128-0Металлические силосы для хранения зерновых культур уже стали в нашей стране полноправными системами хранения. Но наряду со многими позитивными моментами, связанными с внедрением металлических зернохранилищ, существуют и трудности. Основная из них – отсутствие полноценной нормативной базы и информации, связанной с особенностями изготовления, проектирования и эксплуатации таких хранилищ, ведь опыта работы с ними у специалистов Украины практически не было. Тем не менее в Украине есть предприятия, освоившие разработку конструкций металлических силосов. Их разработки успешно внедряются на промышленных объектах нашей страны и вызывают не меньшее доверие, чем иностранные аналоги (Опубликовано в № 10.2011 г.)

Почему поверхность силоса волнистая?

Де-факто современным стандартом для корпусов универсальных металличес­ких вентилируемых силосов обычно являются волнистые панели. Такая форма профиля выдерживает очень большие нагрузки, которые возникают при эксплуатации силосов и передаются на вертикальные стойки (ребра жесткости), без дополнительного утолщения стенки и лишнего расхода металла. В Украине панели из волнистого профиля используются для строительства металлических силосов сравнительно недавно, но это не означает, что оборудование, разработанное в нашей стране, чем-то хуже импортного. Да, отечественная нормативная база явно отстает от нужд современности, нет и многих методик расчета, в том числе для элеваторного хозяйства. Тем не менее разработки конструкций металлических силосов (и сопутствующего оборудования) отечественных компаний на равных конкурируют с импортным оборудованием (а, как известно, стоимость отечественных разработок часто ниже импортных аналогов). Достаточно привести пример компании «Проект­Кон­тактСервис» (г. Николаев), которая совместно с Николаевским морским техническим университетом с нуля разработала конструкции металлических силосов. В жизнь разработки внедряются предприятием KMZ Industries (г. Карловка) на территории нашей страны и за рубежом.
За границей освоен широкий ассортимент производства силосов для хранения сыпучих материалов с разными видами стенок – полированные, гладкие, шероховатые и гофрированные (волнистые). Волнистые же стенки взяты нашими предприятиями на вооружение, ведь гофрирование повышает прочность и жесткость стеновых панелей силосов при поперечном изгибе. Кроме того, гофрированные панели обладают значительной конструктивной анизотропией свойств, так как характеристики жесткости вдоль и поперек гофра существенно отличаются.
При использовании панелей волнистого профиля немного увеличивается нагрузка на вертикальные ребра жесткости. Поэтому в расчетах используется не коэффициент трения зерна по металлу (0,4), а коэффициент трения зерна по зерну во впадинах панели (0,47). Но увеличение вертикальной нагрузки от трения, в свою очередь, ведет к снижению горизонтальной нагрузки и, обратите внимание, практически не зависит от величины шага волны, как утвер­ждалось в некоторых околонаучных публикациях. Меньший шаг волны гофрированных панелей, конечно, несколько увеличивает длину развертки панели (до 10%) в расчете на ее высоту. Но это приводит к тому, что в многочисленных впадинах на панелях скапливается больше зерновой пыли, вертикальная нагрузка от трения зерна при выгрузке увеличивается (за счет трения зерна по зерну во впадинах), уменьшается общая высота панели и растет количество горизонтальных ярусов (для силосов одинаковой вместимости) и, соответственно, увеличивается количество болтовых соединений. Именно поэтому в последние годы многие фирмы отказались от производства панелей с шагом панелей меньше 70 мм.
Волнистая панель, в отличие от плоской, обладает повышенной жесткостью в горизонтальном направлении. В частности, момент инерции больше в 70 раз, а момент сопротивления – в 9,7 раза. Это важное свойство панелей из волнистого профиля обеспечивает жесткость и устойчивость незагруженных силосов от ветровых нагрузок.

zerno#10.block._p102-141.indd

Особенности местности

При строительстве элеватора нужно учитывать климатические условия региона, в частности снеговую и ветровую нагрузки. Были случаи, когда в Украине и России крыша силоса, особенно импортного, не выдерживала снеговую нагрузку. Поэтому при расчете силосов учитываются значения снеговых (180 кг/м2 – в Украине и 320 кг/м2 – в России) и ветровых (нормативное давление ветра не менее 73 кг/м2) нагрузок согласно последним требованиям норм проектирования. Возможен также перерасчет конструкций и изменение комплектации силоса под особые требования заказчика или определенную прочность применяемой стали (S240, S320 или S350) для изготовления основных силовых деталей.
Для изготовления силосов на рынке Украины используются материалы отечественного и зарубежного производства. Оцинкованная сталь применяется с толщиной покрытия от 18 мкм (1 класс цинкового покрытия) до 46,0 мкм, что соответствует принятому стандарту G 115 (350 г/м2), и выше, а масса цинкового покрытия на внешних силовых ребрах жесткости и других оцинкованных деталях превышает 700 г/м2. На силосы могут устанавливаться сборные оцинкованные эстакады с опорой на корпус силоса и на пик крыши или на отдельно стоящие опоры.
Хочется обратить внимание потенциальных потребителей силосов на следующий факт. Масса цинкового защитного покрытия, конечно же, влияет на долговечность основного высокопрочного металла, так как оно выполняет прежде всего роль протектора при электрохимичекой коррозии. Чем толще протектор, тем дольше он будет разрушаться под воздействием атмосферных воздействий (кислотных дождей), защищая основной металл.
Повышенную толщину цинкового покрытия целесооб­разно применять в регионах с постоянной влажностью и высокой агрессивностью к металлоконструкциям, это относится прежде всего к хранилищам, строящимся вблизи моря. Для силосов, которые устанавливаются в удаленных от моря сухих степных районах, достаточно покрытия по стандарту G 110 (275 г/м2), который по своим показателям ниже требований наших стандартов на цинковое покрытие. А утверждение некоторых «специалистов», что мягкое и пластичное цинковое покрытие повышенной толщины (450 г/м2 и более) при механической обработке приводит к образованию трещин и точечной коррозии основного металла, – чистой воды рекламный прием, не выдерживающий никакой критики.

zerno#10.block._p102-141.indd

Контроль строительства и эксплуатации

При проектировании, строительстве, монтаже и эксплуатации металлических силосов из панелей волнистого профиля нужно учитывать некоторые особенности. Пренебрежение ими приводит к негативным последствиям.
Основные силовые элементы силоса – ребра жесткости корпуса, панели корпуса силоса, их болтовые соединения и ребра жесткости каркаса крыши – несут большие нагрузки. При проектировании, строительстве и монтаже очень важно, чтобы относительное расположение всех этих элементов в пространстве имело минимальные отклонения от проектного положения и длительно сохранялось в процессе эксплуатации, так как относительные перемещения элементов силоса приводят к дополнительным нерасчетным напряжениям.
Особое значение имеет прочность фундамента и правильный монтаж силоса: установка опорных ребер жесткости с минимальным отклонением от общей горизонтальной плоскости, обеспечение надежной опоры под каждым ребром и минимальное отступления от цилиндра корпуса в пределах требований нормативных документов – не более 5 мм.
В процессе пробной (половинной) загрузки в начале эксплуатации следует строго контролировать осадку фундамента и при выявлении отклонений, превышающих нормы, таких, как крен фундамента, неравномерная его осадка, необходимо немедленно принимать меры по выравниванию силосов.
К сожалению, на практике некоторые строительные и монтажные организации, не имея достаточного опыта в строительстве сложных промышленных объектов, пренебрегают этими элементарными требованиями, а заказчики в целях мнимой экономии средств отказываются от авторского надзора и шефмонтажа со стороны разработчиков и проектантов. В результате заказчик несет ничем не оправданные потери и затраты (порой очень большие, многократно превышающие затраты на хороший, качественный проект и надзор при строительстве объекта) на устранение ошибок. Нередки случаи изъянов в строительстве и монтаже силосов без должного инженерного надзора.
Вот один из негативных примеров. В первой очереди строительства зернохранилища мельницы было собрано 10 силосов диаметром 7,3 м на конусном днище вместимостью по 500 т. При монтаже одного силоса были грубо нарушены нормы монтажа: фундамент силоса был выполнен с перекосом в пять раз больше допустимого (до 85 мм); не были устранены зазоры (до 40 мм) между фундаментом и опорной частью силоса, фактически несколько опор (6 из 16) висели в воздухе, ничем не закрепленные; загрузочный зернопровод был наклонен, что не обеспечивало равномерную (центральную) загрузку силоса и создавало дополнительный опрокидывающий момент; нарушены требования по правилам строительства и вводу объекта в эксплуатацию (фактически недостроенный силос загрузили зерном на 100% в течение двух дней).
Все эти недостатки привели к тому, что после загрузки силоса в течение суток отмечались потрескивания, потом силос накренился в сторону образовавшегося при монтаже наклона и разрушился. После выяснения причин аварии и их устранения вновь смонтированный силос эксплуатируется до настоящего времени.

zerno#10.block._p102-141.indd

Фото 3. СМВУ 165.18.02, «Гелио-Пакс», Волгоградская обл., РФ. Реконструкция существующеего ХПП. Предъявлены особые требования: 320 кг/м2 снеговой нагрузки, а также обязательное оборудование двумя надсилосными эстакадами для установки загрузочного конвейера

Другой пример. При строительстве и монтаже силосов на большом перевалочном зернохранилище диаметром 22 м вместимостью по 5500 т монтаж одного силоса был выполнен со значительными нарушениями требований монтажных чертежей и норм: силос был установлен на фундамент с большими отклонениями, горизонтальные отклонения анкерных болтов от номинального расположения (внутрь силоса) достигали 270 мм. В результате 15 ребер жесткости были смещены от проектного расположения, а 9 ребер жесткости вообще не попали на фундамент и были установлены на плиту перекрытия, не рассчитанную на восприятие вертикальных точечных нагрузок от ребер жесткости.
После загрузки силоса зерном произошло ничем не предусмотренное проседание неподкрепленной фундаментом части оболочки силоса вместе с вертикальными ребрами жесткости. Волнистые панели, имея небольшую вертикальную жесткость, не могут выдержать не предусмотренную проектом нагрузку, вызванную неравномерным проседанием фундаментов, и проседают (провисают и деформируются) под воздействием вертикального давления от загруженного продукта. Кроме того, гибкая оболочка корпуса силоса в верхней части приняла правильную круглую форму под воздействием распирающих усилий от загруженного зерна. Это привело к образованию опрокидывающего плеча величиной 270 мм, на которое действовала очень большая вертикальная нагрузка от загруженного продукта. В результате в панелях возникло добавочное неравномерное кольцевое напряжение, что, в свою очередь, привело к разрушению корпуса силоса, начиная с наиболее слабого места в корпусе силоса – концентратора напряжений.

zerno#10.block._p102-141.indd

На фото – фрагменты силосов шведской компании Tornum

Особенно интенсивно фундаменты оседают в начале эксплуатации. Но в отдельных случаях неравномерная осадка происходит и через несколько лет. Поэтому необходимо обязательно вести постоянный контроль за состоянием фундаментов и конструкций металличес­ких силосов.
Кроме того, на прочность и надежность металлических силосов серьезное влияние оказывают следующие факторы:
• прочность применяемых болтов и качество защитных покрытий на болтах, которыми скрепляются все детали силоса (электролитическое покрытие цинком – до 15 мкм, горячее цинкование – 40-100 мкм);
• соответствие применяемых термоподвесок расчетным, предусмотренным конструкцией конкретного силоса, так как точечные нагрузки от термоподвесок в местах их крепления к крыше могут достигать нескольких тонн;
• правильная эксплуатация (прежде всего загрузка и выгрузка) силосов, а также качество загружаемого в силос продукта. Сырое и грязное зерно быстро портится, плесневеет, начинает самосогреваться, в результате лучшем случае – испорченное зерно, в худшем – разрушенный силос и простои на предприятии;
• характеристики применяемых вентиляторов (давление и расход воздушного потока). Вентиляторы должны продувать всю высоту насыпи загруженного продукта, в том числе самого мелкого;
• качественная конструкция, правильная ее установка, крепление надсилосных эстакад с транспортным оборудованием. Недопустимо жестко связывать надсилосные эстакады рядом стоящих силосов, так как величина осадки отдельных фундаментов может быть различной.
Для повышения надежности работы металлических силосов нужно совершенствовать нормативную базу, развивать расчетно-исследовательские и технологические компоненты создания силосов, обеспечивать строгий контроль при их изготовлении, монтаже и эксплуатации.

При пробной загрузке силоса в начале эксплуатации следует строго контролировать осадку фундамента

Рост урожаев зерновых и масличных культур в Украине и острая необходимость в замене старых хранилищ новыми с каждым годом будут способствовать увеличению объемов строительства новых элеваторов и зернохранилищ. А значит, будет развиваться производство металлических силосов на отечественных заводах, которые ничем не уступают изготовленным в других странах, да еще и не отвечающих украинским нормам безопасности эксплуатации и климатическим нагрузкам.

Анатолий Куприевич,
директор предприятия «ПроектКонтактСервис», почетный работник
строительства и архитектуры Украины