И работа на них

КОНСТРУКЦИИ РОТАЦИОННЫХ ВИСКОЗИМЕТРОВ

В технической литературе описано множество конструктивных решений ротационных вискозиметров различных типов. Мы рассмотрим конструкции некоторых вискозиметров, нашедших применение при изучении реологических свойств пищевых материалов.

Вискозиметр Воларовича РВ-8 (рис.1) получил широкое распространение в отечественной практике. Он предназначен для испытания относительно вязких материалов и используется для определения вязкости и предельного напряжения сдвига широкого круга пищевых материалов: мучного теста, полуфабрикатов хлебопекарного производства, различных видов мясного и рыбного фарша, плодово-ягодной мезги, абрикосового сока, томатных концентратов, конфетных масс, сахарно-паточно-молочного сиропа и молочной помады, эмульсий для сахарного и затяжного печенья, какао тертого, теста для пирожных и т. д. Опыты могут вестись при температуре от —60 до 150°С. Пре­делы измерения вязкости — от 0, 5 до 10⁶ Па-с, напряжение сдвига — от 5 до 10⁴ Па.

Наружный цилиндр неподвижен. Внутренний цилиндр приводится во вращение при помощи падающих грузов. Длина ротора 8 см. Отсчет углов поворота производится визуально по шкале и указателю с использованием секундомера.

Внутренний ротор 5 с полусферическим днищем установлен внутри неподвижного наружного цилиндра 6. Переходная втулка соединяет внутренний ротор с валом 2, который вращается на двух шариковых подшипниках, установленных в установочной шайбе. На верхнем конце вала закреплен шкив 1, который стопорится специальным фиксатором 9. При нажатии на фиксатор шкив с цилиндром освобождаются и приводятся во вращение под действием падающих грузов, подвешенных на тросе через балку 3. Угол поворота цилиндра определяется по перемещению стрелки 11 на неподвижной шкале 10. Время вращения ротора определяется по секундомеру. Наружный цилиндр закреплен в текстолитовой шайбе и застопорен в ней штифтами. Стенки сосуда 4 покрыты теплоизоляционным материалом 8, в них закреплены электронагревательные элементы 7. Для испытаний при температуре ниже комнатной термостат заполняют керосином или спиртом, в который бросают кусочки твердой углекислоты.

Опыты на вискозиметре РВ-8 позволили отнести плодово-ягодную мезгу к псевдопластичным жидкостям Оствальда. При извлечении сока из мезги предельное напряжение сдвига и эффективная вязкость значительно увеличиваются. Осветленные соки при течении практически не проявляют аномалии вязкости и ведут себя как неньютоновские жидкости.

Для сосисочного фарша с помощью вискозиметра РВ-8 получены кривые ползучести, по которым определены основные структурно-механические характеристики в области практически не разрушенных структур: модуль мгновенной упругости (1, 23-10⁴ Па), модуль упругого последействия (0, 8-10⁴ Па), эффективная вязкость при ползучести (16-10⁵ Па-с), статическое предельное напряжение сдвига (250 Па), наибольшая эффективная вязкость (5-10⁵ Па). Получены значения основных сдвиговых характеристик производственных композиций ряда мясных продуктов. Изучено влияние температуры на эти характеристики в пределах изменения температуры от 2 до 35 °С.

Вискозиметр ВР-2М (рис. 2) предназначен для изучения реологических свойств высоковязких пищевых тестообразных масс. Прибор имеет основание 1, соединенное со сварным корпусом 2, в котором помещен привод. Вращающий момент от двухскоростного двигателя 4 через ременную передачу со шкивом 13, соединенным с зубчатым колесом 14, блок шестерен 3 и зубчатое колесо 14, насаженное на ведущий стакан 16, передается на наружный измерительный цилиндр 19, соединенный с помощью байонетного замка со стаканом 16, надетым на втулку 12. Внутренний измерительный цилиндр 18 при помощи замка 17 присоединен к измерительному валику 11, установленному с помощью двух шарикоподшипников во втулке 12 и нагруженному спиральной калиброванной пружиной 10. На измерительный валик 11 насажен кольцевой лимб 9, расположенный в одной плоскости с подвижным круговым лимбом 6 и неподвижным кольцевым лимбом 8, установленным на стойках 5. Круговой лимб 6 поворачивается с помощью рукоятки 7. На лимбы нанесены шкалы: на круговой лимб 6 — шкала напряжений сдвига, а также индекс для отсчета пластичной вязкости; на кольцевой подвижный лимб 9 по внешнему диаметру — шкала для отсчета предельного напряжения сдвига, по внутреннему диаметру — шкала напряжений сдвига и пластичной вязкости.

Реометр Штормера (рис. 3) является наиболее простым прибором, на котором измеряют частоту вращения рабочего ротора за определенное время при постоянном напряжении сдвига. Принцип работы прибора следующий. Испытуемый материал помещают в неподвижный внешний цилиндр 1, затем поднимают его на штативе 8 до такого положения, при котором вращающийся внутренний цилиндр 2 погрузится на определенную высоту в материал. Вращение цилиндра осуществляется за счет падающего груза 7, подвешенного на нити, перекинутой через блок 6 и барабан 5. Момент от барабана передается через зубчатую передачу 4 на ось рабочего цилиндра. Таким образом, испытание проводится при известном крутящем моменте (напряжении сдвига), а частоту вращения ротора определяют по счетчику 3, Большим преимуществом такого прибора является простота конструкции, а недостатком — короткое время для замера, равное продолжительности падения груза.

Вискозиметр Реутова (рис. 4) нашел широкое применение в практике технологических лабораторий кондитерских предприятий. На нем определяется вязкость шоколада и других маловязких жидкообразных масс. От электродвигателя, установленного в корпусе 7, через редуктор вращение передается подставке 6, на которую устанавливают стакан 5 с испытуемым продуктом. В образец массы погружен свободно подвешенный на валике 4 металлический ротор в форме цилиндра с коническими торцовыми поверхностями. Валик укреплен в вилке, являющейся частью стержня 3. Стержень механически связан с пластинкой, на которой укреплен противовес 2. Поворот стержня фиксирует стрелка показывающего прибора 1.

Порядок проведения опытов следующий. Испытуемую массу доводят до температуры, при которой предполагается измерение ее вязкости, и заполняют ею стакан 5 прибора. Пространство между двойными стенками заполняют водой, температура которой равна температуре испытуемой массы. Ротор погружают в массу и подвешивают к стержню измерительного механизма. После этого включают двигатель и, когда стрелка перестанет перемещаться по шкале, снимают показания. Перед опытами осуществляют тарировку прибора по жидкости с известной вязкостью, например касторовому маслу.

Ротационные вискозиметры «Реотест» (Германия) также нашли широкое распространение. Помимо основного цилиндрического чувствительного элемента, эти приборы снабжены устройством типа конус — плоскость, предназначенным для измерения вязкости при повышенных скоростях сдвига для средне- и высоковязких продуктов. Угол между плоскостью и образующей конуса составляет 0, 3°. Прибор позволяет изменять скорость сдвига от 0, 56 до 4860 с^-1, напряжение сдвига— от 40 до 2, 2-10⁵ Па. Величина измеряемой вязкости находится в пределах от 8 до 40-10⁷ МПа-с.

Вискозиметр «Реотест-RV» (рис. 5) является одной из первых моделей этой марки. Внутри станины 1 прибора установлен синхронный электродвигатель, соединенный с 12-ступенчатой коробкой передач, которая позволяет изменять частоту вращения внутреннего цилиндра 2 от 0 до 1500 с^{- 1} . Крутящий момент от коробки передач передается ведущему валу 6 и далее через спиральную пружину 5 — ведомому валу 4, соединенному с внутренним цилиндром 2 муфтой. Наружный цилиндр 3 крепится к корпусу вискозиметра специальным зажимом. В приборе имеется термостатирующий сосуд. Величина крутящего момента отсчитывается по шкале прибора 8, скорость вращения — по указателю 9. Измеритель моментов торсионного типа с омическими датчиками работает на принципе превращения механических усилий в электрические импульсы. Показания прибора 8 прямо пропорциональны крутящему моменту, а также напряжению сдвига и вязкости исследуемого материала. Частота вращения синхронного электродвигателя и, следовательно, внутреннего цилиндра 2, зависит от напряжения тока в сети. Отклонения от номинальной частоты 50 Гц фиксируются прибором 7.

На вискозиметре «Реотест-RV» изучено влияние градиента скорости, температуры и жирности на вязкость сливочного масла и установлено, что вязкость расплавленного масла практически соответствует вязкости сливок при одинаковой температуре и жирности.

Испытаны также сливки, маргарин, мороженое, томатный концентрат, фруктовые соки с мякотью, пюре для детского питания, тесто и опара из пшеничной муки.

Рис. 1 Вискозиметр Воларовича РВ-8 Рис. 3 Вискозиметр Штормера

Рис. 2 Вискозиметр Воларовича ВР-2М Рис. 4 Вискозиметр Реутова

Рис. 5 Реометр «Реотест»