一种高温高压液体粘度测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型是关于一种高温高压液体粘度测量装置，所述的测量装置包括高温高压系统以及测量系统，所述的测量系统，包括驱动电机、扭矩传感器、驱动磁筒、感应磁筒、转轴及搅拌桨；所述扭矩传感器，一端与所述驱动电机连接，另一端与所述驱动磁筒连接；所述驱动磁筒，随所述扭矩传感器转动；所述感应磁筒，位于所述驱动磁筒内部，在磁力作用下随所述驱动磁筒转动；所述转轴，一端与所述感应磁筒远离所述扭矩传感器的一端连接，另一端与所述搅拌桨连接，所述转轴部分位于所述高温高压系统内；所述搅拌桨，位于所述高温高压系统内，所述搅拌桨包括多片环绕所述转轴对称设置的桨叶。本实用新型的测量装置实现了对高温高压条件下液体粘度的精确测量。
【专利说明】一种高温高压液体粘度测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高温高压液体粘度测量装置，属于高温高压液体流动性测定领域，特别是涉及一种适用于不稳态的非牛顿流体尤其是油煤浆的粘度测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]中国是一个富煤贫油的国家，近年来，由于世界油价急剧上升以及国内油资源的不断消耗，中国每年有一半以上的石油需要进口，对外的依存度较高，无论从经济还是战略角度来看，都需要寻找一种能够部分取代石油燃料的替代品。
[0003]褐煤或年轻的烟煤在高温高压下，在催化剂和供氢溶剂油的辅助下，在反应器中进行裂解加氢可以转变成液体燃料和其他化学品，此种技术被称为煤炭直接液化技术。褐煤或年轻的烟煤煤粉及供氢溶剂共同形成的油煤浆，在煤炭直接液化工艺中，油煤浆的流变性能是十分重要的工艺性问题。在煤炭直接液化工艺过程中，高浓度的油煤浆经过预热器后，其温度会升高至400°C左右，此时，煤结构单元之间的一些桥键已经发生断裂，从而产生自由基，自由基很不稳定，如果没有高压氢气环境以及溶剂分子的分隔，自由基会重新缩合成大分子，从而导致油煤浆的流变特性发生明显改变，严重时会产生突变结焦从而堵塞输送管线，使整个系统阻力增加，传热和传质工况恶化，进而影响整个煤液化工艺系统的正常运行。因此，了解油煤浆的流变性能对煤直接液化工艺的开发与设计是十分必要的。
实用新型内容
[0004]一方面，本实用新型提供了一种高温高压液体粘度测量装置，其包括高温高压系统以及测量系统，所述高温高压系统，用于为液体提供高温高压环境，所述的测量系统，包括驱动电机、扭矩传感器、驱动磁筒、感应磁筒、转轴及搅拌桨；所述驱动电机，用于为所述扭矩传感器提供驱动力；所述扭矩传感器，一端与所述驱动电机连接，另一端与所述驱动磁筒连接；所述驱动磁筒，随所述扭矩传感器转动；所述感应磁筒，位于所述驱动磁筒内部，在磁力作用下随所述驱动磁筒转动；所述转轴，一端与所述感应磁筒远离所述扭矩传感器的一端连接，另一端与所述搅拌桨连接，所述转轴部分位于所述高温高压系统内；所述搅拌桨，位于所述高温高压系统内，所述搅拌桨包括多片环绕所述转轴对称设置的桨叶。
[0005]较佳的，所述测量系统，还包括:支架，用于固定所述驱动电机及所述扭矩传感器。
[0006]较佳的，所述的高温高压系统包括密封的反应釜及加热装置；所述的反应釜，包括:釜体，其一端为开口端，所述开口端一侧设有进气管，与所述进气管相背的一侧设有出气管；以及釜盖，与所述开口端密闭连接，所述釜盖上设有安装孔，用于与所述转轴转动连接；所述加热装置，用于为所述釜体加热。
[0007]较佳的，所述的高温高压系统还包括:数显压力传感器，用于测定所述釜体内的压力；热电偶，位于所述釜体内，所述热电偶远离触点的一端与所述釜盖连接，触点所在端位于所述搅拌桨上方且距所述搅拌桨2-5mm。[0008]较佳的，所述测量系统还包括:冷却装置，套设在所述转轴外部与所述转轴转动连接，并且所述冷却装置一端与所述驱动磁筒转动连接，另一端与所述安装孔固定连接。
[0009]较佳的，所述搅拌桨还包括两个固定圆盘，所述的两个固定圆盘上、下相对设置，所述转轴依次穿过所述两个固定圆盘的圆心并与所述的两个固定圆盘固定连接；所述的桨叶，其上部通过一所述固定圆盘固定，其下部通过另一所述固定圆盘固定，所述桨叶上部远离所述转轴的一端为30-50°倒角，所述桨叶下部从远离所述转轴的一端至靠近所述转轴的一端逐渐向下扩张，形成、弧线形结构。
[0010]较佳的，所述的高温高压液体粘度测量装置，还包括控制系统，所述控制系统包括第一数据采集�？�、第一控制�？�、第二数据采集�？椤⒌诙刂颇？榧暗谌刂颇？�:所述第一控制�？椋糜诳刂扑黾尤茸爸梦龇从Ω尤龋笨刂扑霾饬肯低晨脊ぷ鳎凰龅谝皇莶杉？椋糜诓杉龈呶赂哐瓜低车奈露戎挡⒔浯龅诙刂颇？椋凰龅诙刂颇？椋糜诮鑫露戎涤朐ど柚到斜冉希彼鑫露戎荡锏剿鲈ど柚凳保刂扑龅诙莶杉？榭簦凰龅诙莶杉？椋糜诓杉雠ぞ卮衅鞯呐ぞ刂挡⒔浞⑺透龅谌刂颇？椋凰龅谌刂颇？椋糜诟菰ど璧乃龈呶赂哐挂禾逭扯炔饬孔爸玫墓β是呓雠ぞ刂祷凰愠上嘤Φ恼扯戎怠�
[0011]较佳的，所述液体为粘度为0-3000mPa.s的油煤浆。
[0012]借由上述技术方案，本实用新型提供的高温高压液体粘度测量装置至少具有下列优点:
[0013]本实用新型实施例提供的高温高压液体粘度测量装置实现了对高温高压条件下液体粘度的测量，操作方便、精确度高、重现性好；整个装置采用磁力搅拌，有利于提高系统密封性；该结构的搅拌桨，可以防止含固相的浆状液体，尤其是油煤浆中固相的沉积，使高温高压系统中气、液、固三相充分混合，保证了流体的均一性。
[0014]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例1提供的高温高压液体粘度测量装置结构示意图；
[0016]图2是本实用新型实施例1提供的搅拌桨侧视图；
[0017]图3是本实用新型实施例1提供的搅拌桨俯视图；
[0018]图4是本实用新型实施例2中Re > 300时测量装置的功率曲线图；
[0019]图5是本实用新型实施例2中Re < 300时测量装置的功率曲线图；
【具体实施方式】
[0020]为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的齿轮拔出结构及齿轮拔出方法其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。[0021]实施例1
[0022]如图1所示，本实用新型的一个实施例提出的一种高温高压液体粘度测量装置，其包括高温高压系统以及测量系统，所述高温高压系统用于容纳液体并为液体提供高温高压的环境，其可以为具有升温加压功能的密闭的高温高压反应釜；所述的测量系统包括驱动电机1、扭矩传感器2、驱动磁筒3、感应磁筒12、转轴21及搅拌桨20 ;所述驱动电机I与所述扭矩传感器2的上端连接，用于为所述扭矩传感器2提供驱动力，从而使其带动连接在其下端组件转动，本实用新型实施例中选用便于携带的微型电机；所述扭矩传感器2下端与所述驱动磁筒3的上端连接；所述驱动磁筒3随所述扭矩传感器2转动，所述驱动磁筒3下端直接或间接与所述高温高压系统转动连接；所述感应磁筒12位于所述驱动磁筒3内部，在磁力作用下与所述驱动磁筒3之间保持一定间隙，并且能够随所述驱动磁筒3转动；所述转轴21上端与所述感应磁筒12的下端连接，所述转轴21的下端与所述搅拌桨20连接，所述转轴21部分位于所述高温高压系统内，并与所述高温高压系统转动密闭连接，整个所述测量系统与外接隔离；所述搅拌桨20，位于所述高温高压系统内，所述搅拌桨20包括多片桨叶201，所述的多片桨叶201彼此之间相隔一定间距，环绕所述转轴21且对称设置在所述转轴21的下端。
[0023]使用本实用新型实施例提供的高温高压液体粘度测量装置测量液体在高温高压下的粘度时，先将高温高压系统的压力设置到预设压力值；然后将液体倒入高温高压系统中，使其没过搅拌桨20 ；为高温高压系统升温，升温的同时开启驱动电机I，驱动电机I带动扭矩传感器2转动，扭矩传感器2的转动带动与其连接的驱动磁筒3转动，位于驱动磁筒3内部的感应磁筒12在驱动磁筒3的带动下也进行转动，从而带动其下端连接的转轴21转动，转轴21带动搅拌桨20搅动高温高压系统中的所述液体，由于搅拌桨20由多片围绕转轴21对称设置的桨叶形成，其在高速旋转时，形成类似筒状的转动轨迹，该转动形式受力面积大，受力均匀，有利于提高测量精确度，该搅拌桨20搅动所述液体时产生一定的扭矩，该扭矩值与液体的粘度有关，其通过扭矩传感器2获�。菀欢ɑ肪诚屡ぞ赜胝扯鹊墓叵倒剑梢酝ü涟杞�20搅拌液体产生的扭矩值来推导出液体在该温度、压力下的粘度值。
[0024]本实用新型实施例提供的高温高压液体粘度测量装置实现了对高温高压条件下液体粘度的测量，操作方便、精确度高、重现性好；整个装置采用磁力搅拌，有利于提高系统密封性；该结构的搅拌桨，可以防止含固相的浆状液体，尤其是油煤浆中固相的沉积，使高温高压系统中气、液、固三相充分混合，保证了流体的均一性。
[0025]较佳的，所述测量系统还包括支架11，所述支架11用于固定所述驱动电机I及所述扭矩传感器2。
[0026]较佳的，所述的高温高压系统包括密封的反应釜及加热装置9 ;所述的反应釜包括釜体10和釜盖6 ;所述釜体10 —端为开口端，所述开口端一侧设有进气管7，所述进气管7与外接气源连接，通过在所述进气管7设置进气开关阀门8，控制所述进气管7的开关及气体的进入量，所述釜体10开口端的与所述进气管相背的一侧，设有出气管17，所述出气管17与气体回收系统连接，通过所述出气管将气体排出，所述出气管上设有出气开关阀门18，用于控制所述出气管17的开关及出气量大�。龈�10的体积优选200-1000ml ;所述釜盖6与所述开口端密闭连接，本实施例中，通过在所述釜盖6与所述釜体10之间设置密封圈16，实现所述釜体10与所述釜盖6的密闭连接，所述釜盖6上设有安装孔，直接或间接用于安装所述转轴21，所述釜盖6与所述转轴21之间为转动连接；所述加热装置9用于为所述釜体10加热，使所述釜体10达到预设温度值并保持在该温度，本实施例中，所述加热装置优选电加热装置，所述加热装置能够满足程序升温要求，有利于实现系统的自动化控制。
[0027]较佳的，所述的高温高压系统还包括数显压力传感器和热电偶，所述的数显压力传感器，用于测定所述釜体10内的压力；所述热电偶位于所述釜体10内，其上端通过预设在所述釜盖6上的热电偶插槽19与所述釜盖6连接，其触点位于其下端，触点所在端位于所述搅拌桨20上方且距所述搅拌桨202-5mm。通过设置数显压力传感器及热电偶，有利于随时观察高温高压系统的温度及压力值，并且有利于实现系统的自动化控制。
[0028]较佳的，所述测量系统还包括冷却装置，所述冷却装置一端与所述驱动磁筒3转动连接，另一端固定连接在所述安装孔内，所述冷却装置套设在所述转轴21外部与所述转轴21转动连接，本实施例中，所述冷却装置为冷却水夹套13，其一端设有冷却水进水管5，与冷却水进水管相反的另一端设有冷却水出水管15，所述冷却水进水管5与冷却水源连接，所述冷却水进水管5上设有冷却水入口阀4，用于控制冷却水进水管的开关及冷却水的进入量，所述冷却水出水管15与冷却水流出管路连接,所述冷却水出水管15上设有冷却水出口阀14，用于控制所述冷却水出水管的开关及冷却水流出量。高温辐射能够减退磁力，通过在磁力驱动装置，即驱动磁筒3与转动磁筒，与釜盖6之间设置冷却装置，消除了釜盖6顶部高温辐射对磁力驱动装置的影响，从而保证搅拌系统摩擦阻力的相对稳定。
[0029]较佳的，如图2和图3所示，所述搅拌桨20还包括两个固定圆盘202，所述的两个固定圆盘202上、下相对设置，所述转轴21依次穿过所述两个固定圆盘202的圆心并与所述的两个固定圆盘202固定连接，本实施例中，通过在固定圆盘202上预设嵌入插口，将桨叶201的一侧嵌入所述插口内通过焊接的方式固定连接，在其他实施例中，桨叶201与固定圆盘202也可通过粘接、卡扣连接等方式固定连接；所述的桨叶201上部通过位于上部的固定圆盘202固定，下部通过位于下部的所述固定圆盘202固定，所述桨叶201上部远离所述转轴21的一端为30-50°倒角，优选45°倒角，所述桨叶201下部从远离所述转轴21的一端至靠近所述转轴21的一端逐渐向下扩张，形成为弧线形结构。该结构可保证在高剪切速率下待测液体不会荡起，保持液面平稳，进一步提高了测量精度，倒角的度数及弧线结构的弧度可以根据待测液体的物理性质确定，所述桨叶的片数优选六片。
[0030]较佳的，所述的高温高压液体粘度测量装置还包括控制系统，所述控制系统包括第一数据采集�？�、第一控制�？�、第二数据采集�？�、第二控制模块及第三控制模块。其中，本实施例中，所述第一控制�？榘ㄒ患尤茸爸每刂频ピ鸵徊饬肯低晨刂频ピ黾尤瓤刂频ピ梢晕悄芪驴匾潜砘騊LC可编程控制器等装置，用于控制所述加热装置为所述反应釜加热，所述测量系统控制单元用于在加热的同时控制所述测量系统开始工作；所述第一数据采集�？橛糜诓杉龈呶赂哐瓜低车奈露戎挡⒔浯龅诙刂颇？椋凰龅诙刂颇？橛糜诮鑫露戎涤朐ど柚到斜冉希彼鑫露戎荡锏剿鲈ど柚凳保刂扑龅诙莶杉？榭簦凰龅诙莶杉？橛糜诓杉雠ぞ卮衅�2的扭矩值并将其发送给所述第三控制�？椋凰龅谌刂颇？橛糜诟菰ど璧乃龈呶赂哐挂禾逭扯炔饬孔爸玫墓β是呓雠ぞ刂祷凰愠上嘤Φ恼扯戎�。[0031]测量时，先将高温高压系统的压力设置到预设压力值；然后将液体倒入高温高压系统中，使其没过搅拌桨20;开启所述控制系统，所述第一控制�？榭刂扑黾尤茸爸梦龈呶赂哐瓜低成拢⑶以谏碌耐笨舨饬肯低常饬肯低晨脊ぷ鳎龅谝皇莶杉？椴杉剿龈呶赂哐瓜低车奈露戎担⒔浞⑺透诙刂颇？椋龅诙刂颇？榻邮账鑫露戎挡⒔溆朐ど栉露戎到斜冉希彼鑫露戎荡锏剿鑫露仍ど柚凳保刂扑龅诙莶杉？榭簦杉雠ぞ卮衅�2的扭矩值，所述第三控制�？榻邮账雠ぞ刂担⒏菰ど璧乃龈呶赂哐挂禾逭扯炔饬孔爸玫墓β是呓雠ぞ刂祷凰愠上嘤Φ恼扯戎�。通过设置控制系统，实现了粘度的自动测量，并且，由于测量系统全部采用数字信号输出，抗干扰能力增强。
[0032]实施例2
[0033]本实用新型实施例提供了一种高温高压液体粘度测量方法，该测量方法使用上述实施例提供的高温高压液体粘度测量装置进行测量，所述测量方法包括以下步骤:
[0034]步骤1:将液体加入到所述高温高压系统中，使其没过所述搅拌桨20 ；
[0035]本实用新型实施例中所述液体为油煤浆，所述油煤浆由粒径小于74μπι的煤粉、供氢溶剂和催化剂按照一定的配比形成，在其他实施例中所述液体也可以为石油、化工等领域需要测量流变性能的其他液体。本实施例中所述高温高压系统包括微型高压反应釜，所述反应釜内设有热电偶，所述油煤浆倒入所述反应釜内没过所述搅拌桨20，优�。姑还鋈鹊缗嫉拇サ�。
[0036]步骤2:将所述高温高压系统的压力调节至预设压力值；
[0037]本实用新型实施例中，该步骤通过以下方法进行:首先，打开所述反应釜釜体10的进气管，调节开关阀门，缓慢将3MPa的氮气充入反应釜，再打开出气管，充入的氮气从出气管排出，实现一次惰性气体置换，以相同的方法在进行2次惰性气体置换；然后将3MPa的氢气充入反应釜，再打开出气管，充入的氢气从出气管排出，实现一次氢气置换，以相同的方法在进行3次氢气置换；最后，将高压氢气缓慢充入反应釜，至反应釜内压力达到较高压力 5-1OMPaο
[0038]步骤3:给所述高温高压系统升温，升温的同时开启所述测量系统，使所述搅拌桨20 的转速为 300-1000rpm/min ；
[0039]当转速过低时，油煤浆易出现分散不均匀的现象，测量误差较大；转速过高时，转轴21易发生晃动，造成油煤浆扰动，导致测量结果失实；当搅拌桨的转速为上述范围时，在节能安全的前提下保证油煤浆均匀分散，实现精确测量。
[0040]本实施例中，测量系统包括冷却装置,开启测量系统时，需同时开启驱动电机I及冷却装置；通过电加热装置给所述反应釜加热，为了获得不同温度下的油煤浆的粘度值，本实用新型实施例中，采用2-5°C /min的升温速率升温。
[0041]步骤4:当温度升至预设温度值时，采集所述扭矩传感器2的扭矩值，根据所述高温高压液体粘度测量装置的功率曲线，将所述扭矩值转换成高温高压液体的粘度值。
[0042]在本实施例中，预设温度值为想要测量的多个温度点的一系列温度值；对于同一套测量装置，其在对液体进行测量时会对液体做功，对于不同粘度范围的液体，其所做功也不同，液体粘度与测量装置做功之间存在一定的关系，该关系可以通过功率曲线得到。功率与桨叶形状、尺寸、转速，被测液体的粘度、密度，反应釜的内部结构以及桨叶在反应釜内的位置等参数有关，从理论上讲，同一套装置的功率曲线是唯一的，人们在生产实践中总结了很多将功率与上述影响参数关联的经验公式，本实用新型优选通过以下公式将功率的消耗与上述影响参数关联起来:
【权利要求】
1.一种高温高压液体粘度测量装置，其包括高温高压系统以及测量系统，所述高温高压系统，用于为液体提供高温高压环境，其特征在于: 所述的测量系统，包括驱动电机、扭矩传感器、驱动磁筒、感应磁筒、转轴及搅拌桨； 所述驱动电机，用于为所述扭矩传感器提供驱动力； 所述扭矩传感器，一端与所述驱动电机连接，另一端与所述驱动磁筒连接； 所述驱动磁筒，随所述扭矩传感器转动； 所述感应磁筒，位于所述驱动磁筒内部，在磁力作用下随所述驱动磁筒转动； 所述转轴，一端与所述感应磁筒远离所述扭矩传感器的一端连接，另一端与所述搅拌桨连接，所述转轴部分位于所述高温高压系统内； 所述搅拌桨，位于所述高温高压系统内，所述搅拌桨包括多片环绕所述转轴对称设置的桨叶。
2.根据权利要求1所述的高温高压液体粘度测量装置，其特征在于，所述测量系统，还包括: 支架，用于固定所述驱动电机及所述扭矩传感器。
3.根据权利要求1所述的高温高压液体粘度测量装置，其特征在于: 所述的高温高压系统包括密封的反应釜及加热装置； 所述的反应爸，包括:` 釜体，其一端为开口端，所述开口端一侧设有进气管，与所述进气管相背的一侧设有出气管；以及 釜盖，与所述开口端密闭连接，所述釜盖上设有安装孔，用于与所述转轴转动连接； 所述加热装置，用于为所述釜体加热。
4.根据权利要求3所述的高温高压液体粘度测量装置，其特征在于，所述的高温高压系统还包括: 数显压力传感器，用于测定所述釜体内的压力； 热电偶，位于所述釜体内，所述热电偶远离触点的一端与所述釜盖连接，触点所在端位于所述搅拌桨上方且距所述搅拌桨2-5mm。
5.根据权利要求3所述的高温高压液体粘度测量装置，其特征在于，所述测量系统还包括: 冷却装置，套设在所述转轴外部与所述转轴转动连接，并且所述冷却装置一端与所述驱动磁筒转动连接，另一端与所述安装孔固定连接。
6.根据权利要求1所述的高温高压液体粘度测量装置，其特征在于: 所述搅拌桨还包括两个固定圆盘，所述的两个固定圆盘上、下相对设置，所述转轴依次穿过所述两个固定圆盘的圆心并与所述的两个固定圆盘固定连接； 所述的桨叶，其上部通过一所述固定圆盘固定，其下部通过另一所述固定圆盘固定，所述桨叶上部远离所述转轴的一端为30-50°倒角，所述桨叶下部从远离所述转轴的一端至靠近所述转轴的一端逐渐向下扩张，形成、弧线形结构。
7.根据权利要求5所述的高温高压液体粘度测量装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括第一数据采集�？�、第一控制�？�、第二数据采集�？�、第二控制�？榧暗谌刂颇？�:所述第一控制模块，用于控制所述加热装置为所述反应釜加热，同时控制所述测量系统开始工作； 所述第一数据采集�？椋糜诓杉龈呶赂哐瓜低车奈露戎挡⒔浯龅诙刂颇？椋� 所述第二控制模块，用于将所述温度值与预设值进行比较，当所述温度值达到所述预设值时，控制所述第二数据采集模块开启； 所述第二数据采集�？椋糜诓杉雠ぞ卮衅鞯呐ぞ刂挡⒔浞⑺透龅谌刂颇？椋� 所述第三控制模块，用于根据预设的所述高温高压液体粘度测量装置的功率曲线将所述扭矩值换算成相应的粘度值。
8.根据权利要求1所述的高温高压液体粘度测量装置，其特征在于，所述液体为粘度为0-3000mPa.s的油煤浆。
【文档编号】G01N11/14GK203658209SQ201420011351
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】颜丙峰, 吴艳, 李培霖, 张晓静, 毛学锋, 王雨, 王勇, 赵渊, 钟金龙, 黄澎, 石智杰, 胡发亭, 张帆, 孙竟晔, 李伟林, 赵鹏 申请人:煤炭科学研究总院
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