Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [ 32 ] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

высота цилиндра; г - его радиус и g - ускорение силы тяжести, то

статическое предельное напряжение сдвига в. равно:

о»

(1П,11)

где а

постоянная прибора.

Вискозиметры с

продольно смещающимися цилиндрами М. П. Воларовича и Д. М. Толстого, кратко описанные выше, могут быть использованы для измерения статического предельного напряжения сдвига.

Фиг. 50. Прибор Д. С. Великовского с продольно смещающимися цилиндрами для измерения предельного напряжения сдвига масел при низких температурах и смазок.

7 - внешний цилиндр; 2 внутренний цилиндр; 3 - чашка противовеса; 4-мешалка термостата; 5 - подвес цилиндра 2; 6 -~ лампочка, регистрирующая сдвиг

цилиндра /.

Фиг. 51. Схема прибора Вейлера-Ребиндера для исследования деформации упруго-вязких тел.

7 - исследуемое вещество; 2 - пластинка; жесткая нить; 4- микрофотошкала; 5 - пружина; 6 - подъемный столик; 7 - микроскоп.

С. я. Вейлер и П. А. Ребиндер [83] разработали метод измерения упруго-вязких свойств дисперсных систем по тангенциальному смещению пластинки.

Схема прибора С. Я. Вейлера и П. А. Ребиндера изображена на фиг. 51. Прямоугольная или круглая очень тонкая металлическая пластинка (толщиной 50-100 fi) погрзЬкена в испытуемое вещество и подвешена на жесткой нити к кварцевой или стеклянной пружине. Прямоугольная кювета с испытуемым веществом укреплена на специальном столике. Электромотор с ре-дзгктором плавно опускает или поднимает столик с постоянной скоростью. Смещение пластинки и растяжение пружины отсчитывают с помощью горизонтального микроскопа, снабженного окулярным микрометром.

Во время опыта измеряют продолжительность опускания столика /, линейное смещение столика vt и смещение шкалы Я. Из этих данных вычисляют деформацию

€=z vt - кем.

По площади пластинки и растяжению калиброванной пружинки может быть вычислено напряжение.

Механические свойства веществ характеризуются кривыми, выражающими зависимость напряжения от деформации. Модуль сдвига вычисляется по формуле.

= -4- (HI, 12)

где Е - модуль сдвига; т-напряжение сдвига в дн/см, х-расстояние между стенками кювета в сантиметрах.

Исследования С. Я. Вейлера и П. А. Ребиндера показали, что значения предельного напряжения сдвига пропорциональны площади пластинки в широких пределах и не зависят от формы пластинки и размера сосуда. Описанный метод применяется для изучения ряда дисперсных систем, в частности, П. А. Ребиндер и Е. Е. Сегалова [84] с его помощью провели систематическое исследование механических свойств кальциевых смазок.

Характеристическая кривая напряжение - деформация может быть получена не только при извлечении цилиндра или пластинки из испытуемого вещества, но и при погружении в него твердого тела правильной формы. П. А. Ребиндер и Н. А. Семененко [85] построили прибор (фиг. 52), в котором механические свойства пластичных веществ исследовались по кинетике погружения металлического конуса под действием постоянной нагрузки.

Предельное напряжение сдвига вычисляется по предельному погружению конуса ft,, вызванному

данной нагрузкой F. Величина О вычисляется из соотношения

"к

(ПЫЗ)

где К„ - константа конуса, зависящая от угла а при

Фиг. 52. Схема конического пластометра Ребиндера и Семененко.

К - конус; С - испытуемый образец; Ш - шкала; М-микроскоп; D - призма; П - противовес.

его вершине.

Теория метода приводит к следующей зависимости К,

от а:

cos ctg

Оказалось, что предельное напряжение сдвига в достаточно широких пределах не зависит от угла конуса а и нагрузки [84, 85].

Этот метод отличается простотой и может быть использован для исследования однородности механических свойств на различных участках испытуемого тела. Конический пластометр применялся для изучения консистентных смазок.

Описанные методы исследования реологических свойств являются статическими. Во время деформации величина напряжения практически не меняется или меняется с очень малой скоростью. Однако сопротивление деформации многих тел (в частности, модуль упругости) зависит от скорости нагрузки (см. § 3). Для исследования таких тел значительный интерес представляют динамические методы, в которых изменяются скорость и знак приложения нагрузки. А. А. Трапезников и Е. М. Шлосберг [69] разработали маятниковый прибор, позволяющий накладывать и снимать напряжение с частотой, соответствующей периоду колебания шара или цилиндра, подвешенного на пружине в испытуемом веществе. Авторы применили свой метод для исследования растворов мыл в маслах и углеводородах.

§ 13. Условные технические методы вискозиметрии и пластометрии

Условные технические методы испытания механических свойств нефтепродзтов возникли в связи с потребностями практики в простых и быстрых способах сравнения и оценки качества продуктов. Большинство этих методов не имеет достаточной научной основы. Результаты, полученные с их помощью, зависят не только от свойства испытуемого вещества, но и от условий испытания, размеров и конструктивных особенностей применяемых приборов. Физический смысл определяемых величин во многих случаях не ясен, и многочисленные попытки связать эти величины с абсолютными значениями вязкости или предельного напряжения сдвига не дали положительных результатов. В отечественных стандартах условные методы заменяются абсолютными [93], но пока они еще распространены в практике нефтяных лабораторий. Следует отметить, что замена условных методов оценки качества нефтепродуктов абсолютными методами в стандартах на методы испытания в СССР была начата значительно раньше, чем за рубежом.

Условные методы вискозиметрии и пластометрии нефтепродуктов делятся на две группы: 1) методы оценки механических свойств при заданной температуре и 2) методы определения температуры, при которой изменяются механические свойства. К первым относятся определение вязкости по Энглеру, измерение пенетрации по Ричардсону и дуктильности (растяжимости), ко вторым - различные (условные) способы определения температуры застывания и плавления.

Замена условных методов первой группы абсолютными методами не встречает принципиальных трудностей, и, можно думать, что полное вытеснение всех условных методов первой группы - вопрос ближайшего будущего. Несколько сложнее обстоит дело

Наряду с методами изучения объемных реологических свойств имеются! отдельные приборы для характеристики механических свойств на поверхности раздела жидкостей с твердыми телами и газами. Выше указывалось, что для измерения вязкости жидкостей в граничных слоях на поверхности твердых тел применим метод, основанный на сдувании тонкого слоя, развитый в работах Б. В. Дерягина и М. М. Кусакова. Д. М. Толстой [79] разработал специальную методику для измерения пристенного скольжения смазок и других упруго-вязких тел. Для исследования поверхностной вязкости и упругости на границе раздела жидкость - воздух А. А. Трапезников [91] сконструировал прибор, основанный на колебании диска. В этой работе А. А. Трапезникова приведена подробная библиография по методам изучения механических свойств на поверхностях раздела двух фаз.

Разработанные в последнее время методы исследования механических свойств высокополимеров и прежде всего полиуглеводородов (полиизобу-тиленов, каучука и т. д.) представляют значительный интерес для изучения таких нефтепродуктов, как битумы и пластичные смазки. Укажем на методы изучения течения и релаксации, созданные В. А. Каргиным с сотрудниками [86]. Принципиальные основы методов исследования механических свойств каучуков и аналогичных полимеров рассмотрены в монографиях В. А. Догад-кина и В. Г. Маргаритова [87]. Более детальное описание этих методов дано в книге Г. Ш. Израелита [88].