CN106596343A - 高压旋转式粘度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压旋转式粘度计，包括由上筒体和下筒体组成的壳体，所述壳体内设置有一圆筒状转子，所述圆筒状转子的上端连接转盘，所述转盘上设有磁钢和霍尔转速传感器，所述圆筒状转子的下端设有一磁力传导装置。本发明不仅适用于常温常压状态下润滑剂粘度的测量，还可以对实验压力进行改变从而进行高压状态下润滑剂粘度的测量，改善其通用性能，一套测量装置即可实现不同高压、不同剪切速率状态下各种流体粘度的测量，有效降低了研发成本。

Description

高压旋转式粘度计

技术领域

本发明属于流体粘度测量设备技术领域，特别涉及一种高压旋转式粘度计。

背景技术

粘度是流体物质的一种物理特性，它反映流体受外力作用时分子间呈现的内部摩擦力。在工业生产和科学研究中，粘度是润滑油最重要的质量指标，选择粘度适当的润滑油，能充分发挥润滑油的作用，保证机械设备处于稳定可靠的工作状态。目前现有的粘度计种类很多，其中旋转式粘度计应用广泛且精度较高，旋转式粘度计广泛应用于测定油脂、油漆、涂料、塑料、食品、药物、胶粘剂等行业的生产和科研活动。目前常用的旋转粘度计大多是在常压下进行检测样品的粘度，但是随着对产品质量要求的不断提高，在技术上对样品溶液参数测量的准确性、可靠性及溶液动态特性也随之升高。特别是精细化工领域，对于不同压力条件下的溶液参数，以及溶液参数随压力的动态变化特性有了更高的要求。

目前国内外已有多种类型的流体粘度计，期望能得到各种流体的粘度参数，但大多数流体粘度计只能测量常压环境下的流体粘度，不能测量在超高压状态下的流体粘度，少部分粘度计可以测量高压状态下的流体粘度，但压力测量范围过小，极少部分粘度计可以测量超高压状态下的粘度，但结构复杂，制造成本高，精确控制困难，这使得科学研究和工业生产没有准确数据的支撑。例如，CN104122172A所公开的圆筒旋转式粘度计、CN202974800U公开的旋转式在线粘度计和CU203595648U所公开的旋转粘度计，都只能测量常压状态下的流体粘度，不能用于高压状态。例如，CN2852109Y所公开的高温高压旋转粘度计，测量时压力设置范围是0～20MPa，CN2205004所公开的高温高压落柱粘度计，测量时压力设置范围是0～30MPa，压力取值范围小。再例如，US5535619所公开的旋转式粘度计，结构过于复杂。CN101685058A所公开的高温高压粘度计，不能精确地控制密封腔内的压强。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压旋转式粘度计，不仅适用于常温常压状态下流体粘度的测量，还可以对实验压力进行改变从而进行高压状态下流体粘度的测量，改善其通用性能，一套测量装置即可实现不同高压、不同剪切速率状态下各种流体粘度的测量，有效降低了研发成本。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

高压旋转式粘度计，包括由上筒体和下筒体组成的壳体，所述壳体内设置有一圆筒状转子，所述圆筒状转子的上端连接转盘，所述转盘上设有磁钢和霍尔转速传感器，所述圆筒状转子的下端设有一磁力传导装置；所述磁力传导装置包括连接在圆筒状转子下端的被动磁力传导头、下筒体、与被动磁力传导头通过下筒体相隔设置的主动磁力传导头，下筒体作为隔离套使用，所述主动磁力传导头通过皮带连接电机转动；还包括设置在厚壁圆筒上半部分的压力装置、压力传感器和开关阀；所述压力装置包括压力机、压盖、柱塞和高压密封装置，压力机产生的压力通过压力机活塞杆传递到压盖上，将高压传递到柱塞，柱塞连接高压密封装置；所述压力传感器一端通过高压密封盖与外界相通，另一端的压力接口与内腔连通。

进一步，所述高压密封装置包括O型圈和蘑菇头，所述蘑菇头的锥面呈“蘑菇”状，可拆卸连接在柱塞上，所述O型圈安装在蘑菇头外侧。

进一步，所述压盖内设有小球，可以自动调节平衡并且将压力传递到柱塞上。

进一步，所述厚壁圆筒上半部分和厚壁圆筒下半部分通过螺纹连接，两端面间设有环形波浪密封圈，连接的直角处设有O型圈。

进一步，还包括设置在内腔内的上轴套和下轴套，所述上轴套和下轴套分别和壳体连接，对圆筒状转子周向固定。

进一步，还包括设置在壳体下端的泄油杯，所述泄油杯与厚壁圆筒下半部分通过螺栓连接，所述泄油杯上设有泄油孔，所述泄油孔连接有油塞。

进一步，所述压力传感器的下端设有压力传感器固定装置，所述压力传感器固定装置包括设置在压力传感器下端的螺纹孔和设置在螺纹孔下端的导轨槽和滑块。

本发明的有益效果在于：

1、通过压力装置给内腔提供高压，由压力传感器测定压力值，从而实现不同压力状态下流体粘度的测量。

2、通过一对磁力传导装置给圆筒转子提供转速，驱动待测流体运动，运动速度由霍尔转速传感器测得，从而实现不同剪切速率下流体粘度的测量。

3、通过高压密封装置包括用于密封的O型圈和蘑菇头实现高压密封，O型圈安装在蘑菇头外侧并实现在内腔压力过低时起密封作用的功能，蘑菇头通过紧固螺钉与柱塞固定并实现在内腔压力过大时起密封作用的功能。

4、通过螺栓连接滑块与厚壁圆筒，实现了压力传感器的固定；通过螺栓连接轴套与厚壁圆筒，实现了圆筒状转子的周向固定，结构简单稳定。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例高压密封装置的放大图；

图3为本发明实施例厚壁圆筒上筒体和下筒体连接处的放大图；

图4为磁力传导装置的原理图；

图5为磁力传导头的结构示意图；

图6是本发明实施例压力传感器固定装置导轨的结构示意图；

图7是图6的剖视图。

其中：1、压力机；2、压盖；3、柱塞；4、开关阀；5、霍尔转速传感器；6、转盘；7、磁钢；8、螺栓；9、上轴套；10、下轴套；11、螺栓；12、被动磁力传导头；13、电机；14、皮带轮；15、螺栓；16、螺栓；17、皮带；18、主动磁力传导头；19、主动磁体；20、基座；21、油塞；22、螺栓；23、厚壁圆筒下半部分；24、泄油杯；25、被动磁体；26、螺栓；27、下轴套；28、厚壁圆筒上半部分；29、圆筒状转子；30、螺栓；31、弹簧；32、螺栓；33、锰铜丝压力传感器；34、高压密封装置；35、螺钉；36、蘑菇头；37、O型圈；38、内腔；39、O型圈；40、环形波浪密封圈；41、螺纹；42、O型圈；43、主动轴；44、外磁转子轭铁；45外磁转子；46、内磁转子；47、从动轴；48、内磁转子轭铁；49、工作气隙；50、隔离套；51、螺纹孔；52、滑块导轨槽。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本发明高压旋转式粘度计，包括由上筒体28和下筒体23组成的壳体，所述壳体内设置有一圆筒状转子29，所述圆筒状转子29的上端连接转盘6，所述转盘6上设有磁钢7和霍尔转速传感器5，所述圆筒状转子29的下端设有一磁力传导装置；所述磁力传导装置包括连接在圆筒状转子29下端的被动磁力传导头12、下筒体23、与被动磁力传导头12通过下筒体23相隔设置的主动磁力传导头18，下筒体23作为隔离套使用，所述主动磁力传导头18通过皮带17连接电机13转动；还包括设置在厚壁圆筒上半部分28的压力装置、压力传感器33和开关阀4；所述压力装置包括压力机1、压盖2、柱塞3和高压密封装置34，压力机1产生的压力通过压力机活塞杆传递到压盖2上，将高压传递到柱塞3，柱塞3连接高压密封装置34；所述压力传感器33一端通过高压密封盖与外界相通，另一端的压力接口与内腔38连通，图6是本发明实施例压力传感器固定装置导轨的结构示意图，压力传感器33连接一滑块可在导轨52内左右滑动，当滑动在左边时，通过螺纹孔51连接螺栓对压力传感器33起支撑作用。图4为磁力传导装置的原理图，其中43为主动轴；44为外磁转子轭铁；45为外磁转子；46为内磁转子；47为从动轴；48为内磁转子轭铁；49为工作气隙；50为隔离套图，图5为磁力传导头的结构示意图。

本实施例中，图2所示为本发明实施例高压密封装置的放大图，所述高压密封装置34包括O型圈37和蘑菇头36，所述蘑菇头36的锥面呈“蘑菇”状，可拆卸连接在柱塞3上，所述O型圈37安装在蘑菇头36外侧。

本实施例中，所述压盖2内设有小球，可以自动调节平衡并且将压力传递到柱塞3上。

本实施例中，图3所示为本发明实施例厚壁圆筒上筒体和下筒体连接处的放大图，所述厚壁圆筒上半部分28和厚壁圆筒下半部分23通过螺纹连接，两端面间设有环形波浪密封圈，连接的直角处设有O型圈。

本实施例中，还包括设置在内腔38内的上轴套9和下轴套10，所述上轴套9和下轴套10分别和壳体连接，对圆筒状转子29周向固定。

本实施例中，还包括设置在壳体下端的泄油杯24，所述泄油杯24与厚壁圆筒下半部分23通过螺栓连接，所述泄油杯24上设有泄油孔，所述泄油孔连接有油塞21。整个装置起支撑固定的基座20通过螺栓15与泄油杯24连接，所述基座20在皮带17传动方向余留有一个扇形孔，保证皮带传动时不与基座20干涉。

本实施例中，开关阀4通过螺纹与厚壁圆筒上半部分28连接，实现流体流入。设定厚壁圆筒上半部分28内径为R₁，圆筒状转子29内径为R₂、高度为h，测量之前，充入待测流体后再通入空气进行增压。圆筒状转子29旋转，同时驱动与之共轴的薄转盘6转动，在转盘上嵌有磁钢7，并可通过霍尔转速传感器5测得薄转盘6的转速，即转子的角速度ω，转子的角速度ω从零开始逐渐增加，一定时间后必定达到角速度ω恒定的状态，在此状态下，转子受到的驱动力矩M可以通过设置弹性元件测量出，待测流体的动力粘度η可以根据马克斯公式得出：根据“柱塞泵增压原理”，柱塞3下部与粘度计壳体入口高压密封联接，且能相对缓慢移动，柱塞的材料选用滚动轴承钢，屈服极限为1100MPa。压盖2直径为D＝128mm，柱塞3直径为d＝16mm，压力机1对压盖2施加向下的正压力P₁，设粘度计内腔38压强为P₂，根据牛顿第二定律得：D/d＝8，可得P₂＝64P₁。本发明采用的压力机能施加的最大压力是P₁＝2MPa，则可得到内腔最大压力为P₂＝128MPa。

本发明高压旋转式粘度计具体工作时，首先打开开关阀4阀门，通入待测流体，当待测流体充满内腔38时，关闭开关阀4阀门，然后开启压力机1，压力机1产生的压力通过压力机活塞杆传递到压盖2上，压盖2通过内部的小球来自动调节平衡并且将高压传递到柱塞3上，柱塞3向下移动使得高压腔内部体积变小从而产生高压，观察锰铜丝压力传感器33，达到所需高压后，维持压力机1压力不变。之后，开启电机13，由皮带传动装置将动力传递给主动磁力传导头18，主动磁力传导头18驱动被动磁力传导头12继而驱动与被动磁力传导头12通过轴连接的圆筒状转子29，圆筒状转子29旋转，同时驱动与之共轴的薄转盘6转动，在转盘上嵌有磁钢7，当磁力线穿过传感器上感应元件时产生霍尔电势经过霍尔芯片的放大整形后，成为电信号供二次仪表使用，霍尔转速传感器5即可测得薄转盘6的转速，即转子的角速度，弹簧31和引线连接组成完整电路，实现电信号传递，转子的角速度从零开始逐渐增加，一定时间后必定达到恒定的状态，在此状态下，转子受到的驱动力矩可以通过弹性元件测量出，根据马克斯公式即可算出待测流体的粘度。实验结束后，先关闭电机13，再关闭压力机1，当圆筒状转子29停止旋转时，将泄油杯24与厚壁圆筒下半部分23相连接用的螺栓16和螺栓22拧出，待测液体流入泄油杯24中，将油塞21旋出，把测量后的流体倒入烧杯并适当处理，清洗各实验部件，晾干组装后即可充入待测流体再次测量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.高压旋转式粘度计，其特征在于：包括由上筒体和下筒体组成的壳体，所述壳体内设置有一圆筒状转子，所述圆筒状转子的上端连接转盘，所述转盘上设有磁钢和霍尔转速传感器，所述圆筒状转子的下端设有一磁力传导装置；所述磁力传导装置包括连接在圆筒状转子下端的被动磁力传导头、下筒体、与被动磁力传导头通过下筒体相隔设置的主动磁力传导头，下筒体作为隔离套使用，所述主动磁力传导头通过皮带连接电机转动；还包括设置在厚壁圆筒上半部分的压力装置、压力传感器和开关阀；所述压力装置包括压力机、压盖、柱塞和高压密封装置，压力机产生的压力通过压力机活塞杆传递到压盖上，将高压传递到柱塞，柱塞连接高压密封装置；所述压力传感器一端通过高压密封盖与外界相通，另一端的压力接口与内腔连通。

2.根据权利要求1所述的高压旋转式粘度计，其特征在于：所述高压密封装置包括O型圈和蘑菇头，所述蘑菇头的锥面呈“蘑菇”状，可拆卸连接在柱塞上，所述O型圈安装在蘑菇头外侧。

3.根据权利要求2所述的高压旋转式粘度计，其特征在于：所述压盖内设有小球，可以自动调节平衡并且将压力传递到柱塞上。

4.根据权利要求1所述的高压旋转式粘度计，其特征在于：所述厚壁圆筒上半部分和厚壁圆筒下半部分通过螺纹连接，两端面间设有环形波浪密封圈，连接的直角处设有O型圈。

5.根据权利要求1所述的高压旋转式粘度计，其特征在于：还包括设置在内腔内的上轴套和下轴套，所述上轴套和下轴套分别和壳体连接，对圆筒状转子周向固定。

6.根据权利要求1所述的高压旋转式粘度计，其特征在于：还包括设置在壳体下端的泄油杯，所述泄油杯与厚壁圆筒下半部分通过螺栓连接，所述泄油杯上设有泄油孔，所述泄油孔连接有油塞。

7.根据权利要求1所述的高压旋转式粘度计，其特征在于：所述压力传感器的下端设有压力传感器固定装置，所述压力传感器固定装置包括设置在压力传感器下端的螺纹孔和设置在螺纹孔下端的导轨槽和滑块。