Периодическая разгрузка океанских судов осуществляется с колебаниями производительности и потребления энергии.
Это требует транспортной системы с более высокой производительностью, чем при непрерывной разгрузке. Наиболее известным разгрузчиком периодического действия является грейфер.
Разгрузка грейфером
Грейферный разгрузчик, способный разгружать океанские суда всех форм и размеров, независимо от числа люков или мачт получил всемирное признание как гибкое, надежное и универсальное оборудование для сыпучих грузов. Хотя основная концепция фактически осталась неизменной с XV века (первый грейфер был спроектирован Леонардо да Винчи), быстрый прогресс сталелитейного производства привел к получению более легких, но прочных и износостойких сталей.
Практически все сухие гранулированные сыпучие грузы, транспортируемые насыпью, могут перегружаться грейфером, включая зерновые, семена масличных культур, побочные продукты. Некоторые из них, особенно те, размер частиц которых так мал, что их можно считать порошками, вызывают больше проблем, чем более плотные и гранулированные продукты.
В последние годы увеличилась средняя вместимость судов, и это потребовало более высокой часовой производительности разгрузочного оборудования и разработки новых конструкций грейферных разгрузчиков. Основное преимущество грейферного разгрузчика по сравнению с другими типами оборудования для разгрузки — его известность и эффективность. Управляющие элеваторами характеризуют грейферы как гибкие, прочные элементы оборудования, несложные, простые в работе и относительно легкие для текущего ремонта, не требующие высококвалифицированного персонала.
Размеры грейфера, скорость и вид работы зависят в значительной степени от грузоподъемности крана. Различают два типа грейферных разгрузчиков — на кране с поворотной стрелой и на мостовом кране. Поворотная стрела должна перекрывать всю площадь отверстия люка из одного положения, и при необходимости она может обслуживать одновременно два трюма. Распространенные стреловые краны могут иметь грейферы вместимостью до 30 т. Этим типом крана грейфер выбирает траншею, и при этом он должен перемещаться так, чтобы охватить всю площадь отверстия люка, или для него необходимо дополнительное питание. На кранах типа мостовых могут быть грейферы вместимостью от 30 до 80 т.
Помощь бульдозера или колесного погрузчика всегда требуется для зачистки и подачи продукта из углов трюма под палубой в зону, где работает грейфер. Эта подача не должна отставать от выгрузки грейфером. Хотя с точки зрения эффективности транспортирования каждому виду груза должен соответствовать определенный тип ковша, кран даже с одним универсальным ковшом позволяет добиться высокой производительности погрузочно-разгрузочных работ.
Производительность разгрузки. Номинальная производительность разгрузки грейфером определяется числом циклов в час, которое может составлять для современных систем до 80, умноженным на среднюю вместимость грейфера.
Процесс грейферной выгрузки всегда начинается с использования максимальных характеристик при оптимальных условиях вычерпывания и небольших подъемах грейфера и заканчивается очень небольшой производительностью при зачистке оставшегося в трюме груза. На больших судах вычерпывание занимает достаточно времени. Опыт многих лет показал, что эффективная часовая производительность во время разгрузки небольших судов никогда не бывает больше 50 % теоретической. По данным многих портовых служб, реальная производительность грейферных разгрузчиков большой производительности для балкеров водоизмещением 100 тыс. т и более в лучшем случае составляет 55 %, а часто средняя производительность выгрузки не превышает 40 % расчетной.
Число погрузчиков, которые могут безопасно работать в одном трюме, ограниченно; таким образом, имеется эксплуатационный предел производительности разгрузки с помощью грейфера либо в течение зачистки, либо в течение всего периода разгрузки. Координация движений грейфера и бульдозеров требует большого внимания, так как условия работы в трюме потенциально опасны.
Для предотвращения несчастных случаев необходимы дисциплина, квалификация и соответствующая система связи.
Машинист крана. В современных условиях работы грейферного разгрузчика продолжительность цикла определяется мастерством крановщика. Большинство управляющих элеваторами подчеркивают большое влияние квалификации крановщика на производительность и профилактическое обслуживание. Одним из важнейших факторов, влияющих на производительность разгрузки, является оплата труда крановщику за 1 ч работы или 1 т разгруженного груза.
Недостаточная квалификация крановщика часто приводит к несчастным случаям с повреждением крана и судна. Наиболее распространенной ошибкой крановщика является обрушивание продукта на грейфер вследствие слишком большого вычерпывания в одном месте. С помощью компьютерного анализа первых циклов выгрузки можно составить оптимальный график работы крановщика.
Недостатки грейферной системы выгрузки. Грейферным разгрузчикам присущи несколько недостатков.
1. Периодический принцип действия с каждым циклом, состоящим из:
- закрытия и заполнения грейфера;
- подъема грейфера и перемещения к приемному накопительному бункеру;
- открытия грейфера и выгрузки материала;
- перемещения над центром судна и опускания в расчетную точку вычерпывания.
2. Перемещение ковша между люком судна и бункером на берегу занимает большую часть цикла.
3. Операции пуск — остановка, вперед — назад, открытие — закрытие грейфера в каждом цикле выгрузки создают колеблющуюся нагрузку на источник энергии и ударные нагрузки на элементы всей установки, вызывая износ и необходимость текущего ремонта.
4. Ток, потребляемый грейферным разгрузчиком, значительно больше, чем этот же показатель для разгрузчика непрерывного действия, и колебания силы тока могут вызвать многие проблемы с распределением энергии.
5. Если необходима высокая производительность разгрузки, должны быть значительными размер и масса грейфера; собственная масса грейфера обычно составляет 1/3 общей полезной нагрузки, а опрокидывающий момент, создаваемый этой нагрузкой при ее максимальной величине, особенно при разгрузке большого судна, огромен. Следовательно, конструкция крана должна быть массивной, чтобы противостоять этим нагрузкам, и высота достаточно большой, чтобы обеспечить горизонтальное пространство для проводов и подвешенного грейфера, таким образом последний не будет касаться какой-либо части разгружаемого судна.
6. Огромные масса и опрокидывающие моменты создают большие давления на колеса, которые, в свою очередь, передают громадные нагрузки на грунт, обычно делая необходимым дорогое усиление фундамента причала.
7. Влияние ветровых нагрузок на конструкцию грейферного разгрузчика вызывает необходимость устанавливать очень мощные тормоза и анкерные крепления.
8. Обеспечение надежности тросов и блоков требует частого профилактического обслуживания для предотвращения дорогостоящих простоев и исключения возможности несчастных случаев.
9. Каждый раз при введении грейфера в люк судна имеется опасность повреждения судна или комингсов люка трюма.
10. Определенные потери продукта неизбежны на пути перемещения грейфера, что нежелательно как с точки зрения материального ущерба, так и загрязнения окружающей среды.
Запыленность — серьезная проблема при обработке пылевидных грузов, с которой можно бороться в той или иной степени, но никогда нельзя устранить.
11. Может происходить разрушение продукта: когда грейфер, входящий в массу продукта в трюме, закрывается с огромными усилиями, вызывающими дробление продукта, и в процессе разгрузки грейфера, когда продукт ударяется о наклонные стенки приемного бункера со скоростью, равной сумме вертикальной скорости падения и скорости перемещения грейфера.
12. Грейфер может работать только в створе люка. Для окончательной зачистки и извлечения продукта из-под комингса люка необходим один или несколько бульдозеров, перемещающих продукт в створ люка, что требует больших затрат времени и средств.
Несмотря на все эти недостатки, грейферные разгрузчики еще не заменены средствами непрерывной разгрузки, хотя последние создают предпочтительные альтернативы отрицательным моментам, которые перечислены выше.
Типы грейферов и основные характеристики конструкций. Тип грейфера зависит от грузоподъемности крана, а также от свойств транспортируемого продукта.
Учитывая, что имеющиеся краны во многом определяют потенциальные способности грейферного захвата, конструктор грейфера должен ставить своей целью выбор наилучшей формы грейфера, способствующей вычерпыванию и разгрузке.
Важны следующие основные конструкционные характеристики:
а) центр тяжести грейфера должен быть по возможности ниже для увеличения стабильности вычерпывания и повышения производительности;
б) усилие вычерпывания должно быть достаточно большим;
в) отношение собственной массы к полезной нагрузке обычно составляет 1 :2 для небольших установок, но оно не может быть таким же для более крупных установок. Появление новых высокопрочных и износостойких сталей привело к конструкции грейфера с более легкими ковшами, которые характеризуются более высокой полезной нагрузкой и значительным повышением сопротивления истиранию.
При снижении собственной массы грейфера таким путем необходимо сохранить устойчивость грейфера при вычерпывании:
г) период замыкания ковша грейфера должен быть коротким, но вместе с тем следует помнить, что слишком быстрое замыкание не может обеспечить максимальную загрузку грейфера;
д) необходимо избегать просыпания груза в результате переполнения и неплотного замыкания кромок грейфера. Ковши для продуктов с хорошей сыпучестью должны иметь конструкцию, устраняющую просыпание, включая закрытые сливные отверстия, крышки над грейферами из легкого металла или стеклопластика, кромки с резиновым уплотнением и противопыльные клапаны. Часто на грейферах дополнительно устанавливают усиленные кромки для снижения износа, увеличения эффекта срезывания слоя продукта на конечной фазе закрытия грейфера и обеспечения хорошего уплотнения;
е) для сокращения сроков поставки грейферы должны иметь стандартные размеры.
Потребность в ремонте должна быть уменьшена надежной конструкцией, способной противостоять тяжелым условиям работы, и использованием подшипников с уплотнением, а также самосмазывающихся подшипников;
ж) наружные очертания нового грейфера должны быть такими, чтобы уменьшить возможность его контактов с надстройками баржи, судна или бункером, которые могут вызвать возможную деформацию самого грейфера.
Крепление грейфера. Используют три типа крепления грейфера:
одноканатные грейферы, которые, вероятно, являются самыми простыми, с подвеской ковша на одноканатном кране; механизм открытия грейфера должен встраиваться в сам грейфер (гидравлические и электрогидравлические грейферы);
двухканатные грейферы, которые могут быть приспособлены для работы со многими современными передвижными кранами и снабжены одним канатом для подъема, а другим — для открытия и закрытия грейфера;
считается, что четырехканатные грейферы представляют основную массу действующих установок; они имеют два каната для удержания ковша и два других каната, проходящих через блоки внутри грейфера.
Системы открытия и замыкания грейфера. Имеется три основных типа систем открытия и замыкания грейфера, а именно механические, или канатные, гидравлические и электрогидравлические.
Механические грейферы наиболее широко используются в береговых установках и бывают различных размеров и конструкций. Одноканатные грейферы применяются и сейчас, они просты в эксплуатации, прочны и требуют незначительного текущего ремонта. Двухканатные грейферы обычно используют для работы с продуктами низкой плотности. Механические грейферы более маневренны в эксплуатации, чем электрогидравлические грейферы. Так как канатный грейфер состоит из меньшего числа узлов, он меньше подвержен повреждениям, требует меньшего ухода и может обслуживаться менее квалифицированным персоналом.
Электромеханические грейферы приобретают все большую популярность, хотя стоят дороже. При одинаковой производительности их масса меньше, чем масса канатных грейферов.
С целью устранения недостатков в креплении каната в верхней части грейфера была усовершенствована верхняя траверса, хотя применение одного каната облегчает крепление и дает большую устойчивость при вычерпывании. Применение кнопочного управления позволяет открывать и закрывать грейфер или останавливать его в любой точке цикла, а усилия при открытии можно регулировать в зависимости от свойств отдельных продуктов. При работе электрогидравлического грейфера велика опасность повреждения силового кабеля из-за контакта с комингсом корабельного люка.
В гидравлических грейферах ранее сталкивались с проблемами утечки жидкости из гидросистемы и поэтому они были менее распространены, чем другие типы грейферов. Возможной утечки масла следует избегать, особенно при разгрузке пищевых продуктов. Однако в последние годы эта проблема решена применением полностью герметичных гидросистем и более прочных шлангов.
Образование пыли в процессе разгрузки грейфером. Один из существенных недостатков грейферного разгрузчика — образование большого количества пыли. Пыль возникает при перемещении или разгрузке продукта, особенно в ветреную погоду. Наибольшее количество пыли в процессе работы грейфера выделяется после зачерпывания и при разгрузке.
При вхождении в продукт ковш грейфера неизбежно переполняется; крановщик должен удерживать его в трюме в течение нескольких секунд перед подъемом для того, чтобы избежать сдувания груза и потери его сразу же, как только грейфер поднимется. Хотя сейчас поступают на рынок пыленепроницаемые и не допускающие потерь грейферы, однако тяжелые условия эксплуатации приводят к тому, что через некоторое время продукт начинает высыпаться из грейфера и требуется замена ковша. Кроме того, посторонние предметы могут препятствовать полному закрытию грейфера, при этом происходят дополнительные потери при перемещении грейфера от судна к бункеру.
Наибольшее загрязнение воздушного бассейна имеет место при выгрузке грейфера в приемный накопительный бункер. При полном открытии грейфера над бункером продукт падает в его воронку с высокой скоростью и, возможно, попадает на продукт, который там еще находится, что приводит к выделению большого количества пыли. Так как продукт находится в воздухе недолго, это создает встречный поток, захватывающий частицы пыли. При этом вытесняется определенный объем воздуха, который частично движется навстречу падающему продукту. Тонкие частицы пыли, находящиеся в продукте, выдуваются из него воздушным потоком, что приводит к образованию вблизи грейфера неконтролируемого облака пыли.
Когда грейфер поднимается из бункера, он создает область повышенного давления вблизи насыпи продукта и вызывает большую турбулентность воздуха с известными последствиями.
Для уменьшения образования пыли используют некоторые устройства, например, воздушные завесы, однако только некоторые из них достаточно надежны и эффективны.
До последнего времени стоимость оборудования для подавления пыли, даже с целью предотвращения потерь ценного груза, считалась слишком высокой. В настоящее время с учетом более строгих требований к охране окружающей среды многие фирмы поставляют системы пылеудаления различной конструкции, причем большинство из них базируется на распространенных принципах. К факторам, влияющим на конструкцию системы удаления пыли, относят:
- размеры грейфера в открытом и закрытом положениях;
- массу и объем партии продукта, перегружаемой за каждый цикл;
- тип продукта, включая размер частиц, содержание пылевидных фракций, объемную плотность и влажность;
- число партий в час;
- скорость перемещения грейфера;
- условия, при которых пыль будет выделяться в окружающую среду в процессе разгрузки;
- влияние ветра.
В системе, состоящей из корпуса с двойными стенками, в который опускается грейфер, воздушный поток по направлению совпадает с потоком продукта, его расход таков, что количество воздуха, перемещаемого с продуктом в единицу времени, будет полностью заменено. В процессе эксплуатации грейфер окружен корпусом, поэтому ветровые воздействия устранены. Скорости потока воздуха вокруг грейфера и в отверстиях небольшого размера, через которые продукт падает в бункер, являются факторами, определяющими эффективность выделения пыли; пыль, образующаяся при разгрузке продукта, не выходит из аспирационной установки. Уменьшение скорости воздуха внутри двухстенного корпуса заставляет часть пыли оседать, так что количество пыли, транспортируемой к фильтру, будет до некоторой степени снижено.
Плавучее весовое устройство с разгрузчиком, разработанное и выпускаемое фирмой «Brabant — Van Opstal В. V.» (Нидерланды), состоит из большого с двойными стенами приемного бункера (диаметром 10 м, вместимостью 100 т), питающего электронные весы периодического действия, расположенные под ним; бункер и весы установлены на плавучем понтоне. Система действует в паре с расположенным рядом плавучим грейферным перегружателем грузоподъемностью 16 т, которые перегружает груз из трюма судна в приемный бункер.
Пыль, образующаяся в процессе разгрузки грейфера, удаляется сложной аспирационной системой, установленной в пространстве между стенами бункеров. Даже очень пыльные продукты, например, тапиока и соевый шрот, могут обрабатываться с минимальным выделением пыли. После взвешивания груза система из скребкового конвейера и нории перегружает продукт на горизонтальную стрелу, оборудованную скребковым конвейером, вертикальной телескопической отпускной трубой и устройством, регулирующим отсос пыли.
Пропускная способность зависит от вида и свойств обрабатываемого продукта, производительности грейферного перегружателя и производительности весов, которая обычно не превышает 730 м3/ч.
Баржи, каботажные и небольшие океанские суда может разгружать один оператор, сидящий в диспетчерской.