Способ определения вязкости жидкости

Использование: в автоматизации технологического контроля производственых процессов в химической и нефтехимической промышленности, в частности в способе определения вязкости жидкости. Сущность изобретения: способ предусматривает отбор пробы жидкости и погружение ее в ротационный вискозиметр — винтовой насос. В момент измерения закрывают выход насоса и измеряют разность давлений в кольцевом зазоре насоса при вращении шнека с известной скоростью. Вязкость жидкости рассчитывают с использованием измеренной величины разности давлений и скорости вращения шнека. 1 ил.

Описание изобретения.

Изобретение относится к автоматизации технологического контроля производственных процессов в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ измерения вязкости жидкости на капиллярном вискозиметре, включающем шестеренчатый насос с термостатируемым капилляром и дифманометр, основанный на измерении перепада давления на капилляре при постоянном объемном расходе через него контролируемой жидкости. Как показывает опыт, эти вискозиметры не получили распространения в системах автоматического контроля технологических процессов. В реальных условиях эксплуатации, например в производстве полиэтилена, такие вискозиметры неработоспособны из-за забивки капилляра.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения вязкости легкорасслаивающихся суспензий на ротационном вискозиметре путем создания циркуляции суспензии в рабочем зазоре между коаксиальными цилиндрами за счет перепада давлений по высоте зазора и поддержания этого перепада на расчетном значении. Однако такие ротационные вискозиметры достаточно сложны по конструкции. Кроме того, необходимость регулирования перепада давления и поддержания его в расчетном интервале значений усложняет прототип, что в конечном счете ухудшает эксплуатационные характеристики таких вискозиметров, в частности надежность при измерении вязкости на потоке.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение его надежности.

Цель достигается тем, что в способе измерения вязкости на винтовом насосе с запорным органом на выходе нагнетательной камеры создают перепад давления, связанный с вращением шнека насоса и циркуляцией потока в зазоре между шнеком и корпусом насоса, перекрывают на момент контроля выход насоса и в установившемся режиме измеряют разность давлений ДР в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса, скорость вращения n шнека насоса и определяют вязкость з по формуле з=Ая ДP/n, где, А — постоянный коэффициент.

Способ контроля вязкости жидкости в технологическом потоке основан на таком режиме работы объемного насоса, параметры которого обеспечивают достоверное определение вязкости контролируемой жидкости. Такой режим создается при перекрытии нагнетательной камеры, то есть выхода насоса. В результате насос полностью теряет производительность и работает «на себя». В насосе возникает обратный циркуляционный поток, величина которого уравнивается прямым потоком. Расход этих потоков определяется по надежно измеряемым параметрам — скорости вращения шнека и напору, создаваемому насосом. В данном режиме в зоне измерения возникает наиболее интенсивный массообмен, что является необходимым условием для достоверного определения вязкости.

Устройство содержит термостат, привод винтового насоса, запорный орган с исполнительным механизмом, линии и соответственно подвода контролируемой жидкости к всасывающей камере и отвода жидкости на нагнетательной камере насоса, технологический объект с контролируемой жидкостью; датчик разности давлений в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса, датчик скорости вращения шнека насоса, вычислительное устройство.

" Чувствительным элементом" данного устройства является винтовой насос с приводом и с запорным органом на выходе насоса. Этот элемент помещают в термостат, которым обеспечивают изотермические условия контроля. Всасывающую и нагнетательную камеры насоса с помощью трубопроводов и подключают по схеме байпаса к технологическому объекту с контролируемой жидкостью.

Основной рабочей характеристикой насоса является зависимость между его производительностью и напором. Производительность Q винтового насоса определяют следующие потоки жидкости: прямой поток Qт под действием вращения шнека; обратный поток Qо (поток утечки в зазоре между корпусом насоса и гребнями нарезки шнека) под действием развиваемого напора Н. Зависимость величины Q от параметров такова:

Q=QтQo=4eDTn — aд3lсgHT/(mhL), (1).

где е — эксцентриситет (смещение оси червяка относительно оси канала корпуса насоса);

D — диаметр червяка;

Т — шаг винтовой поверхности корпуса насоса (Т = 2яt, t — шаг червяка);

n — скорость вращения червяка;

а — безразмерный постоянный коэффициент;

д, l — ширина и длина зазора по полосе замыкания поверхностей корпуса и червяка;

h — глубина канала;

L — длина канала (рабочей части винтового насоса);

сплотность жидкости;

g — ускорение свободного падения.

Коэффициент, а учитывает допущения, связанные с математическим описанием процесса утечки, т. е. циркуляционного потока, имеющего место в зазоре между корпусом насоса и червяком. Тем самым обеспечивается адекватность формулы (1) реальному процессу, а следовательно, и точность определения вязкости. Этот коэффициент определяют по опытным данным при калибровке конкретного насоса.

Из (1) по измеренным значениям режимных параметров Q, H и n рассчитывают вязкость з контролируемой жидкости. Однако измерение величины Q не просто. В то же время определение вязкости упрощается, если исключить расход жидкости по байпасу, сохранив при этом движение жидкости в корпусе насоса. Для этого перекрывают на время контроля выход напорной камеры; насос работает «на себя», т. е. его производительность нулевая Q = 0. Физически это означает уравнивание прямого и обратного потоков Qт = Qо. В данном режиме работы винтового насоса отпадает необходимость измерения величины Q и определение вязкости, согласно (1) и с учетом известного соотношения Н = ДР/(og), осуществляют по разности давлений ДР в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса и скорости n вращения червяка, то есть по формуле з = A *ДP/n, (2) где, А = ад3 l/(4eDhL) — константа.

При таком подходе точность определения искомой вязкости зависит от точности измерения величин ДР и n.

Включают привод, и насос через открытый запорный орган нагнетательной камеры перекачивает жидкость по байпасу. В некоторый момент времени перекрывают запорный орган. Спустя некоторый отрезок времени в вычислительном устройстве, на вход которого подают сигнал ДР от датчика и сигнал от датчика, по формуле определяют искомое значение з вязкости жидкости.