Obciążenia silosu

1. Badania modelowe silosów
2. Asymetria obciążeń silosu opróżnionego nieosiowo
3. Asymetria obciążeń silosu napełnionego nieosiowo
4. Wpływ zmian tarcia na obciążenie ściany silosu

Badania modelowe silosów

Badania modelowe silosów przeprowadzono w Laboratorium Materiałów Sypkich na Wydz. Biosystemów i Inżynierii Rolniczej Uniwersytetu Kentucky w Lexington w USA. Pomiary wykonano na modelach silosów stalowych o średnicy 2,4 m oraz wysokości 7,3 m wykonanych z blachy gładkiej oraz blachy falistej. Ściana oraz dno modelowego silosu zawieszone były oddzielnie, każde na trzech czujnikach siły. Pozwalało to na wyznaczenie pionowego obciążenia ściany i dna zbiornika oraz wypadkowego momentu siły wywieranego przez materiał sypki. Moment siły stanowił globalną miarę asymetrii rozkładu naporu. Silosy napełniano symetrycznie oraz niesymetrycznie do wysokości złoża H/D=2,75. Porównywano obciążenie ściany przy napełnianiu osiowym i nieosiowym, przez rynnę odciążającą oraz przez otwór wysypowy położony nieosiowo w różnej odległości od osi zbiornika.

Molenda M., Montross M.D., Horabik J.: Non-Axial Stress State in a Model Silo Generated by Eccentric Filling and Internal Inserts. Particle & Particle System Characterization, 24, 291-295, 2007.

Molenda M., Montross M.D., Thompson S.A., Horabik J.: Asymmetry of Model Bin Wall Loads and Lateral Pressure Induced from Two- and Three-Dimensional Obstructions Attached to the Wall of a Model Bin. Transactions of the ASABE, Vol. 52(1), 225-233, 2009.

Rusinek R., Molenda M., Horabik J.: Performance of membrane pressure transducers in granular materials of various particle sizes. Powder Technology, Vol. 190, 410-414, 2009.

Asymetria obciążeń silosu opróżnionego nieosiowo

Podczas nieosiowego opróżniania silosu powstaje duża asymetria rozkładu obciążenia. Obserwacje użytkowników wskazują, że asymetria obciążenia ściany powoduje owalizację jej przekroju, co po dłuższym czasie eksploatacji lub w przypadkach skrajnie wysokich wartości obciążeń powoduje awarie konstrukcji. Asymetria ta jest największa, gdy otwór wysypowy ulokowany jest w połowie promienia zbiornika. Im gładsza jest ściana, tym większa jest asymetria rozkładu obciążenia.

Horabik J., Molenda M., Thompson S.A., Ross I.J.: Asymmetry of bin loads induced by eccentric discharge. Trans. of the ASAE, 1993, 36(2), 577-582.
Molenda M., Horabik J., Ross I.J.: Comparison of loads on smooth- and corrugated-wall model grain bins. International Agrophysics, 2001, 15(2), 95-100.

Asymetria obciążeń silosu napełnionego nieosiowo

Nieosiowe napełnianie również powoduje asymetrię rozkładu obciążenia. Źródłem tej asymetrii jest anizotropia złoża materiału sypkiego powstająca w trakcie staczania się ziaren wzdłuż powierzchni stożka naturalnego usypu. Nasuwa się zatem pytanie, czy można tak dobrać asymetrię napełniania i opróżniania aby wykorzystać anizotropię złoża do ograniczenia asymetrii naporu wynikającej np. z nieosiowego opróżniania. Wyniki badań ilustruje rysunek. Linia czerwona przedstawia przebieg wypadkowego momentu siły wywieranego na ścianę zbiornika w trakcie opróżniania w przypadku, gdy zbiornik napełniano i opróżniano po tej samej stronie. W chwili rozpoczęcia opróżniania asymetria obciążenia gwałtownie wzrasta. Linia zielona to analogiczny przebieg w przypadku, gdy zbiornik napełniano i opróżniano po przeciwnych stronach. W chwili rozpoczęcia opróżniania spada asymetria obciążenia. Zatem napełniając odpowiednio zbiornik można zredukować asymetrię obciążenia wynikającą z niecentrycznego opróżniania.

Molenda M., Horabik J., Thompson S.A., Ross I.J.: Experimental investigations of grain loads on metal silo walls. Bulk Solids Handling, 2001, 21(5), 522-527.

Wpływ zmian tarcia na obciążenie ściany silosu

W trakcie użytkowania silosu zbożowego zachodzi systematyczne wygładzanie powierzchni ściany i pokrywanie jej substancją organiczną. Prowadzi to do redukcji współczynnika tarcia. Skutkiem tego w miarę użytkowania zbiornika maleje pionowe obciążenie ściany. Szczególnie duże zmiany obserwowane są w początkowym okresie użytkowania zbiornika. Przedstawione porównanie wyników badań doświadczanych z wynikami obliczeń wykonanych na podstawie równania Janssena wskazuje, że zakres zmian pionowego obciążenia ściany silosu, wyznaczony podczas 20 cykli napełniania, mieści się w przedziale wartości teoretycznych odpowiadających eksperymentalnym przedziałom wartości ilorazu naporu i współczynnika tarcia o powierzchnię ściany.

Horabik J., Molenda M., Schwab C.V., Ross I.J.: Wall and bottom loads in grain bins of different diameters. Bulk Solids Handling, 1995, Vol. 15, No. 2, 215-218.