Ротационный вискозиметр

 

"о" : ч

nate Н„

О П И-б — А — "И"И (iiI 746251

Союз Советских

Соцнвпнстнческнх

Респубпнн

Ф

/ l-:=

"/ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Зал иле но 13.10.77 (21 ) 2533871/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки ¹

6 01 N 11/14

Гаоударстеанный комитет

СССР но делам иэаоратений и открытий (28) Приоритет

Опубликовано 07.07.80. Б оллетеиь № 25

Дата опубликования описания 07.07.80 (53) УД К 532.137 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. И. Ян, А. П. Чистяков, В. А. Пахаренко, В. С, Одинец и И. В. Сндорко с

Специальное конструкторское бюро полимерного машиностроения (71) Заявитель (54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к ротационным измерителям реологических свойств жидкостей и вязкопластичных материалов.

Известны ротационные вискозиметры, в К05 торых система привода состоит из гидромеханизмов, вязкость при этом определяется по скорости вращения приводной измерительной поверхности.,тО

Для бесступенчатого изменения скорости вра- щения одной из рабочих поверхностей прибора . применены гидравлические регуляторы скорости (11.

При измерении вязкости методом постоян35 ных скоростей деформации (2 J крутящий момент в этих приборах передается на одну из рабочих поверхностей через понижающий редуктор от гидропривода, состоящего из гидронасоса и гидромотора с электродвигателем.

Вторая рабочая поверхность связана С упругим торсионным силоизмернтелем, утол поворота которого характеризует свойства испытываемого материала.

Недостатками известных вискоэиметров являются использование в качестве измерительного упругого элемента торсиона, а также относительная сложность привода. Метод измерения вязкости по величине деформации 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, R тому же, результаты измерений одних и тех же характеристик оказываются несопоставимыми, поскольку скорость деформирования зависит от жесткости динамометра.

Ближайшим к изобретению техническим решением является ротационный вискозиметр, содержащий,коаксиальные наружный и внутренний цилиндры, синхронный электродвигатель, связанный с валом блока цилиндров аксиально-плунжерного механизма, наклонная шайба которого жестко связана с валом внутреннего цилиндра, нагнетательную магистраль, сое746251 диняющую блок цилиндров с резервуаром, с установленным на ней дроссслем (3).

11едостатками этого вискозиметра является его громоздкость и сложность замера, так как к собственно вискозиметру нужно иметь еще прибор для-замера скорости вращения внутреннего цилиндра.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что на на- 1Р гнетательной магистрали между блоком цилиндров и дросселем установлен манометр, шкала которого проградуирована в единицах вязкости, /

При этом также отпадает необходимость в отдельном приборе для измерения скорости вра- 15 щения измерительного цилиндра.

На чертеже представлен предлагаемый рота пйонный вискозиметр.

Привод вискозиметра имеет вал 1, выполненный заодно с блоком цилиндров 2, в котором 2Р по кругу аксиально расположены цилиндры 3 с поршнями 4. В поршнях 4 имеются шариковые клапаны 5. Поршни 4 своими сферическими головками 6 взаимодействуют с прижимными башмаками 7 обоймы 8, находящимися в контакте с наклонной шайбой 9. Этот контакт обеспечивается центральной пружиной 10, сферической опорой 11 и обоймой 8. Наклонная шайба 9 жестко соединена с распределительным диском 12.,Заодно с наклонной шайбой 9 3Р выполнен выходной вал 13, на котором жестко посажен измерительный цилиндр 14 вискозиметра. Заполнение полостей цилиндров 2 рабочей жидкостью осуществляется через осевые ка- З5 налы 15 в поршнях 4 и шариковые клапаны

5, поджатые пружиной 16. Нагнетание жидкости осуществляется через серповйдное окно

17 распределительного диска 12, кольцевой какал 18, канал 19, дроссель 20 и резервуар 21.4р

Последний соединен с внутренней полостью

;механизма каналами 22. В системе нагнетания перед дросселем 20 установлен манометр 23.

Ротационный вискозиметр работает следующим образом. 45

Дроссель 20 необходимо установить в открытое положение. Неподвижный цилиндр 24 вискозиметра заполняют дозированным количеством исследуемого материала. Подвижный цилиндр 14 (концентричный неподвижному 24) 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 получать 55 вращательного движения, так как с одной стороны на него воздействуют силы вязкого сопротивления исследуемого материала, а, с другой стороны поршни 4, взаимодействуя с нак4 лонной 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 полость механизма. При неподвижной наклонной шайбе 9 центры сферических головок 6 будут двигаться с башмаками 7 в плоскости, парзллельной плоскости наклонной шайбы 9. Поршни 4 совершают возвратно-поступательное движение с ходом, равным

h = R sing(1-cosn), где а = ыт — текущий угол поворота блока цилиндров 2; у угол между осями блока цилиндров 2 и наклонной шайбой 9 (обычно равен 20o)

R — радиус окружности заделки центров головок 6 в башмаках 7.

Максимальный ход поршня

"!т!ах= 2 " sin g

Медленным вращением маховичка устанавливают дроссель 20 на необходимый диапазон замера вязкости . Возникшее в нагнетательной системе давление P = р, воздействуя на поршни 4, создаст в зонах контактов башмаков 7 с наклонной шайбой 9 (условно площадь контакта башмака с шайбой приводим к точке) фЯ Я. усилие F= Р, (где d — диаметр поршня), нормальное по отношению к поверхности шайбы.!

Это усилие можно разложить на составляющие:

Р„ — направленная по оси поршня;

T направленная нормально к оси поршня, которая развивает крутящий момент, преодолевающий момент сопротивления на валу 13 (сопротивление сил вязкого трения 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 действует момент Мкр =, а с другой стороны в зоне действия сил вязкого сопротнвления

М = . .К

Сопоставив значения равновесных моментов и сделав соответствующие математические преобразования, получим уравнение т с р, показывающее, что по давлению в нагнетательном канале можно определить вязкость исследуемого материала, которую считывают на манометре 23 (шкала манометра проградуирована в единицах вязкости), 746251

Обозначения в тексте:

0 — расход жидкости через дроссель, равный 0=а о, ц — удельный объем поршневой группы

q=;.Z, 5

Z — число цилиндров 3 в блоке 2;

n — относительное число оборотов блока

IDulHHlIp0B n = п1 - п1а

n> — число оборотов приводного вала 1; п14 — число оборотов измерительного цилинд ра 14;

6 — удельный вес жидкости;

g — ускорение силы тяжести; д — коэффициент расхода дросселя, f — площадь проходного отверстия дросселя; оз — угловая скорость вращения измерительного цилиндра 14, Оэ= &,1/30;

К вЂ” постоянная измерительной части прибора, зависящая от геометрических параметров цилиндра 14 15 К

С - постоянная прибора, равная C= >

3 -(и Я/ср

v — удельный объем одного цилиндра

%У

hmax

Таким образом, предлагаемое решение позволяет исключить из схемы вискозиметра прибор для измерения скорости вращения измерительного цилиндра. Это делает вискозиметр более компактным, простым в обслуживании. .Он с успехом может быть применен в произ- ЗО водственной практике, где необходимо иметь переносной, компактный прибор для экспрессанализов в технологических процессах.

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, синхронный 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 на ней дросселем, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, на нагнетательной магистрали между блоком цилиндров и дросселем установлен манометр, шкала которого проградуирована в единицах вязкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белкин И. М. и др. Ротационныеприборы. М., "Машиностроение™, 1968, с. 172.

2. РябининД. Д.,Лукач. 10. Е. Червячные машины. М., "Машиностроение", 1970, с. 16.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2369260/25, кл. G 01 N 11/14 (прототип) .

746251

Составитель Я, Плотникова

Редактор О..Гохфельд Техред М, Кузьмй Корректор С. Шекмар

Заказ 3929/29 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д, 4/S филиал ПЕП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4