Silosy o ścianach podatnych

Powracającym wciąż pytaniem jest kwestia, czy można skonstruować silos niewrażliwy na działanie efektów dynamicznych, zapewniający masowy wypływ materiału i zapobiegający powstawaniu nawisów? Kolejny przedstawiony patent stanowi odpowiedź na te wymagania. Napełniony ziarnem worek samoistnie utrzymuje walcowy kształt mimo braku jakiejkolwiek sztywności. To szczególne zjawisko stało się punktem wyjścia kolejnych rozwiązań patentowych autorstwa Eugeniusza Hotały [3, 4].

Na początku należy zauważyć, że to, w jakim stopniu obciążenie od składowanego materiału jest przekazywane na płaszcz i dno silosu, zależy w dużym stopniu od podatności ścian. Ściany bardziej podatne przejmują mniejsze obciążenia (przy czym mocniej obciążone jest w tej sytuacji dno silosu). W tradycyjnych silosach obciążenia od składowanego ośrodka rozkładane są na płaszcz i dno silosu w stosunku około 1:1. W opisywanym badaniu jako idealny przypadek uznano silos, w którym całość obciążenia pionowego przejmuje dno silu. Ściany takiego silosu mają zerową sztywność, a parcie od składowanego materiału jest parciem hydrostatycznym.

Istnieją dwa sposoby zmniejszenia obciążeń przejmowanych przez ściany silosu - zmniejszenie ilorazu parcia bocznego K lub też zmniejszenie współczynnika tarcia materiału o płaszcz. Pierwszy ze współczynników można zmniejszyć na przykład poprzez mocne nawilżenie składowanego materiału. Rozwiązanie to jest jednak na ogół niekorzystne dla tego materiału. Bezpieczniej jest zmniejszyć współczynnik tarcia. Zawsze jednak pojawia sie pytanie o ekonomiczne podstawy takich działań. Okazuje się, że zmniejszenie współczynnika tarcia do poziomu poniżej 050 jest bardzo kosztowne, a dopiero wtedy można mówić o faktycznym , odciążeniu płaszcza.

Celem badań prowadzonych pod przewodnictwem E. Hotały było znalezienie konstrukcji silosu, w którym podatność płaszcza zapewnia, że będzie on przenosił maksymalnie 20% obciążeń od ciężaru składowanego materiału. W takim silosie występowałby przepływ masowy ośrodka rozdrobnionego i nie istniałoby ryzyko powstawania przesklepień i utrudnień eksploatacyjnych przy opróżnianiu silosu. Racjonalna konstrukcja powinna w tym wypadku mieć płaskie dno, by prawie hydrostatyczne parcie materiału nie obciążało nic poza fundamentem.

W ten sposób powstał patent rozwiązania konstrukcyjnego silosu o wiotkich ścianach. Koncepcja dotyczy zbiornika do składowania trudnosypliwych materiałów, zwłaszcza biomasy.

W opisywanym rozwiązaniu dach silosu oraz walcowy płaszcz wykonane są z tkaniny technicznej lub materiału o takich samych właściwociach. Zarówno płaszcz, jak i dach nie mają sztywności południkowej, a więc nie przenoszą naprężeń ściskających w tym kierunku. Płaszcz przenosi jednak naprężenia równoleżnikowe rozciągające pochodzące od parcia bocznego składowanego ośrodka. Stąd tkanina techniczna musi mieć wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie.

Podczas opróżniania ściana i dach odkształcają się swobodnie wraz z wypływającym ośrodkiem. Tkanina podwieszona jest na konstrukcji wsporczej (rys. 6). Ważne jest jednak, by podwieszenie to nie było sztywne i pozostawiło swobodę odkształceń płaszcza. W tym celu wykorzystano system, w którym tkanina połączona jest z linami za pomoca uchwytów. Liny te przerzucone są przez rolki, a na ich końcach znajdują się obciążniki o łącznym ciężarze nieznacznie

przekraczającym ciężar tkaniny. Służą one do podnoszenia tkaniny po zakończeniu opróżniania silosu. Konstrukcja napełniana jest od góry rurą zasypową. Ma ona płaskie dno, a rozładunek odbywa się w sposób mechaniczny. Powórne napełnienie zbiornika może nastąpić dopiero po jego całkowitym opróżnieniu.

Zgłoszone zostały do opatentowania dwa nieależne pomysły - z jednej strony zastosowanie opisywanego mechanizmu niezależnie, jako wolnostojące silosy. Z drugiej - wykorzystanie tego systemu jako sposobu wzmocnień istniejących konstrukcji silosów.

Rys. 6. Patentowe rozwiązanie autorstwa E. Hotały zbiornika z tkaniny technicnzej na materiały trudnosypliwe

Opisane rozwiązanie całkowicie eliminuje występowanie częstych problemów eksploatacyjnych, takich jak nawisy i przesklepienia. Niemożliwe jest zastosowanie tutaj grawitacyjnego opróżniania silosu, jednak przy tak rozwiniętych technologiach mechanicznych zagadnienie to nie stanowi już problemu.

6. Podsumowanie

Konstrukcje silosów stanowią wciąż stosunkowo słabo zbadaną dziedzinę budownictwa. Między innymi z tego powodu występuje tak wiele awarii i katastrof opisywanych konstrukcji. Trudno się więc dziwić, że silosy stanowią ciągły obszar zainteresowania i badań wielu naukowców. Wszystkie opisywane rozwiązania patentowe przyczyniły się do rozpoznania, zdefiniowania i rozwiązania problemów występujących w konstrukcjach silosów, nawet jeśli przedstawione patenty nigdy nie były (i być może nie będą) stosowane w przemyśle.

Literatura

[1] Ciesielski M., Leszczyński J.: Silos i sposób udrożnienia silosu - opis patentowy PL 212004 zgłoszony 15.05.2007r. Urząd Patentowy Rzeczpospolitej Polskiej. http://tech.money.pl/przemysl/patenty/pl-141150-384123.html

[2] Hans-Dietmar M.: Działo powietrzne do usuwania przywarłych narostów i spiętrzeń materiału sypkiego. Opis patentowy PL 173444 zgłoszony 20.10.1993r. Urząd Patentowy Rzeczpospolitej Polskiej. http://tech.money.pl/przemysl/patenty/pl-141150-384123.html

[3] Hotała E.: Stalowe silosy na produkty rolne – rozwiązania konstrukcyjne, analizy nośności, trwałość, awarie. Budownictwo na obszarach wiejskich. Nauka, praktyka, perspektywy. Politechnika Lubelska, 2013, s. 231-243.

[4] Hotała E., Aniszczyk A: Prototypowa konstrukcja silosu o wiotkim płaszczu do składowania biomasy. Materiały budowlane. 2013, Nr 5, s. 52-54.

[5] Łapko A.: Komora silosu na sypkie materiały ziarniste. Opis patentowy patentu tymczasowego opublikowany 30.11.1987r. Urząd Patentowy PRL. http://tech.money.pl/przemysl/patenty/pl-141150-384123.html

[6] Niedostakiewicz M.: Zastosowanie zmodyfikowanego pierścienia wewnętrznego jako metody redukcji efektów dynamicznych podczas opróżniania silosów smukłych. Acta Agrophysica, 2008, Nr 3, s. 703-713.

Review of selected silo construction patents Summary

The article presents selected silo construction patents created in the twentieth and twenty-first century. There are a lot of problems in the field of silo construction. The most significant are dynamic effects and the operation problems (agglomerations and archings formed with material). That is why many researchers are looking for new solutions of safer and more efficient constructions.

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Eugeniusz Hotała, prof. PWr, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego, Politechnika Wrocławska

III KONFERENCJA STUDENTÓW I DOKTORANTÓW WYDZIAŁÓW BUDOWNICTWA

SZKLARSKA PORĘBA, 27-29.03.2015 r.

systemy monitorowania, czujniki strunowe, bezpieczeństwo Tomasz HOWIACKI¹

AUTOMATYCZNE SYSTEMY MONITOROWANIA KONSTRUKCJI –