.е. определить истинные размеры пузырьков и их распределение по размерам;
- гибкие шланги, один из которых соединен с отводным патрубком пенопровода и предназначен для ввода пены под давлением в измерительную ячейку, а второй соединен с другим отводным патрубком и предназначен для отвода пены обратно в пенопровод, что позволяет проводить анализ пены под давлением в любом месте пенопровода, оборудованного отводными патрубками.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами, на которых изображены
На фиг.1 - Изображение образца пены в измерительной ячейки.
На фиг.2 - Гистограмма распределения пенных пузырьков по размерам.
На фиг.3 - Кривая плотности распределения пенных пузырьков по размерам.
На фиг.4 - Схема устройства.
Способ определения структурных параметров газожидкостных пен осуществляют следующим образом. Образец пены, поступивший из пенопровода, пропускают между оптическим стеклом и металлической пластиной. С помощью микрометрического устройства металлическую пластину приближают к плоскому оптическому стеклу до образования между ними плоскопараллельного зазора, размер которого должен быть примерно в десять раз меньше среднего размера пузырьков пены. В результате сжатия пенные пузырьки превращаются в тонкие диски одной и той же толщины, после чего образец сканируют стандартным сканирующим устройством заводского изготовления, затем изображение образца (фиг.1) вводят в программу для обработки изображений двухкомпонентных сред «Foam Tools», с помощью которой за несколько секунд получают полную информацию о структурных характеристиках пены: кратность (соотношение газ/жидкость); распределение пузырьков по размерам (фиг.2); средний размер пенного пузырька, а также графическое представление результатов распределения пузырьков в виде аналитической (апроксимирующей) кривой (фиг.3). С помощью полученных результатов проводят дальнейшие исследования различных параметров газожидкостных пен.
Получение измерений и обработка информации с помощью предлагаемого изобретения позволяют оперативно измерить и регулировать параметры получаемой пены, т.е. повысить качество продукции.
Устройство для осуществления предложенного способа представлено на фигуре 4. Оно подключается к пенопроводу 1 и включает в себя измерительную ячейку, содержащую плоское оптическое стекло 2 и металлическую пластину 3, а также микрометрическое устройство 4 с центрирующими стержнями 5. Измерительная ячейка подключается к пенопроводу 1 с помощью гибких шлангов 6 и 7, через отводные патрубки 8 и 9 с помощью легкоразъемных соединений 10 и 11. На патрубках установлены перекрывающие краны 12 и 13. Измерительная ячейка жестко закреплена на сканирующем устройстве 14, подключенном к персональному компьютеру (не показано). Измерительная ячейка и сканирующее устройство 14 размещены в корпусе 15.
Устройство работает следующим образом.
После подключения измерительной ячейки с помощью разъемов 10 и 11 к пенопроводу 1, открывают кран 13. Затем, регулируя степень открытия крана 12, добиваются прохождения устойчивого пенного потока с небольшой скоростью (5-10 мм/с) через измерительную ячейку, после чего кран 12 закрывают. Отобранный таким способом, образец пены сдавливают между оптическим стеклом 2 и металлической пластиной 3 с помощью микрометрического устройства 4 и центрирующих стержней 5, которые обеспечивают равномерное плоскопараллельное прижатие, до образования необходимого зазора, после чего производят сканирование образца (кран 13 остается открытым для спокойного выхода лишней пены, не участвующей в измерениях). После завершения процесса сканирования краны 12 и 13 закрывают, а измерительное устройство переносят на другой участок пенопровода 1, оборудованный отводными патрубками, аналогичными патрубкам 8 и 9.
Предложенное устройство позволяет определять структурные параметры пены в любом месте пенопровода при рабочем давлении без нарушения технологического процесса.
Пример
Измерительную ячейку подключили к пенопроводу 1, открыли кран 13. Затем, регулируя открытие крана 12, добились прохождения устойчивого потока пены с небольшой скоростью через измерительную ячейку между оптическим стеклом 2 и металлической пластиной 3, которые затем сблизили до образования между ними плоскопараллельного зазора толщиной 0,05 мм, после чего кран 12 закрыли, а образец сканировали стандартным сканирующим устройством HP Scanjet 2400. На Фиг.1 приведено изображение пенного образца, полученное в процессе сканирования. Затем, введя изображение образца в оперативную память персонального компьютера, с помощью программы обработки изображений двухкомпонентных сред «Foam Tools» получили результаты, приведенные в таблице.
| Количество регистрированных пузырьков | 400 |
| Минимальный размер пузырька (d, мм) | 0.09 |
| Максимальный размер пузырька (d, мм) | 1.3 |
| Средний размер пузырька (d, мм) | 0.45 |
| Кратность пены | 8,1 |
Реализация заявляемого способа и устройства позволяет определять структурные параметры пены в любом месте пенопровода без нарушения технологического процесса при рабочем давлении, обеспечить получение достоверных результатов анализа за счет расширения диапазона размеров пузырьков, доступных для анализа, сократить время на проведение измерений, их обработку и получение результатов анализа, снизить материальные и трудозатраты на проведение измерений и их анализ.
Получение измерений и обработка информации с помощью предлагаемого изобретения позволяют оперативно измерять и регулировать параметры получаемой пены, т.е. повысить качество продукции.
1. Способ определения структурных параметров газожидкостных пен, включающий отбор образца пены, исследование параметров пены, их анализ, отличающийся тем, что отбор образца пены осуществляют из пенопровода под давлением непосредственно в измерительную ячейку, а исследование параметров пены осуществляют по отсканированному изображению образца пены, полученного при пропускании его через зазор измерительной ячейки, образованный плоским оптическим стеклом и металлической пластиной, которые сближают с помощью микрометрического устройства до образования плоскопараллельного зазора между ними.
2. Способ определения структурных параметров газожидкостных пен по п.1, отличающийся тем, что отсканированное изображение образца пены вводят в оперативную память персонального компьютера и исследуют с помощью программы обработки изображений двухкомпонентных сред «Foam Tools».
3. Способ определения структурных параметров газожидкостных пен по п.1, отличающийся тем, что зазор между плоским оптическим стеклом и металлической пластиной выбирают, примерно, в десять раз меньше среднего размера пузырьков пены.
4. Устройство для определения структурных параметров газожидкостных пен, выполненное в виде измерительной ячейки, содержащей плоское оптическое стекло, жестко закрепленное на сканирующем устройстве, металлическую пластину, выполненную с возможностью сближения с плоским оптическим стеклом при помощи микрометрического устройства, кроме того, устройство содержит гибкие шланги, один из которых предназначен для ввода пены в измерительную ячейку путем соединения его с отводным патрубком пенопровода, а второй - для отвода пены обратно в пенопровод с помощью другого отводного патрубка.
