(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高粘性材料（３００）を収容するための容器と測定デバイスとを有する高粘性材料用のレオメータ（１００、４００、５００、６００、７００）において、
前記容器が、高粘性材料で充填可能なパイプ区域（１０２、４０２、５０２、６０２、７０２）を含み、このパイプ区域（１０２、４０２、５０２、６０２、７０２）に対して可動なピストン（１０８）をパイプ区域が有し、
前記測定デバイスが、ピストン（１０８）とパイプ区域（１０２、４０２、５０２、６０２、７０２）との相対移動の速度（ν）を求めるための第１のユニット（１４６、１４７、１４８、６４６、６８２、６８４）；並びにパイプ区域（１０２、４０２、５０２、６０２、７０２）内に充填された高粘性材料（３００）によってピストンに加えられた圧力（Ｐ）を求めるための第２のユニット（１６０、６６０）を有し、
求められた速度（ν）と圧力の値から容器内の高粘性材料（３００）の流れ挙動の計算を実行する計算ユニット（３０２、１００４）が設けられ、
パイプ区域（１０２）とピストン（１０８）を収容するために、パイプ区域（１０２）を垂直に位置合わせするキャリアユニット（１１０）が設けられ、このキャリアユニット（１１０）に前記ピストン（１０８）が固定配置されていて、
第１の位置（Ａ）から第２の位置（Ｂ）への前記パイプ区域（１０２）の垂直直線移動に関して、前記パイプ区域（１０２）のために拘束案内部材（１０６）が設けられ、
第１の位置（Ａ）および／または第２の位置（Ｂ）に前記パイプ区域（１０２）を固定するために係止機構（１３７）が設けられること
を特徴とするレオメータ。
【請求項２】
前記キャリアユニットがパイプ区域を垂直に位置合わせするために調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のレオメータ。
【請求項３】
高粘性材料（３００）とパイプ区域（１０２）の相対移動により高粘性材料（３００）にも作用する圧力（Ｐ）を求めるための第２のユニットが、ピストン（１０８）に収容された圧力センサ（１６０）、またはピストンに収容された力センサを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレオメータ。
【請求項４】
パイプ区域（１０２、７０２）に作用する駆動力（Ｆ）を発生するための手段（７９２、７９４、７９６）を有した、パイプ区域（１０２、７０２）とピストン（１０８、７０８）の相対移動を生み出すためのユニットを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレオメータ。
【請求項５】
パイプ区域（１０２、７０２）に作用する駆動力（Ｆ）を発生するための手段（７９２、７９４、７９６）が、異なる大きさの駆動力を発生するように構成されることを特徴とする請求項４に記載のレオメータ。
【請求項６】
駆動力を発生するための手段として、荷重おもり（７９４、７９６）が設けられることを特徴とする請求項４または５に記載のレオメータ。
【請求項７】
荷重おもり（７９４、７９６）が調節可能であることを特徴とする請求項６に記載のレオメータ。
【請求項８】
前記パイプ区域（４０２）に内径減少部分が形成され、または前記パイプ区域（５０２）に湾曲区域が形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のレオメータ。
【請求項９】
前記パイプ区域（１０２）が、少なくとも部分的に透明材料を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のレオメータ。
【請求項１０】
透明材料が透明プラスチックであることを特徴とする請求項９に記載のレオメータ。
【請求項１１】
前記パイプ区域（１０２）が、互いに着脱可能な第１および第２のパイプ区域（１３４、１３６）を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレオメータ。
【請求項１２】
前記パイプ区域（７０２）内に収容された高粘性材料（３００）に静圧を印加するための構成（７９６、７９８）が設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレオメータ。
【請求項１３】
パイプライン内の高粘性材料（３００）の供給抵抗を克服するために生成すべき供給圧（ＰＦＷ）を推定するための方法であって、
供給すべき高粘性材料を充填されたパイプ区域（１０２）を、前記パイプ区域（１０２）内に充填された高粘性材料（３００）に対して移動し、前記高粘性材料に作用する圧力を求め、
高粘性材料の供給抵抗を、高粘性材料（３００）とパイプ区域（１０２）の相対移動の求められた速度と圧力値から計算する方法において、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレオメータを用いて、
前記高粘性材料（３００）に作用する圧力（Ｐ）の値を、速度測定または時間測定によって求めること、および
前記高粘性材料（３００）と前記パイプ区域の相対移動の速度（ν）を、圧力測定によって求めることの両者のいずれか一方を特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高粘性材料を収容するための容器を有し、かつ容器内の高粘性材料の流れ挙動に関する測定デバイスを有する、高粘性材料用のレオメータ（流量計／検流計）に関する。本発明は、さらに、パイプラインシステム内の高粘性材料の供給抵抗を求めるための構成、およびパイプラインシステム内の高粘性材料の供給抵抗を克服するために生成すべき供給圧を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レオメータは、材料の流れ挙動を求めるための測定装置である。上述したタイプのレオメータは、回転レオメータの構成で知られており、例えば、非特許文献１に記載されている。これらのレオメータは、高粘性材料を充填可能な容器と、トルクを測定するための回転運動可能な測定幾何形状を有する測定デバイスとを有する。測定幾何形状の回転運動によって、容器内に充填された高粘性材料によりトルクが発生し、このトルクが測定される。そこから高粘性材料の流れ挙動を求めることができる。
【０００３】
高粘性材料の流れ挙動は、それらの処理性、圧縮性、および供給性を決定する。
【０００４】
パイプラインでは、コンクリートやスラッジ、石炭スラリ、または生物学的廃棄物などの高粘性材料を供給する際、供給抵抗が発生し、この供給抵抗は高粘性材料の流れ挙動によって決まる。供給抵抗の原因は、パイプライン壁との高粘性材料の摩擦、およびパイプラインを通した輸送中に高粘性材料で生じる変形作用である。変形作用は、高粘性材料の内部変形抵抗によってもたらされる。
【０００５】
供給抵抗により、パイプラインシステムを通して高さの差Δｈにわたって高粘性材料を供給するための高粘性材料ポンプは、パイプラインシステムの接続領域において高粘性材料ポンプの出口で高さの差Δｈにわたる高粘性材料柱がもたらす圧力に対応する圧力ＰΔｈだけでなく、追加の圧力ＰＦＷも生成しなければならない。
【０００６】
圧力ＰΔｈに関して、基本的には以下の式が成り立つ。
ＰΔｈ＝ｇρΔｈ，                                            （１）
ここで、ｇは重力加速度であり、ρは高粘性材料の密度である。パイプラインシステム内での上述した供給抵抗を克服するために、追加の圧力ＰＦＷを生成しなければならない。
【０００７】
したがって、高粘性材料ポンプは、パイプラインシステムを通して高さの差Δｈにわたって高粘性材料を供給するために、少なくとも供給圧
ＰＦ＝ＰＦＷ＋ＰΔｈ                                            （２）
を提供しなければならない。
【０００８】
所望の送達体積、およびDIN EN１２３５０−５によるスランプによって分類される特定のポンプコンクリートコンシステンシーで、所与のパイプライン直径Ｄおよび所与のパイプライン長さＬを有するパイプラインシステムを通してポンプコンクリートを供給するために、供給抵抗を克服するのに必要な圧力ＰＦＷをノモグラムによって推定することが知られている。DIN EN１２３５０−５によるスランプは、コンクリートの流れ挙動に関する尺度として適用される。ＰＦＷを推定するこの方法は、経験値に基づくか、あるいは様々なパイプラインシステムにおいて多くのタイプのポンプコンクリートに関して記録された測定データセットに基づく。１つのそのようなノモグラムが、例えば非特許文献２に記載されて図示されている。
【０００９】
ポンプコンクリートの密度ＰＰＢが分かっており、パイプライン長さＬを有するパイプラインシステムの供給高さΔｈが与えられている場合、このノモグラムを用いて、単位時間当たりのポンプコンクリートの所望の送達体積Ｑに関して供給圧ＰＦを導出することができる。
【００１０】
しかし、前記手法は、いわゆる単純なポンプコンクリートに関して、すなわちポンプコンクリートが主成分として混和材と、水と、セメントとを含む三元混合物であるときにＰＦＷを推定するのにしか適していない。例えば、単純なポンプコンクリートが、特定の用途のための可塑剤など追加の物質または混和剤と混合される場合、コンクリートの流れ挙動は、ＤＩＮ  ＥＮ１２３５０−５によるスランプによっては、もはや適切には特徴付けられない。したがって、混和剤を含むポンプコンクリートに関しては、上記のノモグラムによっては、パイプラインシステムに関する所要の供給圧ＰＦを良好に推定することができない。
【００１１】
また、既知の高粘性材料用の回転レオメータは、所要の供給圧ＰＦを高い信頼性でそこから算出することができるようにコンクリートの流れ挙動を求めるのには適していない。
【００１２】
混和剤が添加されたポンプコンクリートに関して、パイプラインシステムで必要とされる供給圧ＰＦを求めるため、またはスラッジ、石炭スラリ、または生物学的廃棄物など他の高粘性材料のための供給圧ＰＦを算出するために、従来、複雑なポンピング試行が行われている。例えば、対応する高粘性材料が、特定の用途のために設けられたパイプラインシステムを有するテスト構成を通してポンプされる。このとき、ポンプ構成で、高粘性材料の様々な供給速度に関して、パイプラインシステムでの圧力条件が検出される。特に、高粘性材料ポンプとパイプラインシステムの接続領域で、生じた圧力が測定される。ここで、前記測定された圧力は供給圧ＰＦに対応する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Comparison of concrete rheometers：International tests at LCPC（Nantes，France）、２０００年１０月、ＮＩＳＴＩＲ  ６８１９
【非特許文献２】Putzmeister社の小冊子「Betontechnologie fuer Betonpumpe」の第５３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のことを基に、本発明の目的は、パイプラインシステム内の所要の供給圧を高い信頼性で推定することができるように、高粘性材料、特にコンクリートの流れ挙動を求めることができるレオメータを提供することである。
【００１５】
さらに、本発明の目的は、高粘性材料ポンプを使用する特定の場所で、高速かつ単純に低コストで、対応する圧力ＰＦＷを算出することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的は、請求項１に記載の特徴を有するレオメータ、および請求項１４に記載の特徴を有する方法によって解決される。
【００１７】
したがって、本発明の１つの知見は、供給抵抗を克服するための圧力ＰＦＷと送達体積Ｑとの線形関係が存在しないパイプラインシステム内の高粘性材料の流れ挙動を測定することができることである。
【００１８】
例えばコンクリートなどいくつかの非チキソトロピー高粘性材料に関して、本発明の１つの知見は、長さＬｉおよび直径Ｄを有する直線パイプライン区域ｉでの層流の場合に、パイプライン区域ｉでの高粘性材料の供給抵抗によって引き起こされる圧力低下Ｐｉと、パイプライン区域ｉを通る単位時間当たりの高粘性材料の送達体積Ｑとの間に以下の関係が存在することに関する。
【数１】
0005568568.tif 000002
ここで、実際には、方程式パラメータτＤＳおよびｂＤＳ、ならびにべき指数αＤＳは、高粘性材料のタイプによって決まるが、一般的なパイプ壁の質に比べて不変性があり、特に送達体積Ｑの大きさとは無関係である。
【００１９】
別の知見は、直線パイプライン区域を通して、またはパイプラインの実効直径を狭める狭窄部分を有するパイプライン区域ｊを通して、または湾曲部片、例えば９０°湾曲または１８０°湾曲がもたらされるパイプライン区域を通して非チキソトロピー高粘性材料を供給するとき、パイプライン区域ｊでの供給抵抗Ｐｊを克服するための圧力と送達体積Ｑとの間に、例えばコンクリートなどいくつかの非チキソトロピー高粘性材料では、高粘性材料の組成とは無関係に以下の関係が存在することである。
Ｐｊ＝Ａｊ＋ＢｊＱ                                        （４）
ここで、実際には、パラメータＡｊおよびＢｊは、供給される高粘性材料のタイプ、およびそれぞれのパイプライン区域ｊの幾何形状によって決まるが、パイプライン区域を通して供給される送達体積Ｑにはほぼ無関係である。
【００２０】
さらに、本発明による解決策は、長さＬｉおよび直径Ｄｉのパイプライン区域ｉと、狭窄部分および湾曲部片が設計されるパイプライン区域ｊとからなるパイプラインシステムを通して高粘性材料を供給するために、供給抵抗を克服する目的で、圧力
【数２】
0005568568.tif 000003
を生成しなければならないという知見に基づき、ここでＰｉおよびＰｊに関して式（３）および（４）が当てはまる。
【００２１】
特に、本発明の解決策は、高粘性材料柱を静止したままにして、高粘性材料柱に対して基準パイプ区域を移動させることによって、基準パイプライン区域に収容された高粘性材料柱の基準パイプライン区域に対する移動を調節することによって、パイプラインシステム内での高粘性材料の流れ挙動を適切にシミュレートすることができるという知見に基づく。単純な圧力測定によって、様々な相対速度プロファイルで、パイプラインシステム内の高粘性材料の流れ挙動を適切に導出することができる。また、本発明の１つの知見は、基準パイプライン区域を比較的短くすることができることにある。５０ｃｍの高さの高粘性材料柱を収容するのに適した例えば長さ１ｍの基準パイプライン区域が、長さが数百メートルになることがあるパイプラインシステム内での高粘性材料の流れ挙動を正確に推測するのに十分である。
【００２２】
したがって、本発明は、１つには、所与の高粘性材料について、所与の送達体積Ｑに関して、基準パイプライン区域での供給抵抗を克服するのに必要な供給圧ＰＦＷを直接測定することができる、実験室および建設現場での使用に特に適したレオメータを提案し、さらに本発明は、パイプラインシステムを通して供給量Ｑで特定の高粘性材料を供給するために、印加すべき供給圧ＰＦＷを高い信頼性で推定することができる、簡単に使用できる方法を提供する。
【００２３】
本発明の特色は、基準パイプライン区域と高粘性材料の相対移動を生み出すための手段として、基準パイプライン区域内の高粘性材料に作用するピストンが設けられ、基準パイプライン区域がピストンに対して可動に配置されることにある。これは、レオメータの単純で頑丈な構成を可能にする。
【００２４】
本発明では、基準パイプライン区域を、第１の位置から少なくとも別の位置に直線線形移動するように強制的に案内することを企図する。レオメータは、基準パイプライン区域を第１および／または第２の位置で固定するために係止機構を有する。基準パイプライン区域およびピストンを収容するためにキャリアユニットが設けられる。移動しないように、すなわち静止状態で装置のピストンをキャリアユニットに配置する。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態は、高粘性材料と基準パイプライン区域の相対移動により高粘性材料に作用する圧力を求めるために、ピストンに取り付けられた圧力センサ、またはピストンに組み込まれた力センサが設けられることにある。
【００２６】
基準パイプライン区域とピストンの相対移動を生じさせるための駆動力を発生するための手段を設けることによって、内部変形抵抗が大きい高粘性材料も検査することができる。ここで、様々な大きさの駆動力を発生するように駆動力発生手段を適合させることも有利である。特に、前記手段は、駆動シリンダ、例えば油圧式の駆動シリンダを備えることもできる。対応する駆動力を発生するための特に単純な手段は、荷重おもりである。荷重おもりが変更可能に設計されるとき、荷重おもりを変えることによって、基準パイプライン区域と高粘性材料の異なる相対移動プロファイルを調節することができる。
【００２７】
本発明の特別な実施形態は、基準パイプライン区域に内径減少部分を形成すること、または湾曲部片を設けることを企図する。したがって、ある高粘性材料に関して、基準パイプライン区域内の狭窄部分および湾曲部片の供給抵抗を算出することができる。
【００２８】
操作者が測定デバイス内での高粘性材料の流れ挙動を制御することができるように、少なくとも一部が透明プラスチックからなる基準パイプライン区域を設計することが有利である。
【００２９】
基準パイプライン区域に関して、互いに着脱可能な、第１の基準パイプライン区域と、第２の基準パイプライン区域および場合によっては任意の他の基準パイプライン区域とを設けることが有利である。これは、レオメータへの単純な充填およびレオメータからの単純な排出を可能にする。
【００３０】
少なくとも１つのハンドルを基準パイプライン区域に取り付けることにより、レオメータの快適な手動操作性が保証される。特に、ピストンに対して基準パイプライン区域を移動させるために駆動力を手動で発生させることができるようにする。
【００３１】
基準パイプライン区域に収容された高粘性材料に静圧を印加するための手段を設けることにより、圧力負荷の下での高粘性材料の流れ挙動を求めることができる。
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】第１の設定位置で示される第１のレオメータの第１の斜視図である。
【図１ｂ】第１の設定位置で示される第１のレオメータの第２の斜視図である。
【図２】第２の設定位置での第１のレオメータの断面図である。
【図３ａ】測定操作を示すための第１のレオメータの概略図である。
【図３ｂ】測定操作を示すための第１のレオメータの概略図である。
【図３ｃ】測定操作を示すための第１のレオメータの概略図である。
【図３ｄ】測定操作を示すための第１のレオメータの概略図である。
【図３ｅ】測定操作を示すための第１のレオメータの概略図である。
【図３ｆ】測定操作を示すための第１のレオメータの概略図である。
【図４】第２の改良されたレオメータの概略図である。
【図５】第３の改良されたレオメータの概略図である。
【図６】第４の改良されたレオメータの概略図である。
【図７】第５の改良されたレオメータの概略図である。
【図８】レオメータでの圧力および速度のプロファイルを示す図である。
【図９】本発明の範囲外のレオメータの概略図である。
【図１０】パイプラインシステム内の高粘性材料のポンプ抵抗を推定するための装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ａおよび図１ｂに示されるレオメータ１００は、高粘性材料用の容器として、高粘性材料を充填可能な基準パイプ区域１０２を含む。基準パイプ区域１０２にピストン１０８が割り当てられ、基準パイプ区域１０２内に突出する。基準パイプ区域１０２は、ピストン１０８とは反対側の端部で、一端で開いている。基準パイプ区域１０２は、両方向矢印１０４に対応する直線に沿ってピストン１０８に対して移動させることができる。このために、基準パイプ区域１０２は、基準パイプ区域１０２内に突出するピストン１０８にある拘束案内部材１０６で平行に案内される。ピストン１０８と、基準パイプ区域１０２内に充填された高粘性材料とを観察することができるように、基準パイプ区域１０２は、好ましくは透明材料、例えば透明プラスチックからなる。
【００３５】
ピストン１０８は、調節可能なキャリアユニット１１０に静止して固定される。キャリアユニット１１０はキャリアプレート１１２を含み、キャリアプレート１１２に３つの支持脚１１４、１１６、１１８が形成され、それらの支持脚１１４、１１６、１１８は、台１１９の上で、場合によっては建設現場の地面で装置を支持する働きをする。
【００３６】
キャリアユニット１１０は、基準パイプ区域１０２とピストン１０８の軸１２０の鉛直、すなわち垂直位置合わせを容易にする。このために、３つの支持脚１１４、１１６、１１８は、キャリアプレート１１２にある穴に嵌めた蝶ねじ１２２、１２４、１２６によって保持され、それらのねじは、基準パイプ区域１０２およびピストン１０８の軸１２０に対して、土台１１９に向けてある角度で傾斜される。支持脚の端部には、調節可能な蝶ねじ１２８、１３０、１３２がもたらされる。基準パイプ区域１０２およびピストン１０８の軸１２０は、蝶ねじ１２８、１３０、１３２によって鉛直に位置合わせすることができる。
【００３７】
基準パイプ区域１０２は、２つの部品から構成される。基準パイプ区域１０２は、ユニット１３４とパイプセグメントユニット１３６を含む。パイプセグメントユニット１３６とユニット１３４は、接続機構１４０によって接続される。接続機構１４０は、迅速な開閉を可能にする。これにより、基準パイプ区域１０２のユニット１３４からのパイプセグメントユニット１３６の取外しおよび取付けが可能になる。操作者は、パイプセグメントユニット１３６が取り外した状態で、基準パイプ区域１０２に高粘性材料を簡単にかつ快適に充填することができる。
【００３８】
解除可能な係止機構１３７が、基準パイプ区域１０２のユニット１３４に形成される。係止機構１３７は、図１ａおよび図１ｂに示される位置Ａでピストン１０８に基準パイプ区域１０２を固定する働きをする。
【００３９】
パイプラインシステムに関する供給圧の良好な推定を行うことができるようにするために、パイプセグメントユニット１３６およびユニット１３４は、供給圧の推定の対象となるパイプラインシステムのパイプ直径に対応するパイプ直径を有することが好ましい。
【００４０】
ここでは、パイプセグメントユニット１３６およびユニット１３４は、１２．５ｃｍのパイプ直径を有する。ユニット１３４の長さは、ユニット１３４が高粘性材料で完全に充填されたときにピストン１０８の上に高さ５０ｃｍの高粘性材料柱が形成されるように設計される。基準パイプ区域の自重は約２．５ｋｇである。
【００４１】
係止機構１３７が解除されるとき、基準パイプ区域１０２に作用する重量の力が駆動力として作用し、矢印１３８に従ってキャリアユニット１２０のキャリアプレート１１２の方向へ基準パイプ区域を下方向に移動させる。基準パイプ区域１０２のためのエンドストップとして、スロット１３９がキャリアプレート１１２に形成され、このスロット１３９は、基準パイプ区域１０２の衝撃を減衰するための要素を備えて設計される。
【００４２】
第１のハンドル１４２および第２のハンドル１４４がユニット１３４に設けられる。操作者は、係止機構１３７が開いているときに、ハンドル１４２、１４４によって基準パイプ区域１０２をピストン１０８に筋力で移動させることができる。
【００４３】
基準パイプ区域１０２は、パイプクランプとして構成される補助おもり１４５のための受取り区域１４３を有する。パイプクランプ１４５が基準パイプ区域１０２に取り付けられることにより、パイプクランプの自重に対応して、基準パイプ区域１０２に作用する重量の力Ｆが増加される。
【００４４】
レオメータ１００は、レーザ変位変換器１４６の形態で、高粘性材料と基準パイプ区域１０２の相対移動を求めるためのユニットを有する測定デバイスを有する。レーザ変位変換器１４６には、レーザビーム１４７を少なくとも一部反射するプレート１４８が割り当てられ、このプレート１４８は基準パイプ区域１０２に取り付けられる。レーザ変位変換器１４６によって、時間の関数として、レーザ変位変換器１４６の前面１５０からのプレート１４８の距離を測定することができる。このようにして、レーザ変位変換器は、ピストン１０８での基準パイプ区域１０２の瞬時移動速度を検出することができる。レーザ変位変換器１４６は、信号評価を制御するためのコンピュータユニット（図１ａおよび図１ｂには図示せず）に接続される。
【００４５】
高粘性材料と基準パイプ区域の相対移動を求めるために、レーザ変位変換器の代わりに、別の構成の変位変換器、さらには速度または加速度測定デバイスを使用することもできることに留意されたい。
【００４６】
図２は、図１ａおよび図１ｂのレオメータ１００の一区域を示し、ここでは、基準パイプ区域が、キャリアプレート１１２のスロット１３９にある減衰要素上の位置Ｂに移動されている。同じ構成要素を識別するために、図１ａおよび図１ｂで使用したのと同じ参照符号を図２でも使用する。
【００４７】
測定デバイスとして、コンクリート圧力センサとして構成される圧力センサ１６０がレオメータ１００に設けられ、この圧力センサ１６０により、圧力を検出することによって、高粘性材料と基準パイプ区域１０２の相対移動により高粘性材料に作用する圧力を求めることができる。圧力センサ１６０は、ピストン１０８の前面１６２の中心に収容される。先と同様に、圧力センサ１６０は、制御および信号評価のために上述のコンピュータユニットに接続される。
【００４８】
図１ａおよび図１ｂならびに図２に関して説明したレオメータ１００の動作を、図３ａ〜ｆにさらに詳細に示す。図３ａ〜ｆではレオメータの構成要素は概略的に示してあるにすぎない。同一の構成要素を示す限り、説明のために図１ａおよび図１ｂならびに図２の参照符号を使用する。
【００４９】
図３ａは、制御および信号評価のためのコンピュータユニット３０２を示し、コンピュータユニット３０２に、レーザ変位変換器１４６および圧力センサ１６０がデータ伝送要素３０４、３０６を介して接続される。測定操作のためにレオメータ１００を準備するために、最初に、係止機構１３７によって、基準パイプ区域１０２のユニット１３４が、図３ａに示される位置Ａでピストン１０８に係止される。
【００５０】
その後、図３ｂに示されるように、パイプ直径ＤＮを有する基準パイプ区域のユニット１３４が、長さＬＮにわたって上縁部まで高粘性材料３００で充填され、高粘性材料３００の供給抵抗を求めることができる。
【００５１】
図３ｃによる次のステップで、パイプセグメントユニット１３６が、基準パイプ区域１０２のユニット１３４上に置かれ、ユニット１３４と係止される。
【００５２】
始めに、係止されたレオメータに関して、高粘性材料３００によりピストンにかかる圧力ＰＭが、ピストン１０８に取り付けられた圧力センサ１６０によってまず求められる。
【００５３】
基準パイプ区域１０２の内壁との高粘性材料の摩擦を無視すると、基準パイプ区域１０２内に収容された高粘性材料の質量Ｍは以下のように得られる。
【数３】
0005568568.tif 000004
ここで、ｇは重力加速度であり、Ｄは基準パイプ区域１０２の内径である。このようにして、レオメータ１００によって、基準パイプ区域１０２内に充填された高粘性材料の密度ρＢを求めることができる。ここで、以下の式が成り立つ。
【数４】
0005568568.tif 000005
ここで、Ｖは、基準パイプ区域１０２に充填された高粘性材料の体積である。
【００５４】
その後、係止機構１３７が解除される。その結果、矢印３０８の方向に作用する重力Ｆにより、基準パイプ区域１０２がキャリアプレート１１２に向けて移動される。基準パイプ区域１０２は、重力Ｆによって、摩擦条件限界速度νＧ１まで加速される。次いで、前記速度νＧ１で、キャリアプレート１１２に向かって下がる。次いで、圧力センサ１６０によって、ピストン１０８の前面１６２で高粘性材料３００によって引き起こされる圧力Ｐ（ｔ）が時間ｔの関数として測定され、レーザ変位変換器１４６によって、ピストン１０８での基準パイプ区域１０２の移動速度ν（ｔ）が時間ｔの関数として測定される。
【００５５】
図３ｄは、キャリアプレート１１２上の位置Ｂにある、高粘性材料３００を充填された基準パイプ区域を示す。
【００５６】
図３ｅに示されるように、圧力Ｐ（ｔ）および移動速度ν（ｔ）のこの測定は、基準パイプ区域１０２に設けられた補助おもり１４５を備えた状態で繰り返される。このとき重力がより大きくなるので、基準パイプ区域１０２は限界速度νＧ２まで加速されてピストン１０８へ下がる。
【００５７】
必要であれば、補助おもり１４５が再び交換され、次いで、対応する圧力および速度プロファイルＰｎ、νＧｎが記録される。
【００５８】
その後、コンピュータユニット３０２が、検出された圧力Ｐ（ｔ）および速度ν（ｔ）に関する時間プロファイルから、限界速度νＧ１〜νＧｎおよび／または送達体積Ｑ１〜Ｑｎで得られる圧力Ｐ１〜Ｐｎを算出し、これらの値を用いてＰとＱの依存性のグラフをディスプレイ３１０に表示する。
【００５９】
このために、コンピュータユニット３１０において、方程式系
【数５】
0005568568.tif 000006
に関してパラメータαＤＳおよびｂＤＳが決定され、コンピュータユニット３０２の表示ユニット３１０に表示される。
【００６０】
図３ｆに示されるように基準パイプ区域から高粘性材料３００を除去するために、設けられた係止機構を緩めることによってパイプセグメントユニット１３６をユニット１３４から分離して、収容されている高粘性材料３００を除去する。
【００６１】
図４は、パイプラインシステム内の狭窄部片によって引き起こされる供給抵抗を推定できるように直径減少部分４５０が形成された基準パイプ区域４０２を有するレオメータ４００を示す。なお、レオメータ４００の機能は、図１、２、および図３ａ〜ｆを参照して説明したレオメータ１００の機能に対応する。レオメータ１００にも存在するレオメータ４００の構成要素は、図１および図２よりも３００大きい参照番号で表される。
【００６２】
図５は、湾曲部片５３６が存在する基準パイプ区域５０２を有するレオメータ５００を示す。レオメータ５００は、高粘性材料用のパイプラインシステムにおいて、対応する湾曲部片によって引き起こされる供給抵抗を推定できるようにする。なお、レオメータ５００の動作形態は図４のレオメータの動作形態に対応し、それに対応して、同一の構成要が、図５では１００大きい参照番号で識別される。
【００６３】
図６は、高粘性材料３００と基準パイプ区域６０２の相対移動の速度を求めるためのユニットとして、レーザ変位変換器ではなく時間測定装置６４６が設けられたレオメータ６００を示す。レオメータ６００の基本構成は、図１、２、および図３ａ〜ｆを参照して説明したレオメータ１００の構成に対応する。レオメータ６００の構成要素がレオメータ１００の構成要素に対応する限り、これらの参照番号は５００大きい。制御スイッチ６８２、６８４が時間測定デバイス６４６に割り当てられ、これらのスイッチ６８２、６８４は、矢印６９０に対応するピストン６０８に沿った係止位置Ａから位置Ｂへの基準パイプ区域６０２の移動によって切り替えられて、位置Ａから位置Ｂへの基準パイプ区域の移動の時間間隔Δｔを求める。
【００６４】
レオメータ６００は、以下のように動作される。
【００６５】
係止機構６３７の解除によって、高粘性材料３００を充填された基準パイプ区域が、ピストン６０８に当たるまで下に向かって摺動する。次いで、圧力センサ６６０によって、ピストン６０８にかかる圧力Ｐが時間ｔに対して測定され、時間測定デバイス６４６によって、この移動の時間間隔Δｔが求められる。基準パイプ区域６０８は、重量の力によって限界速度νＧまで加速される。
【００６６】
パイプライン区域ｊを通る層流でのいくつかの非チキソトロピー高粘性材料の送達体積Ｑを供給するために、供給抵抗を克服するために生成すべき供給圧ＰＦＷが、高粘性材料の組成とは無関係に、圧力センサ６６０によって記録される圧力Ｐに関して時間ｔの関数として関係
ＰＦＷ（ｊ）＝Ａｊ＋ＢｊＱ                                      （９）
を満たすという上記の知見を実現することによって、以下の式が成り立つ。
【数６】
0005568568.tif 000007
ここでν（ｔ）は、ピストン６０８に沿って基準パイプ区域６０２が滑動する際の基準パイプ区域６０２の瞬時速度である。このようにして、測定される移動の全期間Δｔを、対応する限界速度νＧに変換することができる。
【００６７】
補助荷重おもりを使用して、２つの異なる限界速度に関して得られる圧力Ｐ（ｔ）を測定することによって、式（１０）から、高粘性材料に応じたパラメータＡｊ、Ｂｊを導出することができる。
【００６８】
図７は、図１および図２、ならびに図３ａ〜ｆのレオメータ１００に対応して組み立てられたレオメータ７００を示す。同一の構成要素は、レオメータ７００では、図１のレオメータ１００よりも６００大きい参照番号で識別される。レオメータ７００は、荷重おもり７９４のための受取りユニット７９２を有する。これは、基準パイプ区域において追加の圧力を高粘性材料３００に印加するために、荷重おもり７９８を有する追加のピストン７９６が基準パイプ区域７０２に設けられる点で、図１のレオメータ１００とは異なる。これは、圧力をかけられた高粘性材料の流れ挙動を検査することができるようにする。
【００６９】
図１〜図７に関して説明したレオメータにおいて、高粘性材料と基準パイプ区域の相対移動によって高粘性材料に作用する圧力を求めるためのユニットとして、対応するコンピュータユニットを有する速度または時間測定デバイスを使用することもできることに留意されたい。場合によっては荷重おもりによって荷重をかけられている基準パイプ区域の自重Ｍと、特にピストン縁部にあるシールに起因する、ピストンと基準パイプ区域の間での摩擦力ＦＲＫとが適切に分かっている場合、限界速度νＧを有する基準パイプ区域の定常運動に関して、基準パイプ区域の相対移動によって高粘性材料に作用する圧力を以下のように計算することができる。
【数７】
0005568568.tif 000008
ここで、ｇは重力加速度であり、Ｄは基準パイプ区域の直径である。
【００７０】
基準パイプ区域および荷重おもりの質量Ｍは、レオメトリ測定プロセスとは無関係に、例えば天秤を用いて求めることができる。
【００７１】
摩擦力ＦＲＫは、自由落下運動に必要とされる基準パイプ区域の質量、またはそれに関連する重量の力を求めることによって、基準パイプ区域を空にした状態で測定することができる。また、この代替形態として、ピストンに配置された圧力センサによって、測定された動圧を、摩擦力を無視してピストンの表面で生じる理論上予想される圧力と比較することによって、摩擦力を求めることもできる。
【００７２】
これは、基準パイプ区域が定常運動で下方向に限界速度νＧでピストンに下がるときに、基準パイプ区域内の高粘性材料に作用する圧力Ｐを導出することができることを意味する。
【００７３】
基準パイプ区域が限界速度νＧで移動しているかどうかは、例えば速度または時間測定によって求めることができる。
【００７４】
さらに、図１〜図７に関して説明したレオメータに関して、高粘性材料と基準パイプ区域の相対移動の速度を求めるためのコンピュータユニットを圧力測定ユニットに設けることができる。
【００７５】
図８は、ピストン上まで基準パイプ区域が下がったときに高粘性材料コンクリートに関して得られる圧力Ｐおよび速度νの典型的なプロファイルをグラフ８００で示す。
【００７６】
始めに、圧力Ｐは、領域８０１で、基準パイプ区域が限界速度νＧに達するまでに限界圧力ＰＧまで増加する。領域８０３では、圧力Ｐはほぼ一定である。領域８０５で、Ｐは突然低下する。それに対応して、速度νは、限界速度νＧまで増加し、基準パイプ区域が突然減速されるまで、その速度で一定である。
【００７７】
したがって、理想的には、圧力ΔＰとνの変化の間に以下の線形関係が存在する。
ν＝ｋΔＰ                                          （１２）
ここで、
【数８】
0005568568.tif 000009
は、レオメータの構成のみによって決まる装置の定数である。これにより、レオメータのピストンで検出される、基準パイプ区域がピストンに沿ってグライドする際の圧力Ｐから、速度νを導出することができる。
【００７８】
図９は、本発明の範囲外であるが、基準パイプ区域９０２と、油圧シリンダ９７２、９８２を有する第１および第２の油圧式ピストン９７０、９８０とを有するレオメータ９００を示し、油圧シリンダ９７２、９８２は、キャリアユニット９１０に取り付けられた基準パイプ区域９０２内の高粘性体積９５０に作用する。
【００７９】
ピストン９７０によって、高粘性材料と基準パイプ区域９０２の相対移動を引き起こすための駆動力Ｆを調節することができ、この相対移動は、適切な速度検出器９４６によって測定することができる。力センサ９６０がピストン９７０に設けられ、そこにかかる圧力を測定する。速度センサ９４６および力センサ９６０は、制御および信号評価のためにコンピュータユニット９９０に接続される。
【００８０】
ピストン９８０は、基準パイプ区域９０２内の高粘性材料に追加の荷重圧力を印加する働きをする。このようにすると、ピストン９７０にかかる圧力を同時に測定しながら、基準パイプ区域に収容される高粘性材料のピストン９７０に対する相対速度を求めることによって、対応する調節可能なベース圧力での高粘性材料の流れ挙動をやはり求めることができる。
【００８１】
図１０は、高粘性材料の所与の送達体積Ｑにおいて、長さＬおよび直径Ｄを有するパイプ開口１１００内の高粘性材料の供給抵抗を克服するのに必要とされる供給圧ＰＦＷを推定するための構成１０００を示す。
【００８２】
構成１０００は、図１〜図８に関して説明したレオメータの構成に対応する構成を有するレオメータ１００２を含む。これにより、式（３）のパラメータτＤＳおよびｂＤＳを求めることによって、高粘性材料の流れ挙動を定量的に求めることができるようになる。
【００８３】
構成１０００は、レオメータ１００２に接続されたコンピュータユニット１００４を含む。コンピュータユニット１００４は、データ入力ユニット１００６とモニタユニット１００８を有する。データ入力ユニット１００６は、供給抵抗を克服するための供給圧ＰＦＷの推定の対象となるパイプラインの直径Ｄおよび長さＬ、ならびに高粘性材料の所望の送達体積Ｑを入力するために使用される。コンピュータユニット１００４は、例えば式（３）〜（５）に基づいて関係
【数９】
0005568568.tif 000010
に従って所要の圧力ＰＦＷを計算するためのプログラムを含み、次いで、流れ限界の物理的な意味合いを当てはめることができるパラメータτＢと、高粘性材料の粘性に関するパラメータｂＢとをモニタユニット１００８に表示する。
【００８４】
まとめると、以下のように結論付けることができる。本発明は、高粘性材料用のレオメータ１００と、そのようなレオメータ１００によってパイプライン内の高粘性材料の供給抵抗を克服するために生成すべき供給圧を推定するための構成および方法に関する。レオメータ１００は、高粘性材料を収容するための容器と、容器内の高粘性材料の流れ挙動に関する測定デバイスとを有する。容器は、高粘性材料３００を充填可能な基準パイプ区域１０２として構成される。レオメータ１００では、基準パイプ区域１０２と、基準パイプ区域１０２内に充填された高粘性材料３００との線形相対移動を、第１の速度、および第１の速度とは異なる少なくとも１つの別の速度で行うことができる。測定デバイスとして、高粘性材料３００と基準パイプ区域１０２の相対移動の速度νを求めるためのユニット１４６、１４７、１４８と、高粘性材料３００と基準パイプ区域１０２の相対移動によって高粘性材料３００に作用する圧力Ｐを求めるためのユニット１６０とが設けられる。
【図１ａ】
0005568568.tif 000011
【図１ｂ】
0005568568.tif 000012
【図２】
0005568568.tif 000013
【図３ａ】
0005568568.tif 000014
【図３ｂ】
0005568568.tif 000015
【図３ｃ】
0005568568.tif 000016
【図３ｄ】
0005568568.tif 000017
【図３ｅ】
0005568568.tif 000018
【図３ｆ】
0005568568.tif 000019
【図４】
0005568568.tif 000020
【図５】
0005568568.tif 000021
【図６】
0005568568.tif 000022
【図７】
0005568568.tif 000023
【図８】
0005568568.tif 000024
【図９】
0005568568.tif 000025
【図１０】
0005568568.tif 000026