Реометр для густых материалов

Изобретение относится к реометру для густых материалов, а также к устройству и способу оценки создаваемого для преодоления сопротивления подаче густого материала в трубопроводе давления подачи с помощью такого реометра. Реометр (100) содержит емкость для размещения материала и устройство для измерения его текучести в емкости. Емкость выполнена в виде наполняемого густым материалом (300) эталонного участка (102) трубы с установленным с возможностью перемещения относительно участка трубы поршнем (108, 970). Измерительное устройство содержит блок (146, 147, 148, 646, 682, 684, 946) для определения скорости относительного перемещения между поршнем (108, 970) и участком (102, 402, 502, 602, 702, 902) трубы. Измерительное устройство также содержит блок для определения давления, оказываемого наполняющим участок трубы густым материалом (300) на поршень (108, 970). Также предусмотрен вычислительный блок (302, 990), который выполняет расчет текучести густого материала (300) в емкости на основе полученных скоростей и значений давлений. Технический результат - повышение точности определения текучести густого материала. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к реометру для густых материалов, содержащему емкость для размещения густого материала и измерительное устройство для измерения его текучести в емкости. Кроме того, изобретение относится к устройству для определения сопротивления подаче густого материала в трубопроводе, а также к способу оценки давления подачи, создаваемого для преодоления сопротивления подаче густого материала в трубопроводе.

Реометр является измерительным прибором для определения текучести материи. Реометры описанного выше рода в виде вращательного реометра известны и описаны, например, в «Comparsion of concrete rheometers: International tests at LCPC (Nantes, France) in October, 2000, NISTIR 6819». Эти реометры содержат наполняемую густым материалом емкость и измерительное устройство с вращательно-подвижной измерительной геометрией для измерения крутящего момента. При вращательном движении измерительной геометрии за счет наполняющего емкость густого материала возникает крутящий момент, который измеряется. Это позволяет определить текучесть густого материала.

Текучесть густых материалов определяет возможность их переработки, сжатия и транспортировки.

Так, в трубопроводах при подаче густых материалов, например бетона, осадка сточных вод, угольного шлама или биоотходов, возникает сопротивление подаче, которое зависит от текучести густого материала. Причиной сопротивления подаче являются трение густого материала о стенку трубопровода и работа деформации, совершаемая густым материалом при его подаче по трубопроводу.

Работа деформации объясняется внутренним сопротивлением деформации густого материала.

В результате сопротивления подаче насос для густых материалов для их подачи по трубопроводу должен создавать за счет разности Δh высот не только давление Р_Δh, соответствующее давлению, которое столб густого материала за счет разности Δh высот на выходе насоса вызывает в зоне присоединения трубопровода, но и дополнительное давление P_FW.

Для давления Р_Δh, как правило, справедливо:

где g - ускорение Земли, а ρ - плотность густого материала. Дополнительное давление P_FW должно создаваться для преодоления упомянутого сопротивления подаче в трубопроводе.

Вследствие этого насос для густых материалов должно создавать, по меньшей мере, давление подачи

чтобы подавать густой материал за счет разности Δh высот по трубопроводу.

Известно, что для подачи насосом бетона по трубопроводу с данным диаметром D и данной длиной L при нужном подаваемом количестве и с определенной консистенцией, которая классифицируется мерой удобоукладываемости по DIN EN 12350-5, посредством номограммы оценивается давление подачи P_FW, необходимое для преодоления сопротивления подаче. Мера удобоукладываемости по DIN EN 12350-5 используется при этом в качестве меры текучести бетона. Этот метод оценки P_FW основан на эмпирических значениях или на наборе измеренных данных, записанном для многочисленных марок подаваемого насосом бетона в различных трубопроводах. Такая номограмма изображена и поясняется, например, на стр.53 брошюры «Betontechnologie für Betonpumpe» фирмы «Путцмайстер».

При известной плотности ρ_РВ подаваемого насосом бетона и данной высоте Δh подачи по трубопроводу длиной L и диаметром D можно с помощью этой номограммы для нужного подаваемого количества Q бетона в единицу времени сделать вывод о давлении подачи P_F.

Однако оказывается, что такой метод подходит только для оценки PFW для так называемого простого, подаваемого насосом бетона, т.е. когда он представляет собой трехкомпонентную смесь из основных составных частей - заполнителей, воды и цемента. Если для определенных применений простой, подаваемый насосом бетон смешивается с добавками, например пластификатором, его текучесть больше не охарактеризована точно посредством меры удобоукладываемости по DIN EN 12350-5. Поэтому для подаваемого насосом бетона с добавками с помощью упомянутой номограммы нельзя хорошо оценить необходимое давление подачи P_F для трубопровода.

Также известные вращательные реометры для густых материалов не подходят для определения текучести бетона так, чтобы это позволило надежно определить необходимое давление подачи P_F для трубопровода.

Чтобы определить необходимое в трубопроводе давление подачи P_F для подаваемого насосом бетона, смешанного с добавками, или чтобы определить также давление подачи P_F для других густых материалов, например осадка сточных вод, угольного шлама или биоотходов, до сих пор проводится сложная опытная прокачка. Соответствующий густой материал прокачивается через опытную конструкцию с предусмотренным для конкретного назначения трубопроводом. Затем на опытной конструкции для различных скоростей подачи густого материала регистрируются условия давления в трубопроводе. В частности, в зоне присоединения насоса к трубопроводу измеряется возникающее давление. Это давление соответствует тогда давлению подачи P_F.

Исходя из этого в основе изобретения лежит задача создания реометра, с помощью которого текучесть густого материала, в частности бетона, можно было бы определить так, чтобы это позволило надежно оценить необходимое в трубопроводе давление подачи.

Также в основе изобретения лежит задача создания устройства простой конструкции, подходящего для мобильного применения, посредством которого для данного трубопровода, для определенного густого материала, который должен подаваться, и для его нужного подавааемого количества Q в единицу времени можно было бы оценить давление P_FW, которое должен создавать насос, чтобы преодолеть возникающее в трубопроводе сопротивление подаче. Кроме того, в основе изобретения лежит задача создания способа, посредством которого простым образом, быстро и с небольшими затратами можно было бы определить соответствующее давление P_FW в конкретном месте применения насоса или в лаборатории.

Эта задача решается посредством реометра с признаками п.1, устройства с признаками п.20 и способа с признаками п.21 формулы.

Преимущество изобретения состоит в том, что можно измерить текучесть густых материалов в трубопроводе, для которых отсутствует линейное отношение между давлением P_FW для преодоления сопротивления подаче и подаваемым количеством Q.

В отношении некоторых нетиксотропных густых материлов, например бетона, преимущество изобретения состоит в том, что при ламинарном течении на прямом участке i длиной L_i и диаметром D_i между падением P_i давления, которое вызвано сопротивлением подаче густого материала на участке i, и его подаваемым по нему количеством Q в единицу времени независимо от состава густого материала возникает следующее отношение:

где параметры τ_DS и b_DS уравнения и показатель α_DS зависят, правда, от вида густого материала, однако имеют инвариантность по сравнению с другими свойствами стенки трубопровода и, в частности, не зависят от величины подаваемого количества Q.

Другое преимущество состоит в том, что при подаче нетиксотропных густых материалов на прямом участке или на участке j, содержащем переходник для уменьшения активного диаметра, или на участке, на котором предусмотрено колено, например колено с изгибом 90° или 180°, между давлением для преодоления сопротивления P_j подаче на участке j и подаваемым количеством Q независимо от состава густого материала в случае определенных нетиксотропных материалов, например бетона, возникает следующее отношение:

где параметры A_j и B_j зависят, правда, от вида подаваемого густого материала и геометрии соответствующего участка j, однако приблизительно не зависят от подаваемого на участке j количества Q.

Кроме того, в основе предложенного решения лежит тот факт, что при подаче густого материала по трубопроводу, состоящему из участков i длиной L_i и диаметром D_i, а также участков j, имеющих сужения и колена, для преодоления сопротивления подаче необходимо создать давление

причем для P_i и P_j справедливы уравнения (3) и (4).

В частности, в основе предложенного решения лежит тот факт, что за счет настройки движения столба густого материала, размещенного в эталонном участке трубы, относительно него, причем эталонный участок трубы движется, а столб густого материала остается неподвижным, можно правильно имитировать его текучесть в трубопроводе. Простое изменение давления при различных скоростях относительного перемещения позволяет сделать правильный вывод о текучести густого материала в трубопроводе. Преимущество изобретения состоит также в том, что эталонный участок трубы может быть относительно коротким. Эталонный участок трубы длиной, например 1 м, подходящий для размещения столба густого материала высотой 50 см, позволяет правильно оценить его текучесть в трубопроводе, который может иметь в длину несколько сотен метров.

В соответствии с этим согласно изобретению предложены, во-первых, подходящий, в частности для использования в лабораторных условиях и на стройплощадке, реометр, с помощью которого для данного густого материала можно непосредственно измерить необходимое для преодоления сопротивления подаче в эталонном участке трубы давление подачи P_FW для данного подаваемого количества Q густого материала, а, во-вторых, простое в обращении устройство и простой в реализации способ, посредством которого можно надежно оценить создаваемое давление подачи определенного густого материала в подаваемом количестве Q по трубопроводу.

Одна особенность изобретения состоит в том, что в качестве устройства для создания относительного перемещения между эталонным участком трубы и густым материалом предусмотрен воздействующий на густой материал в эталонном участке трубы поршень, причем эталонный участок трубы установлен с возможностью перемещения относительно поршня. Это обеспечивает простую и надежную конструкцию реометра.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что эталонный участок трубы выполнен с возможностью принудительного прямолинейного движения из первого положения, по меньшей мере, в одно второе положение. Предпочтительно реометр содержит блокировочный механизм для фиксации эталонного участка трубы в первом и/или втором положении. Предпочтительно для размещения эталонного участка трубы и поршня предусмотрен несущий блок. Оптимально расположить поршень устройства на несущем блоке неподвижно.

Один предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что для определения давления, действующего на густой материал за счет относительного перемещения между ним и эталонным участком трубы, предусмотрен датчик давления, расположенный на поршне или интегрированный в него.

За счет того что для создания относительного перемещения между эталонным участком трубы и поршнем предусмотрено средство для создания приводного усилия, могут исследоваться также густые материалы с большим внутренним сопротивлением деформации. Здесь благоприятно выполнить это средство для создания приводных усилий разной величины. В частности, это средство может содержать также приводной цилиндр, например приводимый в действие посредством гидравлики. Особенно простым средством для создания соответствующего приводного усилия является груз. Если груз выполнить изменяемым, то за счет его изменения можно устанавливать различные относительные перемещения между эталонным участком трубы и густым материалом.

В одном особом варианте осуществления изобретения предусмотрено выполнение эталонного участка трубы с уменьшенным внутренним диаметром или с коленом. Таким образом, для определенного густого материала можно определить сопротивление подаче переходников и колен в трубопроводе.

Чтобы оператор мог контролировать текучесть густого материала в измерительном устройстве, предпочтительно выполнить эталонный участок трубы, по меньшей мере, частично из прозрачного пластика.

Благоприятно предусмотреть для эталонного участка трубы первый и второй, а также, при необходимости, дополнительные участки труб, которые могут соединяться между собой или отделяться друг от друга. Таким образом, обеспечивается простое наполнение и опорожнение реометра.

Если на эталонном участке трубы выполнена, по меньшей мере, одна ручка, то это обеспечивает удобное обращение с реометром. В частности, это обеспечивает также создание приводного усилия вручную для перемещения эталонного участка трубы относительно поршня.

За счет того что предусмотрено устройство для нагружения размещенного в эталонном участке трубы густого материала статическим давлением, это позволяет определить его текучесть под сжимающей нагрузкой.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах его осуществления, изображенных на чертежах, на которых представляют:

- фиг.1а, 1b: первый и второй перспективные виды первого реометра с первой настройкой;

- фиг.2: разрез первого реометра со второй настройкой;

- фиг.3а-3f: схематичные виды первого реометра для пояснения измерительного процесса;

- фиг.4: схематичный вид второго модифицированного реометра;

- фиг.5: схематичный вид третьего модифицированного реометра;

- фиг.6: схематичный вид четвертого модифицированного реометра;

- фиг.7: схематичный вид пятого модифицированного реометра;

- фиг.8: характеристика давления и скорости в реометре;

- фиг.9: схематичный вид шестого модифицированного реометра;

- фиг.10: устройство для оценки сопротивления подаче густых материалов в трубопроводе.

Изображенный на фиг.1а и 1b реометр 100 содержит в качестве емкости для густого материала наполняемый им эталонный участок 102 трубы. Эталонному участку 102 трубы придан входящий в него поршень 108. В противоположную поршню 108 сторону эталонный участок 102 трубы открыт. Эталонный участок 102 трубы может перемещаться относительно поршня 108 с прямолинейным движением по двойной стрелке 104. Для этого эталонный участок 102 трубы параллельно проходит в принудительной направляющей 106 на направленном в него поршне 108. Чтобы при этом можно было наблюдать за поршнем 108 и наполняющим эталонный участок 102 трубы густым материалом, эталонный участок 102 трубы изготовлен предпочтительно из прозрачного материала, например прозрачного пластика.

Поршень 108 неподвижно закреплен на регулируемом несущем блоке 110. Он содержит несущую плиту 112, на которой выполнены три регулируемые опоры 114, 116, 118, служащие для опирания устройства на пол 119, при необходимости также на землю на стройплощадке.

Несущий блок 110 обеспечивает вертикальную, т.е. отвесную, ориентацию оси 120 эталонного участка 102 трубы и поршня 108. Для этого три опоры 114, 116, 118 посредством барашковых винтов 122, 124, 126 закреплены в отверстиях несущей плиты 112, которые по отношению к оси 120 эталонного участка 102 трубы и поршня 108 направлены наискось вниз к полу 119. На концах опор предусмотрены переставные барашковые винты 128, 130, 132. С их помощью можно вертикально ориентировать ось 120.

Эталонный участок 102 трубы выполнен двухсекционным. Он содержит секцию 134 и секцию 136 участка трубы. Обе секции соединены присоединительным механизмом 140. Последний может быстро открываться и закрываться. Это позволяет снять секцию 136 участка трубы с секции 134 эталонного участка 102 трубы или установить ее на секции 134. При снятой секции 136 участка трубы оператор может просто и удобно наполнять его густым материалом.

На секции 134 эталонного участка 102 трубы выполнен ослабляемый блокировочный механизм 137. Он служит для фиксации эталонного участка 102 трубы в показанном на фиг.1а, 1b первом положении на поршне 108.

Чтобы можно было хорошо оценить давление подачи для трубопровода, секции 136 и 134 имеют преимущественно диаметр, соответствующий диаметру трубы трубопровода, для которого интерес представляет оценка давления подачи.

В данном случае секции 136 и 134 имеют диаметр 12,5 см. Секция 134 имеет такую длину, что над поршнем 108 находится столб густого материала высотой 50 см, когда секция 134 полностью наполнена им. Собственная масса эталонного участка 102 трубы составляет около 2,5 кг.

При ослаблении блокировочного механизма 137 воздействующий на эталонный участок 102 трубы вес действует в качестве приводного усилия и перемещает его по стрелке 138 вниз в направлении несущей плиты 112 несущего блока 120. В качестве концевого упора для эталонного участка 102 трубы в несущей плите 112 выполнен паз 139, в котором расположен элемент для демпфирования удара эталонного участка 102 трубы.

На секции 134 предусмотрены ручки 142, 144. С их помощью оператор за счет своей мышечной силы может перемещать эталонный участок 102 трубы по поршню 108, когда блокировочный механизм 137 открыт.

Эталонный участок 102 трубы имеет участок 143 для размещения выполненного в виде трубного хомута дополнительного груза 145. За счет закрепления хомута 145 на эталонном участке 102 трубы воздействующий на него вес F повышается в соответствии с собственной массой хомута.

Реометр 100 содержит измерительное устройство с блоком в виде лазерного датчика 146 пути для определения относительного перемещения между густым материалом и эталонным участком 102 трубы. Датчику 146 придана по меньшей мере частично отражающая лазерный луч 147 пластина 148, закрепленная на эталонном участке 102 трубы. Посредством датчика 146 можно измерить расстояние пластины 148 от его торцевой стороны 150 в качестве функции времени. За счет этого датчик 146 может регистрировать скорость перемещения эталонного участка 102 трубы по поршню 108 в данный момент. Для управления и обработки сигналов датчик 146 соединен с вычислительным блоком (не показан).

Следует отметить, что для определения относительного перемещения между густым материалом и эталонным участком трубы вместо лазерного датчика пути может использоваться также датчик пути другой конструкции или измеритель скорости или ускорения.

На фиг.2 изображен разрез реометра 100 из фиг.1а, 1b, причем эталонный участок трубы перемещен в положение В на демпфирующий элемент в пазу 139 несущей плиты 112. Одинаковые детали на фиг.2 обозначены теми же ссылочными позициями, что и на фиг.1а, 1b.

В реометре 100 в качестве измерительного устройства предусмотрен выполненный в виде датчика давления бетона датчик давления 160, посредством которого за счет регистрации сжимающего усилия можно определить давление, действующее на густой материал в эталонном участке 102 трубы в результате относительного перемещения между ним и густым материалом. Датчик давления 160 размещен по центру на торцевой стороне 162 поршня 108. Для управления и обработки сигналов датчик давления 160 также соединен с упомянутым вычислительным блоком.

Работа изображенного на фиг.1а, 1b, 2 реометра 100 более подробно описана со ссылкой на фиг.3a-3f. При этом детали реометра изображены на фиг.3a-3f лишь схематично. Для пояснения используются ссылочные позиции из фиг.1а, 1b, 2, если они относятся к идентичным деталям.

На фиг.3а изображен вычислительный блок 302 для управления и обработки сигналов, к которому подключены лазерный датчик 146 пути и датчик 160 давления с элементами 304, 306 передачи данных. Для подготовки реометра 100 к измерительному процессу секция 134 эталонного участка 102 трубы в положении А на фиг.3а блокируется на поршне 108 посредством блокировочного механизма 137.

Затем, как показано на фиг.3b, секция 134 диаметром D_N и длиной L_N заполняется густым материалом 300, сопротивление подаче которого должно быть определено.

На следующем этапе в соответствии с фиг.3с секция 136 участка трубы надевается на секцию 134 и блокируется с ней.

Посредством расположенного на поршне 108 датчика давления 160 при блокированном реометре определяется давление Р_М, оказываемое густым материалом 300 на поршень 108.

Если не принимать во внимание трение густого материала о внутреннюю стенку эталонного участка 102 трубы, то возникает масса М размещенного в нем густого материала:

где g - ускорение Земли, а D - внутренний диаметр эталонного участка 102 трубы. Таким образом, с помощью реометра 100 возможно также определение плотности ρ_B наполняющего эталонный участок 102 трубы густого материала, поскольку справедливо:

где V - наполняющий эталонный участок 102 трубы объем густого материала.

После этого блокировочный механизм 137 ослабляется. Вследствие этого за счет силы тяжести F, действующей по стрелке 308, эталонный участок 102 трубы перемещается относительно несущей плиты 112. За счет силы тяжести F эталонный участок 102 трубы ускоряется до обусловленной трением предельной скорости ν_G1. Он опускается затем со скоростью ν_G1 на несущую плиту 112. При этом посредством датчика давления 160 измеряется вызванное на торцевой стороне 162 поршня 108 густым материалом 300 давление P(t), а посредством лазерного датчика 146 пути - скорость ν(t) перемещения эталонного участка 102 трубы по поршню 108 в качестве функции времени t.

На фиг.3d изображен наполненный густым материалом 300 эталонный участок трубы в положении В на несущей плите 112.

Это измерение давления P(t) и скорости ν(t) перемещения повторяется, как показано на фиг.3е, с помощью предусмотренного для эталонного участка 102 трубы дополнительного груза 145. Эталонный участок 102 трубы, опускаясь по поршню 108, ускоряется за счет большей силы тяжести до предельной скорости ν_G2.

При необходимости, дополнительный груз 145 изменяется после этого еще несколько раз, чтобы затем можно было воспринимать соответствующие характеристики P_n, ν_Gn давления и скорости.

Затем вычислительный блок 302 определяет по зарегистрированным временным характеристикам давления P(t) и скорости ν(t) устанавливающееся при предельной скорости ν_G1-ν_Gn и подаваемых количествах Q₁-Q_n давление P₁-P_n, чтобы с помощью этих значений отобразить диаграмму зависимости P и Q на дисплее 310.

Для этого в вычислительном блоке 302 с помощью системы уравнений

определяются параметры α_DS, b_DS, которые отображаются на дисплее 310 вычислительного блока 302.

Для удаления густого материала 300 из эталонного участка трубы секция 136, как показано на фиг.3f, отделяется от секции 134 за счет ослабления блокировочного механизма, освобождая, таким образом, размещенный густой материал 300.

На фиг.4 изображен реометр 400 с эталонным участком трубы 402 уменьшенного диаметра 405, чтобы обеспечить оценку сопротивления подаче через переходник в трубопроводе. В остальном принцип действия реометра 400 соответствует принципу действия реометра 100 из предыдущих фигур. Детали реометра 400, встречающиеся также в реометре 100, обозначены ссылочными позициями, увеличенными по отношению к фиг.1 и 2 на число 300.

На фиг.5 изображен реометр 500 с эталонным участком 502 трубы, в котором предусмотрено колено 536. Реометр 500 обеспечивает оценку сопротивления подаче, вызываемого соответствующим коленом в трубопроводе для густых материалов. В остальном принцип действия реометра 500 соответствует принципу действия реометра из фиг.4, а соответственно идентичные детали обозначены ссылочными позициями, увеличенными на число 100.

На фиг.6 изображен реометр 600, в котором в качестве блока для определения скорости относительного перемещения между густым материалом 300 и эталонным участком трубы 602 предусмотрен не лазерный датчик пути, а прибор 646 для измерения времени. Принципиальная конструкция реометра 600 соответствует конструкции реометра 100. Если детали реометра 600 соответствуют деталям реометра 100, то они обозначены ссылочными позициями, увеличенными на число 500. Прибору 646 для измерения времени приданы управляющие выключатели 682, 684, которые включаются при перемещении эталонного участка трубы 602 вдоль поршня 608 по стрелке 690 из блокированного положения А в положение В для определения продолжительности Δt перемещения эталонного участка трубы из положения А в положение В.

Реометр 600 работает следующим образом.

При ослаблении блокировочного механизма 637 наполненный густым материалом 300 эталонный участок трубы скользит вниз по поршню 608. При этом посредством датчика 660 измеряется оказываемое на поршень 608 давление Р в зависимости от времени t, а посредством прибора 646 для измерения времени - продолжительность Δt этого перемещения. При этом эталонный участок трубы за счет своего веса ускоряется до предельной скорости ν_G.

С учетом того упомянутого выше факта, что при подаче подаваемого количества Q некоторых нетиксотропных густых материалов с ламинарным течением на участке j трубопровода, создаваемое для преодоления сопротивления подаче давление подачи P_FW независимо от состава густого материала отвечает отношению

то для воспринимаемого датчиком 660 давления Р в качестве функции времени t справедливо:

где ν(t) - скорость в данный момент эталонного участка 602 трубы, с которой он скользит по поршню 608. Это позволяет пересчитать измеренную общую продолжительность Δt перемещения в эту соответствующую предельную скорость ν_G.

За счет того что с использованием дополнительного груза измеряется давление P(t), устанавливающееся при двух различных предельных скоростях, с помощью уравнения (10) можно сделать вывод о зависимых от густого материала параметрах A_j, B_j.

На фиг.7 изображен реометр 700, выполненный в соответствии с реометром 100. Одинаковые по отношению к реометру 100 на фиг.1 детали обозначены в реометре 700 ссылочными позициями, увеличенными на число 600. Реометр 700 содержит блок 792 для размещения груза 794. Он отличается от реометра 100 на фиг.1 тем, что в эталонном участке 702 трубы предусмотрен дополнительный поршень 796 с грузом 798 для нагружения густого материала 300 в эталонном участке трубы дополнительным давлением. Это позволяет исследовать текучесть нагруженного давлением густого материала.

Следует заметить, что в описанных с помощью фиг.1-7 реометрах в качестве блока для определения давления, действующего на густой материал за счет относительного перемещения между ним и эталонным участком трубы, может быть предусмотрено также устройство для измерения скорости или времени с соответствующим вычислительным устройством. Если собственная масса М утяжеленного, при необходимости, грузом эталонного участка трубы и обусловленная, в частности, уплотнением на краю поршня сила трения F_RK между ним и эталонным участком трубы достаточно хорошо известны, то в случае установившегося движения эталонного участка трубы с предельной скоростью ν_G давление Р, действующее на густой материал за счет относительного перемещения между ним и эталонным участком трубы, вычисляется следующим образом:

где g - ускорение Земли, а D - диаметр эталонного участка трубы.

Массу М эталонного участка трубы и груза можно определить, например, с помощью весов независимо от процесса реометрического измерения.

Сила трения F_RK измеряется при пустом эталонном участке трубы за счет определения его необходимой для свободного движения вниз массы или связанного с этим веса. В качестве альтернативы возможно также определение силы трения посредством расположенного на поршне датчика давления, а именно за счет сравнения измеренного динамического давления с теоретически ожидаемым давлением, которое возникло бы на поверхности поршня без учета силы трения.

Это значит, что можно сделать вывод о давлении Р, действующем на густой материал в эталонном участке трубы, если он движется вниз по поршню с предельной скоростью ν_G при установившемся движении.

Движется ли эталонный участок трубы с предельной скоростью ν_G, можно определить, например, за счет измерения скорости или времени.

Далее в описанных с помощью фиг.1-7 реометрах можно предусмотреть в качестве блока для определения скорости относительного перемещения между густым материалом и эталонным участком трубы устройство для измерения давления с вычислительным блоком.

На фиг.8 на диаграмме 800 изображена типичная характеристика давления Р и скорости ν, возникающая в случае бетона при скольжении эталонного участка трубы вниз по поршню.

Давление Р сначала возрастает в области 801 до предельного давления P_G, пока эталонный участок трубы не достигнет предельной скорости ν_G. В области 803 давление Р приблизительно постоянное. В области 805 оно резко падает. Скорость ν соответственно возрастает до предельной скорости ν_G и остается постоянной до тех пор, пока эталонный участок трубы резко не затормозится.

Следовательно, в идеальном виде возникает следующая линейная связь между изменением ΔР давления и скоростью ν:

При этом

является аппаратной постоянной, которая зависит только от конструкции реометра. Это позволяет по зарегистрированному на поршне реометра давлению Р сделать вывод о скорости ν, с которой эталонный участок трубы скользит вниз по поршню.

На фиг.9 изображен реометр 900 с эталонным участком 902 трубы, а также первым 970 и вторым 980, приводимыми в действие посредством приводных гидроцилиндров 972, 982 поршнями, которые воздействуют на объем 950 густого материала в расположенном на несущем блоке 910 эталонном участке 902 трубы.

Посредством поршня 970 можно настроить приводное усилие F для создания относительного перемещения между густым материалом и эталонным участком 902 трубы, которое может быть измерено подходящим датчиком 946 скорости. Для измерения действующего на поршень 970 давления на нем установлен датчик силы 960. Для управления и обработки сигналов датчики 946, 960 соединены с вычислительным блоком 990.

Поршень 980 служит для нагружения густого материала в эталонном участке 902 трубы дополнительным давлением. Таким образом, за счет определения скорости размещенного в эталонном участке 902 трубы густого материала по отношению к поршню 970 при одновременном измерении нагружающего его давления можно определить текучесть густого материала при соответственно устанавливаемом базовом давлении.

На фиг.10 изображено устройство 1000 для оценки давления подачи P_FW, необходимого для преодоления сопротивления густых материалов подаче в трубопроводе 1100 длиной L и диаметром D, при заданном подаваемом количестве Q.

Устройство 1000 содержит реометр 1002, конструкция которого соответствует конструкции реометров на фиг.1-9. Это обеспечивает квантифицированное определение текучести густого материала за счет определения параметров τ_DS и b_DS в уравнении (3).

Устройство 1000 содержит вычислительный блок 1004, соединенный с реометром 1002. Вычислительный блок 1004 содержит клавиатуру 1006 для ввода данных и монитор 1008. Клавиатура 1006 служит для ввода диаметра D и длины L трубопровода, для которого следует оценить давление подачи P_FW для преодоления сопротивления подаче, а также для ввода нужного подаваемого количества Q густого материала. Вычислительный блок 1004 содержит программу для расчета, например, на основе уравнений (3)-(5) требуемого давления P_FW по следующему отношению

а также для отображения на мониторе 1008 параметра τ_B, физически обозначающего предел текучести, и параметра b_B, обозначающего вязкость густого материала.

Резюмируя вышесказанное, можно констатировать следующее. Изобретение относится к реометру 100 для густых материалов, а также к устройству и способу оценки создаваемого для преодоления сопротивления густого материала подаче в трубопроводе давления подачи с помощью такого реометра 100. Реометр 100 содержит емкость для размещения густого материала и измерительное устройство для измерения текучести густого материала в емкости. Емкость выполнена в виде наполняемого густым материалом 300 эталонного участка 102 трубы. В реометре 100 может быть создано линейное относительное перемещение между эталонным участком 102 трубы и наполняющим его густым материалом 300 с первой скоростью и по меньшей мере одной отличающейся от нее другой скоростью. В качестве измерительного устройства предусмотрены блок 146, 147, 148 для определения скорости ν относительного перемещения между густым материалом 300 и эталонным участком 102 трубы и блок 160 для определения давления Р, действующего на густой материал 300 за счет относительного перемещения между ним и эталонным участком 102 трубы.

1. Реометр (100, 400, 500, 600, 700, 900) для густых материалов, содержащий
емкость для размещения густого материала (300) и
измерительное устройство,
отличающийся тем, что
емкость включает в себя наполняемый густым материалом (300) участок (102, 402, 502, 602, 702, 902) трубы с установленным с возможностью перемещения относительно участка (102, 402, 502, 602, 702, 902) трубы поршнем (108, 970), причем
измерительное устройство содержит блок (146, 147, 148, 646, 682, 684, 946) для определения скорости (υ) относительного перемещения между поршнем (108, 970) и участком (102, 402, 502, 602, 702, 902) трубы, а также блок (160, 660, 960) для определения давления (Р), оказываемого наполняющим участок (102, 402, 502, 602, 702, 902) трубы густым материалом (300) на поршень (108, 970), и
предусмотрен вычислительный блок (302, 990), который выполняет расчет текучести густого материала (300) в емкости на основе полученных скоростей и значений давления.

2. Реометр по п.1, отличающийся тем, что для участка (102) трубы предусмотрена принудительная направляющая (106) для прямолинейного перемещения участка (102) трубы из первого положения (А) во второе положение (В) и/или в другое положение.

3. Реометр по п.2, отличающийся тем, что предусмотрен блокировочный механизм (136) для фиксации участка (102) трубы в первом положении и/или в другом положении (А, В).

4. Реометр по п.3, отличающийся тем, что для размещения участка (102, 902) трубы и поршня (108, 970) предусмотрен регулируемый для вертикальной ориентации участка (102) трубы несущий блок (110, 910), на котором неподвижно расположен поршень (108).

5. Реометр по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что блок для определения давления (Р), действующего на густой материал (300) за счет относительного перемещения между густым материалом (300) и участком (102, 902) трубы, содержит размещенный на поршне (108) датчик (160) давления или размещенный на поршне (970) датчик (960) силы.

6. Реометр по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что блок для создания относительного перемещения между участком (102, 702, 902) трубы и поршнем (108, 708, 908) содержит средство (792, 794, 796, 970, 980) для создания действующего на участок (102, 702) трубы приводного усилия (F), выполненное предпочтительно для создания разных по величине приводных усилий.

7. Реометр по п.6, отличающийся тем, что в качестве средства для создания приводного усилия предусмотрен предпочтительно изменяемый груз (794, 796).

8. Реометр по п.1, отличающийся тем, что для создания относительного перемещения между участком (102, 802) трубы и густым материалом (300) предусмотрен воздействующий на густой материал (300) в участке (102) трубы поршень (108, 970), причем поршень (970) расположен с возможностью перемещения относительно участка (902) трубы.

9. Реометр по п.8, отличающийся тем, что для создания относительного перемещения между участком (102, 702, 802) трубы и поршнем (108, 708, 908) предусмотрено средство (792, 794, 796, 970, 980) для создания действующего на поршень (970) приводного усилия (F).

10. Реометр по одному из пп.1-4, 8 или 9, отличающийся тем, что на участке (402) трубы выполнено уменьшение внутреннего диаметра или на участке (502) трубы выполнен дугообразный участок.

11. Реометр по одному из пп.1-4, 8 или 9, отличающийся тем, что участок (102) трубы по меньшей мере частично изготовлен из прозрачного материала, в частности из прозрачного пластика.

12. Реометр по одному из п.п.1-4, 8 или 9, отличающийся тем, что участок (102) трубы содержит первую и вторую секции (134, 136), выполненные с возможностью соединения между собой и отделения друг от друга.

13. Реометр по одному из пп.1-4, 8 или 9, отличающийся тем, что предусмотрено устройство (796, 798, 980) для нагружения размещенного в участке (702, 902) трубы густого материала (300) статическим давлением.

14. Устройство (1000) для определения сопротивления подаче густого материала в трубопроводной системе (1100) с помощью реометра (1002) по одному из пп.1-13.

15. Способ оценки давления подачи (P_FW), создаваемого для преодоления сопротивления подаче густых материалов (300) по трубопроводу,
при котором заполненный подаваемым густым материалом (300) участок (102) трубы перемещают относительно заполняющего участок (102) трубы густого материала (300), определяя при этом действующее на густой материал давление, и
при котором сопротивление подаче густого материала (300) рассчитывают на основе полученных скоростей относительного перемещения между густым материалом (300) и участком (102) трубы и на основе значений давления.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что значение действующего на густой материал (300) давления (Р) определяют за счет измерения скорости или измерения времени.

17. Способ по п.15 или 16, отличающийся тем, что скорость (υ) относительного перемещения между густым материалом (300) и участком (102) трубы определяют за счет измерения давления.