Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Измельченная древесина 10
1.1. Классификация 10
1.2. Сырье для производства технологической щепы 11
1.3. Породный состав 12
1.4. Геометрические размеры
1.4.1. Геометрические размеры щепы 16
1.4.2. Геометрические размеры опилок 21
1.5. Плотность 21
1.5.1. Насыпная плотность 23
1.6. Объем щепы 24
1.6.1. Коэффициент полнодревесности 26
1.7. Влажность щепы 26
1.8. Свойства измельченной древесины как сыпучего материала
1.8.1. Начальное сопротивление сдвигу 27
1.8.2. Высота свободно стоящей вертикальной стенки материала 28
1.8.3. Смерзание щепы 29
1.8.4. Коэффициент трения 31
1.9. Хранение щепы 32
1.9.1. Кучевое хранение щепы 32
1.9.2. Бункерное хранение щепы 34
Выводы по первой главе 34
ГЛАВА 2. Бункеры и силосы 35
2.1. Классификация 35
2.2. Процесс разгрузки сыпучего материала 37
2.2.1. Методика определения вида истечения 40
2.3. Аварии и проблемы эксплуатации бункеров и силосов 41
2.3.1. Пожаровзрывобезопасность 46
2.3.2. Проблема сводообразования
2.4. Ворошитель - патент 54
2.5. Экспериментальная установка 56
2.5. Опыт по определению усадки 62
Выводы по второй главе 63
ГЛАВА 3. Исследование угла естественного откоса 65
3.1. Методы определения 65
3.2. Методика эксперимента
3.2.1. Метод полого цилиндра 74
3.2.2. Метод вращающегося барабана 83
3.2.3. Метод опрокидывающегося ящика 86
3.2.4. Сравнение методов 86
3.3. Обработка и анализ полученных данных 87
3.3.1. Анализ влияния температуры сыпучего материала на угол естественного откоса 89
3.3.2. Анализ влияния размера частицы сыпучего материала 93
3.3.3. Анализ влияния насыпной плотности на угол естественного откоса 107
3.3.4. Анализ влияния влажности на угол естественного откоса 115
3.3.5. Проверка полученных результатов 118
Выводы по третьей главе 120
Заключение 122
Методика определения угла естественного откоса 123
Рекомендации по проектированию бункеров и силосов 124
Рекомендации по эксплуатации бункеров и силосов 124
Список литературы 126
Перечень иллюстраций 136
- Сырье для производства технологической щепы
- Процесс разгрузки сыпучего материала
- Метод полого цилиндра
- Анализ влияния влажности на угол естественного откоса
Введение к работе
Актуальность темы. Приоритетными направлениями развития
лесопромышленного комплекса России являются совершенствование
технологий глубокой переработки древесины и изготовление продукции с
высокой добавочной стоимостью. К данным направлениям относятся задачи
поиска и совершенствования технологических решений переработки круглых
лесоматериалов на щепу. Технологическая щепа используется в качестве
основного сырья в целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) и в
производстве древесно-стружечных плит (ДСтП). Целлюлозно-бумажная
промышленность является крупнейшей отраслью по количеству
потребляемого древесного сырья.
Щепу для производства целлюлозы и древесной массы, древесную пыль, опилки необходимо складировать и хранить, причем в таких условиях, чтобы не снижалось ее качество, не наносился ущерб окружающей среде опылением и соблюдались требования пожарной безопасности. Для этих целей применяются закрытые склады – бункера и силоса.
При складировании сыпучих материалов в закрытых складах и перевозке навалом, сыпучие материалы слеживаются, налипают на стенки емкостей и образуют своды, препятствующие бесперебойной разгрузке. Существующие способы борьбы со сводообразованием либо опасны и требуют использования физического труда, либо энергоемки. Актуальным направлением исследований в данной области является разработка таких бункеров и силосов, которые не требуют использования ручного труда и специальных устройств, а их конструкция обеспечивает бесперебойную выгрузку измельченного материала.
Степень разработанности темы исследования.
Механика сыпучего тела получила развитие в конце 19 – начале 20-ого веков в связи с появлением способа хранения сыпучих материалов в бункерах и силосах. Исследования, связанные с хранением и истечением сыпучих материалов, в основном, проводились с такими сыпучими материалами, как кварцевый песок, руда, уголь, щебень, зерно, мелкодисперсные химикаты и материалы. Следует отметить работы Янссена Г.А., Дженике Э.В., Шульце Д., Зенкова Р.Л., Банникова Д.О., Ягофарова Х.М., Рогинского Г.А. и др.
Древесные сыпучие материалы по своим физико-механическим свойствам значительно отличаются от вышеперечисленных веществ. Исследованиями их свойств занималось множество ученых как в России (Житков А.В., Воскресенский В.Е., Тюрин Н.А., Никишов В.Д. и др.), так и за рубежом. По проблеме складирования древесных сыпучих материалов бункерах известны работы Мазарского С.М., Голынского М.Ю. и Лозовецкого В.В. По различным данным угол естественного откоса, например, для щепы составляет от 31 до 45, однако на практике, при уплотнении щепы этот угол может достигать 90.
Цель работы – обеспечить бесперебойное истечение измельченных
древесных материалов из бункеров путем усовершенствования процесса складирования и изменения конструкции с учетом уточненных углов естественного откоса.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ явлений, связанных с зависанием и сводообразованием измельченных древесных материалов при складировании в бункерах и силосах.
-
Разработать методику и определить углы естественного откоса для различных измельченных древесных материалов в зависимости от режима складирования и выгрузки их из бункеров.
-
Исследовать процесс уплотнения измельченных древесных материалов в закрытых складах и порядок изменения основных показателей материала как сыпучей среды.
-
Разработать конструкцию бункера для складирования древесных сыпучих материалов с обеспечением бесперебойного их истечения.
-
Разработать рекомендации по эксплуатации существующих бункеров и силосов, а также рекомендации на проектирование новых закрытых складов.
Научная новизна:
Дан анализ условий возникновения сводообразования и зависания древесных сыпучих материалов в бункерах и силосах в зависимости от насыпной плотности.
Разработана математическая модель и методика для определения угла естественного откоса измельченной древесины различных фракций с учетом параметров сыпучего материала.
Обоснованы рациональные режимы функционирования бункеров и силосов с бесперебойным истечением древесных сыпучих материалов.
Теоретическая значимость заключается:
-
В создании математической модели для определения угла естественного откоса, учитывающей параметры древесного сыпучего материала и проектируемого бункера и обосновывающей выгрузку измельченной древесины без сводообразования и зависания в бункерах и силосах.
-
В уточнении значений угла естественного откоса и насыпной плотности для различных древесных сыпучих материалов.
Практическая значимость. Полученные данные по уточненным
величинам углов естественного откоса и насыпной плотности измельченных
древесных материалов могут использоваться при проектировании бункеров и
силосов, обеспечивающее бесперебойное истечение материала на
предприятиях лесной отрасли. Результаты работы могут быть рекомендованы
к использованию производственными, проектными, научно-
исследовательскими и учебными организациями лесной отрасли.
Методология и методы исследования. Исследования угла
естественного откоса древесных сыпучих материалов базировались на
принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска, современного научного проникновения, применения современных методов исследований с использованием поверенного оборудования, приборов и средств контроля. Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.
Научные положения, выносимые на защиту:
Формула для расчета угла естественного откоса с учетом параметров измельченной древесины.
Усовершенствованная методика определения угла естественного откоса древесных сыпучих материалов.
Уточненные значения углов естественного откоса для проектирования бункеров и силосов с бесперебойным истечением древесных сыпучих материалов.
Зависание и сводообразование измельченной древесины в бункерах и силосах связано с увеличением ее насыпной плотности под действием вышележащих масс сыпучего материала и конструкции выпускающей воронки.
Достоверность выводов и результатов исследования:
подтверждается адекватностью формулы угла естественного откоса и проведением исследований в лабораторных условиях за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедр ТЛЗП и НГиГ СПбГЛТУ, на Седьмом Всероссийском форуме студентов, аспирантов и молодых ученых в Политехническом университете (СПб, 2013 год), научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса», - ВоГУ (Вологда, 2014 год), Одиннадцатой Международной научно-технической конференции «Леса России в XXI веке» в (СПб, 2014 год), международных студенческих конференциях SPRUNGBRETT (Берн, Охрид, 2014). Получен патент РФ на полезную модель: № 130977.
Публикации. Результаты исследования изложены в 10 научных работах в том числе: 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 1 работе на английском языке, 1 патент на полезную модель.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и списка литературы.
Тема и содержание диссертационной работы соответствует паспорту научной специальности 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», пунктам 8 и 11 - «Обоснование технологий и оборудования лесообрабатывающих производств на лесопромышленных и лесохозяйственных предприятиях» и «Исследование надежности машин и технологического оборудования с целью обоснования нормативов их
безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости» соответственно.
Сырье для производства технологической щепы
Существуют два способа хранения щепы, каждый из которых имеет свои особенности. Щепа может хранится: на открытых складах щепы (в кучах); на закрытых складах (в бункерах и в бункерных галереях). Контейнерное хранение и временное хранение в вагонах, щеповозах и трюмах кораблей при транспортировке являются частными случаями хранения на закрытых складах.
Хранение щепы сопряжено с биохимическими процессами окисления веществ древесины, приводящими к увеличению потерь древесного сырья. Вследствие этого продолжительность нахождения щепы в открытых складах должна быть ограничена тремя-четырьмя неделями. При этом должно соблюдаться правило FIFO - First In - First Out, т.е. «Первую на склад, первую в производство».
Эфиры жирных кислот гидролизуются, в древесине повышается содержание свободных жирных кислот. В процессе сульфатной варки они омыляются, а образовавшиеся мыла способствуют удалению нейтральных жироподобных экстрактивных веществ из целлюлозы в процессе ее варки и промывки.
Склады открытого хранения измельченной древесины представляют собой кучи, которые могут иметь любую форму в плане. Однако в целях управления биологическими процессами, возникающими в кучах, для сокращения механического воздействия на хранимые материалы и для выполнения требований правил пожарной безопасности кучи следует организовывать прямоугольными, круглыми или кольцеобразными в плане, треугольными либо трапециевидными в сечении. Такая форма куч при использовании соответствующих средств механизации загрузки и разборки обеспечивает обновление хранимого сырья и древесных отходов в рекомендуемые сроки.
В соответствии со сложившейся практикой кучи древесного сырья обычно имеют высоту, не превышающую 30 м и ширину прямоугольной или диаметр круглой кучи не более 90 м. Наружный диаметр кольцеобразной кучи не может быть более 210 м, внутренний диаметр не менее 30 м, а ширина кольца не более 90 м.
Для обеспечения более четкого контура куч они могут быть ограждены железобетонными стенками по всему периметру или на отдельных участках.
Подача измельченной древесины на склад и со склада осуществляется средствами непрерывного транспорта либо автотранспортом.
Для формирования складов используют: пневмостакеры полноповоротные или стационарные с изменяющимся углом наклона трубы, снабженной дефлекторами; стакеры передвижные, поворотные или стационарные на базе ленточных, скребковых конвейеров или шнеков; ленточные, цепные или пневмоконвейеры, размещаемые на высоких горизонтальных либо наклонных эстакадах; бульдозеры; грейферные портальные, башенные краны и др.
Выдача измельченной древесины со складов на средства непрерывного транспорта либо автотранспорта может осуществляться: передвижными шнековыми одно- и двухопорными разгрузчиками; шнековыми полноповоротными разгрузчиками; скребковыми или стокерными питателями-разгрузчиками; грейферными кранами; колесными погрузчиками фронтального типа с ковшом большой вместимости; бульдозерами и пр.
При использовании для формирования куч пневмотранспорта в связи с большой скоростью потока материала на выходе из трубопровода происходит распыление мелких фракций и сепарация фракций по массе и размерам с образованием «линз» мелких фракций в куче. Это обстоятельство отрицательно сказывается на процессе производства полуфабрикатов, так как, несмотря на некоторое перемешивание фракций щепы при выдаче ее со склада, в направленной на производство щепе наблюдаются значительные колебания фракционного состава, дестабилизирующие технологический процесс. Сепарация и фракционирование хранимой измельченной древесины оказывает влияние и на биологические процессы в куче, в частности, на процессы саморазогрева хранимого материала. [22, 23]
Бункера щепы широко используются в целлюлозно–бумажной промышленности для хранения текущих запасов перед их подачей в производство. Бункера позволяют обеспечить равномерную выдачу хранимого сырья и составление композиции из смеси щепы различных пород древесины. Хранение измельченной древесины на складах закрытого типа, и исследуемая проблема рассмотрена в главе 2.
Измельченная древесина в большом количестве появилась в начале XX века с развитием лесозаготовки и изобретением способа получения целлюлозы из древесного сырья. Исследованием самых различных аспектов ее производства, переработки и транспортировки занималось немало ученых, однако хранение измельченной древесины в бункерах по-прежнему представляет обширное поле для исследований.
Важными свойствами измельченной древесины, напрямую влияющими на множество других параметров, являются ее порода, геометрические размеры и влажность.
Процесс разгрузки сыпучего материала
Физико-механические свойства частиц измельченной древесины - их размеры, форма, влажность, наличие смолы и гнили, температура этих частиц и наружного воздуха, а также давление вышележащих слоев приводят к тому, что в процессе хранения увеличиваются силы сцепления между частицами, уменьшается их подвижность и сопротивление сдвигу возрастает, происходит сводообразование, а зимой смерзание частиц и их примерзание к конструкциям емкостей склада.
Слежавшаяся и смерзшаяся щепа способна образовывать монолит, как правило, в выпускающей воронке или в месте примыкания воронки к верхней части силоса (рис. 2.11), закупоривая отверстия бункеров, тем самым препятствуя гравитационной разгрузке щепы, и, как следствие, непрерывной подаче щепы в производство.
Картина зависания и сводообразования в силосах щепы: a. – призмо–пирамидальных; b. – цилиндро–конических
Напряженное состояние сыпучей среды изображается при помощи круга Мора, рис. 2.12 и может быть описано, исходя из предельного равновесия сыпучей среды, при помощи следующих формул: т = т0 + о tan (р где т - сдвигающее усилие, МПа; о - нормальное давление, МПа; р - угол внутреннего трения, град; т0 - начальное сопротивление сдвигу, ксм/м3. т = а tan рб где рб - эффективный угол трения, град [48]
Одним из способов борьбы со сводообразованием является увеличение размера отверстия истечения, поскольку чаще всего свод образуется над самым выпускным отверстием. Минимальные размеры выпускных отверстий для различных типов бункеров описываются следующими формулами: для цилиндро-конических бункеров: d = Кн 20-(l + sin p) (2.12) для щелевых бункеров: а = Кн 40-(l + sin p) (2.13) где d - диаметр отверстия, см; а - ширина щели, см; т0 - величина начального сопротивления сдвигу, МПа; у - плотность щепы, г/см3, у = 0,35 - 0,75 г/см3; р - угол внутреннего трения, град, р = 30 -71; н - коэффициент надежности, для цилиндро-конических бункеров н = 5, для щелевых н = 2. [49]
Другим способом борьбы являются разного рода побудители истечения. Классификация побудителей приведена на рис. 2.13.
Для поддержания сдвигающего усилия на низком уровне нами предлагалось установить ворошитель, который пронизывает бункер сверху донизу и представлен в виде вращающейся штанги с перекладинами. На данное устройство был получен патент на полезную модель № 130977 [53].
Нижняя часть штанги опирается на нижнюю центральную часть бункера через шарнир, размещенного, например в центре вращающегося диска (питателя). Верхний конец штанги имеет электропривод и передвижную опорную площадку. Штанга имеет зубчатое колесо, которое контактирует с круговым ободом, с внутренней стороны обода имеется зубчатая рейка. Передвижная площадка имеет опорные ролики, которые контактируют с круговым ободом с внешней его стороны. С внешней стороны обод снабжен направляющими.
Вращение штанги осуществляется при помощи электродвигателя и системы передач, при этом штанга перемещается вдоль кругового обода с внутренней его стороны. Перекладины, расположенные на штанге, разрыхляют сыпучий материал, такой как щепа, предотвращая сводообразование и зависание. Ворошитель движется по круговому ободу и штанга с перекладинами разрыхляет весь объем щепы, предотвращая образование монолита и обеспечивая непрерывную подачу материала на выносной транспортер. [48, 51, 53] Рис. 2.15. Верхняя часть ворошителя
Для исследования свойств древесных сыпучих материалов и проверки рациональности предлагаемого выше ворошителя, нами предлагается модель бункера призматической формы с двумя светопроницаемыми стенками, позволяющая замерять различные параметры древесных сыпучих материалов: форму истечения, высоту свободно стоящей стенки, ширину сводообразующей щели и угол естественного откоса сыпучего материала. Данная модель также предусматривает установку ворошителей различных конструкций.
Каркас модели изготовлен из стального уголка 40x40x4, 50x50x4, марка стали Ст 3 СП/ПС, стенки (передняя подъемная, задняя и боковые стенки изготовлены из березовой фанеры марки ФК Ш2 IV/IV, толщиной 10 мм), светопроницаемые стенки представляют собой оргстекло толщиной 4 мм. Габаритная высота бункера соответствует высоте груди, т.е. 1,3 м, что позволяет без использования лестниц наблюдать за происходящим сверху. Объем бункера составляет 0,25 м3.
Метод полого цилиндра
Для дубовых опилок максимальная относительная погрешность измерений составила 15% для расчетного способа и 10% для угломерного способа соответственно. Средняя относительная погрешность измерений равна 6% как для расчетного, так и для угломерного способов; абсолютная разница значений между углом естественного откоса, полученным расчетным и угломерным методами составила 3,0 градуса.
Для сосновых опилок максимальная относительная погрешность измерений составила 19% для расчетного способа и 22% для угломерного способа соответственно. Средняя относительная погрешность измерений равна 9% для расчетного способа и 10% для угломерного; абсолютная разница значений между углом естественного откоса, полученным расчетным и угломерным методами составила 2,1 градуса.
Для сосновой щепы максимальная относительная погрешность измерений составила 21% для расчетного способа и 17% для угломерного способа соответственно. Средняя относительная погрешность измерений равна 10% для расчетного способа и 9% для угломерного; абсолютная разница значений между углом естественного откоса, полученным расчетным и угломерным методами составила 5,3 градуса.
Минимальная относительная погрешность для сосновых и дубовых опилок составила 2-3%, для сосновой щепы 6%. Представим полученные результаты (табл. 3.3) в виде систем линейных уравнений с пятью неизвестными вида: у = кг хг + к2 х2 + к3 х3 + к4 х4 + с Решим данные системы уравнений матричным методом с помощью MS Excel. Из линейной алгебры известно, что решением системы из п уравнений с п неизвестными является уравнение вида: Х = А- -В (3.7) Решением системы из т уравнений с п неизвестными при т п является уравнение вида: Х = (АТ-АУ1-АТ-В (3.8)
В таком случае решение сведется к операциям транспонирования, вычислению обратных матриц и умножению матриц. Таким образом, мы получим значения угла естественного откоса, характерные для i-той фракции в смеси опилок.
Выведем уравнение угла естественного откоса на основе формулы 3.1 и результатов опытов: «о = I(k, -x,)-kt -kповерхности -ксмолы -квлажности (3.9) где k - процент содержания /-той фракции в смеси, %; xt - угол естественного откоса, характерный для /-той фракции в смеси, град, для 0,5 мм хо.5 = 38.7, для 1,0 мм хі.о = 43.6, для 2,0 мм Х2.о = 44.4, для 5,0 мм xs.o = 42.9; kt - температурный коэффициент, при температуре материала 18±2С h = 1; кповерхности – коэффициент состояния опорной поверхности, для неподвижной поверхности кповерхности = I; kсмолы – породный коэффициент, зависит от содержания смолы в древесине, для дуба kсмолы = 1, для сосны kсмолы = 1.03; kвлажности – коэффициент влажности, зависит от влажности сыпучего материала, для Wабс.= 20% kвлажности = 1.
Рассмотрим подробнее температурный коэффициент kt и его зависимость от температуры сыпучего материала. Для этого при определении угла естественного откоса методом полого цилиндра будем регистрировать также и температуру сыпучего материала. Чтобы минимизировать влияние влажности на результат опилки предварительно высушим в сушильном шкафу до абсолютно сухой влажности. Результаты измерения угла естественного откоса занесем в таблицу 3.9, проанализируем (табл. 3.10) и представим на рис. 3.12.
Проанализируем полученные данные. Из табл. 3.10. видна обратная зависимость между температурой сыпучего материала и углом естественного откоса, однако для каждой фракции есть свои оптимальные температуры, при котором угол естественного откоса будет минимальным.
В общем виде значения коэффициента kt будут равны 0,99 для t 40C, 1 для t 20С и 1,03 для t 0С. При помощи Excel найдем формулу зависимости температурного коэффициента от температуры: kt =2-КГ5 t-0.002 +1.03 = 1.03-0.00198 (3.10) где t - температура сыпучего материала, C. Исходя из этого, получим значения температурного коэффициента для Скорректируем формулу 3.9 с учетом полученной зависимости: «о = X(ki хО (1.03 - 0.00198 0 кповерхности ксмолы квлажности (3.11) 3.3.2. Анализ влияния размера частицы сыпучего материала Нами получена формула 3.11: «о = X(ki хО (1.03 - 0.00198 0 кповерхности ксмолы квлажности (3.11) где ki – процент содержания i-той фракции в смеси, %; xi – угол естественного откоса, характерный для i-той фракции в смеси, град, для 0,5 мм x0.5 = 38.7, для 1,0 мм x1.0 = 43.6, для 2,0 мм x2.0 = 44.4, для 5,0 мм x5.0 = 42.9; t – температура сыпучего материала, C; kповерхности – коэффициент состояния опорной поверхности, для неподвижной поверхности kповерхности = 1; kсмолы – породный коэффициент, зависит от содержания смолы в древесине, для дуба kсмолы = 1, для сосны kсмолы = 1.03; kвлажности – коэффициент влажности, зависит от влажности сыпучего материала, для Wабс.= 20% kвлажности = 1.
При этом нами наблюдается явное расхождение между углами естественного откоса одинаковой фракции (5 мм) у опилок (табл. 3.4) и щепы (табл. 3.5). Это может быть связано с различными размерами частиц и характерными для них углами естественного откоса xi. Измерим размеры частиц щепы и опилок методом прямого измерения и воспользовавшись формулами 1.1 и 1.2 для определения условного диаметра di, получим следующие результаты, табл. 3.12, табл. 3.13.
Анализ влияния влажности на угол естественного откоса
Исходя из данного графика, можно сделать вывод, что при увеличении насыпной плотности снижается угол естественного откоса. Однако, памятуя о том, что угол естественного откоса является показателем сыпучести (формула 3.2.), мы получили следующий парадокс: при увеличении насыпной плотности, угол естественного откоса уменьшается, а сыпучесть – увеличивается. Т.е. чем плотнее слежится сыпучий материал, тем лучше он будет истекать из емкости, а это противоречит практическим наблюдениям.
Вне всякого сомнения, некая зависимость между насыпной плотностью и углом естественного откоса есть, однако примененный метод ее установить не смог.
Важными факторами, определяющими угол естественного откоса древесных сыпучих материалов, является влажность и температура сыпучего материала.
По С.М. Мазарскому, смерзание щепы возможно только под действием уплотняющей нагрузки при относительной влажности более 80% и температуре не выше -5С. Уплотненная щепа абсолютной влажностью до 70–75% не смерзается при температуре воздуха до -30С. Слабое смерзание щепы наблюдается при абсолютной влажности 80–90%. При абсолютной влажности более 90% наблюдается значительное смерзание щепы при низких температурах, которое снижается при повышении температуры и становится слабым при -10С.
Степень смерзания зависит от содержания мелкой фракции в щепе. При значительных количествах мелочи влажностью более 90 % смерзание щепы наблюдается и при более высоких температурах около -5С. При смерзании щепы механическая прочность сыпучего тела значительно возрастает.
Влажность щепы оказывает значительное влияние на ее примерзание к поверхностям. Щепа при влажности 80% не примерзает к деревянным, металлическим и бетонным поверхностям, при влажности 95–110% наблюдается незначительное примерзание, при влажности 110–130% отмечается отчетливое примерзание щепы к поверхностям. [20]
При эксплуатации бункеров и силосов в лесной промышленности (Архангельский, Кондопожский, Усть-Илимский, Светогорский ЦБК) выявилась проблема смерзания и сводообразования, нерешенные при проектировании. Данные, приведенные СМ. Мазарским и другими следует уточнить.
В пункте 1.8.3 данной работы приведены наши наблюдения угла естественного откоса при различных условиях. Основываясь на них, можно сделать следующие выводы: смерзание щепы возможно без воздействия уплотняющей нагрузки при относительной влажности более 50% и температуре не выше -5С. щепа при влажности 50% способна примерзать к бетонным и стальным стенкам.
Ранее, нами получена формула для определения угла естественного откоса ао- а0 = Z(kj xj) (1.03 - 0.00198 t) поверхности ксмолы квлажности (3.11) где h - процент содержания /-той фракции в смеси, %; xt - угол естественного откоса, характерный для /-той фракции в смеси, град, xt = -0.0026 df + 0.1123 df - 1.4706 df + 5.913 dt + 39.591 (3.14) dt - среднегеометрический условный диаметр частицы, мм, dt = Уі-wt (1.2) где / - длина частицы, мм; w - ширина частицы, мм; h - толщина (высота) частицы, мм. t - температура сыпучего материала, C; кповерхности – коэффициент состояния опорной поверхности, для неподвижной поверхности кповерхности = 1; kсмолы – породный коэффициент, зависит от содержания смолы в древесине, для дуба kсмолы = 1, для сосны kсмолы = 1.03; kвлажности – коэффициент влажности, зависит от влажности сыпучего материала, для Wабс.= 20% kвлажности = 1.
Рассмотрим подробнее коэффициент влажности kвлажности и скорректируем формулу 1 с учетом наблюдений. Исходя из того, что щепа на ОАО «Мется Форест Подпорожье» соответствует ГОСТ 15815-83, для расчета коэффициента влажности примем следующий фракционный состав: 20 мм и 10 мм – 90%, 5 мм – 8%, 1 мм – 2%. Температура щепы -5C, порода древесины – сосна, относительная влажность – 50%. Угол естественного откоса для примерзшей к вертикальной стенке щепы примем 90. Тогда, после подстановки значений, формула 1 будет выглядеть следующим образом: