НЕОБА Строительные технологии и оборудование

Процесс затаривания, хранения и выгрузки сыпучих строительных материалов из ёмкостей зависит от физико-механических свойств насыпного груза, что в значительной степени определяет конструкцию и форму ёмкости, а также материал, из которого ее изготовляют.

 Наиболее важными физико-химическими параметрами, определяющими свойства цемента являются:

Гранулометрический состав – характеризуется количественным распределением частиц составляющих сыпучие материалы по крупности. Для цемента этот показатель колеблется в пределах 1-80 мкм (мелкая фракция: до 5 мкм, средняя: 5-30 мкм, крупная: 30-80 мкм), причём для высоких марок цементов содержание средней фракции должно составлять 30-70 %.

Насыпная плотность – отношение массы насыпного материала к занимаемому им объему с учетом пор и промежутков между отдельными частицами. Для портландцемента насыпная плотность колеблется в пределах – 0,96-1,60 т/м³, в среднем – 1,4 т/м³.

Коэффициент уплотнения – отношение уплотнённой массы материала к массе того же объема до уплотнения. При этом определяющими факторами являются динамические нагрузки и вибрация, в результате которых материалы претерпевают структурное переформирование (мелкие частицы укладываются в порах между более крупными), при этом воздух вытесняется из пор, а число контактов частиц между собой увеличивается, что сопровождается возникновением молекулярных сил.

Угол естественного откоса – угол между горизонтальной плоскостью и линией откоса насыпного материала при свободной его отсыпке. При истечении груза на горизонтальную плоскость образуется горка с некоторым углом откоса, который соответствует равновесию частиц. Угол естественного откоса для большинства сыпучих материалов не превышает 60° (при естественной влажности). При этом следует учитывать, что угол естественного откоса в покое и в динамике имеют различные значения.

Начальное сопротивление сдвигу – характеризует подвижность частиц и определяет силу их сцепления, Н/м². Для цемента этот показатель в среднем составляет 150 Н/м².

Коэффициент внешнего трения насыпных материалов об ограждающие конструкции соответствует тангенсу угла, отражаемого прямой с осью абсцисс в состоянии покоя материала.

Сегрегация – расслоение частиц по крупности, форме и плотности.

Гигроскопичность – способность поглощать водяные пары из воздуха. Песок, не является высоко гигроскопичным материалом, а для цемента данное свойство обуславливает существенное снижение его марки со временем.

Влажность – определяется отношением массы испарившейся воды после просушивания к исходной массе взятого материала, в процентах. Незначительное повышение влажности способствует слёживаемости и уплотнению сыпучих строительных материалов, а также ведёт к значительному усилению явлений адгезии (силы сцепления поверхностей частиц) и аутогезии (силы сцепления поверхностей частиц с ограждающими конструкциями). Для цемента предельные показатели влажности колеблются от 1 до 3 %, при этом минимальное увеличение влажности ведёт к снижению его марки, а также качественных характеристик. Влажность цемента, превышающая 3 %, свидетельствует о непригодности его использования.

Основные типы ёмкостей в соответствии с назначением

Бункеры – ёмкости для хранения и самотечной разгрузки сыпучих материалов, характеризующиеся меньшими размерами вертикальной части по отношению к их максимальному размеру в плане (обычно в 1,5-2 раза). По назначению выделяют: приёмные, промежуточные и отпускные бункера.

Приемные бункера – предназначены для приема сыпучих материалов из транспортных средств, компенсируя неравномерность подачи в склад или в технологическую линию, поэтому размеры бункера должны обеспечивать достаточный фронт разгрузки.

Промежуточные бункера – служат для операций, связанных с хранением и отпуском груза внутри производственно-технологических линий.

Отпускные бункера используются для накопления, кратковременного хранения и отгрузки сыпучего груза в тару и транспортные средства.

Силоса – ёмкости для хранения и разгрузки сыпучих материалов, характеризующиеся цилиндрической или призматической формой, отношение высоты стенки к наименьшему размеру поперечного сечения равно двум и более.

Высота силосов ограничивается несущей способностью грунта и обычно не превышает 30 м. Отдельные силоса могут компоноваться по несколько в силосные корпуса. Силоса являются основными ёмкостями длительного хранения сыпучих строительных материалов, в частности – цемента.

Конструктивные схемы ёмкостей

Наиболее широкое распространение в промышленности получили бункера прямоугольной и круглой в поперечном сечении форм. Прямоугольные бункера распространены значительно шире, что поясняется удобством их размещения в сетке колонн и возможностью монтажа из линейных и плоских элементов. К их недостаткам следует отнести неизбежность образования застойных зон груза в местах пересечения смежных стенок. Однако при достаточно больших площадях выпускных отверстий и углах наклона стенок выгрузной воронки лучшие типы прямоугольных бункеров работают удовлетворительно. Стенки бункеров не должны иметь шероховатостей, уступов, выбоин, выступающих закладных частей. Более эффективно работают симметричные бункера.

Конусные и конусно-цилиндрические бункера с центрально расположенным круглым выпускным отверстием хорошо удовлетворяют условию возможно меньшей толщины застойной зоны, так как их форма довольно близка к форме зоны потока сыпучих грузов. Их большое преимущество – отсутствие вертикальных и наклонных ребер. Большинство ёмкостей типа "силос" являются конусно-цилиндрическими.

Рис. 1. Основные формы ёмкостей: 1 – прямоугольная, 2 – цилиндрическая (по Горюшинский и др., 2003).

 Форма и вместимость ёмкостей

Проектирование ёмкостей бункерно-силосного типа состоит в определении их геометрических размеров и формы, отвечающих ряду условий: 1) соответствие геометрической вместимости бункера требуемому объему размещаемого материала; 2) отсутствие торможения частиц материала на наклонных стенках бункера; 3) беспрепятственный выпуск материала через разгрузочное отверстие; 4) обеспечение требуемой производительности по выдаче материала из бункера.

Для предварительного расчёта объёма, вместимости и производительности бункеров целесообразно использовать приведенные ниже формулы.

Вместимость прямоугольного бункера (верхняя часть – параллелепипед, нижняя – усечённая пирамида) рассчитывается по формуле (1):

  Вместимость цилиндрического бункера (верхняя часть – цилиндр, нижняя – усечённый конус) рассчитывается по формуле (2): 

 Размеры выпускного отверстия бункера должны быть достаточными для обеспечения требуемой пропускной способности (производительности). Вместе с тем они должны исключать сводообразование (зависание) груза в бункере. Во избежание опасности резкого обрушения больших масс сыпучего материала через отверстия, а также утяжеления затворов выпускные отверстия не должны быть излишне большими.

Скорость истечения материала (υ) из выпускного отверстия бункера определяется по эмпирической зависимости (формулы 3, 4), м/с.

Для прямоугольного отверстия: