Ротационный вискозиметр

,9Московский ордена Октябрьской Революцииордена,Трудового Красного Знамени институт нефтехимической -и газовой промышленности им. И.М. Губкина(54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР Изобретение относится к устройствам для исследования структурно-механических свойств тиксотропных ненъюто"новских сред и предназначено для использования, в частности в нефтянойпромышленности для определения реологических характеристик газо-водо-нефтяных эмульсий.Известен эластовиксозиметр для измерения тиксотропии материалов, содержащий измерительный и рабочий ци- Влиндр, привод рабочего цилиндра и измеритель крутящего момента 1 1,Наиболее близким к предлагаемомутехническому решению является ротационный вискоэиметр, содержащий внешний вращающийся цилиндр, внутренний,измерительный цилиндр с системой упругой подвески к корпусу и блок измерения угла поворота внутреннего цилиндра 23.МНедостатком известного вискозиметра является то, что попадания исследуемой ненъютоновской среды внутрьР 2измерительного цилиндра в зону рас. положения упругой подвески) приводитк искажению результатов измерений.Объясняется это тем, что ненъютоновские среды, обладая обычно начальнымнапряжением сдвига, создают на элементах упругой подвески паразитныймомент, наличие которого приводит кпоявлению неконтролируемой погрешности.,Цель изобретения - определениереологических характеристик тиксотропных и реолектических сред при1промежуточных значениях глубины разрушения структуры.Поставленная цель достигается тем,что внутренний измерительный цилиндрвыполнен из нескольких чашеобразныхэлементов каждый из которых состоитиз набора коаксиальных колец 2-образного сечения, промежутки между которыми заполнены упругим эластичнымматериалом (например, маслобензостойкой резиной, полиуретаном и т,п,).3 99 ч 16Центральное кольцо элемента жесткозакреплено на корпусе вискозиметра,В верхней части внешнего цилиндра устанавливается свободно-плавающийпоршень, вытесняющий исследуемую среду в кольцевой канал между цилиндрамипри закачке силовой жидкости в полость внешнего цилиндра над поршнем.На фиг. 1 представлен вискозиметр;на фиг. 2 - конструкция чашеобразных ,Оизмерительных элементов.Внешний цилиндр состоит из двухдеталей: верхнего невращающегося цилиндра 1 и нижнего вращающегося цилиндра 2, последний снабжен зубчатымвенцом, входящим в зацепление с ведущей шестерней приводного гидродвигателя (не показаны). Кроме того, вискозиметр содержит внутренний измерительный цилиндр, состоящий из нескольцих чашеобразных элементов 3,основание 1 прибора, головку 5 прибора, штуцер б для закачки буфернойжидкости, штуцердля закачки силовой жидкости от дозировочного насоса у 5штуцер 8, через который осуществляется закачка последуемой среды из бомбы глубинного пробоотборника, плавающий поршень 9, конус-обтекатель 1 О,рубашка 11 системы термостатирования, звпустотелая цапфа 12 крепления измерительных элементов к основанию.Чашеобразный измерительный элемент(Фиг. 2) состоит из нескольких коаксиальных колец 13, промежутки 1 ч меж 35ду которыми заполнены упругим материалом. Центральное кольцо 15 неподвижнокрепится к цапфе, Кольцо 16 своейпериферийной цилиндрической частьюсовместно с внутренней поверхностьювращающегося цилиндра образует коль -цевой зазор для прохода исследуемойсреды,Вискозиметр предназначен для получения реологических кривых только45при разрушении структуры. В случае необходимости получения кривых при восстановлении структуры между конусомобтекателем 1 О и верхним чашеобразнымэлементов 3 устанавливается дополни 5 Втельный цилиндр, получающий вращениеот независимого привода с помощью вала, проходящего через центральное отверстие пустотелой цапфы 12,Система работает следующим образом,55Перед началом исследований внутренняя полость вискозиметра через штуцер 6 заполняется буферной жидкостью. 4 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 плотностьисследуемои 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 глубинного 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 гидро- привода 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 эффективнойвязкости среды, контактирующей с периферийной (цилиндрической) частью измерительного элемента,Благодаря чашеобразной форме измерительных элементов промежутки между ними во время измерений заполненыбуферной жидкостью. Так как начальное напряжение сдвига буферной жидкости равно нулюмомент на торцовых поверхностях так же равен нулю.В конструкции измерительных элементов использовано известное свойство элластомеров: высокая жесткость при объемной деформации (в замкнутом объеме резина практически несжимаема) з и способность к значительным деформациям под действием напряжений сдвига (чашеобразный элемент под действием приложенного момента трения со стороны исследуемой среды поворачивается 10 на значительный угол).Угол поворота чашеобразных элементов фиксируется дистанционно любым известным способом. Расшифровка записей многоканального самописца (каждый 13 канал - угол поворота одного измерительного элемента) позволяет построить кривую изменения эффективной вязкости исследуемой среды в зависимости от времени ее пребывания в поле гра.2 о циентов скорости 2.Вискозиметр. позволяет определить реологические характеристики тиксотропных (реопектических) сред, у которых постоянная тиксотропного разру шения менее 2 с.формула изобретенияРотационный вискозиметр .для определения структурно-механических 16 6свойств 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 щ и й с я тем, что, с целью определения реологических характеристик тиксотропных и реолвктических сред при промежуточных значениях глубины разрушения структуры, о внутренний цилиндр выполнен из чаше- образных элементов, каждый из которых состоит.из набора коаксиальных колец Е-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 экспертизе1. Авторское свидетельствоМф 27739, кл, 6 01 Н 11/1, 1970.2. Авторское свидетельство СССРН 192489, кл, 6 01 й 11/1 Й, 1965оставитель А. Соболеехред С. Мигунова тор Д Гриценко К Редактор Н. Ро аказ 5732 П "Патент" Пректнал Уаго 1 Л Тираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.