CN103335917B - 高温高压高剪切率润滑油流变仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压高剪切率润滑油流变仪。包括锁紧螺母、缸体、静态扭矩传感器、温度传感器、分隔板、微间隙测量器、缸盖、电机架、联轴器、转轴密封、转轴、螺纹孔、外筒、内筒、加热器、内筒孔等。流变仪工作时，外筒旋转运动，样品润滑油受到剪切，根据力的平衡原理，内筒受到样品润滑油的剪切力作用；微间隙测量器实时测量外筒与内筒之间的间隙，温度传感器、扭矩传感器、压力表和电机转速计数器等都与计算机连接，将数据信息传递给计算机。通过计算机内的专用程序绘制出润滑油的流动曲线，进而确定润滑油的本构方程，为理论和工程实践提供较准确的润滑油流变模型。

Description

高温高压高剪切率润滑油流变仪

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别是涉及一种高温高压高剪切率润滑油流变仪。

背景技术

虽然目前市场中的流变仪已经日趋成熟，但大部分流变仪是在常规状态下运行，即常温、常压和低剪切率，与实际工况差别极大，所测得数据实用参考价值不大。而某些专用的高剪切率或高压粘度计也只是针对单一环境因素，排除了多重环境因素的综合影响。

以外筒旋转内筒固定的旋转流变仪为例，在扭矩测量方面，动态扭矩传感器所测量的是外筒转轴所受到的扭矩。由于在旋转剪切过程中，旋转外筒除了受到剪切间隙内部润滑油的反作用力外，还存在剪切间隙外部润滑油对外筒的黏性摩擦以及转轴所受的其他阻力，所以转轴本身所受扭矩要大于剪切间隙内部的样品润滑油实际所受的剪切扭矩。除此之外，温度传感器测温位置距离润滑油剪切位置较远，而不同润滑油的导热率不同且流变仪内部流通不通畅，所以这种情况下测得的温度参数不准或者时效滞后。

由牛顿流体黏性定律公式：γ=V/d（γ剪切率，V外筒转速，d剪切间隙尺寸），可见剪切间隙尺寸d在一定程度上影响到剪切率γ的精确度。现有的流变仪中，d是预先设计好且固定不变的，但在高剪切率条件下，电机输的出轴产生扰动，d会产生偏差，预先设计的间隙大小并不能反映实际测试时的剪切间隙的尺寸大小，在后续数据计算过程中会产生误差，使得计算结果不准确。在高压和高温的环境下，流变仪零件会受压变形和热胀冷缩，真实的剪切间隙并不会如预先设定的那样保持固定不变。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、性能优良的高温高压高剪切率润滑油流变仪，其技术方案如下：高温高压高剪切率润滑油流变仪包括锁紧螺母、缸体、静态扭矩传感器、温度传感器、分隔板、微间隙测量器、缸盖、电机架、联轴器、转轴密封、转轴、螺纹孔、外筒、内筒、加热器、内筒孔；电机架下端通过螺钉固定在缸盖上部，电机架中自上而下安装有电机输出轴、联轴器、止推轴承和转轴，转轴下部加工有螺纹孔，螺纹孔与外筒上部的外螺纹配合连接，内筒上部直径较大的部分被外筒罩住，外筒和内筒之间存有剪切间隙，在外筒的内壁和内筒的外壁上安装有微间隙测量器，内筒内部开有内筒孔，内筒孔通过其内部的螺纹连接温度传感器，内筒下部柱体上安装有扭矩传感器，内筒通过其下部的内筒轴肩和锁紧螺母固定在缸体上，缸体的内部被隔板分成上下两部分，转轴和缸盖之间用转轴密封进行密封，缸盖通过螺纹固定在缸体上，加热器包围在缸体外围。

所述的高温高压高剪切率润滑油流变仪，在内筒和外筒的同一高度上装有微间隙测量器的对应测量部件。

所述的位于内筒内部的温度传感器靠近剪切间隙。

所述的不同直径大小的外筒都可以通过螺纹连接在转轴上。

所述的分隔板将缸体内部分隔开。

其工作原理为：流变仪工作时，外筒旋转运动，样品润滑油在剪切间隙内受到旋转外筒和固定内筒的剪切作用；同时由于润滑油具有一定粘度，内筒受到样品润滑油的剪切力，使得内筒下部柱体发生一定扭转变形。静态扭矩传感器根据扭转变形来测量内筒受到的扭矩数值，即样品润滑油受到的剪切力矩；微间隙测量器实时测量外筒与内筒之间的间隙，温度传感器、扭矩传感器、压力表和电机的转速计数器等都与计算机连接，将数值信息通过数据线传递给计算机。通过计算机内的专用程序绘制出润滑油的流动曲线，进而确定润滑油的本构方程，为理论和工程实践提供较准确的润滑油流变模型。

本发明与背景技术相比具有的优点是：

1、通过微间隙测量器的实时测量，得到真实的剪切间隙d的大小，排除了环境因素迫使实验器材变形和转轴扰动的影响，确保了间隙尺寸和实验结果的准确性。

2、温度传感器靠近剪切工作表面，测量到的温度数值接近实际。同时内筒采用导温良好的材料，使得温度数据和扭矩数据同步，重复性良好。

3、外筒是可更换的零件，通过外筒尺寸的改变，可以使剪切间隙能够在较大范围内改变，模拟不同的工况条件。

4、将静态扭矩传感器安装于内筒上，通过内筒下部柱体的扭转变形测量扭矩数值，使所测得的扭矩结果更接近样品润滑油实际受到的扭矩。

5、位于缸体内部中央的分隔板，把缸体内部一分为二，将外筒旋转时样品润滑油的剧烈旋转运动控制在上部腔内，而下部腔内润滑油旋转轻缓，减小了润滑油对内筒下部柱体的剪切作用，减小了扭矩误差。

6、缸体内部零件完全处于同样的高压环境中，并不承受过大压力差，所以可以减少零件材料，提高零件使用寿命，降低成本。

本发明流变仪适合于不同类型的中、高粘度的润滑油的流变特性测量，可重复性高、体积小、耐高压，可模拟多重环境因素对润滑油流变性能的综合影响。

附图说明

图1是本发明高温高压高剪切率润滑油流变仪的结构原理图。

图中：1、锁紧螺母，2、弹簧垫片，3、内筒轴肩，4、密封圈，5、缸体，6、静态扭矩传感器，7、螺纹，8、温度传感器，9、分隔板，10、微间隙测量器，11、调压口，12、调压筒，13、调压杆，14、密封圈，15、三通管，16、压力表，17、螺纹，18、缸盖，19、螺钉，20、止推轴承，21、电机架，22、电机输出轴，23、联轴器，24、转轴密封，25、转轴，26、密封圈，27、螺纹孔，28、外筒，29、内筒，30、剪切间隙，31、中心孔，32、加热器，33、数据线，34、内筒孔，35、样品注入口，36、样品注入管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明电机架21下端通过螺钉19固定在缸盖18上部，电机架21中自上而下安装有电机输出轴22、联轴器23、止推轴承20和转轴25，转轴25下部加工有螺纹孔27，螺纹孔27与外筒28上部的外螺纹配合连接，内筒29上部直径较大的部分被外筒28罩住，外筒28和内筒29之间存有剪切间隙30，在外筒28的内壁和内筒29的外壁上安装有微间隙测量器10，内筒29内部开有内筒孔34，内筒孔34通过其内部的螺纹7连接温度传感器8，内筒29下部柱体上安装有静态扭矩传感器6，内筒29通过其下部的内筒轴肩3和锁紧螺母1固定在缸体5上，缸体5的内部被隔板9分成上下两部分，转轴25和缸盖18之间用转轴密封24密封，缸盖18通过螺纹17固定在缸体5上，加热器32包围在缸体5外围。

密封圈4用于内筒29和缸体5之间的密封，内筒孔34里的内螺纹7起到对温度传感器8定位的作用，温度传感器8下部加工有与螺纹7配套的外螺纹，分隔板9与内筒29的下部柱体之间的间隙构成了连通缸体5上、下空腔的中心孔31，微间隙测量器10由两部分组成，分别固定在外筒28和内筒29上，调压口11是连通调压筒12和缸体5的通道，压力表16通过三通管15连接在管路上，密封圈14将调压筒12内部位于调压杆13左右两侧的腔体隔开，缸盖18通过螺纹17紧固连接在缸体5上，缸盖18和缸体5之间用密封圈26分隔密封，电机输出轴22将旋转动力通过联轴器23传递给转轴25，转轴25带动外筒28旋转，止推轴承20定位和支撑转轴25，转轴25、电机架21都固定在缸盖18上，样品润滑油通过位于缸体5下部的样品注入管36进入样品注入口35，通过中心孔31进入缸体5的上部空腔与调压筒12，数据线33将温度传感器8和静态扭矩传感器6的测得信息传递给计算机或者保存。

在图1中，通过调压筒12的调压杆13左右移动，可以改变调压杆13左侧腔体内的压力，同时也改变了与之相连通的缸体5内部的环境压力。包裹在缸体5外围的加热器32，通过热的传导作用以及温度传感器8的测控，可以将缸体5内部的环境温度调节到指定数值。静态扭矩传感器6、温度传感器8、压力表16、微间隙测量器10的相关测量参数都传递给计算机内的专用程序，同时也通过计算机控制电动机的输出转速。经过专用程序的数据计算处理和公式运用，可以得出样品润滑油在不同的温度、压强和剪切率条件下的流变性能，绘制出其流变曲线，如黏度、剪应力随着剪切率的变化。除此之外，选取温度、压强、剪切率三个因素中的其中之一改变，其他两个因素固定不变，可以得到粘度随单一环境因素的变化规律。

实验测试时，先对温度传感器8、静态扭矩传感器6、微间隙测量器10、压力表16进行标定。然后旋转打开缸盖18，使得缸体5的内部与大气连通，将调压杆13推到其行程的最左端，通过样品注入管36和样品注入口35向缸体5内部注入被实验的样品润滑油。当润滑油没过调压口11一定高度时，缓慢向右移动调压杆13，在气压作用下使调压筒内充满润滑油，作为调压介质，同时缸体5下部润滑油的注入工作继续进行。当润滑油在缸体5内达到预定高度后，腔内气体通过上端排出，放好密封圈26，旋转拧紧缸盖18，关闭样品注入管36。润滑油的注入过程应当缓慢进行，避免样品润滑油中出现气泡。

启动电机使转轴25运作，带动外筒28旋转，被实验的润滑油在旋转外筒28和静止内筒29构成的剪切间隙30内受到剪切作用。加热器32对缸体5进行加热，向左移动调压杆13增大压强，使缸体5内部环境达到指定条件，系统运作稳定后记录相关参数值，存入计算机。

实验结束后，切断电机电源。待电机停转后，先将调压杆13移回实验开始前的初始位置。缸体温度降低到室温后，再拧下缸盖18，打开电机架21，取下转轴25和外筒18。打开样品注入管36，将缸体5内部的润滑油排除。松开锁紧螺母1，移开弹簧垫圈2，将内筒29取出，取下静态扭矩传感器6和温度传感器8，将所有沾有样品润滑油的部件清洗干净、晾干。最后复原到原来位置，为下一次使用准备。

Claims (5)

1.一种高温高压高剪切率润滑油流变仪，其特征在于:包括锁紧螺母（1）、缸体（5）、静态扭矩传感器（6）、温度传感器（8）、分隔板（9）、缸盖（18）、电机架（21）、联轴器（23）、转轴密封（24）、转轴（25）、外筒（28）、内筒（29）、微间隙测量器（10）；电机架（21）下端通过螺钉（19）固定在缸盖（18）上部，电机架（21）中自上而下安装有电机输出轴（22）、联轴器（23），止推轴承(20)定位和支撑转轴(25)，其电机输出轴(22)将旋转动力通过联轴器(23)传递给转轴(25)，转轴(25)带动外筒(28)旋转,转轴（25）下部加工有螺纹孔（27），螺纹孔（27）与外筒（28）上部的外螺纹配合连接，内筒（29）上部直径较大的部分被外筒（28）罩住，外筒（28）和内筒（29）之间存有剪切间隙（30），在外筒（28）的内壁和内筒（29）的外壁上安装有微间隙测量器（10），内筒（29）内部开有内筒孔（34），内筒孔（34）通过其内部的螺纹（7）连接温度传感器（8），内筒（29）下部柱体上安装有静态扭矩传感器（6），内筒（29）通过其下部的内筒轴肩（3）和锁紧螺母（1）固定在缸体（5）上，缸体（5）的内部被分隔板（9）分成上下两部分，转轴（25）和缸盖（18）之间用转轴密封（24）密封，缸盖（18）通过螺纹（17）固定在缸体（5）上，加热器（32）包围在缸体（5）外围。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压高剪切率润滑油流变仪，其特征在于：在外筒（28）和内筒（29）的同一高度上装有微间隙测量器的对应测量部件。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压高剪切率润滑油流变仪，其特征在于：温度传感器（8）组装在内筒（29）内部，靠近剪切间隙（30）。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压高剪切率润滑油流变仪，其特征在于：不同大小的外筒（28）都能够通过螺纹作用定位在转轴（25）上。

5.根据权利要求1所述的一种高温高压高剪切率润滑油流变仪，其特征在于：分隔板（9）将缸体（5）内部分隔开。