SU823978A1 - Устройство дл непрерывногоизМЕРЕНи В зКОСТи B пОТОКЕ - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерению вязкости жидкости и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования параметров материалов в трубопроводном транспорте. В связи с его развитием особое значение при-^ ^S обретает проблема измерения, контроля а регулирования вязкости перекачиваемой ;среды с целью повышения эффективности различных технологических процессов и снижения энергозатрат при транспортировке.

Известен вискозиметр для непрерывного измерения вязкости, основными элементами которого являются неподвижный и вращающийся цилиндры [1]. ,

Однако, он непригоден для измерений при давлении исследуемой среды более высоком, чем атмосферное, так как в этом случае необходимо уплотнять вал ротора,, что приведет к возникновению значительного и трудноучитываемого момента силы трения в уплотнениях, и, следовательно к снижению точности измерения.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является: ротационный вискозиметр, содержащий проточный корпус, вращающийся цилиндр, и расположенный эксцентрично с ним чувствительный элемент в виде дугообразной лопатки. Вращающийся цилиндр и расположенный подле его наружной поверхности чувствительный элемент образуют зазор, который сужается: в направлении вращения цилиндра, благодаря тому, что чувствительный элемент расположен эксцентрично относительно цилиндра. При непрерывном протекании через корпус измеряемой среды и одновременном вращении ротора поверхность последнего за счет вязкостных сил увлекает в зазор жидкость. В результате возникают силы, действующие перпендикулярно рабочей поверхности дугообразной лопатки. Усилие воспринимается стержнем и передается магнитоанизотропному преобразователю силы [2].

Недостатки данной конструкции заключаются в том, что необходимость уплотнения стержня приводит к тому, что часть энергии сигнала расходуется на преодоление сопротивления уплотнения, вследсг- ₅ вйе его жесткости, что снижает точность измерения.

Необходимо отметить, что при увеличении давления перекачиваемой среды, требуемая жесткость уплотнения стержня щ возрастает, что приводит к ее большему снижению точности измерения.

Кроме того, при выходе исследуемой среды из клиновидного зазора между вращающимся цилиндром и чувствительным 15 элементам, возникает внезапное расширение потока жидкости, что приводит к турбулизации потока и. возникновению дополнительных сил, действующих на чувствительный элемент и искажающих результа- 20 ты измерений. .

Степень турбулизации зависит от вязкости среды - меньшей вязкости соответствует большая степень турбулизации, .' Вследствие различного характера тем- 25 пературньтх деформаций вращающегося цилиндра и дугообразной лопатки невозможно сохранить постоянную величину зазора, что тоже приводит к понижению точности измерений. ₃₀

Неуравновешенная масса пластины также является источником искажения полезного сигнала при изменении положения вискозимера в пространстве, а также в условиях вибрации,.

Цепь изобретения - устранение отмеченных выше недостатков прототипа, т.е. обеспечение повышения точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для непрерывного измерения вязкости в потоке, содержащем впавдающийся цилиндр и расположенный эксцентрично с ним чувствительный элемент, устройство для фиксации чувствительного элемента и силоизмеритель, чувствительный ⁴⁵ элемент выполнен в виде полого цилиндра с отверстиями в торцовых стенках, а соч отношение линейных величин цилиндрбв и величины эксцентриситета между их осями определяется по формуле . ⁵⁰

4(К-Г-1)^Ш(Й-Г4-е)^</2 _ML U

O-R-lr-e г ® 4 * где € - эксцентриситет между осями 55 цилиндров, м;

R - радиус неподвижного измерительного цилиндра, м;

X - радиус вращающегося измерительного цилиндра, м;

АЦйи^{- минимальное} колебание вязко-г сти жидкбсти, на которое должен реагировать прибор, в с/м\

- разрешающая способность чувствительного элемента, т.е. минимальное изменение давления в зазоре между цилиндрами, на которое реагирует этот элемент, н/м³'; .

U - линейная скорость вращения цилиндра, м/с.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

В цилиндре 1, внутренняя поверхность которого является рабочей, эксцентрично расположен _х вращающийся цилиндр 2 с наружной рабочей поверхностью. Цилиндр 1 закреплен на стойках 3 в трубопроводе 4 с измеряемой жидкостью. На торцовых стенках цилиндра 1 имеются отверстия 5 для подвода жидкости и подшипника 6, в которых вращается вал цилиндра 2, соединенный с электродвигателем 7 посредством муфты 8. Силоиз— меритель 9, например тензодатчик, закреплен на цилиндре 1 и связан с пока. зывающим прибором 10 с помощью кабеля 11. Уплотнения 12 и 13 рассчитаны на максимальное давление жидкости в трубопроводе. Эксцентриситет, (расстояние между осями цилиндров 1 и 2) определяется в соответствии с форму·*' лой.

Вискозиметр работает следующим образом.

Электродвигатель 7 через муфту 8 приводит во вращение цилиндр 2. Благодаря тому, что цилиндр 2 установлен с эксцентриситетом, по отношению к неподвижному цилиндру 1 между их рабочими замкнутыми цилиндрическими поверхностями образуется клиновой' зазор. При вращении цилиндра 2 часть текущей по трубопроводу жидкости через отверстия 5 затягивается в клиновой: зазор между цилиндрами, где возникает повышенное давление, по которому судят о вязкости исследуемой жидкости.

В результате этого давления деформируется цилиндр 1, что воспринимается чувствительным элементом 9, который преобразует полезный сигнал в виде давления в электрический импульс, воспринимаемый прибором 10. Мощность электродвигателя 7 выбирается таким образом,

8239 /6 чтобы обеспечить, постоянное число оборотов цилиндра 2 во всем диапазоне изменения, параметров текущей по трубопроводу 4 жидкости.

Конструкция вискозиметра,'благодаря наличию отверстий 5, обеспечивает постоянную смену жидкости в рабочем зазоре и практически безинерционносгь измерений.

Работоспособность предлагаемого вискозиметра была проверена на опытном вискозиметре с радиусом цилиндра R =0,223м и г =0,175 м. В качестве силоизмеригеля использован образцовый манометр' с пределами измерений 0-0,5 атм (О-Б-ДО^н/м²). >

Погрешность измерения им составляет 0,5%, т.е. О,25«1О³н/м^ Нами была задана разрешающая способность манометра Р^ =0,5,-10^/^4. Внутренний цилиндр приводился во вращение двигателем с числом. оборотов и=750 об/мин, линейная скорость вращения цилиндра U составляла 12,5 м/с. Исследования проводили на глицерине при температуре 18°С, вязкость глицерина была равна /1^=13,9 пуаз = 1,39 н-с/м4

В качестве исходного условия было задано, что вискозиметр должен реагировать на изменение вязкости в пределах 10%, т.е. 1,39:1ο·¹ н «с/м². Таким образом, минимальное колебание вязкости гпицерина составило /^Аг⁼1«³^'19^н1с./м^а. Подставив значения Р_г , И, в фор!

мулу, получаем, что соотношение линейных размеров цилиндра вискозиметра и величины эксцентриситета между их осями ограничено следующими пределами

2R-<2.r-€ Г ^{L J} откуда для заданных значений радиусов цилиндров R и ν' получили величину эксцентриситета

В 0,046 м = 46 мм.

Во время опытов изменяли величину эксцентриситета Е между цилиндрами, при этом для (?£=46 мм вискозиметр реагировал на изменение вязкости глицерина на 0,24 н· с/м4 а при эксцентриситете

г. 46 мм образцовый манометр на та5 <ое изменение не реагировал.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение точности измерения.

1Р

Claims (2)

1. ., ...1 Изобретение огносигс  к измерению в зкости жидкости и может быть использовано в системах автоматического контрол  и регулировани  параметров материалов в трубопроводном транспорте. В св  зи с его развитием особое значение приобретает проблема измерени , контрол  и регулировани  в зкости перекачиваемой i среды с целью повышени  эффективности различных технологических процессов и снижени  энергозатрат при транспсч ировке . Известен вискозиметр дл  непрерывно го измерени  в зкости, основными элемен тами которого  вл ютс  неподвижный и вращающийс  цилиндры 1., Однако, он непригоден дл  измерений при давлении исследуемой среды более высоком, чем атмосферное, так как в этом случае необходимо уплотн ть вал ротора,, что приведет к возникновению значительного и трудноучитываемого момента силы трени  в уплотнени х, и,. следовательно к снижению точности не- мерени . Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс : ротацнсмньй вискозиметр, содержащий проточный корпус, вращающийс  цилиндр, и расположенный эксцентрично с ним чувствительный элемент в виде дугообразной лопатки . Вращающийс  цилиндр и расположенный подле его наружной поверхности чувствительный элемент образуют зазор, который сужаетс : в направлении вращени  цилиндра, благодар  тому, что чув ствительньй элемент расположен эксцентрично относительно цилиндра. При непрерывном протекании через корпус измер е мой среды и одновременном вращении ротора поверхность последанег-о за счет в зкостных силувлекает в зазор жидкость. В результате возникают силы, действующие перпендикул рно рабочей поверхности дугообразной лопатки. Усилие воспринимаетс  стержнем и передаетс  магнитоанизотропному преобразователю . 3б Недосгаткк данной конструкции заключаюгс  в том, что необходимость уплотнени  стержн  приводит к тому, что част энергии сигнала расходуетс  на преодоление сопротивлени  уплотнени , вследствне его жесткости, что снижает точность измерени . Необходимо отметить, что при увеличении давлени  перекачиваемой среды, требуема  жесткость уплотнени  стержн  возрастает, что приводит к ее большему снижению точности измерени . Кроме того, при выходе исследуемой среды из клиновидного 3a3qja между вращающимс  цилиндром и чувствительным элементЬм, возникает внезапное расширение потока жидкости, что приводит к тур- булйзации потока и возникновению дополнительных сил, действующих на чувствительный элемент и искажающих результаты измерений.. Степень турбулизации зависит от в зКости среды - меньшей в зкости соответствует больша  степень турбулизации, ; Вследствие различного характера температурных деформаций вращающегос  цилиндра и дугообразной лопатки невозможно сохранить посто нную величину зазора , что тоже приводит к понижению точности измерений. Неуравновешенна  масса пластины так же  вл етс  источником искажени  полезного сигнала при изменении положени  вискозимера в простр стве, а также в у лови х вибрации., Цёдь изобретени  - устранение отмеченных вьш1е недостатков прототипа, т.е. обеспечение повышени  точности измерений . Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  непрерьшного измерени  в зкости в потоке, содержащем воащаю . щййс  цилиндр и расположенньй эксцентрично с ним чувствительный элемент, уст ройство дл  фиксации чувствительного эле мента и силоизмеритель, чувствительный элемент выполнен в вйде полого цилиндра с отверсти ми в торцовых стенках, а сон отношение линейных величин цилиндрбв и величины эксцентриситета между их ос ми определ етс  по формуле 4(К- -1} СЙГ4е) A1tHn Р1 а -аг-е -эксцентриситет между ос ми цилйндров,м; -радиус неподвижного измерительного цилиндра, м; в 1 - радиус вращающегос  измерительного цилиндра, м| - минимальное колебание в зког сти жидкЪсти, на которое должен реагировать прибор, R Р - разрешающа  способность чув . ствительного элемента, т.е. минимальное изменение давлени  в зазоре между цилиндрами , на которое реагирует этот элемент, н/м ; . и - линейна  скорость вращени  цилиндра, м/с. На чертеже изображено предлагаемое устройство. В цилиндре 1, внутренн  .поверхность которого  вл етс  рабочей, эксцентрично расположен вращающийс  цилиндр 2 с наружной рабочей поверхностью. Цилиндр 1 закреплен на стойках 3 в трубопроводе 4 с измер емой жидкостью. На торцовых стенках цилиндра 1 имеютс  отверсти  5 дл  подвода жидкости и подшипника 6, в которых вращаетс  вал цилиндра 2, соединенный с электродвигателем 7 посредством муфты 8„ Силоиз- меритель 9, на1фимер тензодатчик, закреплен на цилиндре 1 и св зан с показывающим сфибсром 10 с помощью кабел  11. Уплотнени  12 и 13 рассчитаны на максимальное давление жидкости в трубопроводе. Эксцентриситет, (рассто ние между ос ми цилинщ)ов 1 и 2) определ етс  в соответствии с фсрму лой. Вискозиметр работает следующим образом . Электродвигатель 7 через муфту 8 . . приводит во вращение цилиндр 2. Благодар  тому, что цилин ф 2 установлен с ксцентриситетом, по отношению к неподвижному цилиндру 1 между их рабочими замкнутыми цилиндрическими поверхност ми образуетс  клиновой зазор. При вращении цилиндра 2 часть текущей по трубопроводу жидкости через отверсти  5 зат гиваетс  в -клиновой; зазор между ципкнарамк , где возникает повьшгенное давление , по которому суд т о в зкости исследуемой жидкости. В результате этого давлени  деформируетс  цилиндр 1, что воспринимаетс  чувствительным элементом 9, котсрый преобразует полезньй сигнал в виде давлени  в эл1ектрический импульс, воспринимаемый прибором 10. Мощность электродвигател  7 выбираетс  таким образом. чтобы обеспечить, посто нное число оборо тов цилиндра 2 во всем диапазоне изменени  параметров текущей по трубопроводу 4 жидкости. Конструкци  вискозиметра,благодар  наличию отверстий 5, обеспечивает посто нную смену жидкости в рабочем зазоре и практически безинерционность измерений . Работоспособность предлагаемого вискозиметра была проверена на опытном ви козиметре с радиусом цилиндра и 0,223 и г О, 175 м, В качестве силоизмернте- л  использован образцовый манометр с пределами измерений 0-0,5 атм (0-5510 VM). Погрешность измерени  им составл ет 0,5%, т.е. О,2510 н/мЯ Нами была задана разрешающа  способность манометра Р О,5;1О н/м . Внутренний цилиндр приводилс  во вращение двигателем с числом , оборотов об/мин, линейна  скорость вращени  цилиндра U составл ла 12,5 м/с. Исследовани  проводили на глицерине при температуре iB°C, в зкость глицерина была равна 13,9 пуаз 1,39 н-с/м. В качестве исходного услови  было задано, что вискозиметр должен реагировать на изменение в зкости в пределах 10%, т.е. 1,39:10 н.с/м. Таким образом , минимальное колебание в зкости гпицерина составило 1,)С./ Подставив значени  1 , И, , в фор1 мулу, получаем, что соотношение линейных размеров цилиндра вискозиметра и величины эксцентриситета между их ос ми ограничено следующими пределами 4(.,вд,.,,откуда дл  заданных значений радиусов цилиндров R и v величину эксцентриситета В : О,О46 м 46 мм. Во врем  опытов измен ли величину эксцентриситета g между цилиндрами. 8 при этом дл  мм вискозиметр реагировал на изменение в зкости глицерина на 0,24 , а при эксцентриситете t 46 мм образцовый манометр на изменение не реагировал. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение точности измерени . Формула изобретени Устройство дл  непрерывного измерени  в зкости в потоке, содержащее вращаюшийс  цилиндр,, и расположенный эксцентрично с ним чувствительный элемент, устройство дл  фиксации чувствительного элемента и силоизмеритель, отличающеес  тем, что, с целью пежышени  точности измерений, чувствительный элемент выполнен в виде полого цилиндра с отверсти ми в торцовых стенках, а соотношение линейных к размеров, цилин/цзов и величины эксцентриситета между их ос ми осфедел етс  по формуле A() () е Jft 2R-ar-eV 4 -де В - эксцентриситет между ос ми цилиндров; R - радиус неподвижного измерительного цилиндра; - радиус вращающегос  измерительного цилиндра; JUty.y - минимальное ; колебание в зкост , на котсрое должен реагировать вискозиметр; ру. - разрешающа  способность чувствительного элемента; U - линейна  скорость вращени  цилиндра. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ .. кл. G 01N 11/14,L974.
2. 2.Авторское свидетельство СССР N 380995, кл. q О1 N 11/14, 1971 (прототип).

   I 5 Z

   6 3