Ротационный вискозиметр

(54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР Однако то, что наружный цилиндр крепитсяв опорном подшивнке, не позволяет иэмсря 1 ьвязкость жидкостей менее 50 салтипуаз. снижа.ет точность измерений при проведении испыта.ний в широком диапазоне температур в связис изменением сопротивления подшипника, требу.ет сложной настройки для создания сооспостимежду цилиндрами.Наиболее близким к изобретению являетсяротациоиный вискозиметр, содержащий коакси.альные наружный и подвижный внутренний соединенный с приводом цилиндры, снабженные устройством для термостатирования, измеритель. ную систему И.Этот внскозиметр позволяет измерять вязкость жидкостей при зазоре между цилиндрами менее 0,1 мм (практически вязкость масел из. меряется при зазоре 0,05 мм, реально достижимый зазор 0,02 мм),Нижняя граница измеряемых вязкостей жнд. костей 2 4 сантипуаза при диаметре цилиндров 30 мм и высоте 60 мм. Изобретение относится к ротационным коак. сиально цилиндрическим вискозиметрам, исполь. зуемым для определения вязкости нефтепродуктов, в частности смазочных масел, в широком диапазоне температур и градиентов скоростей.Известен ротациоиный виккозиметр, работающий по принципу постоянной скорости деформации, представляющий собой пару цилиндров, расположенных коаксиально с зазором -0,15 мм 11 Внутренний цилиндр укреплен на валу при. 10 вода, а наружный установлен в корпусе на опорном пошпипнике. Для измерения крутяшего момента на внешнем цилиндре он книематически связан посредством гибкого тросика с весами,15 используемыми в качестве динамометра. Привод вращения внутреннего цилиндра обеспечивает проведение испытаний жидкости при различных скоростях вращения внутреннего цилиндра.Этот вискозиметр предназначен лля измере ния динамической вязкости жидкостей в диапа.зоне от 50 до 9000 сантипуаз при скоростях деформации не выше 6,71 Оз сек .ЯОРср-К6 е 3 68737Соосность между цилиндрами достигаетсяза счег гидродинамического клина, создаваемогоиспытуемой жидкостью в зазоре между цилиндрами при условии отчутствия нагрузок, нормальных по отношению к рабочей поверхности внешнего цилиндра,Сведение нормальных нагрузок к минимумуосуществляется при предварительной настройкесоосности цилиндров. Этому вискозиметру свой 0ственна длительность (1 мин и более) переходав соосное положение цилиндров при большихзначениях вязкости жидкости (от 1 пуаза и выше), а также неустойчивость в состоянии соос.ности при малых вязкостях жидкости от 0,5 пу. 15аза и меньше, что влияет на точность измерений,Целью изобретения является сокращение времени установления соосности цилиндров и повышение устойчив ости.Достигается это тем, что иа боковой поверх. 2 Оности подвижного внутреннего цилиндра выполнены участки плоской поверхности в виде прямоугольников в количестве 1-2 о ее высоте,полученные пересечением боковой поверхностис плоскостями, равноудаленными от оси щцвпщ.ра и параллельными ей, причем эти участки поокружности боковой поверхности расположенычерез равные интервалы,Иа фиг, 1 дана схема вискозиметра; на фиг.2 - внутренний цилиндр с сечениями, параллельными оси; на фиг. 3 - распределение сил в зазоре между соосными цилиндрами; иа фиг. И -распределение снл в зазоре между иесоосными35цилиндрами; на фиг, 5 - внутренний цилиндр,вариант выполнения;Вискозиметр состоит из подвижного внутреннего жлиндра , на боковой поверхностикоторого имеются участки 2 с плоской поверх Фпостыл равной площади. Цилиндр 1 укрепленна валу 3. Неподвижный внешний цилиндр И выполнен в виде стакана и расположен в емкости5, через которую циркулирует теплоноситель оттермостата 6, Цилиндр И укреплен в подвесе,состоящем чз рамки 7, нити 8 и траверсы 9. Рамка 7 оканчивается скобой 10, которая охватывает верхнюю часть цилиндра И и снабжена полуосями 11, расположенными по диаметру ци. линдра. В цилиндре 4 выполнены огверспл, че. рез которые проходят полуоси 11, свободно перемещающиеся в отверстиях.Для измерения крутящего момента цилинд ра И он соединен с динамометром посредством тросиков 12, проходящих. через блоки 13, враще. ние внутреннего цилиндра 1 осушествляется от 6 4редуктора 14, содержащего счетчик числа оборотов, через вал 3.Вращение вала в подшипнике при наличии смазки приводит к смещению оси вала в сторону оси подшипника, благодаря наличию в зазо. ре гидродинамического клина. При этом, экс.центриситет вала в подшипнике скольжения определяется нагрузкой на вал, скоростью его вра. щения и вязкостью смазки. В предельном слу. чае, когда нагрузка на вал равна нулю, вал и подшипник стремится занять соосное положение,Однако, чем ближе цилиндр к соосному положению, тем меньше эффективность действия гидродинамического клина в зазоре, а поэтому устойчивость работы вискозиметра в соосном положении снижается.Наличие на боковой поверхности цилиндра 1 участков с плоской поверхностью 2 (см. фиг. 2) создает постояннодействующие гидродинамичес. кие клинья в зазоре даже в соосном положении цилиндров (см. фиг. 3), что приводит к повьпиению устойчивости работы вискоэиметра.Среднее избыточное давление Ре.р в слое смазки между двумя непараллельными плоскими поверх. ностями, одна из которых перемпцается относи. тельно другой, равно где- вязкость смазки;О - линейная скорость перемещения поверхности;Ьщ - среднее расстояние между поверхностями;К - коэффициент определяющий геометриюрасположения поверхностей. Эту зависимость можно использовать дляобъяснения принципа действия вискозиметра,так как участки АО и АО на фиг. 4 на поверх.ности щяшщра И можно считать почти плоскими ввиду малой ширины участков 2. На фиг, Ивидно, что в области каждого плоского участка 2 образуется как бы два гидродинамическихклина,Соотношение (1) показывает сильную зави.симость Рс 1 от расстояния между плоскимучастком 2 и поверхностью цилиндра 4. В соос.ном положени цилиндпов вличины Рер в области каждого участка 2 равны, так как равнывеличины Ьппоэтому результирующая сил давления равна О. При несоосном положении цилиндров величина Реь больше там, где меньше зна.чение Ь .В этом случае результирующая силадавления не равна 0 и под ее воздействием про687376 исходит относительное смешение цилиндров до выравнивания величин Рср (см фиг. 4) в по. ложение, соответствующее соосному положению цилиндров.Целесообразно использовать конструкцию цилиндра 1 в таком виде, как показано на фиг.5, так как в этом случае возмущение потока из. меняемой жидкости будет происходить только в ограниченных областях, что в меньшей степени скажется на точности измерений. Плоские участки 2 в этом случае должны быть расположены на равном расстоянии от торцовых поверхнос. ,тей цилиндра, величина которого может быть произвольной.5Количество плоских участков 2 на поверхности пилиндра должно быть не меньше трех для варианта исполнения, показанного на фиг. 2.Точно так же необходимо иметь по три плоских участка 2 в области каждого торца цилиндра в случае варианта, цоказаниого на фиг. 5.Определить необходимую величину площади плоскостей 2 расчетным путем сложно. Значительно проще ее можно найти иэ опыта, при из мерении крутящего момента М на динамометре, соединенном с внутренним цилиндром, в зави симости от линейной скорости вращения И ци. линдра .30Из известной зависимости ных гидродинамнческнх клиньев на плоских участках 2.Таким образом, подбор плошади плоскихучастков 2, обеспечивающих линейность зависи.мости М 1(О), что соответствует соосности цилиндров вискознметра, должен производиться прн минимальных скоростях вращения, применяемых в вискозиметре, и при минимальных вяз" костях жидкостей, на которые расчитан виско.зиметр.Ротационный вискозиметр работает следующим образом.Рабочие цилиндры 1 и 4 очищают от остат.ков ранее испытанной жидкости, На дно цилинд.ра 4 наливают определенное количество испытуемой жидкости. Цилиндр 1 вставляют в цилиндр 4 и вьщавливают жидкость в зазор меж.ду цилиндрами, Далее, в отверстие цилиндра 4 вводят полуоси 11 и таким образом соединяют цилиндр с подвесом. Собранные цнлнндэы ногружают в емкость 5 и термостатирувтг в тече.ние определенного промежутка времени для достижения требуемой температуры.При измерении вязкости включают привод.Вращение от редуктора 4 передается через вал 3 рабочему цилиндру . При вращении цилинд.ра 1 в зазоре между рабочими цилиндрамии 4 образуется г щродущамнческий клин, который стремится привести ц;сптндры в соосное поло.жение. Аналогипыс гидродннамические клниьч образуются в полости каждого плоского участка 2, За счет дополнительного гндродингмичес. кого эффекта от плоских участков 2 врсмя пе.рехода шщилдров в соосное положение сокра. шается и составляет в среднем от 5 до ЗО сек.в зависимости от вязкости жидкости.Когда цилиндрыи 4 находятся в соосном положении, постоянные гидродннамические .клинья обеспечивают устойчивость в этом положении. Благодаря симметричному расположе.нию плоских участков 2 на боковой поверхности и нх равной плошади результирующая сил давления равна нулю. Измерение вязкости зта. донных жидкостей показывает, что наличие плос. ких участков на боковой поверхности подвиж. ного цилицхра не создает дополнительных пог.решностей за счет неоднородности поверхности подвижного цилинпра, Наоборот, точность фнк сации шшиидров в соосном положении позволяет повысить чувствительность приборов. 50 где а - отношение разности радиусов валабеи подшипника б к величине смещения центра вала по отношению к центру подшипника е,г - радиус вала, и - вязкость смазки, следует,.что нри соосном положеиа вала и подшитпщка,40когда е 0 и следовательно а:фф, величина момен.та М прямо пропорпнональна линейной скорости вращения И при постоянном значении вязкости смазки н,Следовательно, если зависимость М 1(О) линейна в исследованном диапазоне скорости вращения цилиндра вискозиметра при условии измерения вязкости ньютоновской жидкости (т салат), то цилиндры вискозиметра соосны при этих скоростях н плошадь плоских участков 2 является достаточной для поддержания соосности цилиндров.Плошадь плоских участков 2 должна бвпь . достаточной для поддержания соосности при самых малых скоростях вращения цилиндра вис. козиметра, Тогда она будет заведомо достаточ. ной при больших скоростях так как эффект согласно соотношению (1) увеличивается при увеличении О.То же самое можно сказать и в отношении вязкости измеряемой хждкости. Чем больше вязкость, тем сильнее действие за счет дополнитель7376 8ний соединенный с приводом цилиндры, снабженные устройством для термостатнрования, измерительную систему, о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью сокрашения времени установ.ленин соосностн цилиндров и повышения устой.чнвости, на боковой поверхности подвижноговнутреннего цилиндра выполнены участки плоской поверхности в виде прямоугольников в ко.личестве 1+ 2 по ее высоте, полученные пересеО ченнем боковой поверхности с плоскостямн,равноудаленнымн от оси цилиндра и параллельными ей, причем эти участки по окружностибоковой поверхности расположены через рав.ные интервалы,768Выполнение неподвижного цнлпцра в виде стакана не влияет на точность измерений, так как дополнительный момент эа счет дна при зазоре между цилиндрами 0,05 мм и при расстоянии между дном цилиндра 4 н торцом цн.лнндрапорядка 10 мм составляет порядка 1/1000 от основного крутящего момента, что значительно меньше чувствительности прибора.Ротацнопный вискозиметр позволяет измерить вязкость смазочных масел в диапазоне от 2 до 300 сантнпуаз, причем среднеквадратичная ошибка составляет1,5%, В известном внско. эиметре, выбранном в качестве прототипа, ошибка измерения составляла 1 7%. Причем, время измерения сократилось в среднем в два раза 15 за счет более быстрого достижения соосности цилиндров (5-30 сек вместо 1-3 мин) и устой.чивой работы вискозиметра при соосном положении цилиндров.Формула изобретения 20Ротационный вискозиметр, содержащий коаксиальные, наружный и подвижный внутрен. Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1, Патент ФРГ Нф 19006, кл, 6 О 1 й 11/14,196 1,2. Авторское свидетельство СССР по заявкеЮо 2043965/25, кл. 6 01 М 11/14, 11.07,74 (прототип).687376 Фаз ЦН раж иал ППП "Патент,жгород, ул, Проектная,Заказ 5570/4О Подл исное