Ротационный вискозиметр

(72) Авторы изобретения

Г. И. ц(ор, В. П. Лаптя и С. Л. Лихтеров (71) Заявитель (54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Однако то, что наружный цилиндр крепится в опорном подшишгнке, не позволяет иэмсря1ь вязкость жидкостей менее 50 сантипуаэ. снижает точность измерений при проведении испытаний в широком диапазоне температур в связи с изменением сопротивления подшипника, требует сложной настройки для создания сооспостн между цилиндрами.

Наиболее близким к изобретению является ротациоиный вискоэиметр, содержащий коаксиальные наружный и подвижный внутренний соединенный с приводом цилиндры, снабженные устройством для термостатирования, измерительную систему (2).

Этот внскоэиметр позволяет измерять вяэ. кость жидкостей при зазоре между цилиндрами менее 0,1 мм (практически вязкость масел измеряется при зазоре 0,05 мм, реально достижи. мый зазор 0,02 мм).

Нижняя граница измеряемых вязкостей жидкостей 2 — 4 сантиптаэа при диаметре ш линдров

30 мм и высоте 60 мм.

Изобретение относится к ротационным коаксиально.цилиндрическим вискозиметрам, используемым 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- 1О вода. а наружный установлен в корпусе на опорном пошципнике. 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- 20 ния динамической вязкости жидкостей в диапазоне от 50 до 9000 сантипуаз при скоростях деформации не выше 6,7 ° 10 сек . О

РОР К к

3 68737

CoocHocIb между цилиндрами достигается за счег гидродинамического клина, создаваемого испытуемой жидкостью в зазоре между цилиндрами при условии отсутствия нагрузок, нормальных по отношению к рабочей поверхности внеш- 5 него цилиндра, Сведение нормальных нагрузок к минимуму осуществляется при предварительной настройке соосности цилиндров. Этому вискозиметру свой10 ственна длительность (1 мин и более) перехода в соосное положение цилиндров при больших значениях вязкости жидкости (от 1 пуаза и выше), а также неустойчивость в состоянии соосности при малых вязкостях жидкости от 0,5 пуаза и меньше, что влияет на точность измерений.

Целью изобретения является сокращение времени установления соосности цилиндров и повышение устойчив ости.

Достигается это тем, что на боковой поверхности подвижного внутреннего цилиндра выполнены участки плоской поверхности в виде прямоугольников в количестве 1-2 цо ее высоте, полученные пересечением боковой поверхности с плоскостями, равноудаленными от оси цили щра и параллельными ей, причем эти участки по окружности боковой поверхности расположены через равные интервалы.

Иа фиг, 1 дана схема вискозиметра; на фиг.

2 — внутренний цилиндр с сечениями, параллельными оси; иа фиг. 3 — распределение сил в зазоре между соосными цилиндрами; иа фиг. 4— распределение can в зазоре между иесоосными

35 цилиндрами; на фиг. 5 — внутренний цилиндр, вариант выполнения;

Вискозиметр состоит из подвижного внутреннего щ линдра 1, на боковой цоверхности которого имеются участки 2 с плоской поверх. Ю постыл равной площади. Цилиндр 1 укреплен на валу 3. Неподвижный внешний цилиндр 4 выполнен в виде стакана и расположен в емкости

5, через которую циркулирует теплоноситель От термостата 6. Цилиндр № укреплен в подвесе, состоящем чз рамки 7, нити 8 и траверсы 9.

Рамка 7 оканчивается скобой 10, которая охватывает верхнюю часть цилиндра 4 и снабжена полуосями 11, расположенными по диаметру цилиндра. В цилиндре 4 выполнены огверспл, через которые проходят полуоси 11, свободно перемещающиеся в отверстиях.

Для измерения крутящего момента цилиндра 4 он соединен с динамометром посредством тросиков 12, проходящих через блоки 13, вращение внутреннего цилиндра 1 осуществляется от

6 4 редуктора 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 зазоре гидродинамического клина. При этом, эксцентриситет вала в подшипнике скольжения определяется нагрузкой на вал, скоростью его вращения и вязкостью смазки. В предельном случае, 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 гидродинамические 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 поверхностями, одна из которых перемещается относительно другой, равно где — вязкость смазки;

U — линейная скорость перемещения поверхности;

Ьщ — среднее расстояние между поверхностями;

К вЂ” коэффициент определяющий геометрию расположения поверхностей.

Эту зависимость можно использовать для объяснения принципа действия вискозиметра, так как участки АО и АО на фиг. 4 на поверхности щяшщра 4 можно считать почти плоскими ввиду малой ширины участков 2. На фиг, 4 видно, что в области каждого плоского участка 2 образуется как бы два гидродинамических клина.

Соотношение (1) показывает сильную зависимость Реь от расстояния между плоским участком 2 и поверхностью цилиндра 4. В соосном полОжении цилинЩзов величины Рер В Области каждого участка 2 равны, так как равны величины h, поэтому результирующая сил давления равна О. При несоосном положении цилиндров величина Рс, больше там, где меньше значение И .В этом случае результирующая сила давления не равна 0 и под ее воздействием прО687376 исходит относительное смешение цилиндров до выравнивания величин Рср (см фиг. 4} в положение, соответствующее соосному положению цилиндров.

Целесообразно использовать конструкцию цилиндра 1 в таком виде, как показано на фиг.5, так как в этом случае возмущение потока изменяемой 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. !

Количество плоских участков 2 на поверхности иилиндра 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 измерении крутящего момента М на динамометре, соединенном с внутренним цилиндром, в зависимости от линейной скорости вращения И цилиндра !.

Зб

Из известной -ависимости ных гидродинамнческнх клиньев на плоских участках 2.

Таким образом, подбор плошади плоских участков 2, обеспечивающих линейность зависимости М f(U), что соответствует соосности цилиндров вискознметра, должен производиться прн минимзльных скоростях вращения, применяемых s вискозиметре, и при минимальных вяэ" костях жидкостей, на которые расчитан вискозиметр.

Ротзционный вискозиметр работает следующим образом.

Рабочие цилнпры 1 и 4 очищают от остатков ранее испытанной жидкости. На дно цилиндра 4 наливают определенное количество испытуемой жидкости. Цилиндр 1 вставляют в цилиндр 4 и вьщавливзют жидкость в зазор между цилиндрами, Далее, в отверстие цилиндра 4 вводят полуоси 11 и таким образом соединяют цилиндр с подвесом. Собранные цнлнщцэы цогружзют в емкость 5 и термостатирувтг в течение определенного промежутка времени для достижения требуемой температуры.

При измерении вязкости включают привод.

Е, ашение от редуктора 14 цередзется через вал

3 рабочему цилиндру . .. Прн вращении цилиндра 1 в за" îðå между рабочими цилиндрами 1 и

4 образуется г щро,пяамвческий клин, который стремится привести цхчиндры в соосное положение. Аналогичные гидродинамичаские клниьч образуются ". полости каждого плоского участка 2. За счет дополнительного гндродингмического эффекта о"; плоских участков 2 врсмя перехода шиппщров в соусное положение сокрашается и составляет в среднем or S до 30 сек. в зависимости от вязкости жидкости.

Когда цилиндры 1 и 4 находятся в соосном положении, постоянные гидродннамические . клинья обеспечивают устойчивость в этом положении. Благодаря симметричному расположению плоских участков 2 на боковой поверхности и нх равной плошади результирующая сил давления равна нулю. Измерение вязкости эталонных жидкостей показывает, что наличие плоских участков на боковой поверхности подвижного цилиндра не создает дополнительных погрешностей 33 счет неоднородности поверхности подвижного цилиндра. Наоборот, точность фнк. сзции щшиидров в соосном положении позволяет повысить чувствительность приборов. где а — отношение разности радиусов вала

6 е и подшипника б K величине смешения центра вала цо отношению к центру подшипника е, r — радиус вала, q - вязкость смазки, следует,. что цри соосном положе ив вала и подшитпшкз, 40 когда е 0 и следовательно о величина моменrR М прямо HpotlopURQBRHLH3 1пгиейной cKopoc"" ти врашения И при постоянном значении вязкости смазки н.

Следовательно, если зависимость М f(U) линейна в исследованном диапазоне скорости вращения цилиндра вискозиметра при условии измерения вязкости ньютоновской жидкости (r1 сс лат), то цилиндры вискозиметра соосны при этих скоростях н плошадь плоских участков

2 является достаточной для поддержания соосности цилиндров.

Плошадь плоских участков 2 должна бъпь . достаточной для поддержания соосности при самых малых скоростях вращения цилиндра вискозиметра. Тогда она будет заведомо достаточной при больших скоростях так как эффект согласно соотношению (1) увеличивается при увеличении U.

То же самое можно сказать и в отношении вязкости измеряемой хждкости. Чем больше вязкость, тем сильнее действие эа счет дополнительИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ М 1119006, кл. G 0! N 11/14, !

96 !. О 2. Авторское свидетельство СССР по заявке

N 2043965/25, кл. G Ol N 11/14, !1.07,74 (прототип) .

68737

Выполнение нсподвижнога ци ипщра в виде стакана не влияет на точность измерений, так как дополнительный момент за счет дна при зазоре между цилиндрами 0,05 мм и при расстоянии между дном цилиндра 4 и торцом цилиндра порядка 10 мм составляет порядка

1/1000 or основного крутящего момента, что значительно меньше чувствительности прибора.

Ротациопный вискозиметр позволяет измерить вязкость смазочных масел в диапазоне от 1о

2 до 300 сантипуаз, причем среднеквадратичная ошибка составляет 7 1,5%. В известном вискозиметре, выбранном в качестве прототипа, ошибка измерения составляла и 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 устойчивой работы вискозиметра при соосном положении цилиндров.

Формула изобретения

Ротационный вискозиметр, содержащий коаксиальные, наружный и подвижный внутрен6 8 ний соединенный с приводом цилиндры, снабженные устройством для термостагирования, измерительную систему, и т л и ч а ю шийся тем, что, с целью сокрашения времени установления соосности цилиндров и повышения устойчивости, на боковой поверхности подвижного внутреннего цилиндра выполнены участки плоской поверхности в виде прямоугольников в количестве 1 —: 2 по ее высоте, полученные пересечением боковой поверхности с плоскостями, равноудаленнымм or осн цилиндра и параллельными ей, прячем эти участки по окружности боковой поверхности расположены через равные интервалы.