Розрахунок об’єму зернового силосу: що враховувати при проектуванні

Металевий силос для зберігання зерна – ключова ланка у логістиці будь-якого сільгосппідприємства чи елеватора. Його правильне завантаження, ефективна експлуатація та точний облік продукції починаються з одного фундаментального параметра – об’єму. Річ у тому, що на практиці визначення реальної місткості силосу є завданням, при вирішенні якого доведеться враховувати безліч факторів. Помилки на етапі проєктування можуть призвести до значних фінансових втрат, проблем з логістикою та навіть до аварійних ситуацій.

У цій статті ми спробуємо розібратися, які фактори при розрахунку об'єму силосу для зберігання зерна (метал – основний матеріал для виготовлення таких конструкцій на даний момент) мають ключове значення.

Значення геометричної форми та що «з'їдає» простір металевого зернового силосу

На цей час металічний силос для зберігання зерна може мати кілька форм днища. Це циліндрична та конічна (також називають пірамідальною). Розрахунок обсягу силосу для зберігання зерна (метал) провадиться за спеціальною формулою. Вона відрізнятиметься для конструкцій з різною геометричною формою:

• циліндричний об'єм: V_цил = π * R² * H (де π = 3,1416, R являє собою внутрішній радіус силосу після виключення товщини стінок, а H – це висота циліндричної стінки, не плутайте із загальною висотою конструкції);

• конічний об'єм: V_кон = (1/3) * π * R² * H (де R є радіусом основи конуса й зазвичай дорівнює радіусу циліндра, а Н – це висота конусної частини від вершини до основи);

• загальний геометричний об’єм силосу: V_геом = V_ціл + V_кон.

Зверніть увагу, що геометричний об'єм – це об'єм «порожнього» металевого силосу для зберігання. Зерну залишається менше місця через конструктивні елементи. Простір «з'їдає» обладнання. Наприклад:

• сходи, датчики рівня та температури, вентиляційні труби, шахти для механічного розвантажувача, їх обсяг тим більший, чим більша сама конструкція;

• люки для обслуговування, завантажувальні та вивантажувальні патрубки (вони займають мінімум місця, але якщо потрібний точний розрахунок, їх не можна не враховувати).

Пропоновані формули передбачають використання внутрішнього радіуса для розрахунків, тобто фактор товщини стінок вже враховано. Якщо ви працюєте із зовнішнім радіусом, доведеться відняти й товщину металу та утеплювача.

Ущільнення та усадка зернових при зберіганні в металевому силосі

Це одне із найскладніших питань. Тут велике значення має насипна щільність – вага одиниці зерна на площу (кілограм або тонна на кубічний метр, залежно від обсягів сховища). Проблема в тому, що різні культури мають різну насипну щільність. Так, пшениця відрізняється найвищим показником, приблизно 750-850 кг/м, а соняшник – одним із найнижчих, всього 350-450 кг/м. Під кг/м ми маємо на увазі 1 кілограм на 1 кубічний метр.

Але й це ще не все. Щільність залежатиме не тільки від культури, а й від:

• сорту;

• вологості;

• наявності сторонніх частинок;

• ступеня цілісності зерен.

Очевидно, що прорахувати насипну щільність значно складніше. Потрібні не просто формули та виміри, але також знання про стан зерна, його особливості та якість.

Також слід враховувати, що можливе додаткове ущільнення зерна при зберіганні у силосі з металу. Причому не просто «можливе». Воно обов'язково відбудеться: згодом (статична усадка), у момент завантаження (коли зерно падає з висоти патрубка завантаження), а також під власною вагою. Останній варіант найяскравіше проявляється у металевих силосах для зберігання дуже великих обсягів зерна.

Очевидно, що робочий об'єм силосу для зберігання зерна (метал) завжди менший за його геометричний об'єм. Для перерахунку використовують коефіцієнт використання обсягу (КВО знаходиться в межах 0,85 - 0,95, залежить від висоти силосу та культури) або оперують безпосередньо масою, яку можна розмістити. Вона обчислюється за формулою M = V_геом * γ * КІО, де під γ мається на увазі насипна щільність.

Головні помилки під час проєктування силосу для зберігання зерна

Хоча розрахунок об’єму металевого силосу для зберігання зерна є дуже складним процесом та потребує високого рівня кваліфікації, а також доступу до інформації, основні помилки при проєктуванні є простими та очевидними. Серед них:

• використання зовнішніх розмірів без урахування товщини стін;

• зневага об’єму внутрішніх конструкцій;

• ототожнення геометричного об'єму з корисним об'ємом для зерна (ігнорування насипної щільності та ущільнення);

• застосування усередненої насипної щільності без урахування конкретної культури, вологості та висоти силосу.

До речі, сьогодні під час проєктування використовують спеціальне програмне забезпечення, що значно пришвидшує розрахунок об’єму силосу з металу.

Кому довірити розрахунок обсягу металевого силосу для зберігання зерна

Розрахунок об’єму зернового силосу – це комплексне інженерне завдання, яке вимагає врахування реальної фізики поведінки зернової маси, точних геометричних параметрів конструкції та особливостей її оснащення. Отже, проєктування повинні займатися фахівці спеціалізованих компаній.

Нехтування різними факторами, від обсягів внутрішніх конструкцій до відмінностей у насипній щільності пшениці та соняшника, веде до переоцінки реальної місткості, помилок у плануванні закупівель, а в гіршому випадку – до перевантаження металевого силосу для зберігання зерна. Зрештою хоч матеріал виготовлення силосу для зберігання зерна – метал, навіть цей він має межі для навантажень. Ретельний облік усіх перерахованих факторів на етапі проєктування – запорука безпеки та безперебійної роботи зерносховища. Силоси експлуатуються десятиліттями, не варто економити на інженерній роботі на самому початку.