Na tle silosów z centralnym lejem wysypowym - narażonych na nawisy, przepływ kominowy i strefy zalegania - zbiorniki z mechanicznym wspomaganiem odbioru mają wiele zalet, szczególnie wówczas, gdy przykłada się wagę do homogenizacji własności materiału. Na mechaniczny system opróżniania
silosu składa się kilka zabudowanych u podstawy przenośników ślimakowych, które wygarniają z koryt strumień ziaren opadających tam pod działaniem sił grawitacji. Poziom zapełnienia zbiornika obniża się, zachowując równą powierzchnię, bo materiał po jednej stronie ześlizguje się po poszyciu silosu, a po stronie przeciwnej wspiera się na podstawie. Przepływ taki - o charakterze niemal masowym - pozwala mimo asymetrii na jednoczesny odbiór materiału ze znacznej objętości zbiornika.

Mimo niewątpliwych zalet wprowadzanie w istniejących warunkach
mechanizmów wspomagania rozładunku wymaga jednak
rozwagi i analiz wytrzymałościowych, by nie dochodziło do awarii
podobnych do tej, o której mowa w publikacji.

 

 

 

 

 

1. WPROWADZENIE
Wielkie cienkościenne stalowe silosy, posadowione na gruncie, są powszechnie stosowane w Brazylii do magazynowania i podsuszania produktów ziarnowych - jak w przypadku soi. W typowych zbiornikach, o średnicy 27,28 m i o wysokości 20,25 m z centralnym punktem odbioru i z aeracją wnętrza, przepływ ma charakter kominowy. Dlatego w dążeniu do uśrednienia wilgotności produktu sięga się po wygarniacze ślimakowe, gwarantujące lepsze wymieszanie soi w trakcie opróżniania zbiornika (ilustracje od 1. do 3.). W odróżnieniu od silosów z otworem centralnym ruch wygarniaczy
uruchamia odpływ masowy i sprzyja uśrednieniu parametrów ziarna.

2. PROCESY OPRÓŻNIANIA SILOSÓW
Mechaniczne systemy wspomagania rozładunku, w formie wygarniaczy ślimakowych, instaluje się u podstawy zbiorników. Porównanie zachowania się ziaren soi w trakcie odmiennych w skutkach
sposobów opróżniania przedstawiono na ilustracjach 4. i 5. - po lewej w warunkach grawitacyjnego odsypu poprzez otwór centralny, po prawej zaś z udziałem wygarniaczy.

Różnice w obciążeniu poszycia silosu uwidacznia przekrój A-A. W przypadku pierwszym, w walcowej strefi e przylegania do płaszcza masa ziaren pozostaje w spoczynku, obsypując się przez komin
w miarę jego poszerzania. Przy wybieraniu ślimakowym grubość warstwy przylegającej do poszycia maleje, a w obszarze długości przenośników spada do zera. W tych strefach ziarno ześlizguje się po ścianie, w strukturze obciążeń poszycia powstaje zaś rażąca asymetria.

Przy normalnym rozładunku z przepływem kominowym (ilustracja 5.) kanał na przemian opróżnia się i napełnia, a ściany zbiornika pozostają stale pod naporem magazynowanych tam ziaren. Inaczej jest przy opróżnianiu ze wspomaganiem. Z ilustracji 5. łatwo odczytać, że w miarę opróżniania silosu
rośnie dysproporcja w statycznym obciążeniu poszycia. Napór poziomy wzmaga się, poczynając od krawędzi usypu, i przechodzi u podstawy w niebezpieczne piki. Narażone są na to dolne blachy poszycia, które przy braku odpowiedniej wytrzy-małości ulegać mogą deformacji, a wraz z nimi pionowe żebra
usztywniające. Poniżej opisujemy, jak do tego dochodzi i jakie są tego skutki.

 

 

 

 

 

3. AWARIA POSZYCIA
W jednym z brazylij skich silosów stalowych do magazynowania soi, wyposażonym w system aeracji do podsuszania ziaren poddanych wcześniej prażeniu (kosztem ich entalpii), uzyskuje się efekt
obniżenia wilgotności o kolejne 3%. Przy średnicy zbiornika 27,28 m i z rozładunkiem poprzez otwór centralny osiągano przepustowość ~300 t/h. Dla spodziewanej poprawy efektywności zabudowano
u podstawy tego silosu trzy wygarniacze ślimakowe. Tymczasem już w trakcie pierwszej próby wywołania w jego wnętrzu przepływu masowego doszło do poważnej awarii poszycia:

1) Zostały zerwane śruby mocujące dolne pasmo blach zbiornika, a pionowe żebra wzmacniające w tym obszarze ściany uległy deformacji. Trzask towarzyszący uszkodzeniom spowodował natychmiastowe
zatrzymanie napędu wygarniaczy.

2) Zanim doszło do tego zdarzenia, silos był codziennie zapełniany ziarnem w godzinach od 8.00
do 17.00, dowożonym przez około 120 samochodów ciężarowych o ładowności 25 t, czyli
z wydajnością ~325 t/h. Z tą też wydajnością odbywał się rozładunek poprzez otwór centralny
oraz trzy leje pomocnicze.

3) W tych warunkach nadawy i odbioru eksploatowano silos przez rok, bez jakichkolwiek
zastrzeżeń.

4) Do zniszczenia zbiornika doszło w 5. minucie od chwili uruchomienia wygarniaczy.

5) Gdyby wygarniaczy nie wyłączono, rozmiary zniszczeń byłby
znacznie większe, nie wykluczając
możliwości zawalenia się silosu.

Szczegóły uszkodzeń poszycia i żeber wzmacniających przedstawiają
ilustracje 6. oraz 7., a skutki deformacji żeber ilustracja 8.

4. ANALIZA PRZYCZYN
Generalnie rzecz biorąc, powodem uszkodzenia poszycia silosu była dysproporcja obciążeń, wywołana masowym rozładunkiem soi. Wytrzymałość poszycia (blach osłonowych i żeber wzmacniających)
była bowiem przewidziana do równomiernego rozkładu sił, właściwego dla rozładunku poprzez otwór centralny. Wprowadzenie wygarniaczy narzuca konieczność wzmocnienia ścian zbiornika, np. za pomocą pierścieni usztywniających i zagęszczenia podziałki żeber pionowych.

W warunkach rozładunku masowego w strefie czołowej wygarniaczy ślimakowych tworzy się przylegający do ściany silosu pionowy kanał (ilustracja 9.). W rejonie tym napór ziarna na
ścianę drastycznie się obniża, natomiast w bezpośrednim sąsiedztwie pojawiają się gwałtowne skoki ciśnienia. Ocenia się, że strefa zagrożenia obejmuje obszar zakreślony kątem θC = 35o [2] odosi każdego z przenośników. Silos o średnicy 27,28 m miał dotąd 60 pionowych żeber wzmacniających, rozmieszczonych co 360/60 = 6°. Oznacza to, że w każdej strefie zagrożenia jest ich 12, po
6 z każdej strony osi przenośnika. Rozstawienie przenośników co 2,0 m sprawia, że przyporządkowany fragment obwodu zbiornika jest równy 2,1 m (10,3°). Ponieważ 10,3°/6° = ~1,72, poszycie silosu
w rejonie wygarniacza wymaga 12 dodatkowych żeber, co oznacza, że dla kompletu wygarniaczy należy dodać 3 x 12 żeber, czyli dokonać wzmocnienia 60% pasów pionowych.

 

 

 

 

 

 

5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI
Wprowadzenie mechanicznego rozładunku silosu w postaci trzech wygarniaczy ślimakowych zamieniło dotychczasowy kominowy charakter przepływu ziaren soi w przepływ masowy, korzystny
z punktu widzenia homogenizacji wilgotności magazynowanego i podsuszanego tam ziarna. Naruszyło to jednak dotychczasową równowagę obciążeń poszycia zbiornika - typową dla rozładunku przez otwór centralny - do jakich przystosowana była konstrukcję silosu Ф 27,28 m. Podbieranie ziaren soi z dużej powierzchni zbiornika poprzez system wygarniaczy ślimakowych generuje przepływ masowy i tworzenie się wielkiego przyściennego kanału odpływu w strefie czołowej wygarniaczy. W konsekwencji zakłóca to równowagę obciążeń poszycia na skutek pojawienia się znacznych sił poziomych, które spowodowały awarię silosu.

Silos użytkowany zgodnie z założeniami, tj. w warunkach przepływu kominowego z odbiorem przez otwór centralny, służył sprawnie ponad rok. Wystarczyło jednakże 5 minut pracy wygarniaczy, by na skutek zachwiania równowagi obciążeń doszło na znacznej części obwodu zbiornika do zerwanie śrub, deformacji blach osłonowych i zniszczenia żeber pionowych. Aby przystosować takie zbiornik do współpracy z mechanicznym wspomaganiem rozładunku, należy w miejscu uszkodzeń
ujawnionych przez awarię wzmocnić blachy poszycia i zagęścić
liczbę żeber pionowych.