3.2. Устройства для снижения
вертикального давления
Образование статических сводов, устойчивых перемычек насып-
ного груза зависит от его уплотнения. В свою очередь уплотнение яв-
ляется результатом давления внутри его столба. Поэтому важно
знать, как распределяется давление по всей высоте хранилища.
Устройства и методы снижения вертикального давления насыпи
не отвечают современным требованиям производства. Имеют место
завалы в силосах, образование верховых сводов, что ведет к разру-
шению хранилищ и, как следствие, к нарушению техники безопасности
при восстановлении функциональной пригодности.
Основываясь на представлении о том, что образование статиче-
ских сводов и висячих перемычек насыпного груза зависит от его уп-
лотнения, а уплотнение, в свою очередь, определяется давлением
внутри его столба, нами предложены устройства снятия нагрузок для
грузов различных по своим физико-механическим свойствам.
Для предупреждения образования сводов в силосных хранили-
щах необходимо устранить устойчивое равновесие сил. Этого можно
добиться путем установки в полости бункера статических элементов в
виде воронок. Благодаря этому достигается три основополагающих
эффекта.
1. За счет повышения трения о стенку часть усилий, вызванных
массой груза, «изымается» из столба насыпного груза и переда-
ется на стенку. Это приводит к уменьшению вертикального дав-
ления, столб груза облегчается, происходит снятие нагрузки с
нижележащих слоев груза.
2. Уменьшение вертикального давления влечет за собой соответ-
ствующее уменьшение горизонтальной составляющей усилий на
всех уровнях в высотных емкостях. Эти усилия могут быть
уменьшены настолько, чтобы их было недостаточно для образо-
вания внутри столба груза статически замкнутых несущих сис-
тем. Благодаря этому, находящиеся в стадии образования своды
и купола периодически обрушиваются.
3. Повышенное трение между сыпучим грузом и стенкой силоса
приводит к более высокой скорости перемещения масс в его
центральной части по сравнению с пристенной зоной. Возни-
кающее опережение приводит к тому, что своды и купола,
имеющие куполообразную форму, превращаются в висячие пе-
ремычки, разрушающиеся под давлением вышележащего груза.
Известно разрушающее действие от падения висячих перемы-
чек. Иногда в высотных емкостях возникают зависания груза массой
до нескольких тонн. При нарушении равновесия весь этот объем уст-
ремляется вниз с большой высоты. При достижении основания силоса
он обладает значительной кинетической энергией, достаточной для
разрушения конструкции хранилища. Размещение в полости силоса
158
статических элементов в виде воронок (рис.3.7) позволит достичь не-
которых положительных эффектов.
После потери равновесия объем груза, зависший в верхнем по-
ложении, устремляется в направлении выпускной воронки. При дости-
жении воронки-стабилизатора груз, находящийся в пристенной зоне
силоса, после соударения с ней приостанавливается, в то время как в
центральной зоне часть груза под действием инерции продолжает
двигаться. Таким образом, происходит разрушение монолитного объ-
ема. Достигая выпускной воронки, он уже не обладает никаким разру-
шающим действием.
Грузы малой связности при условии, что диаметр выпускного от-
верстия больше диаметра наибольшего сводообразования, истекают
свободно центральным каналом с обрушением откосов в образую-
щуюся воронку. Тем не менее, при перераспределении давлений
внутри полости емкости возникает вероятность образования сводов,
размеры которого будут превышать диаметр выпускного отверстия.
Размещение по высоте хранилища воронок-стабилизаторов исключит
перерывы в выпуске грузов.
Технологический процесс работы бункера с воронками–
стабилизаторами (рис.3.8), установленными ярусно по высоте храни-
лища, основан на гравитационном истечении из выпускного отверстия.
Бункерное устройство с системой снятия нагрузок в виде воро-
нок–стабилизаторов работает следующим образом. После открытия
выпускного отверстия груз будет истекать центральным каналом, ув-
лекая за собой определенную его часть из-под стабилизаторов. При
этом за счет снятия давления на нижние слои, груз станет подвижнее,
и его остатков в зоне выпускной воронки наблюдаться не будет. Вы-
пуск будет стабильным, без образования застойных зон и с полным
отсутствием сегрегации.
Следует также отметить еще
один положительный момент в про-
цессе функционирования высотных
емкостей с воронками-
стабилизаторами. Под действием
собственной силы тяжести, а также
давления от вышележащего груза
свободный объем заполняется уже
разуплотненным грузом. Благодаря
изменению положения части объе-
ма груза меняется вся структура
вышележащего метериала. После
прохождения воронки-
стабилизатора сыпучий груз, будучи
разуплотнённым, попадает в выпу-
скную воронку.
Рис. 3.8. Схема
бункера для
малосвязных
грузов
Рис. 3.7. Схема
разрушения
висячих
перемычек о
воронку-
стабилизатор
159
В свою очередь возникновение сводов носит вероятностный ха-
рактер. Поэтому режим воздействия стимуляторов истечения для лик-
видации сводов должен быть избирательным. Исследованиями отече-
ственных и зарубежных ученых установлено, что наиболее эффектив-
ным является разрушение сводов в зоне их контакта с опорной по-
верхностью или воздействием на вершину свода. Движение рабочего
органа по периметру опоры свода подрезает его основание. Под дей-
ствием давления столба груза на вершину свода происходит разру-
шение последнего и истечение груза возобновляется.
Для достижения такого значительного эффекта было разработа-
но устройство, включающее пассивную воронку с активным сводооб-
рушающим механизмом, устанавливаемым по высоте емкости. В ее
полости равномерно расположены одна над другой воронки (рис.3.9).
Каждая воронка оснащена кольцом, с жестко закрепленными на нем
равномерно по периметру с заданным шагом рабочими элементами.
Воронка установлена нижней частью внутри соответствующего коль-
ца, рабочие элементы которого охватывают воронку по периметру.
Каждое кольцо вращается вокруг соответствующего привода, выпол-
ненного в виде силового цилиндра, например, пневмоцилиндра, за-
крепленного одним концом на корпусе бункера, а другим на кольце.
Ход штока силового цилиндра больше шага рабочих элементов. Коль-
ца установлены в направляющих роликах, связанных с корпусом.
Технологическая схема работы бункерного устройства для гру-
зов повышенной связности заключается в следующем. После откры-
тия заслонки выгрузного отверстия груз самостоятельно выгружается
из силоса. После окончательного выпуска груза включается привод
рабочих органов для удаления остатков груза со стенок воронки–
стабилизатора. Счищенный груз удаляется гравитационным способом
через выпускное отверстие.
Как уже указывалось выше, периоды длительного хранения, а
также изменение влажности и температуры окружающей среды нега-
тивно влияют на свойства хранящегося груза. Для влажных грузов с
высокой связностью было бы продуктивнее использовать воронку-
стабилизатор с возможностью изменения геометрии последней для
обеспечения стабильного выпуска. Основное отличие предложенной
конструкции воронки-стабилизатора от рассмотренной ранее в том,
что она может деформироваться приводными механизмами. Путем
перемещения ее элементов можно варьировать размер выпускного
отверстия.
После загрузки силоса сыпучий груз займет не весь подвороноч-
ный объем. При прохождении через воронку канал заполнения сыпу-
чего груза сужается и достигает размеров выпускного отверстия во-
ронки. Поэтому верхняя часть подвороночного объема груза будет вы-
глядеть в виде конуса, а пространство между стенкой воронки и стен-
кой корпуса бункера останется незаполненным. Отсутствие груза в
160
этой зоне позволит манипулировать элементами воронки.
Бункерное устройство для высокосвязных грузов (рис.3.10) со-
стоит из корпуса круглого сечения, в котором расположено кольцо,
прикрепленное к стенкам бункера.
К нижней кромке кольца на шарнирах прикреплены четыре оди-
наковых сектора, в составном положении образующие воронку. К ниж-
нему краю каждого сектора с одной стороны и к стенке бункера с дру-
гой стороны прикреплен силовой цилиндр. Каждый сектор обладает
возможностью перемещения относительно шарнирного крепления при
помощи силового цилиндра. Шток каждого силового цилиндра снаб-
жен датчиком перемещения.
Бункерное устройство работает по следующей схеме. После от-
крытия заслонки выпускного отверстия часть хранящегося груза исте-
кает из бункера без применения побудителей. По мере прекращения
подачи бункером сыпучего груза на технологическую линию включают
силовой привод воронки. Далее происходит следующее. Створки, об-
разующие воронку, раздвигаются в направлении стенки корпуса (рис.
3.11). Угол наклона створок к горизонтальной плоскости возрастает.
Груз, находящийся на стенках створок, теряет равновесие и под дей-
ствием собственного веса осыпается в направлении выгрузного от-
верстия. Раздвижение створок производится до полного истечения
продукта. После окончания выгрузки, также посредством включения
привода, створки воронки с изменением геометрии возвращаются в
исходное положение.
Очень важным моментом для выпуска груза из этого бункерного
устройства является соотношение диаметров отверстий воронки с из-
менением геометрии и выпускной воронки. Если размер отверстия
Рис. 3.10. Схема
бункера со ста-
билизатором-
воронкой с изме-
няемой геомет-
рией
Рис. 3.11.
Схема работы
воронки изме-
няемой гео-
метрии
Рис. 3.9. Схема
бункера для ма-
териалов высо-
кой связности
161
первой воронки будет преобладать над размером выпускного отвер-
стия, то через какой-то промежуток времени выпускное отверстие бу-
дет «захлебываться». Это объясняется тем, что поступающий в под-
вороночное пространство объем груза будет больше, нежели поки-
нувший его. В этом случае производительность бункерного устройства
заметно снизится.
Приведенные конструкции с воронками-стабилизаторами в раз-
ном исполнении могут располагаться автономно и в смешанной ком-
бинации.
Следует также отметить, что имеют место высотные емкости
кратковременного хранения среднесыпучих грузов (отруби, травяная
мука), имеющие высоту до 15 м и срок хранения в них груза до 3-х су-
ток. В них существует проблема отсутствия истечения вследствие
сводообразования. Для организации выпуска груза применяют, как
правило, ударные воздействия на ограждающие конструкции емкости.
Результат такой деятельности чреват разрушением выпускной ворон-
ки. Для исключения возникновения подобных ситуаций и обеспечения
целенаправленного воздействия на груз с возможностью сохранения
поверхности воронки нами разработано следующее устройство
(рис.3.12).
Бункер содержит корпус 1 и выпускную часть 2 с выпускной во-
ронкой 3. Выпускная часть 2 снабжена дополнительной воронкой 4,
соединенной с ней гибкими связями 5, например цепями или тросами.
Дополнительная воронка 4 охватывает с радиальным зазором h
нижнюю часть выпускной воронки 3. Выпускное отверстие 6 воронки 4
расположено ниже выпускного отверстия 7 воронки 3. Верхняя часть 8
дополнительной воронки 4 и нижняя часть 9 выпускной воронки 3 (в
зоне выпускного отверстия) выполнены ско-
шенными в одном направлении.
При загрузке бункера материал из кор-
пуса 1 перемещается в выпускную часть 2,
через выпускную воронку 3 поступает в до-
полнительную воронку 4. При открытии выпу-
скного отверстия 6 материал удаляется из
бункера.
В случае образования свода часть опор-
ной зоны находится на воронке 3, а часть – на
воронке 4. За счет ударов воронка 4 ради-
ально смещается относительно воронки 3, в
результате чего образовавшийся свод разру-
шается.
Выполнение воронки 3 и 4 со скосами
вынуждает материал в процессе истечения
формировать опоры свода на каждой из упо-
мянутых воронок. Смещение последних вы-
h
1
2
3
8
9
7
4 6
5
Рис.3.12. Бункер с
составной подвижной
воронкой
162
зывает сводоразрушение и стабилизирует выпуск.
Таким образом, применение рассмотренных устройств обеспечи-
вает реализацию возможности управления процессами выпуска труд-
носыпучих грузов в существующих классических бункерах, силосах пу-
тем установки по их высоте приводных воронок, которые позволяют
регулировать вертикальное давление в полости емкости вплоть до
полной изоляции и разделения бункера на независимые секции. При-
вод воронок предусматривает селективное их включение в зависимо-
сти от связности сыпучего груза и других производственных ситуаций.
