Ротационный вискозиметр

(51)М. Кл. с присоединением заявки М 6 О 1 й 11/14 Гаоударстеанный комитет СССР но делам иэаоретений и открытий(72) Авторы изобретения А. И. Ян, А. П. Чистяков, В. А. Пахаренко, В. С, Одинец и И. В. Сндорко Специальное конструкторское бюро полимерного машиностроения(54) РОТАЦИОННЫй ВИСКОЗИМЕТР Изобретение относится к измерительной тех.нике, а именно к ротационным измерителямреологических свойств жидкостей и вязкопластич.ных материалов,Известны ротационные вискозиметры, в ко 5торых система привода состоит из гидромеха.низмов, вязкость при этом определяется поскорости вращения приводной измерительнойповерхности,ХОДля бесступенчатого изменения скорости вра щения одной из рабочих поверхностей прибора . применены гидравлические регуляторы скорости (1.При измерении вязкости методом постоян 35 ных скоростей деформации 21 крутящий момент в этих приборах передается на одну из рабочих поверхностей через понижающий редуктор от гидропривода, состоящего из гид. ронасоса и гидромотора с электродвигателем, Вторая рабочая поверхность связана С упругим торсионным силоизмернтелем, утол поворота которого характеризует свойства испытываемого материала. Недостатками известных вискоэиметровявляются использование в качестве измерительного упругого элемента торсиона, а такжеотносительная сложность привода. Метод из.мерення вязкости по величине деформацииторсиона не обеспечивает достаточной точностиизмерений, так как при измерении крутящихмоментов деформация торсиона должна бытьменьше деформации, соответствующей преде.лу пропорциональности материала пружюты, чтовызывает необходимость использовать для расширения ,диапазона измерений набор торсионов,К тому же, результаты измерений одних и техже характеристик оказываются несопоставимыми,поскольку скорость деформирования зависитот жесткости динамометра,Ближайшим к изобретению техническимрешением является ротационный вискозиметр,содержащий,коаксиальные наружный и внутренний цилиндры, синхронный электродвнга.тель, связанный с взлом блока цилиндров ак.сиально-плунжерного механизма, наклонная шай.6 а которого жестко связана с валом внутрен.него цилиндра, нагнетательную магистраль, сое.74625диняющую блок цилиндров с резервуаром, сустановленным на ней дроссслем 13),11 едостатками этого вискозиметра являетсяего громоздкость и сложность замера, так какк собственно вискозиметру нужно иметь ещеприбор для.замера скорости вращения внутреннего цилиндра,Целью изобретения является упрощение кон.струкции.Указанная цель достигается тем, что на на. 10гнетательной магистрали между блоком цилиндров и дросселем установлен манометр, шкалакоторого проградуирована в единицах вязкости,При этом также отпадает необходимость вотдельном приборе для измерения скороСти вращения измерительного цилиндра,На чертеже представлен предлагаемый рота ционный вискозиметр.Привод вискозиметра имеет вал 1, выполненный заодно с блоком цилиндров 2, в котором 20по кругу аксиально расположены цилиндры 3с поршнями 4. В поршнях 4 имеются шариковые клапаны 5. Поршни 4 своими сферическими головками 6 взаимодействуют с прижимными башмаками 7 обоймы 8, находящимися 25в контакте с наклонной шайбой 9. Этот контакт обеспечивается центральной пружиной 10,сферической опорой 11 и обоймой 8. Наклонная шайба 9 жестко соединена с распределитель.ным диском 12.,Заодно с наклонной шайбой 9 30выполнен выходной вал 13, на котором жестко посажен измерительный цилиндр 14 вискозиметраЗаполнение полостей цилиндров 2 рабочейжидкостью осуществляется через осевые ка. 35налы 15 в поршнях 4 и шариковые клапаны5, поджатые пружиной 16. Нагнетаниежидкое.ти осуществляется через серповйдное окно17 распределительного диска 12, кольцевойкакал 18, канал 19, дроссель 20 и резервуар 21,40Последний соединен с внутренней полостью;механизма каналами 22. В системе нагнета.ния перед дросселем 20 установлен манометр 23.Ротационный вискозиметр работает следующим образом, 45Дроссель 20 необходимо установить в открытое положение, Неподвижный цилиндр 24вискозиметра заполняют дозированным количеством исследуемогоматериала. Подвижныйцилиндр 14 (концентричный неподвижному 24) 50плавно опускают в исследуемый материал. Отсинхронного электромотора (на чертеже не по.казан) равномерное вращение ведущего вала1 сообщается блоку цилиндров 2, При этомизмерительный цилиндр 14 не будет получать 55вращательного движения, так как с одной сто.роны на него воздействуют силы вязкого сопротивления исследуемого материала, а, с другой стороны поршни 4, взаимодействуя с нак 1 4донной шайбой 9, будут без усилия перекачивать рабочую жидкость через серповидное окно17, каналы 19 и 18 и открытый дроссель 20в резервуар 21. Из резервуара 21 жидкостьчерез каналы 22 поступает во внутреннюю по.лость механизма. При неподвижной наклоннойшайбе 9 центры сферических головок 6 будутдвигаться с башмаками 7 в плоскости, парзллельной плоскости наклонной шайбы 9. Поршни 4 совершают возвратно-поступательное дви.жение с ходом, равнымЬ = В ап(1-соай),где а = й - текущий угол поворота блока цилиндров 2;у угол между осями блока цилиндров 2 и наклонной шайбой 9 (обыч"но равен 20 О);В - радиус окружности заделки центров головок 6 в башмаках 7.Максимальный ход поршняй ах= 2 й а 1 пМедленным вращением маховичка устанавли.вают дроссель 20 на необходимый диапазон заме.ра вязкости, Возникшее в нагнетательной системе давление Р = Рр, воздействуя на порш.ни 4, создаст в зонах контактов башмаков 7с наклонной шайбой 9 (условно площадь контакта башмака с шайбой приводим к точке)усилие Р=- Р, (где д - диаметр поршня),Фячнормальное по отношению к поверхности шай.бы.Это усилие можно разложить на составляющие:Р - направленная по оси поршня;Тн - 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) возни.кает два численно равных ипротивоположных 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 сопротнвленияМ =ф",.КСопоставив значения равновесных моментов и сделав соответствующие математическиепреобразования, получиМ уравнение тс р,показывающее, что по давлению в нагнетатель.ном канале можно определить вязкость исследуемого материала, которую считывают на манометре 23 (шкала манометра проградуирована в единицах вязкости),ч 46 251 Обозначения в тексте:0 - расход жидкости через дроссель, равный 0=Чо,ц - удельный объем поршневой группы=-г,52 - число цилиндров 3 в блоке 2;и - относительное число оборотов блокацилиндров и = п, - п 1 аи, - число оборотов приводного вала 1;п,4 - число оборотов измерительного цилиндра 14;о - удельный вес жидкости;ц - ускорение силы тяжести;ф - коэффициент расхода дросселя;1 - площадь проходного отверстия дросселя;Оз - угловая скорость вращения измерительного цилиндра 14, Оэ= л,1/30 аК - постоянная измерительной части при.бора, зависящая от геометрических параметров цилиндра 14 15 КС - постоянная прибора, равная С:оН в , в . т. (и;Ч/с,ч - удельный объем одного цилиндра ф.рртахТаким образом, предлагаемое решение позволяет исключить из схемы вискозиметра прибор для измерения скорости вращения измерительного цилиндра. Это делает вискозиметрболее компактным, простым в обслуживании.,Он с успехом может быть применен в произ- ЗОводственной практике, где необходимо иметьпереносной, компактный прибор для экспресс.анализов в технологических процессах. 6Предлагаемый вискозиметр можно исполь. зовать для получения кривых течения неньютоновских жидкостей, для чего вместо дросселя 20 необходимо установить автоматический ре. гулятор скорости, а вместо шкального мапо. метра - пишущий прибор,Формула изобретения Ротационный вискозиметр, содержащий коак.сиальные наружный и внутренний цилиндры,синхронный электродвигатель, связанный свалом блока цилиндров аксиально-плунжерногомеханизма, наклонная шайба которого жесткосвязана с валом внутреннего цилиндра, нагнетательную магистраль, соединяющую блок цилиндров с резервуаром, с установленным на нейдросселем, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью упрощения конструкции, на нагнетательной магистрали между блоком цилинд.ров и дросселем установлен манометр, шкалакоторого проградуирована в единицах вязкости,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Белкин И, М. и др, Ротационныеприбо.ры. М., "Машиностроение", 1968, с. 172,2. РябининД, Д.,Лукач. Ю. Е, Червячныемашины. М "Машиностроение", 1970, с. 16.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке И 2369260/25, кл. 6 01 й 11/14746251 Гохфельд ррек Заказ 39 илиал Тираж 101 ЦНИИПИ Государственн по делам иэобретенн 113035, Москва, Ж, РаН, Плонивдузь мй Подписимитета СССРкрытнйнаб., д, 4/5 ород, ул Про