一种悬吊式高温高压流变仪系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种悬吊式高温高压流变仪系统包括流变特性测量系统和加热系统，流变特性测量系统安装于加热系统的上端；所述流变特性测量系统包括流变仪主机、流变仪升降装置、刚玉转子和用于盛放高温熔体的刚玉坩埚，流变仪主机固定于流变仪升降装置上，流变仪主机底部安装有连接杆，连接杆穿过流变仪升降装置的底板与刚玉转子连接，刚玉坩埚固定安装于底板下端，底部下端的连接杆和刚玉转子伸入刚玉坩埚内；所述底板下端的两侧设置有用于流变特性测量系统升降的进炉升降装置；本实用新型能满足最高温度1650℃，采用充压系统及压力传感器对炉膛进行充压，通过调整充气阀门使炉膛内部压力能达到4.0MPa，能满足多气氛及真空条件的测试。
【专利说明】一种悬吊式高温高压流变仪系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及流变仪技术，特别是一种悬吊式高温高压流变仪系统。
【背景技术】
[0002]在能源危机、工业化生产自动化程度愈来愈高的当今时代，粘度计量在国民经济的地位与作用更加明显。目前用于计量粘度的设备以流变仪为最佳选择，现有的流变仪包括旋转流变仪、转矩流变仪、毛细管流变仪等。流变仪的功能比较齐全，不仅能够测定聚合物熔体、聚合物溶液等多种流体的粘度，而且可以测量流体的流动、流变等特性。
[0003]流变仪可应用在石油化工、钢铁冶金、油井水泥等众多领域。在油、气井现场，现场需要模拟加压的井下环境、进行快速粘度测试，包括压裂液、钻井泥浆、水泥等，都需要在高温模拟井下的条件；在石油化工行业，大型化工炉内高温熔体的黏度、流动及流变特性实时参数对化工炉正常连续运行有很强的指导意义，直接影响化工炉窑的安全生产；在钢铁冶金行业中，经常研究钢坯在热压缩变形过程中流变应力行为的变化规律，来保证样品质量和成型性能等等。
[0004]目前，现有的流变仪能测试压力达4Mpa的功能很有限，而且最高温度只能达到3000C ;而且较好的高温高压流变仪产品价格昂贵，结构复杂，操作较困难，同时不能兼顾高温与高压要求，对于苛刻条件下的测试还存在一定的困难。
[0005]基于此，需要提出一种更高使用温度、多气氛条件下满足多种高温熔体的粘度、流动和流变特性测试和计量的高温流变仪系统，该系统能同时满足于石油、化工、电力、冶金等众多行业。
实用新型内容
[0006]本实用新型针对现有高温流变仪技术存在的缺陷和不足，开发一种多功能性的悬吊式高温高压流变仪系统，能够满足超高温条件同时能适用于真空及多气氛(惰性、还原性、氧化性气体)条件下，对牛顿流体和非牛顿流体的流动性和流变性测试，该系统结构简单，可靠性高，价格低廉。
[0007]为了达到上述技术要求，本实用新型采用如下的技术方案:
[0008]一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:包括流变特性测量系统和加热系统，流变特性测量系统安装于加热系统的上端；
[0009]所述流变特性测量系统包括流变仪主机、流变仪升降装置、刚玉转子和用于盛放高温熔体的刚玉坩埚，流变仪主机固定于流变仪升降装置上，流变仪主机的底部安装有连接杆，连接杆穿过流变仪升降装置的底板与刚玉转子连接，刚玉坩埚固定安装于流变仪升降装置的底板的下端，底部下端的连接杆和刚玉转子伸入刚玉坩埚内；
[0010]所述流变仪升降装置的底板下端的两侧设置有用于流变特性测量系统升降的进炉升降装置。
[0011]为了减少刚玉转子和流变仪主机之间的导热、增大导热热阻，连接杆采用导热系数极低且耐温特性好的氧化镐材料制成。
[0012]刚玉转子与连接杆通过钼金丝或者钨丝穿孔连接，适合刚玉转子深入坩埚中的流体表面下承受高温。
[0013]所述加热系统采用特制的高温炉，主要由加热棒、温度传感器、绝热耐火材料及加热炉外壳组成。采用独特的PID温度控制系统，有分段加热以及过温报警保护等功能，温度测量精确，能够快速升降温，长期工作温度为1650°C。炉子进口处配有水冷系统，避免炉口过热。所述高温炉的炉膛中间设置有圆柱形的间隙，间隙的直径略大于刚玉坩埚的直径，圆柱形的间隙的大小于刚玉坩埚的大小相适配，通过圆柱形的间隙将高温炉炉膛和流变特性测量系统分离，并且间隙内部的自然对流较小，完全可以满足流变特性测量系统在温度不超标的前提下正常工作。
[0014]为了保证严格气氛条件下的测试环境，所述悬吊式高温高压流变仪系统还设置有气氛控制系统，气氛控制系统包括钢化玻璃罩、进气管、冷却套、泄压阀；钢化玻璃罩罩于流变仪主机上，固定于流变仪升降装置的底板上端，钢化玻璃罩顶部安装泄压阀和管路；进气管连接于流变仪升降装置的底板设置的进气管孔。
[0015]系统在使用前可以预抽真空，再通入所需要的气氛气体。在加热过程中钢化玻璃罩和流变仪升降装置的底板形成了一个密封空间，当该密封空间内的压力过高时，通过钢化玻璃罩顶部的泄压阀来安全泄压，在试验台架周围安装有气氛气体测试仪，可以在发生泄漏事故后报警。
[0016]进气管与进气管孔的连接处采用密封螺纹连接方式，底板采用不锈钢板，底板与刚玉管连接，此处可使用循环水冷降低刚玉管上部温度，保护流变仪的电子部分，避免过热。在钢化玻璃罩流变仪的上方也配有冷却水管，进一步加强流变仪的电子部分过热保护，达到降低流变仪工作温度的目的，使试验更加安全。
[0017]所述流变仪升降装置和进炉升降装置均分别采用步进电机控制。
[0018]所述刚玉坩埚是夹持固定于三根固定杆的中间，在刚玉坩埚上端架置有一隔热片，通过隔热片进一步隔绝降低上部空间温度，同时刚玉坩埚和固定杆的外部设置有刚玉管，刚玉管上端固定连接于流变仪升降装置的底板下部。刚玉坩埚的整套装置是悬空状，通过进炉升降装置使得刚玉坩埚从加热炉炉体的上端进入加热炉炉体内。
[0019]整套系统的工作过程为:通过挂钩连接流变仪主机与连接杆，经连接杆孔穿通后，用钼金丝或钨丝孔隙连接连接杆与刚玉转子，将测试样品放置在刚玉坩埚中，通过三根固定杆安装固定刚玉坩埚，连接杆中部架置一隔热片后套上刚玉管，通过拧紧螺拴连接法兰与密封底板，启动步进电机通过测量升降装置将刚玉管降至高温炉炉膛内部；若有气氛要求，可由进气管孔通入所需气体，将钢化玻璃罩和刚玉管内充气至指定压力。待以上步骤准备就绪后打开各支路循环冷却水管开关，启动高温炉按照预先设定好的升温程序升温至指定温度，待被测样品呈为熔融状态后，启动步进电机控制流变仪主机部分进样升降装置，通过精确定位将转子降至坩埚被测熔体液面下。启动流变仪测量，旋转转子进行测试。测试完毕后，打开泄压阀，控制样品升降装置提出转子待炉子温度降至室温。
[0020]本实用新型的有益效果如下:
[0021]所述流变仪系统能满足最高温度1650°C、采用充压系统及压力传感器对炉膛进行充压，通过调整充气阀门使炉膛内部压力能达到4.0MPa，满足了多气氛及真空条件测试；[0022]所述流变仪系统能自动定时采集计量点用气量、气氛或真空参数、被测样品瞬时的黏度值及转子扭矩、剪切力等数据，实现数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性，为计量提供准确依据；
[0023]所述流变仪系统样品的进炉与出炉、流变仪升降均通过步进电机预定位对测量系统的控制，控制系统通过引线采用单独的控制柜，电动预定位系统用于样品精确定位，控制精度可达±0.1_，可实现试验过程的操作方便性及精确性，同时采用高准确度、实时性强的专用数据采集模块，实现数据的采集；
[0024]所述流变仪系统中是通过三根异形刚玉固定杆紧扣样品坩埚，悬吊于刚玉管内，通过控制升降装置将密封后的刚玉管送至高温炉炉膛内部；
[0025]所述高温高压流变仪系统采用先进密封技术，可对系统进行预抽真空，也能保证严格气氛条件下(还原性、氧化性、惰性气体气氛)高温熔体黏度、流动和流变特性的测试环境，适用于对牛顿流体和非牛顿流体的流动性和流变性测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的结构示意图
[0027]图2为图1中A-A的结构示意图
[0028]图3为本实用新型的刚玉坩埚的安装示意图
[0029]其中，附图标记为:I流变仪主机，2流变仪升降装置，3玻璃罩，4底板，5连接杆，6连接法兰，7刚玉管，8刚玉转子，9进炉升降装置，10高温炉，11支架，12电源线孔，13电源线孔，14热电偶孔，15进气管孔，16连接杆孔，17-19固定杆。
【具体实施方式】
[0030]如图1-3所示，一种悬吊式高温高压流变仪系统包括流变特性测量系统和加热系统，流变特性测量系统安装于加热系统的上端；
[0031]所述流变特性测量系统包括流变仪主机1、流变仪升降装置2、刚玉转子8和用于盛放高温熔体的刚玉坩埚，流变仪主机I固定于流变仪升降装置2上，流变仪主机I的底部安装有连接杆5，连接杆5穿过流变仪升降装置2的底板4与刚玉转子8连接，刚玉坩埚固定安装于流变仪升降装置2的底板4的下端，底部下端的连接杆5和刚玉转子8伸入刚玉坩埚内；
[0032]所述流变仪升降装置2的底板4下端的两侧设置有用于流变特性测量系统升降的进炉升降装置9。
[0033]为了减少刚玉转子8和流变仪主机I之间的导热、增大导热热阻，连接杆5采用导热系数极低且耐温特性好的氧化镐材料制成。
[0034]刚玉转子8与连接杆5通过钼金丝或者钨丝穿孔连接，适合刚玉转子8深入坩埚中的流体表面下承受高温。
[0035]所述加热系统采用特制的高温炉10，主要由加热棒、温度传感器、绝热耐火材料及加热炉外壳组成。采用独特的PID温度控制系统，有分段加热以及过温报警保护等功能，温度测量精确，能够快速升降温，长期工作温度为1650°C。炉子进口处配有水冷系统，避免炉口过热。所述高温炉10的炉膛中间设置有圆柱形的间隙，间隙的直径略大于刚玉坩埚的直径，圆柱形的间隙的大小于刚玉坩埚的大小相适配，通过圆柱形的间隙将高温炉10炉膛和流变特性测量系统分离，并且间隙内部的自然对流较小，完全可以满足流变特性测量系统在温度不超标的前提下正常工作。
[0036]为了保证严格气氛条件下的测试环境，所述悬吊式高温高压流变仪系统还设置有气氛控制系统，气氛控制系统包括钢化玻璃罩3、进气管、冷却套、泄压阀；钢化玻璃罩3罩于流变仪主机I上，固定于流变仪升降装置2的底板4上端，钢化玻璃罩3顶部安装泄压阀和管路；进气管连接于流变仪升降装置2的底板4设置的进气管孔。
[0037]系统在使用前可以预抽真空，再通入所需要的气氛气体。在加热过程中钢化玻璃罩3和流变仪升降装置2的底板4形成了一个密封空间，当该密封空间内的压力过高时，通过钢化玻璃罩3顶部的泄压阀来安全泄压，在试验台架周围安装有气氛气体测试仪，可以在发生泄漏事故后报警。
[0038]进气管与进气管孔的连接处采用密封螺纹连接方式，底板4采用不锈钢板，底板4与刚玉管7连接，此处可使用循环水冷降低刚玉管7上部温度，保护流变仪的电子部分，避免过热。在钢化玻璃罩3流变仪的上方也配有冷却水管，进一步加强流变仪的电子部分过热保护，达到降低流变仪工作温度的目的，使试验更加安全。
[0039]所述流变仪升降装置2和进炉升降装置9均分别采用步进电机控制。
[0040]所述刚玉坩埚是夹持固定于三根固定杆的中间，在刚玉坩埚上端架置有一隔热片，通过隔热片进一步隔绝降低上部空间温度，同时刚玉坩埚和固定杆的外部设置有刚玉管7，刚玉管7上端固定连接于流变仪升降装置2的底板4下部。刚玉坩埚的整套装置是悬空状，通过进炉升降装置9使得刚玉坩埚从加热炉炉体的上端进入加热炉炉体内。该种悬吊式装置结构，三根异形刚玉固定杆上端可固定在升降的移动架上，能随着移动架升降，能确保被加热坩埚在炉子恒温区加热；下端有一弧形槽，与刚玉坩埚紧扣。
[0041]整套系统的工作过程为:通过挂钩连接流变仪主机I与连接杆5，经连接杆孔穿通后，用钼金丝或钨丝孔隙连接连接杆5与刚玉转子8，将测试样品放置在刚玉坩埚中，通过三根固定杆安装固定刚玉坩埚，连接杆5中部架置一隔热片后套上刚玉管7，通过拧紧螺拴连接法兰6与密封底板4，启动步进电机通过测量升降装置将刚玉管7降至高温炉10炉膛内部；若有气氛要求，可由进气管孔通入所需气体，将钢化玻璃罩3和刚玉管7内充气至指定压力。待以上步骤准备就绪后打开各支路循环冷却水管开关，启动高温炉10按照预先设定好的升温程序升温至指定温度，待被测样品呈为熔融状态后，启动步进电机控制流变仪主机I部分进样升降装置，通过精确定位将转子降至坩埚被测熔体液面下。启动流变仪测量，旋转转子进行测试。测试完毕后，打开泄压阀，控制样品升降装置提出转子待炉子温度降至室温。
【权利要求】
1.一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:包括流变特性测量系统和加热系统，流变特性测量系统安装于加热系统的上端；所述流变特性测量系统包括流变仪主机(1)、流变仪升降装置(2)、刚玉转子(8)和用于盛放高温熔体的刚玉坩埚，流变仪主机(I)固定于流变仪升降装置(2)上，流变仪主机(I)的底部安装有连接杆(5)，连接杆(5)穿过流变仪升降装置(2)的底板(4)与刚玉转子(8)连接，刚玉坩埚固定安装于流变仪升降装置(2)的底板(4)的下端，底部下端的连接杆(5)和刚玉转子(8)伸入刚玉坩埚内；所述流变仪升降装置(2)的底板(4)下端的两侧设置有用于流变特性测量系统升降的进炉升降装置(9)。
2.根据权利要求1所述的一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:所述连接杆(5)采用氧化镐制成。
3.根据权利要求1所述的一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:刚玉转子(8)与连接杆(5)通过钼金丝或者钨丝穿孔连接。
4.根据权利要求1所述的一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:所述加热系统采用高温炉(10)，高温炉(10)的最高工作温度为1650°C。
5.根据权利要求4所述的一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:所述高温炉(10)的炉膛中间设置有圆柱形的间隙，圆柱形的间隙的大小于刚玉坩埚的大小相适配。
6.根据权利要求1所述的一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:所述悬吊式高温高压流变仪系统还设置有气氛控制系统，气氛控制系统包括钢化玻璃罩(3)、进气管、冷却套、泄压阀；钢化玻璃罩(3)罩于流变仪主机(I)上，固定于流变仪升降装置(2)的底板(4)上端，钢化玻璃罩(3)顶部安装泄压阀和管路；进气管连接于流变仪升降装置(2)的底板(4)设置的进气管孔。
7.根据权利要求1所述的一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:所述流变仪升降装置(2)和进炉升降装置(9)均分别采用步进电机控制。
8.根据权利要求1所述的一种悬吊式高温高压流变仪系统，其特征在于:所述刚玉坩埚是夹持固定于三根固定杆的中间，在刚玉坩埚上端架置有一隔热片，刚玉坩埚和固定杆的外部设置有刚玉管(7)，刚玉管(7)上端固定连接于流变仪升降装置(2)的底板(4)下部。
【文档编号】G01N11/14GK203479665SQ201320479412
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】李文彬, 邹丽 申请人:成都创迪凯瑞科技有限公司