Неисправности силосов: истории болезни и уроки, извлеченные доктором Джоном В. Карсоном

23 марта 2023 г. | Дженике и Йохансон

При поддержке

Силосы и бункеры выходят из строя с частотой, которая намного выше, чем у любого другого промышленного оборудования. Иногда отказ включает в себя только искажение или деформацию, которые, хотя и выглядят неприглядно, но не представляют угрозы для безопасности или эксплуатации. В других случаях отказ влечет за собой полное разрушение конструкции с последующей потерей ее работоспособности и даже гибелью людей.

Представлены многочисленные истории случаев, связанных с разрушением конструкций, которые иллюстрируют распространенные ошибки, а также ограничения проектирования.

Хотя статистика недоступна, каждый год сотни промышленных и сельскохозяйственных силосов, бункеров и бункеров в той или иной степени выходят из строя. [1-3] Иногда провал представляет собой полный и драматический структурный коллапс. В других случаях неудача не столь драматична и очевидна. Например, в бетонной стене могут образоваться трещины или вмятины на стальной оболочке, и любое из этих явлений может показаться стороннему наблюдателю безобидным. Тем не менее, это сигналы опасности, которые указывают на то, что, вероятно, потребуются корректирующие меры.

Экономическая цена отказа бункера никогда не бывает маленькой. Владелец несет непосредственные затраты на производственные потери и ремонт, персонал, находящийся поблизости, подвергается значительной опасности, а проектировщик и строитель могут столкнуться с возможными судебными разбирательствами из-за их ответственности.

Основные причины отказов силосов связаны с недостатками в одной или нескольких из четырех категорий: проектирование, конструкция, использование и обслуживание. Каждый из них рассматривается ниже с примерами и извлеченными уроками.

Проектирование силоса требует специальных знаний. Проектировщик должен сначала установить свойства текучести материала [4], затем рассмотреть такие вопросы, как геометрия канала потока, развитие потока и статического давления, а также динамические эффекты. Необходимо предотвращать такие проблемы, как перекос и самоиндуцированная вибрация силоса, обеспечивая при этом надежную разгрузку с требуемой скоростью. Необходимо учитывать неравномерные нагрузки, термические нагрузки и влияние нестандартных деталей изготовления. Прежде всего, дизайнер должен знать, когда следует проявлять осторожность перед лицом неполной или вводящей в заблуждение информации, рекомендаций, исходящих из справочников, или от людей с синдромом «так всегда делалось».

Рис. 1. Неравномерное давление, вызванное эксцентриковым смещением

После установления критериев проектирования необходимо разработать грамотный проект. Здесь проектировщик должен иметь полное представление о сочетаниях нагрузок, путях нагрузки, основных и вторичных воздействиях на элементы конструкции, а также относительной гибкости элементов. [5,6] Особое внимание необходимо уделить тому, как будут построены наиболее важные детали конструкции, чтобы были реализованы все требования и цели проекта.

Ниже описаны пять наиболее распространенных проблем, которые дизайнеры часто игнорируют, а также несколько примеров каждой из них.

Это одна из наиболее распространенных причин структурных проблем силоса, поскольку ее часто упускают из виду. Это происходит, когда точка отбора из бункера не расположена на вертикальной осевой линии круглого силоса [7,8], и особенно часто встречается при использовании силосов с несколькими бункерами, в которых одновременно используются только один или два выпускных отверстия бункера. время. Если образовавшийся канал потока пересекает стенку силоса, по окружности силоса будет возникать неравномерное давление, что приведет к возникновению горизонтальных и вертикальных изгибающих моментов. См. рисунок 1. Многие проектировщики силосов неправильно учитывают эти неравномерные давления, только увеличивая натяжение обруча. [9,10]

Некоторые примеры:

Рис. 2. Шнековый питатель с постоянным шагом, вызывающий отвод эксцентрика.

В бункере-смесителе использовались 24 внешние трубы для вывода пластиковых гранул на разной высоте из секций цилиндра и конуса. Значительные морщины образовались в секции цилиндра над несколькими трубками. Уроки, которые следует усвоить здесь, заключаются в следующем:

Опорные балки, перевернутые конусы, смесительные трубы и другие типы внутренних устройств могут создавать большие сосредоточенные нагрузки и/или несимметричные давления на стенки силоса, что приводит к неприемлемым изгибным напряжениям.