Сочетание конструкций выпускной воронки силоса и выпускного отверстия считается идеальным, если содержимое силоса можно выгрузить равномерно самотеком.
Выгрузка трудносыпучих продуктов из силосов ранее вызывала много практических проблем. Если силос и связанное с ним разгрузочное оборудование плохой конструкции или не учитывает свойств текучести продукта, то истечение будет неравномерным, что может привести к сводообразованию.
В результате практических опытов на различных сыпучих продуктах составлена их классификация в соответствии со свойствами текучести; продукты классифицируются по шкале от 1 до 10 в зависимости от этих свойств. Продукты с хорошей сыпучестью получили 1, тогда как трудносыпучие продукты — 10. Например: пшеница, кукуруза, семена сои, сорго — 1; ячмень и овес — 2; тапиока, гранулы, соевый шрот и маниока принадлежат к трудносыпучим продуктам и характеризуются величинами от 6 до 8 в зависимости от их состава (т. е. отношения содержания пылевидных частиц к зерну), влажности и содержания жира.
Для продуктов с хорошей сыпучестью с характеристиками 1 и 2 будет достаточной классическая выпускная воронка с углом 45°.
Для хранения трудносыпучих продуктов в силосе имеется целый ряд методов, которые либо улучшают характер истечения, либо помогают восстановить процесс истечения после того, как масса продукта будет блокирована.
Выпускные воронки специальной конструкции
Показан ряд выпускных воронок специальной конструкции, используемых для силосов, в которых должны храниться трудносыпучие продукты. Во всех случаях целью является массовый поток, создающий движение хранящейся массы относительно стены. Практика хранения указывает на три основных пути улучшения истечения.
1. Обеспечение острого угла выпускной воронки; обычно угол выпускной воронки должен быть на 15° больше угла внутреннего трения продукта.
2. Установка в круглых или квадратных силосах наклонных стен выпускных воронок таким образом, чтобы они были соединены с одной или двумя, в конечном итоге даже с тремя вертикальными плоскостями верхнего силоса. Наклонные стены должны быть достаточно усилены, чтобы противостоять прогибу, вызываемому тем, что давление на любую вертикальную стену выше, чем на противостоящую ей наклонную стену.
3. Применение зон сброса давления в выпускной воронке; один из путей достижения этого явления — сочетание круглого силоса и квадратной выпускной воронки, что дает увеличение объема.
Другие методы улучшения выгрузки трудносыпучих продуктов включают применение тщательно выбранных механических устройств, устанавливаемых внутри или снаружи выпускной воронки. Основной принцип состоит в уменьшении давления продукта на площадь выпускного отверстия образованием зон сброса давления, включая предотвращение сводообразования и стимулирование массового потока.
Внутренние побудители потока
Простейшим способом побуждения трудносыпучих продуктов к движению является устройство в силосе или выпускной воронке отверстий, через которые можно разрушать свод с помощью железных стержней. Однако этот метод ничуть не лучше, чем имеющий дурную репутацию молоток, которым стучат по стенам. Иногда внутренние стены силоса окрашивают для уменьшения трения сыпучего продукта. Для создания гладкой поверхности стен используют износостойкие краски на смолах. Эффективного решения достигают использованием красок различной шероховатости, которыми покрывают в виде полос внутренние стены таким образом, что можно получать различное трение о стену. Влияние различной степени шероховатости в одном силосе вызывает различный угол трения между продуктом и стеной и таким образом улучшает процесс истечения. Выгрузку продукта из силоса также можно улучшить покрытием стен стальными листами, пластиком, резиной или базальтовыми кирпичами. Некоторые сыпучие продукты при слеживании образуют твердую и прочную массу. Может быть использована эластичная выпускная воронка, которая не создает опоры своду и вызывает его обрушивание.
Наполняемые сжатым воздухом прокладки из резины высокой упругости крепятся к стенам посредством металлических фланцев. Всякий раз, когда есть опасность образования свода, в эти прокладки подается воздух, что предотвращает возможное уплотнение. Если вблизи выпускного отверстия установить датчики, то возможен автоматический контроль прокладок. При прекращении истечения продукта в прокладки накачивают воздух. Как только начинается движение массы продукта, из прокладок выпускают воздух. Одним из важных условий эффективности этой системы является то, что сжатый воздух не должен выходить в силос, так как это будет вызывать избыточное давление и образование пыли.
Трубы со сжатым воздухом для импульсной продувки проводят через стены силоса в зоны возможного сводообразования. Выпускные отверстия труб обычно располагают вблизи линии перехода цилиндрической части силоса в выпускную воронку и направляют в выпускное отверстие. Продувкой можно управлять посредством клапанов вручную или дистанционно с помощью автоматики.
Применение псевдоожижения, может способствовать решению проблем выгрузки при существующих выпускных воронках без значительных изменений в их конфигурации. Метод включает изменение состояния массы продукта, а не силоса. Воздух нагнетается в нижнюю часть выпускной воронки, придавая продукту свойства жидкости, так что взаимный контакт между частицами (внутреннее трение) уменьшается и продукт, разжиженный потоком воздуха, перемещается. Производительность выгрузки определяется не только количеством нагнетаемого воздуха, но также размером и формой частиц и способностью к истечению.
Сопротивление сдвигу может быть значительно уменьшено применением вибраторов. Это снижение значительно больше с увеличением размера частиц и уменьшением влажности. Когда необходимо побудить продукт к истечению, широко используют вибрационные устройства, воздействующие на сыпучую массу. Вибрация, как средство побуждения продукта к истечению в силосах, может осуществляться различными способами. В некоторых случаях силос может подвергаться вибрации в вертикальном направлении, и в этом отношении важно распределение ускорения внутри сыпучей массы. В других случаях вибрации могут быть в горизонтальном направлении или в наклонной плоскости. Многое зависит от конструкции устройства для побуждения истечения.
В некоторых устройствах вибрируют стены выпускной воронки, тогда как в других устройствах имеется вибрационная или вращающаяся вставка как часть «подвижного» днища силоса. Хорошо известно, что при определенных условиях воздействие вибраторов на сыпучие продукты может вызывать уплотнение и соответствующее повышение прочности. Однако в других случаях применение вибраторов вызывает увеличение объема сыпучей массы и уменьшение прочности. Следовательно, выпускное отверстие силоса должно быть открыто до включения вибратора.
Имеются вибраторы различных моделей и размеров. Наиболее распространенными типами являются вибраторы, устанавливаемые снаружи силоса; имеется два варианта — электромагнитный и с эксцентриковым приводом. По многим причинам трудно определить теоретически, какой вибратор является наиболее подходящим для определенного силоса, так как большая часть имеющейся до сих пор информации экспериментально не проверена. В то время как накоплены значительный эксплуатационный опыт и практические знания, информация о соответствующих параметрах вибрации, таких, как амплитуда и частота, которые должны использоваться для каждого конкретного сыпучего продукта, ограниченна. Выбор зависит от различных факторов, а именно размера, формы и конструкционного материала силоса, угла выпускной воронки, толщины и жесткости стен выпускной воронки и прежде всего таких характеристик сыпучего продукта, как влажность, температура и степень уплотнения. Частота колебаний изменяется от 1000 до 80 000 в минуту, амплитуда — от 0 до 6 см и более.
Вибробункера могут также использоваться для активизации разгрузки силосов.
Во избежание повреждения верхней части силоса такие выпускные воронки должны соединяться с бункером и с опорной конструкцией посредством уплотняющего приспособления, которое поглощает вибрацию. В бетонных силосах на внутренних поверхностях стен силоса или выпускной воронки могут быть установлены дополнительные вибрирующие листы. Металлический лист, соединенный с вибратором, устанавливают над выпускным отверстием воронки, от которой он отделен резиновым уплотнением, не передающим вибрацию. Вибратор встряхивает лист, который находится в контакте с продуктом, и таким образом активируется истечение продукта.
Для выгрузки трудносыпучих продуктов с успехом используются шнеки. Система состоит из шнека, который одновременно вращается вокруг собственной оси, и внутренней стенки выпускной воронки.
Масса сыпучего продукта на шнеке может быть уменьшена установкой конуса в центре силоса. Показан шнековый питатель, вращающийся в трубе, — конструкция фирмы KMW (Швеция). Специальная конструкция дает возможность питателю «плавать» на хранящемся материале. Материал подается радиально в питатель через отверстия в трубе и далее транспортируется к разгрузочному отверстию обычного шнекового конвейера. Питатель может применяться в цилиндрических силосах.
Внешние побудители потока
Производительность при разгрузке силоса должна регулироваться транспортирующей способностью приемных конвейеров. Для контроля и регулирования истечения используются специальные устройства.
Простейший путь опорожнения силоса — с помощью обычного клапана или задвижки. Они управляются вручную или посредством электродвигателя, пневматического или гидравлического цилиндра. Клапаны с механическим управлением могут открываться и закрываться на расстоянии, и их положение или отверстие контролируется посредством конечного выключателя. Регулирование производительности возможно при использовании различных концевых выключателей. Показано несколько моделей побудителей, которые широко используются в зерноперерабатывающей промышленности. Они могут изменяться по форме, размеру и техническому исполнению, и все они имеют положительные и отрицательные стороны.
Для трудносыпучих продуктов необходимы большие выпускные задвижки, способствующие массовому потоку в силосе. Для регулирования производительности истечения выпускаются различные типы разгрузителей.
1. Шлюзовый разгрузитель, основным элементом которого является ротор с перегородками, вращающийся внутри корпуса и транспортирующий продукты при соответствующем контроле. Для побочных продуктов обычной является производительность до нескольких тонн в час. Производительность выпуска, обеспечиваемая вращением ротора, зависит от объема секций и частоты вращения ротора. Преимущество шлюзового разгрузителя состоит в том, что он может также использоваться в качестве промежуточного элемента системы пневмотранспорта. Если в точке А давление ниже атмосферного, а в точке В — обычное атмосферное, то продукт может перемещаться из точки А в точку В без нарушения вакуума. Шлюзовые затворы почти не требуют обслуживания, за исключением тех случаев, когда продукт содержит объемные примеси, а именно куски веревок, дерева и пластика, которые могут блокировать ротор.
2. Скребковые разгрузители устанавливаются под выпускным отверстием щелевой формы и используются для сыпучих продуктов с небольшим и средним размером частиц. Скребковый разгрузитель обеспечивает высокую производительность выгрузки, однако он должен устанавливаться таким путем, чтобы вся масса столба продукта не воздействовала на скребковую цепь. Следовательно, для восприятия этой нагрузки необходимы промежуточные днища. Важными преимуществами этих разгрузителей являются беспылевая эксплуатация и противодействие цепи трению продукта. С помощью задвижек А, В и С можно так регулировать скорость истечения, чтобы предотвратить перегрузку цепи.
3. Ленточные разгрузители также устанавливаются под выпускными отверстиями щелевой формы и используются для сыпучих продуктов со средним и мелким размером частиц.
Этот тип разгрузителя состоит из резиновой ленты, которая проходит над рядом роликов, расположенных на близком расстоянии друг от друга и установленных на прочной раме. Недостаток его сводится к выделению пыли в результате открытого исполнения (хотя и существуют соответствующие решения этой проблемы) и явлению постоянного удара продукта о ленту (повышаются износ и потребление энергии).
Контрольные задвижки позволяют регулировать скорость истечения в соответствии с производительностью ленты, и при наличии нескольких выпускных отверстий возможен выход продукта в виде массового потока.
4. Помимо вращающегося шнека в выпускной воронке, описанного ранее, под щелевым выпускным отверстием может устанавливаться также шнековый разгрузитель. Эта система обычно занимает меньше места, чем скребковый или ленточный разгрузитель, обеспечивает равномерный поток, высокую производительность истечения и может быть изготовлена в пылезащищенном исполнении. Ее недостатки:
- шнек не может быть использован для очень крупных продуктов (независимо от диаметра);
- желоб изнашивается быстро из-за постоянного трения продукта;
- нагрузка массы продукта в виде столба на шнек.
Если массовый поток еще больше должен быть улучшен, то шнеки размещают на близком расстоянии друг от друга. Выпускное отверстие воронки в таком случае может быть увеличено, и возрастет производительность выпуска продукта.
5. Плугообразные разгрузители имеются в различных исполнениях, например однолопастные и многолопастные разгрузители.
6. Показан разгрузитель с подвижным днищем фирмы KMW (Швеция). Разгрузитель состоит из ряда толкателей (по типу стокеров в топке), расположенных по всей площади силоса. Каждый толкатель в форме горизонтальной лестницы совершает возвратно-поступательное движение, имеет гидравлический привод, размещенный снаружи силоса, и легкодоступен. Поперечные планки имеют вертикальную и конусную плоскости. При движении вперед материал смещается вертикальной стороной поперечной планки, а при движении назад конусная плоскость поперечной планки в сочетании с неподвижными уголками на пластине днища оставляет материал над ним. В состав оборудования разгрузителей этой конструкции входят гидравлический привод и различные средства автоматического контроля, а именно дистанционный контроль производительности.
В общем все типы побудителей имеют свои достоинства и недостатки. Выбор определенной системы должен учитывать не только первоначальную стоимость, но также и затраты энергии.
При одинаковой производительности выгрузки для привода шнекового разгрузителя требуется электродвигатель большей мощности, чем для привода скребкового разгрузителя, которому, в свою очередь, необходима большая мощность, чем ленточному разгрузителю. Для сравнения работы различных разгрузителей необходимо тщательно исследовать все факторы, а именно: ремонтное обслуживание, доступность отдельных узлов для ремонта или замены при заполненном силосе, равномерность истечения и обеспечение идеального массового потока.