一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，包括流變特性測量系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)；所述流變特性測量系統(tǒng)包括流變儀主機、流變儀升降裝置、剛玉轉(zhuǎn)子、剛玉管和可升降的剛玉坩堝，流變儀主機固定于流變儀升降裝置上，流變儀主機的底部安裝有連接桿，連接桿穿過流變儀升降裝置的底板與剛玉轉(zhuǎn)子連接，剛玉管固定安裝于流變儀升降裝置的底板的下端，底部下端的連接桿和剛玉轉(zhuǎn)子伸入剛玉管內(nèi)；剛玉坩堝安裝于下端的卡槽剛玉棒頂端的槽內(nèi)，卡槽剛玉棒固定于升降裝置上；所述剛玉管兩端貫通，卡槽剛玉棒帶動剛玉坩堝上升伸入剛玉管內(nèi)；本實用新型能滿足最高溫度1650℃，爐膛內(nèi)部壓力能達到4.0MPa，能滿足多氣氛及真空條件的測試。
【專利說明】一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及流變儀技術(shù)，特別是一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源危機、工業(yè)化生產(chǎn)自動化程度愈來愈高的當(dāng)今時代，粘度計量在國民經(jīng)濟的地位與作用更加明顯。目前用于計量粘度的設(shè)備以流變儀為最佳選擇，現(xiàn)有的流變儀包括旋轉(zhuǎn)流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀、毛細管流變儀等。流變儀的功能比較齊全，不僅能夠測定聚合物熔體、聚合物溶液等多種流體的粘度，而且可以測量流體的流動、流變等特性。
[0003]流變儀可應(yīng)用在石油化工、鋼鐵冶金、油井水泥等眾多領(lǐng)域。在油、氣井現(xiàn)場，現(xiàn)場需要模擬加壓的井下環(huán)境、進行快速粘度測試，包括壓裂液、鉆井泥漿、水泥等，都需要在高溫模擬井下的條件；在石油化工行業(yè)，大型化工爐內(nèi)高溫熔體的黏度、流動及流變特性實時參數(shù)對化工爐正常連續(xù)運行有很強的指導(dǎo)意義，直接影響化工爐窯的安全生產(chǎn)；在鋼鐵冶金行業(yè)中，經(jīng)常研究鋼坯在熱壓縮變形過程中流變應(yīng)力行為的變化規(guī)律，來保證樣品質(zhì)量和成型性能等等。
[0004]目前，現(xiàn)有的流變儀能測試壓力達4Mpa的功能很有限，而且最高溫度只能達到3000C ;而且較好的高溫高壓流變儀產(chǎn)品價格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作較困難，同時不能兼顧高溫與高壓要求，對于苛刻條件下的測試還存在一定的困難。
[0005]基于此，需要提出一種更高使用溫度、多氣氛條件下滿足多種高溫熔體的粘度、流動和流變特性測試和計量的高溫流變儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)能同時滿足于石油、化工、電力、冶金等眾多行業(yè)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型針對現(xiàn)有高溫流變儀技術(shù)存在的缺陷和不足，開發(fā)一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，能夠滿足超高溫條件同時能適用于真空及多氣氛(惰性、還原性、氧化性氣體)條件下，對牛頓流體和非牛頓流體的流動性和流變性測試，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，價格低廉。
[0007]為了達到上述技術(shù)要求，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0008]一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:包括流變特性測量系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，流變特性測量系統(tǒng)安裝于加熱系統(tǒng)的上端；
[0009]所述流變特性測量系統(tǒng)包括流變儀主機、流變儀升降裝置、剛玉轉(zhuǎn)子、剛玉管和可升降的剛玉坩堝，流變儀主機固定于流變儀升降裝置上，流變儀主機的底部安裝有連接桿，連接桿穿過流變儀升降裝置的底板與剛玉轉(zhuǎn)子連接，剛玉管固定安裝于流變儀升降裝置的底板的下端，底部下端的連接桿和剛玉轉(zhuǎn)子伸入剛玉管內(nèi)；所述剛玉坩堝的下端設(shè)置有卡槽剛玉棒，剛玉纟甘禍安裝于卡槽剛玉棒頂端的槽內(nèi)，卡槽剛玉棒下端固定于升降裝置上；所述剛玉管兩端貫通，卡槽剛玉棒帶動剛玉坩堝上升伸入剛玉管內(nèi)。
[0010]所述卡槽剛玉棒底端設(shè)置有密封法蘭，通過密封法蘭和剛玉管底部設(shè)置的連接法蘭連接固定。
[0011]為了減少剛玉轉(zhuǎn)子和流變儀主機之間的導(dǎo)熱、增大導(dǎo)熱熱阻，連接桿采用導(dǎo)熱系數(shù)極低且耐溫特性好的氧化鎬材料制成。
[0012]剛玉轉(zhuǎn)子與連接桿通過鉬金絲或者鎢絲穿孔連接，適合剛玉轉(zhuǎn)子深入坩堝中的流體表面下承受高溫。
[0013]所述加熱系統(tǒng)固定于支架上端，加熱系統(tǒng)采用特制高溫爐，主要由加熱棒、溫度傳感器、絕熱耐火材料及加熱爐外殼組成。采用獨特的PID溫度控制系統(tǒng)，有分段加熱以及過溫報警保護等功能，溫度測量精確，能夠快速升降溫，長期工作溫度為1650°C。爐子進口處配有水冷系統(tǒng)，避免爐口過熱。所述高溫爐的爐膛中間設(shè)置有圓柱形的間隙，間隙的直徑略大于剛玉坩堝的直徑，圓柱形的間隙的大小于剛玉坩堝的大小相適配，通過圓柱形的間隙將高溫爐爐膛和流變特性測量系統(tǒng)分離，并且間隙內(nèi)部的自然對流較小，完全可以滿足流變特性測量系統(tǒng)在溫度不超標(biāo)的前提下正常工作。
[0014]為了保證嚴(yán)格氣氛條件下的測試環(huán)境，所述懸吊式高溫高壓流變儀系統(tǒng)還設(shè)置有氣氛控制系統(tǒng)，氣氛控制系統(tǒng)包括鋼化玻璃罩、進氣管、冷卻套、泄壓閥；鋼化玻璃罩罩于流變儀主機上，固定于流變儀升降裝置的底板上端，鋼化玻璃罩頂部安裝泄壓閥和管路；進氣管連接于流變儀升降裝置的底板設(shè)置的進氣管孔。
[0015]系統(tǒng)在使用前可以預(yù)抽真空，再通入所需要的氣氛氣體。在加熱過程中鋼化玻璃罩和流變儀升降裝置的底板形成了一個密封空間，當(dāng)該密封空間內(nèi)的壓力過高時，通過鋼化玻璃罩頂部的泄壓閥來安全泄壓，在試驗臺架周圍安裝有氣氛氣體測試儀，可以在發(fā)生泄漏事故后報警。
[0016]進氣管與進氣管孔的連接處采用密封螺紋連接方式，底板采用不銹鋼板，底板與剛玉管連接，此處可使用循環(huán)水冷降低剛玉管上部溫度，保護流變儀的電子部分，避免過熱。在鋼化玻璃罩流變儀的上方也配有冷卻水管，進一步加強流變儀的電子部分過熱保護，達到降低流變儀工作溫度的目的，使試驗更加安全。
[0017]所述流變儀升降裝置和進爐升降裝置均分別采用步進電機控制。
[0018]整套系統(tǒng)的工作過程為:首先將連接桿與剛玉轉(zhuǎn)子用鉬金絲或鎢絲孔隙緊固，整體從密封底板上的連接桿孔穿下，上端通過掛鉤連接流變儀主機后，將密封鋼化玻璃罩蓋住密封嚴(yán)實。將測試樣品放置在剛玉坩堝，坩堝放在卡槽剛玉棒的上端槽內(nèi)，啟動步進電機通過進爐升降裝置將卡槽剛玉棒及坩堝送入爐膛中央的剛玉管內(nèi)，待上升至適當(dāng)位置，用密封法蘭與連接法蘭固定。剛玉管上端與密封底板的法蘭固定連接，下端與加熱爐底板法蘭固定連接，在設(shè)備正常期間，不需每次安裝。若有氣氛要求，可由進氣管孔通入所需氣體，將密封鋼化玻璃罩和剛玉管內(nèi)充氣至指定壓力。待以上步驟準(zhǔn)備就緒后打開各支路循環(huán)冷卻水管開關(guān)，啟動高溫爐按照預(yù)先設(shè)定好的升溫程序升溫至指定溫度，待被測樣品呈為熔融狀態(tài)后，啟動步進電機控制流變儀升降裝置，通過精確定位將轉(zhuǎn)子降至坩堝被測熔體液面下。啟動流變儀測量，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子進行測試。測試完畢后，打開泄壓閥，控制樣品升降裝置提出轉(zhuǎn)子待爐子溫度降至室溫。
[0019]本實用新型的有益效果如下:
[0020]所述流變儀系統(tǒng)能滿足最高溫度1650°C、采用充壓系統(tǒng)及壓力傳感器對爐膛進行充壓，通過調(diào)整充氣閥門使?fàn)t膛內(nèi)部壓力能達到4.0MPa，滿足了多氣氛及真空條件測試；[0021]所述流變儀系統(tǒng)能自動定時采集計量點用氣量、氣氛或真空參數(shù)、被測樣品瞬時的黏度值及轉(zhuǎn)子扭矩、剪切力等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、完整性、及時性和可靠性，為計量提供準(zhǔn)確依據(jù)；
[0022]所述流變儀系統(tǒng)樣品的進爐與出爐、流變儀升降均通過步進電機預(yù)定位對測量系統(tǒng)的控制，控制系統(tǒng)通過引線采用單獨的控制柜，電動預(yù)定位系統(tǒng)用于樣品精確定位，控制精度可達±0.1_，可實現(xiàn)試驗過程的操作方便性及精確性，同時采用高準(zhǔn)確度、實時性強的專用數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集；
[0023]所述流變儀系統(tǒng)中是通過三根異形剛玉固定桿緊扣樣品坩堝，懸吊于剛玉管內(nèi)，通過控制升降裝置將密封后的剛玉管送至高溫爐爐膛內(nèi)部；
[0024]所述高溫高壓流變儀系統(tǒng)采用先進密封技術(shù)，可對系統(tǒng)進行預(yù)抽真空，也能保證嚴(yán)格氣氛條件下(還原性、氧化性、惰性氣體氣氛)高溫熔體黏度、流動和流變特性的測試環(huán)境，適用于對牛頓流體和非牛頓流體的流動性和流變性測試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]其中，附圖標(biāo)記為:I流變儀主機，2流變儀升降裝置，3鋼化玻璃罩，4底板，5連接桿，6連接法蘭，7剛玉管，8剛玉轉(zhuǎn)子，9高溫爐，10支架，11卡槽剛玉棒，12密封法蘭，13進爐升降裝置。
【具體實施方式】
[0027]如附圖1所示，一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)包括流變特性測量系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，流變特性測量系統(tǒng)安裝于加熱系統(tǒng)的上端；
[0028]所述流變特性測量系統(tǒng)包括流變儀主機1、流變儀升降裝置2、剛玉轉(zhuǎn)子8、剛玉管7和可升降的剛玉坩堝，流變儀主機I固定于流變儀升降裝置2上，流變儀主機I的底部安裝有連接桿5，連接桿5穿過流變儀升降裝置2的底板4與剛玉轉(zhuǎn)子8連接，剛玉管7固定安裝于流變儀升降裝置2的底板4的下端，底部下端的連接桿5和剛玉轉(zhuǎn)子8伸入剛玉管7內(nèi)；所述剛玉坩堝的下端設(shè)置有卡槽剛玉棒11，剛玉坩堝安裝于卡槽剛玉棒11頂端的槽內(nèi)，卡槽剛玉棒11下端固定于升降裝置上；所述剛玉管7兩端貫通，卡槽剛玉棒11帶動剛玉坩堝上升伸入剛玉管7內(nèi)。
[0029]所述卡槽剛玉棒11底端設(shè)置有密封法蘭12，通過密封法蘭12和剛玉管7底部設(shè)置的連接法蘭6連接固定。
[0030]為了減少剛玉轉(zhuǎn)子8和流變儀主機I之間的導(dǎo)熱、增大導(dǎo)熱熱阻，連接桿5采用導(dǎo)熱系數(shù)極低且耐溫特性好的氧化鎬材料制成。
[0031]剛玉轉(zhuǎn)子8與連接桿5通過鉬金絲或者鎢絲穿孔連接，適合剛玉轉(zhuǎn)子8深入坩堝中的流體表面下承受高溫。
[0032]所述加熱系統(tǒng)固定于支架10上端，加熱系統(tǒng)采用特制高溫爐9，主要由加熱棒、溫度傳感器、絕熱耐火材料及加熱爐外殼組成。采用獨特的PID溫度控制系統(tǒng)，有分段加熱以及過溫報警保護等功能，溫度測量精確，能夠快速升降溫，長期工作溫度為1650°C。爐子進口處配有水冷系統(tǒng)，避免爐口過熱。所述高溫爐9的爐膛中間設(shè)置有圓柱形的間隙，間隙的直徑略大于剛玉坩堝的直徑，圓柱形的間隙的大小于剛玉坩堝的大小相適配，通過圓柱形的間隙將高溫爐9爐膛和流變特性測量系統(tǒng)分離，并且間隙內(nèi)部的自然對流較小，完全可以滿足流變特性測量系統(tǒng)在溫度不超標(biāo)的前提下正常工作。
[0033]為了保證嚴(yán)格氣氛條件下的測試環(huán)境，所述懸吊式高溫高壓流變儀系統(tǒng)還設(shè)置有氣氛控制系統(tǒng)，氣氛控制系統(tǒng)包括鋼化玻璃罩3、進氣管、冷卻套、泄壓閥；鋼化玻璃罩3罩于流變儀主機I上，固定于流變儀升降裝置2的底板4上端，鋼化玻璃罩3頂部安裝泄壓閥和管路；進氣管連接于流變儀升降裝置2的底板4設(shè)置的進氣管孔。
[0034]系統(tǒng)在使用前可以預(yù)抽真空，再通入所需要的氣氛氣體。在加熱過程中鋼化玻璃罩3和流變儀升降裝置2的底板4形成了一個密封空間，當(dāng)該密封空間內(nèi)的壓力過高時，通過鋼化玻璃罩3頂部的泄壓閥來安全泄壓，在試驗臺架周圍安裝有氣氛氣體測試儀，可以在發(fā)生泄漏事故后報警。
[0035]進氣管與進氣管孔的連接處采用密封螺紋連接方式，底板4采用不銹鋼板，底板4與剛玉管7連接，此處可使用循環(huán)水冷降低剛玉管7上部溫度，保護流變儀的電子部分，避免過熱。在鋼化玻璃罩3流變儀的上方也配有冷卻水管，進一步加強流變儀的電子部分過熱保護，達到降低流變儀工作溫度的目的，使試驗更加安全。
[0036]所述流變儀升降裝置2和進爐升降裝置13均分別采用步進電機控制。
[0037]整套系統(tǒng)的工作過程為:首先將連接桿5與剛玉轉(zhuǎn)子8用鉬金絲或鎢絲孔隙緊固，整體從密封底板4上的連接桿5孔穿下，上端通過掛鉤連接流變儀主機I后，將密封鋼化玻璃罩3蓋住密封嚴(yán)實。將測試樣品放置在剛玉坩堝，坩堝放在卡槽剛玉棒11的上端槽內(nèi)，啟動步進電機通過進爐升降裝置13將卡槽剛玉棒11及坩堝送入爐膛中央的剛玉管7內(nèi)，待上升至適當(dāng)位置，用密封法蘭12與連接法蘭6固定。剛玉管7上端與密封底板4的法蘭固定連接，下端與加熱爐底板4法蘭固定連接，在設(shè)備正常期間，不需每次安裝。若有氣氛要求，可由進氣管孔通入所需氣體，將密封鋼化玻璃罩3和剛玉管7內(nèi)充氣至指定壓力。待以上步驟準(zhǔn)備就緒后打開各支路循環(huán)冷卻水管開關(guān)，啟動高溫爐9按照預(yù)先設(shè)定好的升溫程序升溫至指定溫度，待被測樣品呈為熔融狀態(tài)后，啟動步進電機控制流變儀升降裝置2，通過精確定位將轉(zhuǎn)子降至坩堝被測熔體液面下。啟動流變儀測量，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子進行測試。測試完畢后，打開泄壓閥，控制樣品升降裝置提出轉(zhuǎn)子待爐子溫度降至室溫。
【權(quán)利要求】
1.一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:包括流變特性測量系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，流變特性測量系統(tǒng)安裝于加熱系統(tǒng)的上端；所述流變特性測量系統(tǒng)包括流變儀主機(I)、流變儀升降裝置(2)、剛玉轉(zhuǎn)子(8)、剛玉管(7)和可升降的剛玉坩堝，流變儀主機(I)固定于流變儀升降裝置(2)上，流變儀主機(I)的底部安裝有連接桿(5)，連接桿(5)穿過流變儀升降裝置(2)的底板(4)與剛玉轉(zhuǎn)子(8)連接，剛玉管(7)固定安裝于流變儀升降裝置(2)的底板(4)的下端，底部下端的連接桿(5)和剛玉轉(zhuǎn)子(8)伸入剛玉管(7)內(nèi)；所述剛玉坩堝的下端設(shè)置有卡槽剛玉棒(11)，剛玉坩堝安裝于卡槽剛玉棒(11)頂端的槽內(nèi)，卡槽剛玉棒(11)下端固定于升降裝置上；所述剛玉管(7)兩端貫通，卡槽剛玉棒(11)帶動剛玉坩堝上升伸入剛玉管(7)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:所述卡槽剛玉棒(11)底端設(shè)置有密封法蘭(12)，通過密封法蘭(12)和剛玉管(7)底部設(shè)置的連接法蘭(6)連接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:所述連接桿(5)采用氧化鎬制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:剛玉轉(zhuǎn)子(8)與連接桿(5)通過鉬金絲或者鎢絲穿孔連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:所述加熱系統(tǒng)采用高溫爐(9)，高溫爐(9)的最高工作溫度為1650°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:所述高溫爐(9)的爐膛中間設(shè)置有圓柱形的間隙，圓柱形的間隙的大小于剛玉坩堝的大小相適配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:所述懸吊式高溫高壓流變儀系統(tǒng)還設(shè)置有氣氛控制系統(tǒng)，氣氛控制系統(tǒng)包括鋼化玻璃罩(3)、進氣管、冷卻套、泄壓閥；鋼化玻璃罩(3)罩于流變儀主機(I)上，固定于流變儀升降裝置(2)的底板(4)上端，鋼化玻璃罩(3)頂部安裝泄壓閥和管路；進氣管連接于流變儀升降裝置(2)的底板(4)設(shè)置的進氣管孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部進料式高溫高壓流變儀系統(tǒng)，其特征在于:所述流變儀升降裝置(2)和進爐升降裝置(13)均分別采用步進電機控制。
【文檔編號】G01N11/14GK203587471SQ201320478687
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】李文彬, 鄒麗 申請人:成都創(chuàng)迪凱瑞科技有限公司