Что происходит в силосе? Знать, чтобы защитить

17.01.2019

За поведением сыпучих продуктов любой из нас наблюдал не раз. В детстве все мы играли в песочнице: выкапывали ямы и могли видеть, как неравномерно происходит обрушение стен в воронку. Именно неравномерно. Аналогично и с зерном: каждый случай симметричного заполнения и разгрузки включает в себя случайные асимметрии, которые могут привести к неоднородным давлениям по окружности силоса.

Кстати, математически объяснение закона давления зерна в силосе было изложено еще в ХІХ веке – немецким инженером Янссеном: и используется оно до сих пор. Так что можно утверждать, что процессы давления зерна в силосах исследуются уже давно.

Почему силосы чаще повреждаются при выгрузке?

В ходе этих исследований было установлено, что существует два основных вида нагрузок:

• статические: возникают при заполнении и хранении продукта и
• динамические: имеют место при опорожнении – выгрузке емкости.

Выявлено, что горизонтальное давление на стены при выгрузке хранящегося в силосе продукта значительно выше, чем нагрузки при заполнении силоса. По этой причине многие силосы были повреждены вскоре после открытия выпускной задвижки и во время опорожнения, а не при заполнении или в результате статического давления хранящихся продуктов.

Истечение сыпучих продуктов из силоса: «центральный поток»

Стены цилиндрического силоса проектируют на основе анализа распределения кольцевых напряжений и напряжений вертикального сжатия, основываясь на допущении о том, что эти внутренние силовые факторы распределены осесимметрично. Эта же гипотеза является основной при реализации технологического процесса «загрузка-разгрузка» силоса. Такой тип эксплуатации называется «центральный поток».

«Центральный поток» — это профиль текучести, при котором в насыпном сырье создается канал текучести через сливное отверстие, в то время как сыпучий материал в зоне между этим каналом текучести и стенкой бункера сохраняет состояние покоя. Канал текучести при этом может контактировать с вертикальной стенкой бункера – тогда говорят о «смешанном течении», или он может простираться вплоть до поверхности без какой-либо зоны контакта со стеной. Этот случай обозначается как «поток в трубе» или «шахтное течение».

Значительная неравномерность процесса имеет место всякий раз, когда хранящийся продукт выходит в воронку, образуемую внутри неподвижного продукта, и эта воронка касается стены силоса. Такие неравномерности наблюдаются во всех силосах с истечением продукта в виде «центрального потока». В цилиндрическом силосе давление за счет указанных неравномерностей вызывает возникновение изгибной группы усилий (взамен мембранной) и приводит к кососимметричному деформированию, являющемуся причиной местной потери устойчивости тонкостенной оболочки силоса.

Главное правило выгрузки

Как вышеизложенные сложности влияют на ежедневную работу оператора? Все просто. Помните главное правило эксплуатации? «Выгрузка должна производиться только через центральное выгрузное отверстие в днище до тех пор, пока над этим отверстием не останется зерна. Выгрузка через боковые выгрузные отверстия должна производиться только тогда, когда произведена полная выгрузка через центральное отверстие».

Как только вы проигнорировали это правило – вы подвергли силос непроектным перегрузкам. И с этого момента срок его службы зависит только от того, какой коэффициент запаса применил инженер при проектировании данного объекта.

Истории из жизни

Рассмотрим на жизненном примере. В ходе «битвы за урожай» не всегда получается посушить зерно и уж тем более почистить, нет емкостей разложить по классам и т.п., и поэтому засыпаем в силос как есть.

Впоследствии это решение приводит к слипанию продукта. Коржи, комья препятствуют опорожнению емкости, и начинается «битва за производительность при выгрузке», «стоит маршрут – давай зерно».

Из благих намерений – или заблаговременно, или только по ему известным причинам – оператор открывает боковые выгрузные задвижки. Таким образом формируется асимметрия профиля потока в насыпи хранимого продукта с несимметричным распределением подвижного сыпучего материала относительно вертикальной оси силоса. В результате симметричное, равномерное горизонтальное давление трансформируется в неравномерное по окружности горизонтальное, растягивающее усилие по периметру стен, и неравномерное вертикальное давление на стены.

И как только воронки выходят на поверхность, изгибающие нагрузки (давление в поперечном сечении) возрастают в разы, создавая недопустимые деформации. Цилиндрическая форма силоса меняется на овальную, при этом панели получают локальный сдвиг по вертикальной плоскости, что в свою очередь ослабляет болтовые соединения панелей корпуса силоса.

В эйфории от «успеха» никто не обращает внимания, что силос получил прогибы, вогнутости, то есть потерял местную устойчивость стенки. И такие перегрузки повторяются неоднократно… Результаты этих действий очевидны при осмотре силоса как во время эксплуатации, так и после его разрушения.

Эксплуатируйте с пониманием

В данной статье освещены далеко не все нагрузки, возникающие в конструкции силосов, и далеко не все нарушения правил эксплуатации. Аварии на элеваторах, связанные с разрушением силосов, схожи с авиакатастрофами: также нечасты глазами статистики к числу эксплуатируемых, такие же затратные и главное – могут быть трагичными.

Поэтому следите за правильной эксплуатацией своего комплекса, понимая, как он работает. И тогда он прослужит вам дольше, чем заложил в расчете срока службы инженер.

Алексей Ломакин, начальник отдела электрификации и автоматизации KMZ Industries

Обезопасить от нарушения технологии, в том числе и технологии выгрузки, поможет автоматизация. Идеальная технологическая цепочка вашего элеватора вноситься в программу и дальше осуществляется автоматически в точно заданном порядке, защищая его от влияния человеческого фактора.

Если же произошла ситуация вмешательства в автоматический процесс, которая привела к повреждению зернохранилища, найти ответственного будет просто. Каждый этап (время и процедура) на автоматизированном элеваторе поминутно сохраняется в единой базе данных, а сотрудники могут входить в систему только по личному коду доступа, рассчитанному на их уровень задач и ответственности.

Юрий Остапенко, главный инженер ООО «ЗЕРНОВАЯ ИНДУСТРИЯ»

Неправильно выгрузить силос – как играть с огнем: тут угрозы не преувеличены. Поэтому на «ЗЕРНОВОЙ ИНДУСТРИИ» к правилам выгрузки относимся более, чем серьезно. Первый год работы элеватора ставили пломбы и замки на задвижки, чтобы обезопасить объект. Теперь, когда каждый сотрудник обучен, такие меры предосторожности уже не требуются.

Обязательный внутренний документ на нашем элеваторе – «Инструкция по эксплуатации силосов». Знакомим с ним под подпись. Этим, конечно, не ограничиваемся. Проводим обучение и периодические инструктажи. Новичков допускаем к выгрузке только в сопровождении опытных специалистов. А когда обучаем, то не просто озвучиваем правила. Объясняем, как устроен силос, какие процессы происходят при выгрузке и что случится, если их нарушить. Интернет пестрит фото- и видеоиллюстрациями последствий таких нарушений – так что недостатка в «учебном материале» не испытываем.

Обязательное обучение и четкий контроль соблюдения правил выгрузки, с одной стороны, и объяснение физических процессов в силосе и видеодемонстрация примеров нарушения и их последствий, с другой, – такой подход нашего элеватора к правильной эксплуатации и обеспечению безопасности объекта.

Оригинал статьи был опубликован на elevatorist.com