Що відбувається в силосі? Знати, щоб захистити

17.01.2019

За поведінкою сипучих продуктів кожен із нас спостерігав не раз. У дитинстві всі ми грали в пісочниці: викопували ями і могли бачити, як нерівномірно відбувається обвалення стін у воронку. Саме нерівномірно. Аналогічно і з зерном: кожен випадок симетричного заповнення і розвантаження включає в себе випадкові асиметрії, які можуть призвести до неоднорідних тисків по окружності силосу.

До речі, математичне пояснення закону тиску зерна в силосі було викладено ще в ХІХ столітті – німецьким інженером Янссеном: і використовується воно і по цей день. Так що можна стверджувати, що процеси тиску зерна в силосах досліджуються вже давно.

Чому силоси частіше пошкоджуються при вивантаженні?

У ході цих досліджень було встановлено, що існує два основні види навантажень:

• статичні: виникають при заповненні та зберіганні продукту і
• динамічні: мають місце під час спорожнення – вивантаження ємності.

Виявлено, що горизонтальний тиск на стіни під час вивантаження продукту, який зберігається в силосі, значно вищий, ніж навантаження при заповненні силосу. Із цієї причини багато силосів були пошкоджені незабаром після відкриття випускної засувки і під час спорожнення, а не при заповненні або в результаті статичного тиску продуктів, що зберігаються.

Витікання сипучих продуктів із силосу: «центральний потік»

Стіни циліндричного силосу проектують на основі аналізу розподілу кільцевих напружень і напружень вертикального стиснення, ґрунтуючись на припущенні про те, що ці внутрішні силові фактори розподілені вісьосиметрично. Ця ж гіпотеза є основною при реалізації технологічного процесу «завантаження-розвантаження» силосу. Такий тип експлуатації називається «центральним потоком».

«Центральний потік» – це профіль плинності, за якого в насипній сировині створюється канал плинності через зливний отвір, в той час як сипучий матеріал в зоні між цим каналом плинності і стінкою бункера зберігає стан спокою. Канал плинності при цьому може контактувати з вертикальною стінкою бункера – тоді говорять про «змішане течіння», або він може сягати аж до поверхні без будь-якої зони контакту зі стіною. Цей випадок позначається як «потік в трубі» або «шахтне течіння».

Значна нерівномірність процесу має місце щоразу, коли продукт, що зберігається, виходить у воронку, утворювану всередині нерухомого продукту, і ця воронка торкається стіни силосу. Такі нерівномірності спостерігаються у всіх силосах із витіканням продукту у вигляді «центрального потоку». У циліндричному силосі тиск за рахунок зазначених нерівномірностей викликає виникнення згинальної групи зусиль (замість мембранної) і призводить до кососиметричної деформації, що є причиною місцевої втрати стійкості тонкостінної оболонки силосу.

Головне правило вивантаження

Як вищевикладені складнощі впливають на щоденну роботу оператора? Все просто. Пам’ятаєте головне правило експлуатації? «Вивантаження повинно проводитися тільки через центральний вивантажувальний отвір в днищі до тих пір, поки над цим отвором не залишиться зерна. Вивантаження через бічні вивантажувальні отвори повинно здійснюватися лише тоді, коли проведене повне вивантаження через центральний отвір».

Як тільки ви проігнорували це правило – ви піддали силос непроектному перевантаженню. І з цього моменту термін його служби залежить тільки від того, який коефіцієнт запасу застосував інженер при проектуванні даного об’єкта.

Історії з життя

Розглянемо на життєвому прикладі. В ході «битви за врожай» не завжди виходить посушити зерно і тим більше почистити, немає ємностей розкласти по класах, тож засипаємо в силос як є.

Згодом це рішення призводить до злипання продукту. Коржі, грудки перешкоджають спорожненню ємності, і починається «битва за продуктивність при вивантаженні», «стоїть маршрут – давай зерно».

З благих намірів – або завчасно, або тільки з йому відомих причин – оператор відкриває бічні вивантажувальні засувки. Таким чином формується асиметрія профілю потоку в насипу продукту з несиметричним розподілом рухомого сипучого матеріалу щодо вертикальної осі силосу. В результаті симетричний, рівномірний горизонтальний тиск трансформується в нерівномірне по окружності горизонтальне, розтяжне зусилля по периметру стін, і нерівномірний вертикальний тиск на стіни.

І як тільки воронки виходять на поверхню, згинальні навантаження (тиск в поперечному перерізі) зростають в рази, створюючи неприпустимі деформації. Циліндрична форма силосу змінюється на овальну, при цьому панелі отримують локальний зсув по вертикальній площині, що в свою чергу послаблює болтові з’єднання панелей корпусу силосу.

В ейфорії від «успіху» ніхто не звертає уваги, що силос отримав прогини, угнутості, тобто втратив місцеву стійкість стінки. І такі перевантаження повторюються неодноразово… Результати цих дій очевидні при огляді силосу як під час експлуатації, так і після його руйнування.

Експлуатуйте з розумінням

У даній статті висвітлені далеко не всі навантаження, що виникають в конструкції силосів, і далеко не всі порушення правил експлуатації. Аварії на елеваторах, пов’язані з руйнуванням силосів, схожі з авіакатастрофами: також нечасті очима статистики до числа експлуатованих, такі ж витратні і головне – можуть бути трагічними.
Тому стежте за правильною експлуатацією свого комплексу, розуміючи, як він працює. І тоді він прослужить вам довше, ніж заклав в розрахунку терміну служби інженер.

Олексій Ломакін, начальник відділу електрифікації та автоматизації KMZ Industries

Убезпечити від порушення технології, в тому числі й технології вивантаження, допоможе автоматизація. Ідеальний технологічний ланцюг вашого елеватора вноситься в програму і далі здійснюється автоматично в точно заданому порядку, захищаючи його від впливу людського фактора.

Якщо ж відбулося втручання в автоматичний процес, яке призвело до пошкодження зерносховища, знайти відповідального буде просто. Кожен етап (час і процедура) на автоматизованому елеваторі щохвилини зберігається в єдиній базі даних, а співробітники можуть входити в систему тільки за особистим кодом доступу, розрахованим на їхній рівень завдань і відповідальності.

Юрій Остапенко, головний інженер ТОВ «ЗЕРНОВА ІНДУСТРІЯ»

Неправильно вивантажити силос – як грати з вогнем: тут небезпека не перебільшена. Тому на «ЗЕРНОВІЙ ІНДУСТРІЇ» до правил вивантаження ставимося більш, ніж серйозно. Перший рік роботи елеватора навіть ставили пломби і замки на засувки, щоб убезпечити об’єкт. Тепер, коли кожен співробітник навчений, такі запобіжні заходи вже не потрібні.

Обов’язковий внутрішній документ на нашому елеваторі – «Інструкція з експлуатації силосів». Знайомимо з ним під підпис. Цим, звісно, не обмежуємося. Проводимо навчання та періодичні інструктажі. Новачків допускаємо до вивантаження тільки в супроводі досвідчених фахівців. А коли навчаємо, то не просто озвучуємо правила. Пояснюємо, як влаштований силос, які процеси відбуваються під час вивантаження, і що трапиться, якщо їх порушити. Інтернет рясніє фото- і відеоілюстраціями наслідків таких порушень – так що «навчального матеріалу» не бракує.

Обов’язкове навчання і чіткий контроль дотримання правил вивантаження, з одного боку, і пояснення фізичних процесів в силосі та відеодемонстрація прикладів порушення і їх наслідків, з іншого, – такий підхід нашого елеватора до правильної експлуатації та забезпечення безпеки об’єкта.

Оригінал статті був опублікований на elevatorist.com (текст подано на російській мові).