Изучение технологического процесса хранения и выпуска труд-
носыпучих грузов позволило сделать вывод о том, что для увеличения
срока их хранения необходимо уменьшить уплотняемость в полости
ёмкости и подавить процессы образования сводов.
Пассивный способ активации истечения заключается в обеспе-
чении неизменного давления в нижних слоях содержимого ёмкости.
Для предупреждения образования сводов в бункерах необходи-
мо устранять устойчивое равновесие горизонтальных и вертикальных
сил. Это условие считается основополагающим для любого бункерно-
го хранилища. Широкое распространение в практике получили разгру-
зочные устройства, в которых снятие нагрузок внутри массы материа-
ла осуществляется за счёт установки стабилизаторов давления3. Они
располагаются в полости бункера и переносят существенную массу
засыпанного груза на его стенки. В результате снижается действие на
элементы конструкции, расположенные в нижней части емкости.
Необходимым и достаточно важным инструментом создания
перспективных технических решений и выбора оптимальных парамет-
ров конструктивных схем стабилизаторов давления является анализ и
разработка вытекающей из него классификации существующих конст-
рукций.
Анализ литературных источников позволил предложить класси-
фикацию стабилизаторов давления для сыпучих грузов (рис.2.97).
В соответствии с ней стабилизирующие устройства разделяются
по следующим отличительным признакам:
- по назначению;
- по расположению в полости бункера;
- по конструктивному оформлению.
Одним из способов снижения давления в полости хранилища яв-
ляется нанесение на внутреннюю поверхность стен покрытий, обла-
дающих различным коэффициентом трения.
Этот способ нашёл применение в практике строительства бун-
керных конструкций. Учеными из ГосНИИХПом были разработаны и
3 Под стабилизатором давления понимается любой механизм, устройство или способ
для снижения давления в полости емкости
139
внедрены на ряде предприятий хлебопекарной отрасли спиральные
системы (рис.2.98), которые позволили изменить схемы подачи сыпу-
чих материалов со складов хранения, улучшить качество разгрузки за
счёт организации распределения сил трения по площади внутренней
поверхности бункера.
Система снятия нагрузок выполнена в виде «ступенчатой» емко-
сти, внутренняя боковая поверхность которой включает комбинацию
поверхностей «ступеней» с различной степенью шероховатости. Бо-
лее гладкие поверхности расположены по линии, имеющей форму
убывающей спирали, направленной к центру бункера. Снятие нагрузок
внутри столба за счет взаимного расположения полос создает условия
для свободной выгрузки материала без образования сводов.
С увеличением поперечного сечения бункеров эффект от этих
покрытий снижается. Снятие нагрузки от насыпного груза происходит
лишь в пристенной зоне, тогда как центральный столб продолжает
воздействовать на зону выпускного отверстия. Также не решается
проблема сегрегации материала. Кроме того, возникает сложность в
изготовлении конструкции, связанная с трудоемкостью процесса нане-
сения покрытия.
Использование ограждающих конструкций различной конфигура-
ции позволяет влиять на интенсивность истечения. На рис.2.1.ж,
представленном в разделе 2.3, предложен бункер, в котором истече-
ние груза происходит по всему сечению. В приведенной конструкции
уменьшается полезный объем емкости, изготовление конструкции
СТАБИЛИЗАТОРЫ ДАВЛЕНИЯ
По назначению
для легкосыпучих грузов для среднесыпучих грузов для трудносыпучих грузов
По конструктивному исполнению
Над выпускным отверстием На входе груза в емкость В центральной части
емкости
По расположению
Рассекатель потока Конфигурация стен Вертикальные
элементы
Покрытие внутренних
поверхностей емкости
С высоким коэффициентом
трения
С низким коэффициентом
трения
Рис.2.97. Классификация стабилизаторов давления
Цилиндрические трубы
Конические трубы
Стержни с насадками
Конусообразные
Клиновидные
Шарообразные
связано со значительной сложностью. Кроме этого на выступающих
140
элементах возможно наличие остатков груза после выгрузки. В зоне
наименьшего сечения можно прогнозировать образование сводов.
С целью надежного выпуска зерновых грузов и продуктов пере-
мола из бункеров в ФРГ применяется емкость с разгрузочным устрой-
ством, состоящая из сужающегося бункера, у которого угол наклона
стенок постепенно увеличивается (рис.2.99,а). Для разуплотнения ма-
териала в зоне выпускного отверстия предусматривается установка
статического элемента в виде конуса, переходящего в цилиндр.
Большая металлоемкость, сложность изготовления, а также проблема
очистки стен от налипшего груза не позволяют широко использовать
данное устройство.
Бункер с наклонными перегородками (рис.2.99,б) позволяет
обеспечить более длительное хранение сыпучих грузов. Достигается
это за счёт того, что столб груза не оказывает давления на нижеле-
жащие слои. Однако при длительном хранении трудносыпучих мате-
риалов эффективность этой разработки снижается.
Коническая труба, расположенная в боковой стенке бункера,
обеспечивает беспрепятственный выпуск сыпучего груза (рис.2.99,в).
Диаметр трубы ближе к выпускному отверстию увеличивается, и груз
истекает в разуплотнённом состоянии. Подобно этой конструкции в
Чехословакии применяются бункера для хранения сыпучих грузов с
вертикальной трубой, установленной в центральной части (рис.2.99,г).
Ширина щели в стенке трубы меньше ее внутреннего диаметра. В ре-
зультате при истечении содержимого через трубу его трение значи-
тельно снижается. Должного применения эти конструкции не нашли
из-за затруднений, вызванных при очистке выгрузных элементов.
С целью оптимизации процесса выпуска сыпучих грузов герман-
ская фирма «Миаг» рекомендует применять силосы, конфигурация ко-
торых способствует изменению направления движения потока груза
(см. рис.2.1.г, раздел 2.3).
Зарубежными исследователями была доказана эффективность
использования рассекателей потока. Установка их в месте загрузки в
емкость или расположение над выпускным отверстием позволяет до-
биваться положительных результатов. Кроме того, использование
рассекателей потока при загрузке бункеров позволяет произвести
равномерное заполнение емкости.
К простейшим стабилизаторам давления следует отнести гори-
зонтальную пластину (рис.2.100,а), помещенную в центре выпускной
воронки бункера. Она служит опорой для груза, лежащего над ней.
При заполнении пустого бункера пластина защищает питатель или за-
твор в выпускном отверстии от динамического воздействия свободно-
падающего груза. Кроме этого установка горизонтальных пластин по-
зволяет увеличить активный объём груза, приходящего в движение
после открытия затвора. Одним из недостатков использования пла-
стины над выпускным отверстием является снижение полезного сече-
141
ния полости бункера. Также отсутствует возможность самоочистки
данного элемента.
На практике применяются рассекатели потока различных форм.
Часто встречающиеся рассекатели имеют форму конуса, шара или
клина. Рассекатель потока может быть выполнен в виде соединенных
основаниями конусов (рис.2.100,б). В общем случае рассекатель пото-
ка характеризуется таким же углом наклона, что и воронка бункера.
Рассекатель потока может иметь различную форму поверхности. На-
пример, в Германии при хранении связных и склонных к уплотнению
грузов используют установленный по оси емкости элемент, который
имеет ступенчатую форму (рис.2.100,в).
Встраиваемые элементы подобного типа наряду со сводообра-
зованием способствуют возникновению висячих перемычек. Их обра-
зование может грозить разрушением элементов бункерных конструк-
ций. Также уменьшается площадь сечения над выпускной воронкой,
что препятствует истечению. Определенные сложности возникают с
установкой их по центру бункера. В противном случае любое смеще-
а б в г д
Рис.2.100. Конструктивные схемы бункеров
с рассекателями потока
Рис.2.98. Бункер с
системой перерас-
пределения нагрузок
а б в
Рис.2.99. Конструктивные схемы бункеров с различ-
ными конфигурациями ограждающих конструкций
142
ние негативно скажется при выпуске хранящегося груза.
Возможность возвратно-поступательного перемещения рассека-
телей потока дает возможность использовать их для хранения грузов
с широкой номенклатурой связности. Примером использования раз-
личного заглубления элементов может служить бункер, имеющий
внутренний, коаксиальный корпусу конус, который может располагать-
ся в любом месте емкости благодаря удерживающему тросу
(рис.2.100,г). При загрузке материала с большей плотностью, глубина
внедрения конуса увеличивается, и наоборот. При эксплуатации дан-
ного устройства возможен разрыв каната из-за больших нагрузок,
возникающих в бункере. Засыпка емкости с использованием конуса на
тросу может вызвать его вращение. Следствием этого окажется рас-
плетка каната, что приведет к потере прочности.
Для предотвращения расслаивания многокомпонентного сыпуче-
го груза на фракции в процессе его выгрузки практикуют установку
трубы в полости силоса, позволяющей уменьшить трение груза о
стенки емкости (рис.2.100,д). Вместе с тем возникает проблема
очистки трубы, связанная с большими размерами последней.
Поддерживать постоянное давление в нижних слоях содержимо-
го можно благодаря вертикальному разделению емкости, а также ус-
тановке горизонтальных «прерывателей» давления.
В бункере, представленном на рис.2.101,а, происходит снижение
давления сжатия за счет уменьшения площади поперечного сечения
емкости вертикальными перегородками. Однако при этом снижается
полезный объем бункера и ухудшается пропускная способность.
Германская фирма «Швебише Хюттенверке» (СХВ) предлагает
использовать бункер (рис.2.101,б) со встроенными клиновидными
элементами, расположенными ярусно по всей высоте бункера. За счёт
переноса существенной массы части столба сыпучего груза на стенки
хранилища происходит снятие нагрузок, уменьшается внутреннее
давление, а вместе с ним и уплотнение массы. Выгрузка разуплотнен-
ного груза производится рото-
ром, установленным в зоне вы-
пускного отверстия. Наряду с
этим возникает сложность уда-
ления остатков груза после вы-
грузки со статических элементов.
Также стабилизирующие элемен-
ты уменьшают вместимость бун-
кера.
В США успешно применяет-
ся секционный бункер
(рис.2.101,в) для свободного по-
тока сыпучего груза. Состоит он
из нескольких полых бункерных сегментов, имеющих отверстие с
Рис.2.101. Конструктивные схемы бунке-
ров стабилизаторами давления
а б
в
143
замкнутым поперечным сечением. Отверстие в днище второй секции
меньше, чем отверстие верхней части первой секции и т.д. Такие раз-
гружающие элементы могут сами становиться очагами возникновения
сводов, а механизм для их разрушения отсутствует.
Как уже упоминалось в разделе 2.3 (см. рис.2.3) профильные
стенки емкости также стабилизируют истечение изменчивостью коэф-
фициентов трения.
Рассмотрение различных устройств, использующихся для акти-
вации процесса выпуска сыпучих грузов из бункерных хранилищ, по-
зволило сделать вывод о том, что потенциал совершенствования с
точки зрения снижения давления не исчерпан и требует серьезного
подхода к индивидуальным разработкам.
