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浆体流变仪

阅读:513发布:2023-01-10

专利汇可以提供浆体流变仪专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种浆体流变仪(100)以及涉及一种用该流变仪(100)测算为克服管道中浆体的输送阻 力 而施加的输送压力的设备和方法。该流变仪(100)具有用于盛装浆体的容器和用于测量该容器中浆体的流变特性的测量装置。该容器构造为可用浆体(300)填充的管件标准器(102)。在该流变仪(100)中,管件标准器(102)与填充到管件标准器(102)中的浆体(300)能引起一种直线的相对运动,具有第一速度和至少一个与第一速度不同的其他速度。作为测量装置,设置有用于确定浆体(300)与管件标准器(102)的相对运动速度的单元(146,147,148)和用于确定通过浆体(300)与管件标准器(102)的相对运动而作用到浆体(300)上的压力的单元(160)。,下面是浆体流变仪专利的具体信息内容。

1.浆体用的流变仪(100、400、500、600、700、900),其包括:
用于盛装浆体(300)的容器;和
用于测量该容器中的浆体(300)的流变特性的测量装置;
其特征在于:
所述容器构造为一种能用浆体(300)填充的管件标准器(102、402、502、602、702、
902);其中
由管件标准器(102、402、502、602、702、902)和被填充到该管件标准器(102、402、502、
602、702、902)中的浆体(300)能够引起一种直线的相对运动,具有第一速度(vG1)和至少一个与该第一速度不同的其他速度(vG2);和
作为测量装置,设置有用于确定浆体(300)与管件标准器(102、402、502、602、702、
902)的相对运动的速度(v)的单元(146、147、148、646、682、684、946);和设置有用于确定通过浆体(300)与管件标准器(102、402、502、602、702、902)的相对运动而作用到浆体(300)上的压(P)的单元(160、660、960)。
2.如权利要求1所述的流变仪,其特征在于:为了产生管件标准器(102、902)与浆体(300)的相对运动,设置有作用于管件标准器(102)内的浆体(300)的活塞(108、970),其中,所述管件标准器(102)相对所述活塞(108)可运动地设置。
3.如权利要求1或2所述的流变仪,其特征在于:为所述管件标准器(102)设置有强制导向部(106),该强制导向部用于使管件标准器(102)从第一位置(A)到第二位置(B)和/或一个其他的位置作直线运动。
4.如权利要求3所述的流变仪,其特征在于:设置有用以将管件标准器(102)固定在第一位置和/或一个其他的位置(A、B)的定机构(136)。
5.如权利要求4所述的流变仪,其特征在于:为支承管件标准器(102、902)和活塞(108、970)而设置有支架单元(110、910)。
6.如权利要求5所述的流变仪,其特征在于:为了使管件标准器(102)垂直定向,所述支架单元(110)是可调节的。
7.如权利要求5或6所述的流变仪,其特征在于:所述活塞(108)被固定设置在所述支架单元(110)上。
8.如权利要求2至7之任一项所述的流变仪,其特征在于:所述用于确定通过浆体(300)与管件标准器(102、902)的相对运动而作用到浆体(300)上的压力(P)的单元包括装在活塞(108)上的压力传感器(160)或者装在活塞(970)上的测力传感器(960)。
9.如权利要求4至8之任一项所述的流变仪,其特征在于:用于产生管件标准器(102、
702、902)与活塞(108、708、908)的相对运动的单元具有用于产生作用到管件标准器(102、
702)上的驱动力(F)的机构(792、794、796、970、980)。
10.如权利要求9所述的流变仪,其特征在于:作为用于产生驱动力的机构,设置有荷载重量(794、796)。
11.如权利要求9或10所述的流变仪,其特征在于:所述用于产生驱动力的机构(792、
794、796、970、980)设计为用来产生不同大小的驱动力。
12.如权利要求11所述的流变仪,其特征在于:荷载重量(794、796)是可变的。
13.如权利要求1所述的流变仪,其特征在于:为了产生管件标准器(102、802)与浆体(300)的相对运动,设置有作用于管件标准器(102)内的浆体(300)的活塞(108、970),其中,所述活塞(970)相对管件标准器(902)可运动地设置。
14.如权利要求13所述的流变仪,其特征在于:为了产生管件标准器(102、702、802)与活塞(108、708、908)的相对运动,设置有用于产生作用到活塞(970)上的驱动力(F)的机构(792、794、796、970、980)。
15.如权利要求1至14之任一项所述的流变仪,其特征在于:在所述管件标准器(402)上设置有一个内径缩小部或者在所述管件标准器(502)上设置有一个弧形段。
16.如权利要求1至15之任一项所述的流变仪,其特征在于:所述管件标准器(102)至少部分地由透明材料、尤其是由透明塑料构成。
17.如权利要求1至16之任一项所述的流变仪,其特征在于:所述管件标准器(102)包括第一和第二管段(134、136),该第一和第二管段能够相互连接和彼此分开。
18.如权利要求1至17之任一项所述的流变仪,其特征在于:在所述管件标准器上构造有至少一个手柄(144)。
19.如权利要求1至18之任一项所述的流变仪,其特征在于:设置有用于对盛装在管件标准器(702、902)内的浆体(300)加载静压力的装置(796、798、980)。
20.用于确定管道系统(1100)中浆体的输送阻力的设备(1000),其具有如权利要求1至19之任一项所述的流变仪(1002)。
21.用于测算为了克服管道中浆体(300)的输送阻力而需要施加的输送压力(PFW)的方法,
-其中,在第一步骤中,使填充有待输送的浆体的管件标准器(102)相对于被填充到所述管件标准器(102)内的浆体(300)以第一速度运动,这便产生作用到浆体上的第一压力,其中,该压力的值作为第一压力值被求得并且由此推断出浆体(300)的输送阻力。
22.如权利要求21所述的方法,其特征在于:
-在第二步骤或者在继续的步骤中,使填充有浆体的管件标准器(102)相对于被填充到所述管件标准器(102)内的浆体(300)以与所述第一速度不同的第二速度或者其他的速度运动,这便产生作用到浆体(300)上的与所述第一压力不同的第二压力或者其他的压力,其中,该压力的值作为第二或者其他压力值,从第一和第二或者其他压力值推断出管道中浆体(300)的输送阻力;以及
-由第一和第二或者所述其他压力值的比较推断出管道中浆体(300)的输送阻力。
23.如权利要求21或22所述的方法,其特征在于:通过测量速度或者测量时间,来确定作用于浆体(300)上的压力(P)的值。
24.如权利要求21至23之任一项所述的方法,其特征在于:通过测量压力,来确定浆体(300)与管件标准器的相对运动的速度(v)。

说明书全文

浆体流变仪

技术领域

[0001] 本发明涉及一种浆体用的流变仪,其包括:用于盛装浆体的容器和用于测量该容器中浆体的流变特性的测量装置。本发明还涉及一种用于确定管道系统中浆体的输送阻的设备以及一种为了克服管道系统中浆体的输送阻力而施加输送压力的方法。

背景技术

[0002] 流变仪是一种用于测定材料流变特性的测量仪器。开头所述种类的流变仪以旋转流变仪的结构形式为人所知,例如描述于:“Comparison of concrete rheometers:International test at LCPC(Nantes,France)in October,2000,NISTIR6819(混凝土流变仪的比较:2000年10月在法国道桥研究中心的国际试验(法国,南特),NISTIR6819)”。
该流变仪具备一个能用浆体填充的容器和一个测量装置,该测量装置利用可旋转运动的测量几何体来测量扭矩。在该测量几何体旋转运动时,由于填充到容器中的浆体而产生一扭矩,对该扭矩进行测量。由此,求出浆体的流变特性。
[0003] 浆体的流变特性决定了其可加工性、可压实性和可输送性。
[0004] 这样,在输送浆体,比如混凝土或者淤泥、泥或者生物垃圾时,在管道中会产生一个输送阻力,该输送阻力取决于浆体的流变特性。浆体与管道壁的摩擦以及管道输送中浆体中产生的变形功是输送阻力的起因。变形功是归因于浆体的内部变形阻力。
[0005] 输送阻力导致的结果是:为了通过管道系统将浆体提升高差Δh输送,浆体需产生的不止是压力PΔh,而是还要产生一个附加的压力PFW,压力PΔh相当于高差为Δh的浆体柱在与管道系统连接的浆体泵出口处产生的压力。
[0006] 对于压力PΔh通常适用:
[0007] PΔh=gρΔh,(1)
[0008] 其中,g为重力加速度,ρ为浆体的密度。为了克服管道系统中的输送阻力,必须施加附加压力PFW。
[0009] 结果是,为了通过管道系统将浆体输送到高差为Δh的高度,浆体泵必须提供至少
[0010] PF=PFW+PΔh (2)
[0011] 的输送压力。
[0012] 已知的是,利用给定的管道直径为D和给定的管道长度为L的管道系统输送希望的输送量的泵送混凝土,该泵送混凝土具备一定的、按DIN EN 12350-5的扩展度分等的泵送混凝土粘度,在这种情况下,通过计算图表(Nomogramm)来测算出克服输送阻力所必须的压力PFW。按DIN EN12350-5的扩展度被引用作为混凝土的流变特性的量度。该PFW的测算方法是以实验数据或者说针对不同的管道系统中的大量的泵送混凝土种类记录下来的测量数据组为依据的。例如,在PUTZMEISTER公司的小册子“Betontechnologie fiir Betonpumpe(针对混凝土泵的混凝土工艺)”中绘出了一个这样的计算图表并进行了解释说明。
[0013] 当已知泵送混凝土的密度ρPB和管道长度为L、管道直径为D的管道系统的输送高度被给定为Δh时,利用这个计算图表可以推断出每时间单位内泵送混凝土的期望输送量为Q时的输送压力PF。
[0014] 可是已经表明,这个测算PFW的方法仅仅适用于所谓单纯的泵送混凝土,也就是说,泵送混凝土为三元混合物,其主要成分为填料(骨料)、水泥。当一种单纯的泵送混凝土为了一定的使用目的被掺入了添加物和/或添加剂、如混凝土液化剂的话,通过按DIN EN 12350-5扩展度已经不再能够确切地表示混凝土的流变特性。因此,使用上述计算图表已经不再能够准确地测算出掺入了添加剂的泵送混凝土在管道系统中必要的输送压力PF。
[0015] 已知的浆体用旋转流变仪也不适用于:确定混凝土的流变特性,从而由此可以可靠地求得对于管道系统中所需的输送压力PF。
[0016] 因此,为了确定管道系统中的掺入了添加料的泵送混凝土的必要的输送压力PF,或者为了求得其他浆体的输送压力PF,诸如淤泥、煤泥或者生物垃圾,迄今为止进行了耗费巨大的泵送试验:使用一个具备为实际使用而设计的管道系统的实验装置泵压相应的浆体。在实验装置中,获得了浆体的不同输送速度时的管道系统中的压力比。特别是在浆体泵与管道系统的连接范围测定了出现的压力。该被测定的压力则与输送压力PF相符。

发明内容

[0017] 因此,本发明的目的就是提供一种流变仪,用该流变仪可以如此确定浆体、特别是混凝土的流变特性,以致能够可靠地测算出管道系统中必要的输送压力。
[0018] 本发明的另外一个目的就是,提供一种结构简单、适合移动式使用的设备,通过该设备可以测算出在一个给定的管道系统中、输送一个需要被输送的特定的浆体和每时间单位期望的浆体输送量为Q的情况下的压力PFW;浆体泵必须产生该压力,用以克服管道系统内产生的输送阻力。此外,本发明的目的是,提供一种方法,通过该方法,在浆体泵使用现场或者在实验室里通过简单的方式能够迅速而经济地求出相应的压力PFW。
[0019] 上述目的通过具有权利要求1特征的流变仪、具有权利要求20特征的设备和具有权利要求21特征的方法而得以实现。
[0020] 本发明的一个认识是,这样能够测得一个管道系统中的浆体的流变特性,该浆体在克服输送阻力的压力PFW和输送量Q之间不存在线性关系。
[0021] 针对于有些非触变性的浆体,比如混凝土,本发明的一个认识是:在长度为Li、直径为Di、呈直线延伸的管道断面i内平流(层流)的情况下,在由浆体的输送阻力在管道断面i内引起的压差Pi与每时间单位内通过管道断面i的浆体的输送量Q之间存在以下不受浆体的组成成分影响的关系:
[0022]
[0023] 其中,等式参数τDS、bDS和指数αDS虽然取决于浆体的种类,但是相对管壁的其他特性具有不变性,特别是不受输送量Q大小的影响。
[0024] 另外一个认识是:在通过一个呈直线延伸的管道断面或者通过一个具有管道有效直径缩小的渐缩管的管道断面j或者通过一个具有圆弧管的管道断面,比如90°弧或者180°弧,输送非触变性浆体的情况下,在克服管道断面j中的输送阻力Pj的压力与输送量Q之间存在以下不受特定的、非触变性浆体、例如混凝土的组成成分影响的关系:
[0025] Pj=Aj+BjQ,(4)
[0026] 其中,参数Aj和Bj虽然取决于被输送的浆体的种类和相应的管道断面j的几何形状,但是几乎不受通过管道断面j的输送量Q的影响。
[0027] 本发明的解决方案还认识到:在通过一个管道系统输送浆体时,该管道系统由长度为Li的管道断面i和直径Di以及管道断面j构成并且该管道断面具有变径和圆弧管构造,为了克服输送阻力必须产生压力:
[0028]
[0029] 其中,等式(3)和(4)分别适用于Pi和Pj。
[0030] 本发明的解决方案特别认识到:使管件标准器相对被盛装在管件标准器中的浆体柱运动,同时浆体柱保持固定不动,通过调节浆体柱与管件标准器的相对运动,可以符合实际地模拟管道系统中浆体的流变特性:通过在不同的相对速度变化过程中对压力的简单检测,可以准确地推算出管道系统中浆体的流变特性。本发明还认识到,管件标准器可以相对来说短一些:通过一个适于盛装50cm高的浆体柱的1m长的管件标准器可以正确地推断出长达数百米长的管道系统中浆体的流变特性。
[0031] 据此,本发明首先推荐一种特别适合实验室和现场使用的流变仪,使用该流变仪可以在给定的浆体和浆体的输送量Q给定的情况下,对克服管道内输送阻力所需要的输送压力PFW直接进行检测;并提供一种操作简单的设备和容易实施的方法,使用该方法可以可靠地推算出通过一个管道系统输送一定量Q的特定浆体所需要施加的输送压力PFW。
[0032] 本发明的一个特点在于:作为使管件标准器与浆体之间产生相互运动的装置,设置了一个作用于管件标准器中的浆体的活塞,其中,管件标准器相对活塞可以移动。这一点使得流变仪的结构简单而坚固。
[0033] 本发明的一种优选设计规定:管件标准器被强制从第一个位置向至少另一个位置做直线运动。有利的是,流变仪包含一个定机构用以将管件标准器固定在第一位置和/或第二位置。有利的是,设置有一个支架单元用以支承管件标准器和活塞。将设备的活塞不动地,也就是说固定地安装在支架单元上是有利的。
[0034] 本发明的一种优选设计在于:为确定通过浆体与管件标准器之间的相对运动而作用到浆体上的压力,设有一个安置在活塞上的压力传感器或者一个在活塞中一体整合的测力传感器。
[0035] 由于设置了产生驱动力的机构以引起管件标准器与活塞之间的相对运动,所以也可以检测内变形阻力大的浆体。这里有利的是,将用于产生驱动力的机构设计为用来产生不同大小的驱动力。尤其是,该机构也可以包括一个驱动缸,比如一个液压操纵的驱动缸。一个用于产生相应的驱动力的特别简单的机构为荷载重量。如果荷载重量设置为可变的话,通过改变荷载重量可以调整管件标准器与浆体之间的不同的相对运动变化过程。
[0036] 本发明的一种特别的实施形式规定,在管件标准器上设置一个内径缩小部或者一个弧形段。根据本方法可以求出特定浆体在管道系统中的渐缩管和圆弧管的输送阻力。
[0037] 为了使操作人员能够监测测量装置中的浆体的流变特性,优选将管件标准器设置为至少部分地由透明塑料构成。
[0038] 将管件标准器设置为既可以相互连接也可以相互分离的第一和第二以及必要的话也可以是更多的管段,是有利的。这样可以容易地填充和清空流变仪。
[0039] 如果在管件标准器上设置至少一个手柄的话,可以保证对流变仪的舒适的手动操纵性。特别是,这样也可以手动产生驱动力,使管件标准器相对活塞运动。
[0040] 通过设置一个用于对盛装在管件标准器中的浆体加载静压力的装置,可以在压力负荷下确定浆体的流变特性。附图说明
[0041] 下面借助附图中所示的实施例对本发明进行更详细的说明。
[0042] 图示:
[0043] 图1a和b表示第一流变仪处于第一定位状态时的第一和第二透视图;
[0044] 图2表示第一流变仪处于第二定位状态时的剖视图;
[0045] 图3a至f表示用以说明测量过程的第一流变仪的示意图;
[0046] 图4表示第二改型的流变仪的示意图;
[0047] 图5表示第三改型的流变仪的示意图;
[0048] 图6表示第四改型的流变仪的示意图;
[0049] 图7表示第五改型的流变仪的示意图;
[0050] 图8表示流变仪中压力和速度变化的示意图;
[0051] 图9表示第六改型的流变仪的示意图;和
[0052] 图10表示管道系统中浆体的输送阻力测算设备的示意图。

具体实施方式

[0053] 图1a和b所示的流变仪100包括一个作为浆体容器的可用浆体填充的管件标准器102。管件标准器配置有一个活塞108,该活塞插入管件标准器102内。管件标准器102上与活塞108相对的一面为单侧开放式。管件标准器102可以沿双箭头方向104相对活塞108作直线运动。此外,管件标准器102被强制导向部106引导与插入管件标准器102内的活塞保持平行。为了能够同时观察活塞108和填充到管件标准器102中的浆体,优选管件标准器102由透明材料、例如透明塑料构成。
[0054] 活塞108被静止地固定在一个可以调节的支架单元110上。支架单元110包括一个支承板112,该支承板上设置有3个可以调节的支脚114、116、118,该支脚用于在地面119,必要的话也在施工现场的土地区域中支承本设备。
[0055] 支架单元110可以对管件标准器102和活塞108的轴120进行竖直的,也就是说垂直的调整。此外,3个支脚114、116、118通过翼形螺栓122、124、126被固定在支承板112的孔中,该支脚以管件标准器102和活塞108的轴为准向下斜向伸向地面119。在支脚的端部设置有可调节的翼形螺栓128、130、132。通过翼形螺栓128、130、132可以垂直调节管件标准器102和活塞108的轴120。
[0056] 管件标准器102为两部分式构造。它具有单元134和管件单元136。管件单元136和单元134通过一个连接机构140被相互连接。该连接机构140能够快速开闭。这样可以将管件单元136从管件标准器102的单元134上拆下或者将其插装在单元134上。拆下管件单元136以后,操作人员可以轻易方便地给管件标准器102填充浆体。
[0057] 在管件标准器102的单元134上设置有一个可以拆卸的锁定机构137。该锁定机构137用于保障管件标准器102在图1a和b中图示的位置A处的定位。
[0058] 为了准确测算管道系统的输送压力,优选管件单元136和单元134的直径与输送压力的测算结果受关注的管道系统的直径相同。
[0059] 本例中,管件单元136和单元134的直径为12.5cm。单元134的长度是如此设定的:当单元134被完全装满浆体时,在活塞108以上可以形成一个50cm高的浆体柱。管件标准器的自重约为2.5kg。
[0060] 当锁定机构137被解除时,作用于管件标准器102上的重力作为驱动力开始起作用,并使该管件标准器沿向下的箭头138向支架单元120的支承板112的方向移动。作为管件标准器102的终端止挡在支承板112上设置有一个凹槽139,该凹槽中镶嵌有缓冲来自管件标准器102的冲击的缓冲件。
[0061] 在单元134上设置有第一手柄142和第二手柄144。在锁定机构137被解除后,通过手柄142、144,操作人员可以凭臂力使管件标准器102在活塞108上移动。
[0062] 管件标准器102上有一个安装部分143,用于固定设计为管箍的附加配重145。通过将管箍145固定在管件标准器102上,作用于管件标准器102上的重力F相应地增加管箍的自重部分。
[0063] 流变仪100有一个测量装置,该测量装置有一个测量浆体与管件标准器102之间的相对运动的形式为激光位移传感器146的单元。该激光位移传感器146配备有一个至少部分发射激光束147的反光板148,该反光板被固定在管件标准器102上。使用该激光位移传感器146,作为时间的函数,可以测量从激光位移传感器146的端面150到反光板148的距离。这样激光位移传感器可以测得管件标准器102在活塞108上的瞬间移动速度。为了控制和信号处理,激光位移传感器146与一个计算机单元相连,在图1a和b中未图示该计算机单元。
[0064] 应该说明的是,为了测量浆体和管件标准器之间的相对运动,还可以使用其他类型的位移传感器或者也可以使用测速器或者加速度测量仪代替激光位移传感器。
[0065] 图2表示的是图1a和b中的流变仪100的一个剖面,其中,管件标准器已经移动到位置B并座在支承板112的凹槽139中的缓冲元件上。图2中相同部件的标注采用与图1a和b中相同的附图标记。
[0066] 此外,流变仪100上设置有一个结构为混凝土压力传感器的压力传感器160,使用该压力传感器通过测得压作用力可以确定浆体与管件标准器102的相对运动作用于管件标准器102中的浆体上的压力。压力传感器160被设置在活塞108的端面162的中央部位。为了控制与信号处理的目的,它也同样与所述的计算机单元相连。
[0067] 图3a至f对图1a和b以及图2中描述的流变仪100的工作方式进行了更加详细的描述。其中,在图3a到f中对流变仪的部件只画出简单示意图。说明中,只要涉及到相同的部件,均采用图1a和b以及图2中的附图标记。
[0068] 图3a表示的是控制与信号处理的计算机单元302,激光位移传感器146和压力传感器160通过数据传输元件304、306与该计算机单元相连。为了准备检测过程中使用的流变仪100,如图3a所示,首先通过锁定机构137将管件标准器102的单元134定位在活塞108上的位置A处。
[0069] 如图3b所示,然后在管径为DN的管件标准器的单元134中填充需要测量其输送阻力的浆体300至上边缘长度为LN。
[0070] 如图3c所示,下一步将管件单元136插接在管件标准器102的单元134上并与之锁紧。
[0071] 然后通过设置在活塞108上的压力传感器160,在被锁紧的流变仪上确定由浆体300施加给活塞的压力PM。
[0072] 在忽略不计浆体与管件标准器102的内壁的摩擦力的情况下,根据下述等式可以得出被盛装在管件标准器102中的浆体的质量M:
[0073]
[0074] 其中,g为重力加速度,D为管件标准器102的内径。同时还可以使用流变仪100确定被装入管件标准器102中的浆体的密度ρB,等式如下:
[0075]
[0076] 其中,V为被装入管件标准器102中的浆体体积。
[0077] 然后,解除锁定机构137。其结果就是,由于沿箭头308方向作用的重力F的原因,管件标准器102向支承板112方向移动。通过重力F,管件标准器102被加速到一个受摩擦力限制的极限速度vG1。然后,管件标准器102以该速度vG1下落到支承板112上。此处,通过压力传感器160测得由浆体300对活塞108的端面162施加的压力P(t),并且通过激光位移传感器146测得管件标准器102沿活塞108的移动速度v(t)作为时间t的函数。
[0078] 图3d表示的是位于支承板112上的位置B处的被填充了浆体300的管件标准器。
[0079] 如图3e所示,使用为管件标准器102设置的附加配重145重复进行该压力P(t)和运动速度v(t)的测量:在沿活塞108下落时,管件标准器102由于现在更大的重力被加速到极限速度vG2。
[0080] 必要的话,然后还要多次变动附加配重145,以便记录下相应的压力变化过程Pn和速度变化过程vGn。
[0081] 然后,计算机单元302从获得的压力P(t)和速度v(t)的随时间变化的变化过程中求出随着极限速度从vG1到vGn或者随着输送量从Q1到Qn而伴随出现的压力从P1到Pn,以便利用这些数值在显示元件310上显示一个P和Q的关系的曲线图。
[0082] 因此,在计算机单元302中,由下述方程式
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 确定出参数aDS和bDS并且显示在计算机单元302的显示屏310上.[0087] 如图3f所示,为了将浆体300从管件标准器中取出,最终要通过解除所设置的锁定机构而将管件单元136从单元134上分离,以便这样将被填充的浆体300放掉。
[0088] 图4表示的是具有管件标准器402的流变仪400,为了能够测算由管道系统中的渐缩管引起的输送阻力,该流变仪中设置了内径变小450。除此之外,流变仪400的工作原理与流变仪100的工作原理相同,对此在图1、2以及图3a-f中做了说明。根据图1和图2,作为附图标记,在流变仪100中也涉及到的流变仪400的部件采用在原标记上加上300的附图标记。
[0089] 图5表示的是具有管件标准器502的流变仪500,该流变仪具有一段圆弧管536。该流变仪500可以测算得出由浆体管道系统中的相应的圆弧管引起的输送阻力。除此之外,流变仪500的工作原理与图4所示的流变仪的工作原理相同,并且对应一致的部件在图
5中采用在原标记上加上100的附图标记用以识别。
[0090] 图6表示的是流变仪600,该流变仪中作为用于确定浆体300与管件标准器102的相对运动速度的单元,没有采用激光位移传感器而是设置了计时器646。其中,流变仪600的基本构造与图1、2以及图3a-f所说明的流变仪100的构造相同。凡是与流变仪100的部件相同的流变仪600的部件,最终均采用在原标记上加上500的附图标记。计时器646配置有控制开关682、684,该控制开关在管件标准器102按箭头690的方向自定位位置A到位置B沿活塞608运动时被接通,以便确定管件标准器102自位置A到位置B的运动的持续时间Δt。
[0091] 流变仪600的运行方式如下:
[0092] 锁定机构637被解除后,被填充了浆体300的管件标准器沿活塞608下滑。同时在时间t上由压力传感器660对作用在活塞608上的压力P进行测量,并且由计时器646对运动的持续时间Δt进行测定。期间,管件标准器608被重力加速至极限速度vG。
[0093] 现变换一下开头所述的认识,即,平流输送输送量为Q的几种非触变性浆体通过管道截面j时,与浆体的组成成分不相关联,克服输送阻力所需的输送压力PFW满足下列关系式:
[0094] PFW(j)=Aj+BjQ,(9)
[0095] 适用于由压力传感器660测得的作为时间t的函数的压力P:
[0096]
[0097] 其中,v(t)为管件标准器602沿活塞608滑动的瞬时速度。为此,测得的运动的总持续时间Δt可以换算成相应的极限速度vG。
[0098] 由于通过使用附加的配重测得两个不同极限速度时出现的压力P(t),可以由关系式(10)求得依赖于浆体的参数Aj,Bj。
[0099] 图7表示的是流变仪700,该流变仪的构造以图1和图2以及图3a-f为基础。在流变仪700中与图1所示的流变仪100中一致的部件采用在原标记上加上600的附图标记。流变仪700具有一个荷载重量794的支架单元792。该流变仪与图1所示的流变仪100不同之处在于:在管件标准器702中设置了一个具有荷载重量798的附加活塞796,以便给管件标准器中的浆体300施加一个附加的压力。这样可以研究被施加了压力的浆体的流变特性。
[0100] 需要说明的是,在借助图1-7所述的流变仪中,作为用于确定由浆体与管件标准器的相对运动作用在浆体上的压力的单元,也可以设置具有相应计算装置的测速装置或者计时装置:就是说,如果可能的情况下已经充分掌握了配备了荷载重量的管件标准器的自重M以及充分掌握了活塞与管件标准器之间的尤其是由活塞边缘的密封条件决定的摩擦力FRK的话,在管件标准器以极限速度vG作稳定运动的情况下,由管件标准器的相对运动作用于浆体上的压力P可以从下列关系式计算得出:
[0101]
[0102] 其中,g为重力加速度,D为管件标准器的直径。
[0103] 例如,与流变仪的测量过程无关,可以单独使用秤来测定管件标准器和荷载重量的质量M。
[0104] 通过求得管件标准器自由向下运动所需的质量或者与之相关的重力,可以在空载的管件标准器上测定摩擦力FRK。作为选择,也可以通过设置在活塞上的压力传感器测定摩擦力,也就是将测得的动压力与一个理论上理想的压力进行比较,该理想压力忽略不计活塞表面的摩擦力。
[0105] 也就是说,如果管件标准器以极限速度vG沿活塞向下作稳定运动的话,可以求出作用于管件标准器中的浆体上的压力P。
[0106] 例如可以通过测量速度或者测量时间确定管件标准器是否以极限速度vG在运动。
[0107] 另外,在借助图1-7所述的流变仪中,作为用于确定浆体与管件标准器的相对运动速度的单元,也可以设置具有计算单元的压力检测装置。
[0108] 图8表示的是压力P和速度v的典型的变化曲线图800,该变化在浆体为混凝土、管件标准器沿活塞向下滑动时产生的。
[0109] 首先,压力在范围801内上升至极限压力PG,直到管件标准器记录下极限速度vG为止。在范围803内压力P为大致恒定的。在范围805内压力P陡降。速度v相应地上升至极限速度vG,然后保持恒定直至管件标准器被突然制动
[0110] 于是,压力ΔP的变动和v之间理想化地存在着下列直线关系:
[0111] v=kΔP (12)
[0112] 其中
[0113]
[0114] 为仪器常数,该仪器常数仅仅取决于流变仪的结构型式。这样可以由在流变仪的活塞上测得的压力P求得管件标准器沿活塞的滑移速度v。
[0115] 图9表示的是流变仪900,该流变仪具有管件标准器902、第一液压操纵的活塞和第二液压操纵的活塞970、980,该活塞具有驱动缸972、982,并且作用于设置在支架单元910上的管件标准器902中的浆体950。
[0116] 通过活塞970可以产生一个引起浆体与管件标准器902的相对运动的驱动力F,可以通过一个适当的速度传感器946测量该相对运动。为了测量被加载到活塞970上的压力,在活塞970上设置有一个测力传感器960。为了控制和信号处理,速度传感器946和测力传感器960与一个计算机单元990相连。
[0117] 活塞980用于给管件标准器902中的浆体加载一个附加的压力。以此方式,在检测作用于活塞970上的压力的同时,可以再次通过测定与活塞970相关的管件标准器内的浆体的相对速度,求出在一基础压力下浆体的流变特性,对该基础压力是可以进行适当调节的。
[0118] 图10表示的是设备1000,该设备用于测算克服长度为L、直径为D的管道1100中的浆体的输送阻力所需的输送压力PFW,该浆体的输送量Q已经给定。
[0119] 设备1000具有一个流变仪1002,该流变仪的构造与借助图1-9所述的流变仪相同。这样,通过求出等式(3)的参数τDS和bDS,可以量化地确定浆体的流变特性。
[0120] 设备1000包含有一个与流变仪1002相连的计算机单元1004。该计算机单元1004具有一个数据输入单元1006和一个显示单元1008。该数据输入单元1008用于输入一个管道的直径D和长度L以及浆体的所期望的输送量Q,需要测算的是该管道内克服输送阻力所需的输送压力PFW。该计算机单元1004包含有一个程序,在等式(3)-(5)的基础上根据下列关系式计算出需要的压力PFW:
[0121]
[0122] 然后,在显示单元1008上显示参数aB,即流变极限的物理意义,以及显示参数bB,即浆体的粘度。
[0123] 概括总结如下:本发明涉及一种浆体流变仪100以及涉及一种设备和方法,该设备和方法用该流变仪100测算克服管道中浆体的输送阻力所需的输送压力。该流变仪100具有用以盛装浆体的容器和用以测量该容器中的浆体的流变特性的测量装置。该容器设计为一种可用浆体300填充的管件标准器102。在该流变仪100中,可以产生由管件标准器102和填充到该管件标准器102中的浆体300引起的直线的相对运动,具有第一速度和至少一个与第一速度不同的其他速度。作为测量装置,设置有用于确定浆体300与管件标准器
102的相对运动速度v的单元146、147、148和用于确定由浆体300与管件标准器102的相对运动引起的作用在浆体300上的压力P的单元160。
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