RU164550U1

RU164550U1 - ROTARY VISCOSIMETER

Info

Publication number: RU164550U1
Application number: RU2016106880/28U
Authority: RU
Inventors: Алексей Васильевич Лысянников; Василий Федорович Черныш; Петр Михайлович Кондрашов
Original assignee: Алексей Васильевич Лысянников
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2016-09-10

Abstract

1. Ротационный вискозиметр, включающий корпус с установленным в нем приводом, измерительную систему, содержащую коаксиально установленные цилиндры с возможностью вращения от привода, связанные со средствами измерения, и емкость для испытуемой жидкости, отличающийся тем, что корпус установлен на стойке с плитой в основании, с возможностью вертикального перемещения и фиксации, в корпусе на его основании установлен электродвигатель с цифровым управлением скорости вращения, а с нижней стороны к основанию корпуса присоединен посредством замкового захвата неподвижный наружный цилиндр, внутри которого расположен измерительный цилиндр с вертикальными насечками и валом, соединенным через муфту с валом электродвигателя, при этом емкость для испытуемой жидкости, в которую помещены цилиндры, установлена на основании стойки, измерительная система дополнительно содержит ваттметр, включенный в электрическую цепь питания электродвигателя для регистрации потребляемой мощности на преодоление сопротивления жидкости вращению измерительного цилиндра, датчик температуры испытуемой жидкости, причем выход ваттметра и датчик температуры электрически связаны с установленной в корпусе платой управления с программным обеспечением, осуществляющей управление оборотами электродвигателя, сбор данных с ваттметра, датчика температуры и встроенного в электродвигатель датчика оборотов, преобразование этих данных с помощью программного обеспечения в крутящий момент, скорость сдвига, вязкость, динамическое и статическое напряжение сдвига, и вывод результатов измерений на дисплей, установленный на корпусе и связанный с платой1. A rotational viscometer, comprising a housing with a drive installed in it, a measuring system comprising coaxially mounted cylinders rotatably from the drive, connected with measuring instruments, and a container for the test liquid, characterized in that the housing is mounted on a rack with a plate in the base, with the possibility of vertical movement and fixing, in the housing on its base there is an electric motor with digital control of rotation speed, and from the bottom side to the base of the housing is connected by ball grip a stationary outer cylinder, inside of which there is a measuring cylinder with vertical notches and a shaft connected through a coupling to the motor shaft, while the container for the test fluid in which the cylinders are placed is mounted on the base of the rack, the measuring system additionally contains a wattmeter included in the electric electric motor supply circuit for recording power consumption to overcome the resistance of the liquid to the rotation of the measuring cylinder, we test the temperature sensor liquid, and the output of the wattmeter and the temperature sensor are electrically connected to the control board installed in the housing with software that controls the speed of the electric motor, collects data from the wattmeter, temperature sensor and a speed sensor built into the electric motor, converts this data using software into torque , shear rate, viscosity, dynamic and static shear stress, and output of measurement results to a display mounted on the housing and connected to the plate that

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной и аналитической технике, предназначенной для измерения физико-механических свойств исследуемых жидкостей, в частности, к устройствам для измерения реологических характеристик буровых растворов.The utility model relates to a control and measuring and analytical technique designed to measure the physicomechanical properties of the fluids under study, in particular, to devices for measuring the rheological characteristics of drilling fluids.

Известен ротационный вискозиметр, включающий плиту, стойку с установленной на ней панелью, на которой закреплено основание с измерительным устройством, состоящим из неподвижного наружного цилиндра, коаксиально расположенного в нем внутреннего измерительного цилиндра, установленного на измерительном валике, привода и датчика угла поворота внутреннего цилиндра, связанного с блоком индикации, расположенных в корпусе, причем привод внутреннего цилиндра осуществляется от электродвигателя через коробку передач, систему взаимосвязанных дисков, стоек, траверс и двух расположенных одна внутри другой пружин разной жесткости (Авторское свидетельство СССР №1363017 А1, дата приоритета 29.07.86, дата публикации 30.12.87, авторы: А.Н. Пирогов и др., RU).A known rotational viscometer comprising a plate, a rack with a panel mounted on it, on which a base is fixed with a measuring device consisting of a fixed outer cylinder, an internal measuring cylinder coaxially located therein, mounted on a measuring roller, a drive and an angle sensor of the inner cylinder connected with an indication unit located in the housing, and the inner cylinder is driven by an electric motor through the gearbox, a system of interconnected claims, uprights, cross-pieces and two arranged one inside the other springs of different stiffness (USSR Author's Certificate №1363017 A1, priority date 29.07.86, publication date 12.30.87, authors: A. Pies et al, RU.).

Недостатками известного аналога являются низкие эксплуатационные качества, обусловленные:The disadvantages of the known analogue are low performance, due to:

- конструктивной сложностью системы измерения крутящего момента;- the structural complexity of the torque measurement system;

- недостаточной оперативностью из-за ручной настройки включения пружин;- lack of efficiency due to manual adjustment of the inclusion of springs;

- ограниченным диапазоном изменения скоростей вращения;- a limited range of rotation speeds;

- измерением только одного параметра исследуемой жидкости с относительно невысокой точностью.- measuring only one parameter of the test fluid with relatively low accuracy.

Известен также ротационный вискозиметр ВСН-3, принятый в качестве прототипа, состоящий из корпуса, измерительной системы, привода и стакана для испытуемой среды, установленного на телескопическом столике, а принцип работы измерительной системы, включающей подвесной цилиндр, гильзу, шкалу и пружину основан на измерении момента сил вязкого трения в буровом растворе, возникающего в кольцевом зазоре между двумя цилиндрами при вращении гильзы от привода и закручивающего подвешенный на пружине внутренний цилиндр, связанный со шкалой (http://teplozond.ru/promyvochnye-zhidkosti-i-tamponazhnye-rastvory/vyazkost.html, дата просмотра 09.02.2016, прототип).The BCN-3 rotational viscometer, adopted as a prototype, consisting of a housing, a measuring system, a drive and a glass for the test medium mounted on a telescopic table, is also known, and the principle of operation of the measuring system, including a suspension cylinder, sleeve, scale and spring, is based on measurement of the moment of viscous friction forces in the drilling fluid arising in the annular gap between two cylinders when the sleeve rotates from the drive and twists the inner cylinder suspended on the spring connected to the scale (http: // teplozo nd.ru/promyvochnye-zhidkosti-i-tamponazhnye-rastvory/vyazkost.html, viewing date 02/09/2016, prototype).

Прототип имеет следующие эксплуатационные недостатки:The prototype has the following operational disadvantages:

- во-первых, конструкция прибора достаточно габаритна в связи с массивным закрытым корпусом, в котором смонтированы все механизмы вискозиметра, и, к тому же, требует значительного внимания при измерении показателей бурового раствора путем визуального считывания данных со шкалы;- firstly, the design of the device is quite large due to the massive closed case in which all the viscometer mechanisms are mounted, and, moreover, it requires considerable attention when measuring drilling fluid parameters by visual reading of data from the scale;

- во-вторых, исследования связаны с дополнительными затратами по подготовке бурового раствора в связи с необходимостью прохождения стандартной системы очистки, в результате чего снижается достоверность результатов, так как исследуется не тот раствор, который находится в скважине, а его отфильтрованная часть;- secondly, the studies are associated with additional costs for the preparation of the drilling fluid due to the need to undergo a standard cleaning system, as a result of which the reliability of the results is reduced, since it is not the solution that is in the well that is being examined, but its filtered part;

- в-третьих, при измерении жидкостей различной тиксотропной структуры необходимо устанавливать различные струны-пружины, что повышает трудозатраты при подготовке вискозиметра к работе;- thirdly, when measuring liquids of various thixotropic structures, it is necessary to install various spring strings, which increases the labor costs in preparing the viscometer for work;

- в-четвертых, низкая точность измерения, обусловленная неизбежными погрешностями при использовании одних механических средств в измерительной системе.- fourthly, low measurement accuracy due to inevitable errors when using only mechanical means in the measuring system.

Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных качеств ротационного вискозиметра путем упрощения его конструкции и повышения точности измерений.The objective of the utility model is to improve the operational properties of a rotational viscometer by simplifying its design and increasing the accuracy of measurements.

Для решения поставленной задачи в ротационном вискозиметре, включающем корпус с установленным в нем приводом, измерительную систему, содержащую коаксиально установленные цилиндры с возможностью вращения от привода, связанные со средствами измерения, и емкость для испытуемой жидкости, согласно полезной модели, корпус установлен на стойке с плитой в основании, с возможностью вертикального перемещения и фиксации, в корпусе на его основании установлен электродвигатель с цифровым управлением скорости вращения, а с нижней стороны к основанию корпуса присоединен посредством замкового захвата неподвижный наружный цилиндр, внутри которого расположен измерительный цилиндр с вертикальными насечками и валом, соединенным через муфту с валом электродвигателя, при этом емкость для испытуемой жидкости, в которую помещены цилиндры, установлена на плите в основании стойки, измерительная система дополнительно содержит ваттметр, включенный в электрическую цепь питания электродвигателя для регистрации потребляемой мощности на преодоление сопротивления жидкости вращению измерительного цилиндра, датчик температуры испытуемой жидкости, причем выход ваттметра и датчик температуры электрически связаны с установленной в корпусе платой управления с программным обеспечением, осуществляющей управление оборотами электродвигателя, сбор данных с ваттметра, датчика температуры и встроенного в электродвигатель датчика оборотов, преобразование этих данных с помощью программного обеспечения в крутящий момент, скорость сдвига, вязкость, динамическое и статическое напряжение сдвига, и вывод результатов измерений на дисплей, установленный на корпусе и связанный с платой управления, при этом на корпусе также расположен связанный с платой управления кнопочный блок управления, включающий кнопку для включения/выключения электродвигателя, кнопку выбора скорости вращения измерительного цилиндра, кнопку вывода результатов измерений на принтер, для подключения которого в нижней части корпуса расположен двойной порт с возможностью подключения через него персонального компьютера для внешнего управления вискозиметром.To solve the problem in a rotational viscometer, comprising a housing with a drive installed in it, a measuring system containing coaxially mounted cylinders rotatably from the drive, connected with measuring instruments, and a container for the test liquid, according to a utility model, the housing is mounted on a rack with a plate at the base, with the possibility of vertical movement and fixing, in the housing on its base there is an electric motor with digital rotation speed control, and from the bottom to On the other hand, a fixed external cylinder is connected by means of a locking gripper, inside of which there is a measuring cylinder with vertical notches and a shaft connected through a coupling to the motor shaft, while the container for the test fluid in which the cylinders are placed is mounted on a plate in the base of the rack, the measuring system is additionally contains a wattmeter included in the electric motor power circuit to record the power consumption to overcome the resistance of the liquid to rotation cylinder, temperature sensor of the test liquid, and the output of the wattmeter and the temperature sensor are electrically connected to the control board installed in the housing with software that controls the speed of the electric motor, collects data from the wattmeter, temperature sensor and speed sensor built into the electric motor, converts these data using software in torque, shear rate, viscosity, dynamic and static shear stress, and display measurement results installed on the case and connected to the control board, while the case also has a button control unit connected to the control board, including a button for turning the motor on / off, a button for selecting the rotation speed of the measuring cylinder, a button for outputting measurement results to a printer, for connecting which in the lower part of the case is a dual port with the ability to connect a personal computer through it for external control of the viscometer.

Согласно полезной модели, корпус снабжен П-образным креплением на его стенке с винтовым фиксатором, взаимодействующим со стойкой, при этом в боковинах крепления выполнены отверстия, охватывающие стойку.According to a utility model, the housing is equipped with a U-shaped mount on its wall with a screw lock interacting with the strut, with holes covering the strut made in the sides of the mount.

Согласно полезной модели, к корпусу снизу прикреплен стопор, взаимодействующий с Г-образным пазом, выполненным в верхней части наружного цилиндра и образующим со стопором замковый захват.According to a utility model, a stop is attached to the bottom of the housing, interacting with a L-shaped groove made in the upper part of the outer cylinder and forming a locking grip with the stop.

На фиг. 1 схематично представлен ротационный вискозиметр, общий вид; на фиг. 2 показана функциональная схема управления ротационным вискозиметром.In FIG. 1 is a schematic representation of a rotational viscometer, general view; in FIG. 2 shows a functional control diagram of a rotational viscometer.

Ротационный вискозиметр содержит плиту 1 с установленной на ней стойкой 2, на которой с возможностью вертикального перемещения и фиксации установлен корпус 3, снабженный П-образным креплением 4 типа скобы на его стенке с винтовым фиксатором 5. При этом в боковинах П-образного крепления выполнены отверстия, охватывающие стойку, а винтовой фиксатор 5 установлен в резьбовом отверстии скобы. В корпусе 3 на основании 6 установлен электродвигатель 7 с цифровой регулировкой скорости вращения вала, например шаговый электродвигатель, а снизу на корпусе с помощью замкового захвата зафиксирован с возможностью снятия неподвижный наружный цилиндр 8, снабженный в верхней части Г-образным пазом 9, в который заведен прикрепленный снизу к основанию 6 корпуса стопор 10, образующий с Г-образным пазом 9 замковый захват. Приводной вал 11 через муфту 12 и вал 13 соединен резьбовым соединением с измерительным цилиндром 14, выполненным с вертикальными насечками. При этом неподвижный наружный цилиндр 8 и внутренний измерительный цилиндр 14 погружены в емкость 15, заполненную исследуемой жидкостью, в которую помещен датчик температуры 16.The rotational viscometer comprises a plate 1 with a stand 2 installed on it, on which a body 3 is mounted with the possibility of vertical movement and fixing, equipped with a U-shaped fastener 4 of a bracket type on its wall with a screw lock 5. At the same time, holes are made in the sides of the U-shaped fastener covering the rack, and a screw lock 5 is installed in the threaded hole of the bracket. In the housing 3, on the base 6, an electric motor 7 is installed with digital adjustment of the shaft rotation speed, for example, a stepper motor, and a fixed external cylinder 8, equipped with a L-shaped groove 9 in which a stopper 10 attached to the bottom of the base 6 of the housing, forming a locking grip with a L-shaped groove 9. The drive shaft 11 through the clutch 12 and the shaft 13 is connected by a threaded connection to the measuring cylinder 14, made with vertical notches. In this case, the stationary outer cylinder 8 and the inner measuring cylinder 14 are immersed in a container 15 filled with the test liquid, in which the temperature sensor 16 is placed.

На лицевой панели корпуса установлен выключатель питания 17. В электрическую цепь питания электродвигателя 7 встроен ваттметр 18, регистрирующий изменение мощности в зависимости от сопротивления исследуемой жидкости вращению измерительного цилиндра 14, причем выход ваттметра соединен с установленной в корпусе платой управления 19, которая также связана с датчиком температуры 16. Плата управления 19 осуществляет управление оборотами электродвигателя, сбор и преобразование данных с ваттметра 18 и датчика 16 с помощью программного обеспечения в параметры качества бурового раствора, в частности, в крутящий момент, скорость сдвига, вязкость, динамическое и статическое напряжение сдвига, а также осуществляет вывод результатов измерений на дисплей 20, установленный на лицевой панели корпуса. Кроме того, на лицевой панели корпуса также расположен связанный с платой управления 19 кнопочный блок управления, включающий кнопку 21 для включения/выключения электродвигателя, кнопку 22 выбора скорости вращения измерительного цилиндра, кнопку 23 вывода результатов измерений на принтер 24, а в нижней части корпуса расположен порт 25 для подключения принтера 24, либо персонального компьютера 26 для внешнего управления вискозиметром.A power switch 17 is installed on the front panel of the housing. A wattmeter 18 is built into the electric power supply circuit of the electric motor 7, which registers the change in power depending on the resistance of the test fluid to the rotation of the measuring cylinder 14, and the output of the wattmeter is connected to a control board 19 installed in the housing, which is also connected to the sensor temperature 16. The control board 19 controls the speed of the electric motor, collecting and converting data from the power meter 18 and the sensor 16 using software in the quality parameters of the drilling fluid, in particular at torque, shear rate, viscosity, dynamic and static shear stress, and also displays measurement results on a display 20 mounted on the front panel of the housing. In addition, on the front panel of the case there is also a button control unit connected to the control board 19, including a button 21 for turning on / off the electric motor, a button 22 for selecting the rotation speed of the measuring cylinder, a button 23 for outputting the measurement results to the printer 24, and at the bottom of the case port 25 for connecting the printer 24, or a personal computer 26 for external control of the viscometer.

Ротационный вискозиметр работает следующим образом.A rotational viscometer operates as follows.

При подготовке к работе измерительный цилиндр 14 соединяют с валом 13, который через муфту 12 соединяют с приводным валом 11. На основании 6 корпуса фиксируют неподвижный наружный цилиндр 8 посредством Г-образного паза 9 и стопора 10, и опускают корпус вниз для погружения наружного 8 и измерительного 14 цилиндров в заранее подготовленную емкость 15 с исследуемой жидкостью, в которую помещают датчик температуры 16. Корпус 3 фиксируют на стойке 2 винтовым фиксатором 5.In preparation for operation, the measuring cylinder 14 is connected to the shaft 13, which is connected through the clutch 12 to the drive shaft 11. On the base 6 of the housing, the fixed outer cylinder 8 is fixed by means of the L-shaped groove 9 and the stopper 10, and the housing is lowered down to immerse the outer 8 and measuring 14 cylinders in a pre-prepared container 15 with the investigated fluid, in which the temperature sensor is placed 16. The housing 3 is fixed on the rack 2 with a screw lock 5.

Прибор подключают к электрической сети, выбирают необходимую скорость вращения с помощью кнопки 22 и кнопкой 21 запускают двигатель 7. При пуске электродвигателя 7 приводной вал 11 через муфту 12 и вал 13 приводит во вращение измерительный цилиндр 14. За счет вязкого трения в исследуемой жидкости на наружной поверхности измерительного цилиндра 14 с вертикальными насечками возникает сопротивление вращению, пропорциональное величине затрачиваемой мощности на вращение измерительного цилиндра 14.The device is connected to the electric network, the required rotation speed is selected using the button 22, and the engine 7 is started with the button 21. When the electric motor 7 is started, the drive shaft 11 drives the measuring cylinder 14 through the coupling 12 and the shaft 13. Due to the viscous friction in the test fluid on the outside the surface of the measuring cylinder 14 with vertical notches, resistance to rotation occurs, proportional to the amount of expended power on the rotation of the measuring cylinder 14.

Затрачиваемая мощность регистрируется на ваттметре 18, с последующим преобразованием ее посредством платы управления 19 и программного обеспечения в крутящий момент, скорость сдвига, вязкость, динамическое и статическое напряжение сдвига, которые в определенном масштабе выводятся на экран дисплея 20. Данные с датчика температуры 16 также передаются на плату управления и затем выводятся на дисплей.The consumed power is recorded on a wattmeter 18, with its subsequent conversion by means of a control board 19 and software into torque, shear rate, viscosity, dynamic and static shear stress, which are displayed on a display scale 20 at a certain scale. Data from temperature sensor 16 is also transmitted to the control board and then displayed.

Для получения указанных параметров качества бурового раствора измерения могут проводиться в диапазоне скоростей от 0,01 об/мин до 1200 об/мин. Погрешность измерений при этом минимальная, так как она не включает составляющую, зависящую от угла поворота измерительного цилиндра.To obtain the specified parameters of the quality of the drilling fluid, measurements can be carried out in the speed range from 0.01 rpm to 1200 rpm. The measurement error is minimal, since it does not include a component depending on the angle of rotation of the measuring cylinder.

Преимущество заявляемого ротационного вискозиметра по сравнению с известными аналогами заключается в улучшении эксплуатационных качеств за счет упрощения конструкции в связи с более рациональной системой измерения, исключающей измерительную пружину, шкалу, коробку передач и механизмы, увеличивающие габарит; за счет обеспечения одновременного измерения не менее трех параметров качества бурового раствора; обеспечения визуализации результатов на экране и внешнего управления вискозиметром с персонального компьютера; а также за счет выполнения измерений с меньшей погрешностью.The advantage of the inventive rotational viscometer in comparison with the known analogues is to improve performance by simplifying the design in connection with a more rational measurement system, excluding the measuring spring, scale, gearbox and mechanisms that increase the size; by ensuring the simultaneous measurement of at least three parameters of the quality of the drilling fluid; providing visualization of results on the screen and external control of the viscometer from a personal computer; and also due to the measurement with less error.

Технический результат, достигаемый полезной моделью, основан на указанных преимуществах и заключается в упрощении конструкции ротационного вискозиметра и повышении точности измерений.The technical result achieved by the utility model is based on these advantages and consists in simplifying the design of a rotational viscometer and improving the accuracy of measurements.

Claims

1. A rotational viscometer, comprising a housing with a drive installed in it, a measuring system comprising coaxially mounted cylinders rotatably from the drive, connected with measuring instruments, and a container for the test liquid, characterized in that the housing is mounted on a rack with a plate in the base, with the possibility of vertical movement and fixing, in the housing on its base there is an electric motor with digital control of rotation speed, and from the bottom side to the base of the housing is connected by ball grip a stationary outer cylinder, inside of which there is a measuring cylinder with vertical notches and a shaft connected through a coupling to the motor shaft, while the container for the test fluid in which the cylinders are placed is mounted on the base of the rack, the measuring system additionally contains a wattmeter included in the electric electric motor supply circuit for recording power consumption to overcome the resistance of the liquid to the rotation of the measuring cylinder, we test the temperature sensor liquid, and the output of the wattmeter and the temperature sensor are electrically connected to the control board installed in the housing with software that controls the speed of the electric motor, collects data from the wattmeter, temperature sensor and a speed sensor built into the electric motor, converts this data using software into torque , shear rate, viscosity, dynamic and static shear stress, and output of measurement results to a display mounted on the housing and connected to the plate control, while on the case there is also a button control unit connected to the control board, including a button for turning on / off the electric motor, a button for selecting the rotation speed of the measuring cylinder, a button for outputting measurement results to a printer, for which a double port is located in the lower part of the case, with the ability to connect a personal computer through it for external control of the viscometer.

2. The rotational viscometer according to claim 1, characterized in that the housing is equipped with a U-shaped mount on its wall with a screw lock interacting with the rack, while holes are provided in the sides of the mount, covering the rack.

3. The rotational viscometer according to claim 1, characterized in that a stop is attached to the bottom of the housing, interacting with a L-shaped groove made in the upper part of the outer cylinder and forming a locking grip with the stop.