Бункеры для сыпучих строительных материалов

Бестарный способ является одним из основных путей транспортирования и хранения основных строительных материалов и, в частности, цемента. При этом используются накопительные ёмкости различных типов (силосы, стационарные и передвижные бункеры, контейнеры). С их помощью обеспечивается стабильная работа всего производственного комплекса.

Использование бункеров (силосов) позволяет:

1. Повысить уровень механизации и автоматизации производства.

2. Повысить производительность труда.

3. Оптимизировать коэффициент использования складских территорий.

4. Сократить транспортные затраты.

5. Значительно снизить применение ручного труда и сократить потери груза.

6. Снизить затраты связанные с использованием тароупаковочных материалов.

7. Улучшить санитарно-эпидемиологическую обстановку на предприятии.

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.

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 формулы приведенные у нас на сайте.

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.

Дополнительные механизмы, обеспечивающие эффективное функционирование бункеров

Как правило, ёмкости оснащаются механизмами, обеспечивающими стабилизацию их функционирования, среди них технологически важными являются: загрузочные приспособления, затворы, питатели, побудители и стабилизаторы истечения, а также различного типа дозирующие устройства.

Загрузочные приспособления – технические средства, предназначенные для оптимизации заполнения ёмкости сыпучими материалами.

Затворы – служат для регулирования и перекрытия потока сыпучего материала из выпускных отверстий бункера.

Питатели – механизмы, при помощи которых осуществляется равномерная регулируемая подача сыпучих материалов из ёмкостей в технологическую линию (непосредственно, или через промежуточные ёмкости).

Основные требования, предъявляемые к питателям: 1) равномерность подачи груза, 2) возможность регулирования производительности устройства. В некоторых производственных процессах питатели используют как простые, надежные и дешевые объемные дозаторы невысокой точности, а также запорные устройства. Для цемента целесообразно использование шнековых или аэрационных питателей.

Шнековые питатели – питатели с вращающимся рабочим органом, конструкционно представлены корпусом бункера, кожухом и винтом. Их можно устанавливать горизонтально и наклонно. Производительность шнекового питателя рассчитывают по формуле:

Q = 1,5πD2snKγ (5)

где: Q – производительность шнекового питателя; π – математическая константа, отражающая отношение длины окружности к длине её диаметра (приближённое соответствие – 3,14), D – диаметр шнека (м), s – шаг винта (м), n – частота вращения шнека (оборотов в минуту), K – коэффициент наполнения шнека, γ – насыпная плотность материала (т/м3), для цемента, в среднем, составляет 1,4.

Аэрационные питатели – предназначены для подачи тонкодисперсных материалов, через пористое дно питателя пропускают сжатый воздух, вследствие чего уменьшается связность частиц, и материал легче движется. Аэрационный питатель также служит как побудитель.

Побудители – устройства, обеспечивающие активное или пассивное истечение сыпучего материала. По режиму функционирования побудители могут быть импульсные и постоянного действия.

Слёживание сыпучих грузов в ёмкостях, вызывается несколькими причинами: 1) давление верхних слоев груза, 2) время хранения, 3) гигроскопичность материала, 4) вибрация при перевозке. Существующая технология погрузочно-разгрузочных работ с трудносыпучими материалами подразумевает их истечение, которое в большинстве случаев удается организовать только с применением специальных побуждающих устройств. Эффективность применения того или иного вида побудителя зависит от места его установки, геометрических параметров ёмкости и физико-механических свойств материала.

По виду воздействия на материал, выделяют механические, пневматические и вибрационные побудители:

Механические побудители – устройства, позволяющие передавать энергию материалу с помощью поступательного, вращательного или криволинейного движения рабочих органов.

Пневматические побудители – устройства, имеющие эластичные конструкционные элементы, передающие энергию сыпучему материалу (например, гибкие резиновые подушки).

Вибрационные побудители – основаны на принципе вибрации, изменяющей физико-механические свойства материала. Обычно используются электромеханические вибраторы, в которых вибрация происходит за счёт вращения дебалансов, установленных на валу двигателя.

Стабилизаторы истечения – устройства, перераспределяющее давление материала в ёмкости. Для предупреждения образования сводов в бункерах необходимо устранять устойчивое равновесие горизонтальных и вертикальных сил. Это условие считается основополагающим для любого бункерного хранилища.

Дозирующие устройства – используются для порционного отпуска сыпучих материалов из бункеров. Классифицируются в соответствии с принятой организацией процесса измерения массы отпущенного материала. Выделяют дозаторы дискретного действия (предусматривают наличие в составе оборудования бункерных весов или бункерных порционных дозаторов, функционирующих в соответствии с заданными нормами отпуска) и непрерывного действия (постоянное измерение массы материала, поступающего в ёмкость).

Основные технико-экономические показатели функционирования бункеров

Расходные показатели:

– капитальные затраты на строительство объекта;

– эксплуатационные расходы деятельности объекта.

Показатели эффективности функционирования объекта:

– экономический эффект (прибыль за год);

– эколого-экономический эффект (экономия за счёт внедрения экологически чистых технологий);

– число высвобождаемых рабочих (человеко-часов);

– повышение производительности труда;

– повышение показателя качества продукции;

– оптимизация показателей фондоотдачи, фондоёмкости, фондорентабельности и фондовооружённости.