Основной особенностью производства зерна является сезонность, поэтому необходимо создавать запасы и хранить зерно для удовлетворения текущих потребностей населения и для посева, при этом важно вести количественный и качественный учет. Хранят зерно в соответствующих хранилищах. Разработаны и используются типовые проекты зернохранилищ — элеваторы и склады для хранения зерна [1, 2].
Количество зерна в силосах элеватора и складах напольного хранения расчетным методом определяется на основании технических расчетов, выполненных с учетом габаритных размеров зернохранилища, вместимости зернохранилищ, отраженных в техническом паспорте, обмеров зерновой массы и степени заполнения зернохранилища, а также натуры зерна, угла естественного откоса зерна, условий загрузки зернохранилища и формирования зерновой насыпи.
Паспортная емкость зернохранилища — емкость, указанная в техническом паспорте силосного корпуса/склада.
Паспортную емкость зернохранилища принято рассчитывать исходя из полного (соответствующего техническим возможностям) заполнения емкости зерном пшеницы натурой — 0,75 т/м3, при угле естественного откоса зерновой массы (α1) равном 260. При этих условиях коэффициент размещения зерна Кр принимается равным 1.
При размещении в емкости зерна других культур (не пшеницы), имеющих другое значение натуры и угол естественного откоса, вводятся соответствующие поправочные коэффициенты на размещения зерна Кр1, Кр2, Кр3... Крn.
В таблице 1 приведены значения натуры зерна различных культур и коэффициенты размещения, которые используются при типовом проектировании и расчетах необходимой вместимости зернохранилищ.
I. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЗЕРНА, РАЗМЕЩЕННОГО НА ХРАНЕНИЕ В СИЛОСАХ ЭЛЕВАТОРА
В практике строительства элеваторов наибольшее распространение получили силосы высотой 30 м круглого и квадратного сечения. Отдельные силосы, как правило, сблокированы в силосные корпуса (рисунок 1), смежные силосы могут быть объединены между собой перепускными отверстиями (окнами) в группы по несколько силосов (от 2 до 9 силосов).
Рисунок 1. Планы силосных корпусов
Круглые силосы с внешним диаметром 6 м (рисунок 2а) и квадратного сечения (по оси) с размерами сторон 3 х 3 м (рисунок 2б). Внутренние размеры квадратного силоса при толщине стенки 100 мм составляют 2,9 х 2,9 м, внутренний диаметр круглых силосов при толщине стен 180 мм равен 5,64 м [3, 4, 5].
Рисунок 2 — а) силос круглого сечения; б) силос квадратного сечения
Количество зерна, размещенного в силосе (в целом силосном корпусе), определяют следующим образом: рассчитывают геометрический объем всех силосов, занимаемый зерном (Vз), и далее этот объем умножают на объемную массу зерна — натуру (n). Для этого:
1. Из технического паспорта силосного корпуса [6, 7, 8] (или путем обмера свободных от зерна аналогичных по конструкции силосов) устанавливают:
1.1. габаритные размеры силоса /«звездочки»:
• внутренний диаметр для круглого силоса — D;
• внутренний размер для квадратного силоса — b;
• высоту силоса между надсилосной и подсилосной плитами — Н1;
• толщину надсилосной плиты — hпл;
• высоту выпускной воронки — hв;
1.2. величину смещения оси загрузочного люка или выпускного отверстия относительно осей силоса — С и/или С1, м;
1.3. порядок объединения силосов в группы, расположение перепускных окон в силосах и «звездочках».
2. Из документов о качестве (сертификат качества, приемный акт — сохранное обязательство) устанавливают натуру зерна — n, т/м3.
3. Определяют с помощью измерительного инструмента (электронного датчика, шнура с грузиком, рулетки, лазерной линейки и др.) высоту незаполненного зерном объема (пустоты) — h0, м. Замер производят от верхней плоскости решетки загрузочного люка надсилосного этажа до поверхности зерновой насыпи.
4. Рассчитывают объем зерна в силосе:
Объем зерна в силосе — Vз, ограниченный вверху и внизу коническими поверхностями с постоянным наклоном образующих, рассчитывают по формуле:
Vз = F * H — V1 — V2, м3, где
F — площадь поперечного сечения силоса («звездочки» — Fзв), м2;
H — высота силоса между вершинами верхнего конуса, образуемого зерном, и нижнего конуса, образуемого выпускной воронкой, м;
V1 и V2 — соответственно верхний и нижний объемы, не заполненные зерном и ограниченные коническими поверхностями, стенами и горизонтальными плоскостями, проходящими через вершины верхнего и нижнего конусов.
Площадь поперечного сечения силоса («звездочки») рассчитывают по формулам:
• для круглого силоса:
F = 3,14 * (D/2), м2;
• для квадратного силоса:
F= b 2, м2;
• для «звездочки», образованной четырьмя силосами круглого сечения:
Fзв =0,215 * (D/2)2, м2.
Высоту силоса между вершинами верхнего конуса, образуемого зерном, и нижнего конуса, образуемого выпускной воронкой, рассчитывают по формуле:
H = Н1 — (h0 — hпл) + hв.
Верхний и нижний объемы, не заполненные зерном и ограниченные коническими поверхностями, стенами и горизонтальными плоскостями, проходящими через вершины верхнего и нижнего конусов, рассчитывают по формулам:
• для круглого силоса:
V1 =K0 * D3 * tan β1;
V2 =K0 * D3 * tan β2;
• для "звездочки":
V1 =K0 * 0,524 * D3 * tan β1;
V2 =K0 * 0,524 * D3 *tan β2;
• для силоса квадратного сечения:
V1 =K0 * b3 * tan β1;
V2 =K0 * b3 * tan β2.
где: К0 — коэффициент, определяющий положение вершины конуса в силосе, зависит от расположения люка для загрузки зерна.
Значения К0 для круглых и квадратных силосов при различном положении вершин верхнего и нижнего и конусов даны в таблицах 2 и 3.
Угол β1 приравнивают к углу естественного откоса (α1). Тогда при β1 = 260, tan 260 =0,488; Для нижнего конуса угол β2 принимают равным 360. Тогда tan 360 =0,727.
5. Рассчитывают количество зерна, находящегося в силосе, по формуле:
En = Vз * n, т.
II. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЗЕРНА, РАЗМЕЩЕННОГО НА ХРАНЕНИЕ В СКЛАДАХ НАПОЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ
В практике строительства зернохранилищ напольного хранения наибольшее распространение получили склады вместимостью 3200 тонн, размерами в плане (по осям) 20 x 62 м (20 x 60 м).
Высота насыпи сухого зерна в складе напольного хранения устанавливается в пределах, допускаемых техническими параметрами склада. Допустимая высота насыпи зерна у стен должна быть указана на стенах склада четко обозначенной линией и предупредительными надписями. Во всех проектах высота засыпки зерна у продольных и торцевых стен принята равной 2,5 м, с увеличением ее к середине до 5 м под углом естественного откоса 260.
При полной загрузке склада, с выровненной поверхностью, длина насыпи зерна поверху получается около 50 м, ширина — около 9 м. Как правило, в складе имеется 20 стоек внутреннего каркаса — по десять на каждой из противоположных от верхней галереи сторон, скрепленных десятью поперечными балками, которые равноудалены друг от друга и условно образуют 9 секций склада.
Количество зерна, размещенного в складе, рассчитывают следующим образом: определяют геометрический объем, занимаемый зерном, и далее этот объем (V об), который может быть размещен в складе, умножают на его натуру (n).
Qоб =Vоб · n.
Для этого:
1. Из технического паспорта склада (или путем обмера свободных от зерна аналогичных по конструкции складов) устанавливают геометрические размеры склада:
• внутреннюю длину склада — А, м;
• внутреннюю ширину склада — В, м;
• высоту отметки о допустимой высоте насыпи — hдоп, м;
• высоту от пола до верхней транспортерной галереи — hтр, м;
• высоту от пола до поперечной балки (под верхней галереей) — hбал, м;
• расположение стоек в плане.
2. Из документов о качестве (сертификат качества, приемный акт — сохранное обязательство) устанавливают натуру зерна — n, т/м3.
3. Определяют с помощью измерительного инструмента (шнура с грузиком, рулетки, лазерной линейки и др.) следующие параметры:
• высоту насыпи зерна у стен — h, м;
• высоту насыпи зерна в центре складе — H, м;
• длину насыпи зерна поверху — а, м;
• ширину насыпи зерна поверху — b, м.
Высота насыпи зерна у стен устанавливается путем замеров высоты от поверхности зерновой насыпи до отметки о допустимой высоте насыпи.
Высота насыпи зерна в середине складе устанавливается путем замеров высоты от поверхности зерновой насыпи до верхней транспортной галереи склада.
4. Рассчитывают количество зерна, находящегося в складе:
4.1. Количество зерна, находящегося в складе напольного хранения при его полной загрузке (рисунок 3), в соответствии с установленными проектом нормами, с выровненной поверхностью зерновой массы рассчитывают по формуле:
4.2. Количество зерна при заполнении склада, в котором по торцевым стенам зерно размещается вплотную, рассчитывают по формуле:
Рисунок 3 — Склад напольного хранения при полной загрузке
Насыпь зерна в складе имеет очертание сложной геометрической фигуры, объем которой определяется суммой пяти объемов отдельных составляющих элементарных геометрических тел (рисунок 4):
Рисунок 4 — Очертания насыпи зерна в виде элементарных геометрических тел
Суммируя вышеуказанные объемы, общий объем зерна в складе определяется по формуле:
Vo6щ = V1 + V2 + V3 + V4 + V5
где V1 — объем нижнего параллелепипеда, V1 = A*B*h;
V2 — объем верхнего параллелепипеда, V2 = A1*B*h1;
А1 — длина верхнего слоя зерна (параллелепипеда);
В1 — ширина верхнего слоя зерна;
h1 — разность высот насыпи в средней части Н и у стен склада h;
V3 — объем двух больших боковых призм.
V3 = (C * h1*A1)/2;
С = А – А1, C = B – В1;
V4 — объем двух малых торцевых призм;
V4 = (С*h1*В1,)/2;
V5 — объем насыпи в четырех углах, равных вместе объему пирамиды;
V5 = (h1*C2)/3.
4.3. В случаях, когда сформированная зерновая насыпь по форме отличается от форм, указанных в пунктах 4.1 и 4.2, при определении количества зерна следует использовать допущение о том, что зерновая насыпь имеет форму параллелепипеда с усредненной высотой.
С известной точностью количество зерна, размещенного в нетиповых складах, можно рассчитать путем определения усредненной высоты зерновой насыпи [9]. Рекомендуется на поперечном разрезе зерновой насыпи произвести не менее 5 замеров (рисунок 5):
• по одному у каждой стены, ориентируясь на отметку о допустимой высоте насыпи, (точки M и N);
• по одному у каждой стойки склада: от поверхности зерновой насыпи до поперечной балки (точки Р и R);
• один по центру склада: от поверхности зерновой насыпи до транспортерной галереи (точка S).
Рисунок 5 — Замеры для определения усредненной высоты зерновой насыпи
В продольном разрезе замеры следует производить с шагом равным шагу расположения стоек внутри склада. В типовом складе количество стоек в продольном разрезе (i) равно 10 (всего 20 стоек).
Среднюю высоту от поверхности зерновой насыпи до отметки о допустимой высоте насыпи Mср (у одной стены) рассчитывают по формуле:
Среднюю высоту от поверхности зерновой насыпи до отметки о допустимой высоте насыпи Nср (у другой стены) рассчитывают по формуле:
Среднюю высоту зерновой насыпи около стен hср1 рассчитывают по формуле:
Среднюю высоту от поверхности зерновой насыпи до поперечной балки Рcр (у одной стены) рассчитывают по формуле:
Среднюю высоту от поверхности зерновой насыпи до поперечной балки Рcр (у другой стены) рассчитывают по формуле:
Среднюю высоту зерновой насыпи у стоек hср2 рассчитывают по формуле:
Среднюю высоту от поверхности зерновой насыпи до транспортерной галереи Rc в середине склада рассчитывают по формуле:
Среднюю высоту зерновой насыпи в середине склада Hср рассчитывают по формуле:
Hср = hтрг – Rc
Усредненная высота по всей зерновой насыпи рассчитывают по формуле:
Тогда, количество зерна в складе рассчитывают по формуле:
En = А * В * Hс*n, т.
III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Допустимые отклонения данных расчетных методов определения количества зерна в элеваторах и складах напольного хранения составляют (+/-) 5%. По каждой обследованной партии делается заключение о выявлении или не выявлении недостач или излишков зерна. Вместе с тем порядок определения расчетным путем количества зерна, размещенного на хранение в силосах элеватора и складах напольного хранения, требует дальнейших уточнений путем введения дополнительных коэффициентов для повышения точности измерений.
