Ротационный вискозиметр

 

Г.И. Богомольный, Ю.А. Гвоздев, 3.С. Гинзбург, П.Б. Кузнецов и А.В. Любавин . °

Московский ордена Октябрьской Революции q ордена..., Трудового Красного Знамени институт нефтехимической— и газовой промышленности им. И.M. Губкина (72) Автори нзобретени я (7l ) Заявнтель (54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к устройствам для исследования структурно-механических свойств тиксотропных ненъютоновских сред и предназначено для использования, в частности в нефтяной промышленности для определения реоло- S гических характеристик газо-водо-нефтяных эмульсий.

Известен эластовиксозиметр для измерения тиксотропии материалов, содержащий измерительный и рабочий цилиндр, привод рабочего цилиндра и измеритель крутящего момента C1 ).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ротационный вискоэиметр, содержащий внешний вращающийся цилиндр, внутренний. измерительный цилиндр с системой упругой подвески к корпусу и блок измерения угла поворота внутреннего циМ линдра (23.

Недостатком известного вискозиметра является то, что попадания исследуемой ненъютоновской среды внутрь

2 измерительного цилиндра в зону рас. положения 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 1 промежуточных значениях глубины разрушения структуры.

Поставленная цель достигается тем, что внутренний измерительный цилиндр выполнен из нескольких чашеобразных элементов, каждый из которых состоит из набора коаксиальных колец 2-образного сечения, промежутки между которыми заполнены упругим эластичным материалом (например, маслобензостойкой резиной, полиуретаном и т,п.)..

3 949416

Центральное кольцо элемента жестко закреплено на корпусе вискозиметра.

В верхней части внешнего цилиндра устанавливается свободно-плавающий поршень, вытесняющий исследуемую среду 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,О 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 4 прибора, головку 5 прибора штуцер б для закачки буферной жидкости, штуцер 7 для закачки силовой жидкости от дозировочного насоса,, у штуцер 8, через который осуществляется закачка последуемой среды из бомбы глубинного пробоотборника, плавающий поршень 9, конус-обтекатель 1О, рубашка 11 системы термостатирования, -о пустотелая цапфа 12 крепления измерительных элементов к основанию.

Чашеобразный измерительный элемент (фиг. 2) состоит из нескольких коаксиальных колец 13, промежутки 14 меж35 ду 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 коль— цевой зазор для прохода исследуемой среды.

Вискозиметр предназначен для получения реологических кривых только

45 при разрушении структуры. В случае необходимости получения кривых при восстановлении структуры между конусомобтекателем 10 и верхним чашеобразным элементов 3 устанавливается дополниcО тельный цилиндр, получающий вращение от независимого привода с помощью вала, проходящего через центральное отверстие пустотелой цапфы 12.

Система работает следующим образом.

Перед началом исследований внутренняя полость вискозиметра через штуцер 6 заполняется буферной жидкостью.

Тип буферной жидкости зависит от свойств исследуемой среды, но во всех случаях буферная жидкость должна удовлетворять трем обязательным требованиям: буферная жидкость должна иметь плотность выше, чем плотность исследуемои 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 глуби нного 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 частота 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 нулю„момент на торцовых поверхностях так же равен нулю.

949ч

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 1S канал — угол поворота одного измерительного элемента) позволяет построить кривую изменения эффективной вязкости исследуемой среды в зависимости от времени ее пребывания в поле гра 2о циентов скорости рВискозиметр. позволяет определить реологические характеристики тиксотропных (реопектических) сред, у которых постоянная тиксотропного разру- 25 шения менее 2 с. формула изобретения

Ротационный вискозиметр .для определения структурно-механических

16 6 свойств газо-водо-нефтяных эмульсий, содержащий два коаксиальных цилиндра, образующих кольцевой канал для исследуемой среды и систему упругой подвески внутреннего цилиндра к корпусу, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью определения реологических характеристик тиксотропных и реолвктических сред при промежуточных значениях глубины разрушения структуры, внутренний цилиндр выполнен из чашеобразных элементов, каждый из которых состоит.из набора коаксиальных колец .

2-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

1. Авторское свидетельство и 277394, кл. G 01 N 11/14, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Н 192489, кл. 6 01 N 11/14 1965 (прототип}.

949 «6

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5732/27

Филиал ППП Патент, г . У кгопод, ул, Проектная, 4

Составитель А. Соболев

Редактор Н. Рогулич Техред С. Мигунова Корректор д. Гриценко