Устройство для определения реологических характеристик вязко-пластичных сред

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН З(50 0 01 И 11/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИфН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Е.П.Пистун и А.Б.Крых (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола(56) 1. Степанов Л.Б. Измерение вязкостей жидкостей. М НТО "Приборпром", 1960, с, 23-24,2. Авторское свидетельство СССР М 520537, кл. 0 01 Б 11/08, 1976 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯРЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЯЗКО- ПЛАСТИЧНЫХ СРЕД, содеРжаЩее Две последовательно соединенные системы капилляров, каждая из которых состоит иэ одинаковых параллельных пар последовательно соединенных капил-ляров разной длины и одинакового внутреннего диаметра с противополож,ЯО 1092379 А ным расположением длинного и корот. кого капилляров в каждой паре, причем радиус капилляров первой системы больше радиуса капилляров второй на величину одной четвертой степени отношения разности длин длинного и короткого капилляров этих систем, и два дифманометра, подключенные к межкапиллярным камерам обеих систем капилляров, выходы которых соединены с измерителями разности сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности его работы, оно дополнительно снабжено блоком умножения, подключенным между дифманометром первой системы капилляров и одним иэ измерителей разнос- э ти сигналов, с коэФфициентом, равным . произведений отношений радиусов капилляров первой и второй систем капилляров и разностей длин длинного и короткого капилляров второй и первой системы капилляров.Изобретение относится к устройст- вам для определения реологических характеристик вязкопластичных сред, например буровых растворов и может найти. применение для исследований или промышленного контроля и автоматического регулирования реологическнхсвойств этих сред.Известен капиллярный вискоэиметр, состоящий иэ эадатчика расхода, двух капилляров одинакового внутреннего диаметра, но разной длины, двух дифманометров и двух вторичных приборов 11.По полученным данным о перепадах давления на двух капиллярах и расходах среды, протекающей по ним, расчетным путем определяют пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига вязко-пластичных сред, Надежность измерения таким вискозиметром низкая, так как требуется ручная об 20 работка экспериментальных данных.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения пластической вязкости и предельного напряжения сдвига вязкопластичных сред, содержащее задатчик постоянного расхода, три последовательно. соединенные системы капилляров, каждая иэ которых выполнена в виде параллельных одинаковых пар последователь-З но соединенных капилляров одинакового внутреннего диаметра, но разной длины с противоположным расположением длинного и короткого капилляров, диаметры капилляров в разных систе мах разные. Радиус капилляров первой системы капилляров больше радиуса капилляров второй на величину отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем в степе О ни одна четвертая. Радиус капилляров третьей системы капилляров больше радиуса капилляров второй на величину отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем. Показания вторичного прибора, подключенного к измерителю разности сигналов между первой и второй системами капилляров, соответствуют значе- ниям предельного напряжения сдвига, а показания вторичного прибора, подключенного к измерителю разности сигналов между второй и третьей системами капилляров соответствуют значениям пластической вязкости исследуемой среды 2 . 55Применение трех однотипных систем капилляров в известном устройстве обуславливает его конструктивную сложность, уменьшающую надежность измерения реологических характерис- бО тик вязкопластичных сред.Целью изобретения является повышение надежности его работы.Укаэанная цель достигается тем, что устройство, содержащее две по- б 5 следовательно соединенные системыкапилляров, каждая из которых состоит из одинаковых параллельных парпоследовательно соединенных капилляров разной длины и одинаковоговнутреннего диаметра с противоположным расположением длинного и короткого капилляров в каждой паре, причем радиус капилляров первой системы больше радиуса капилляров второй на величину одной четвертой степени отношения разности длин длинного и короткого капилляров этих систем, и два дифманометра, подключенные кмежкапиллярным камерам обеих системкапилляров, выходы которых соединены с измерителями разности сигналов, дополнительно снабжено блоком умножения, подключенным между дифманометром первой системы капилляров иодним иэ измерителей разности сигналов, с коэффициентом, равным проиэведению отношений радиусов капилляров первой и второй систем капилляров и разностей длин длинного и короткого капилляров второй и первойсистем капилляров.Устройство позволяет надежно измерять реологические характеристикивязкопластичных сред.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Устройство для определения реологических характеристик состоит иэ двух последовательно соединенных систем капилляров. Первая система капилляров ограничена входной 1 и выходной 2 камерами, а вторая - входной и выходной камерами 3 и 4. Короткие капилляры 5 и б и длинные 7 и 8 соединены.в первой системе капилляров межкапиллярными камерами 9 и 10, во второй системе капилляров короткие капилляры 11 и 12 и длинные капилляреры 13 и 14 соединены межкапиллярными камерами 15 и 16. К межкапиллярным камерам 9 и 10 подключен дифманометр 17, а к межкапиллярным камерам 15 и 1 б - дифманометр 18. Выходпоследнего соединен с измерителемразности сигналов 19 и 20, а выходцифманометра 17 - с измерителем раэности сигналов 19 и через блок умножения 21 - с измерителем разностисигналов 20. К измерителям разностисигналов 19 и 20 подключены вторичные приборы 22 и 23.Устройство работает следующим образом.При постоянном расходе вяэкопластичная среда непрерывно прокачивается через две системы капилляров. Перепады давления, возникающие в межкапиллярных камерах 9 и 10 первой системы капилляров и в межкапиллярных камерах 15 и 16 второй системыкапилляров, измеряются соответственно дифманометрами 17 и 18. Измери-(4 Ъ Р О Ек е где , - пластическая вязкость;То - предельное напряжение сдвига; 30ьр - дополнительные потери давкления от входовых и концевых эффектов на капилляре.На основании выражения 1 определяют перепады давления на последо вательно соединенных капиллярах 5 и, 7 радиусом Рзае. кфг тель разности сигналов 19 формирует сигнал, пропорциональный предельному напряжению сдвига исследуемой среды, а его величина регистрируется вторичным прибором 22, Одновременно выходной сигнал дифманометра 17 блоком умножения уменьшается на величину произведения отношений радиусов капилляров первой и второй систем капилляров и разностей длин длинного и короткого капилляров второй и первой систем капилляров. Измеритель разности сигналов 20 вычитает преобразованный блоком умножения выходной сигнал дифманометра 17 из выходного сигнала дифманометра 18 и нырабатывает сигнал, пропорциональный пластической вязкости исследуемой среды. Показания вторичного прибора 23 соответствуют величине пластической вязкости.При течении вязкопластичной среды по капилляру радиусом Й длиною Г с расходом 6 на нем возникает перепад давления, определяемый иэ урав- нения а длины капилляров н противоположных плечах моста также одинаковы,то давление в межкапиллярной камере10 определяется аналогично Разность. давлений в межкапиллярных камерах 9 и 10, измеряемая дифманометром 17, равна 8 ЯЧ, В "о ДР "Рд Рщд" ркд д к (ЕдЕд) (Д(Таким образом, на др не влияют входовые и концевые эффекты, а также давления питания р и р 2 (они взаимно скомпенсированы ).По аналогии с выражением (4) разность давлений, измеряемая дифманометром 18 в межкапиллярных камерах 15 и 16 второй системы капилляров, равна 8 Ю,,р,.р.р:, д - , - 01(ед,-е), (р) где В - радиус капилляров второйгсистемы,1 - длина капилляров 14 и 13.21 ее - длина капилляров 11 и 12.Согласно изобретению радиусы капилляров в системах капилляров предлагаемого устройства связаны соотно- шением Учитывая соотношение (б ), разностьвыходных сигналов дифманометров 17и 18, формируемая измерителем 19,равнаэаее)+-"- е, +йр, СЗ)9 г - ,р Э о к 245 где р, р - давление во входной 1и выходной, 2 камерах соответственно;р - давление в межкапиллярной камере 9;Ц - расход среды в капиллярах 5 и 7дрк,ярк - потери давления на входе и выходе капилляров5 и 7 соответственно.Вычитая уравнение 12 ) из 13)р находят давление в межкапиллярной камере 9, учитывая, что ввиду равенства гидродинамических сопротивлений Рк рк60г1Так как радиусы капилляров в каждой системе капилляров одинаковы, 65дрлр-ар -. О)е"гСледовательно, при заданных конструктивных характеристиках капиллярон устройства вторичный прибор 22 отражает значения предельного напряжения сдвига исследуемой среды.Согласно изобретению выходной сигнал дифманометра 17 др умножается на коэффициенткг е -е К - " .у- -- (д(г н вычитается иэ выходного сигнала дифманометра 18. Эта разность Формируется на измерителе 20 и раннадр=др,-кдр:."(" к 21(е- Е, ) (д(РйИз уравнения (9) следует, что при стабилизированном расходе среды выЗаказ 3245/26 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 ходной сигнал измерителя 20 пропорционален пластической вязкости.Анализ уравнений (7 ) и (9 1 показывает, что при заданном соотношении геометрических размеров капилляров и заданном согласно признакам изобретения коэффициенте (8перепады давления др и р - определяют параметры 1 и Т исследуемой среды.Таким образом, устройство обеспечивает непосредственное и непрерыв- О ное измерение предельного напряжения:сдвига и пластической вязкости и обладает упрощенной конструкцией засчет применения лишь двух систем капилляров.Применение устройства в системахнепрерывного контроля и автоматического регулирования свойствами буровых растворов позволяет иметь в циркуляционной системе буровой растворс необходимыми по условиям буренияреологическими характеристиками,Это, в свои очередь, позволяет такжедостичь более высоких скоростей проходки скважины,