Вікторія Опалко, Михайло Гузь, ст. викладачі, Руслан Шатров, канд. техн. наук, доцент, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
В Україні найпоширенішими є два типи зберігання зерна: вертикальний (у металевих та залізобетонних силосах) і горизонтальний (у буртах, складах підлогового зберігання тощо). На даний момент широко застосування набули металеві силосні конструкції, діаметр яких може сягати до 35 м, а їхній об’єм вміщує в себе декілька тисяч тонн зерна.
Процеси, які відбуваються у зерновій масі під час зберігання
Для правильного проектування зерноскладів варто знати складні фізіологічні і біохімічні процеси, які відбуваються в зерні під час зберігання, а також фактори, що їх зумовлюють.
У якій стадії зрілості не було зібране зерно, протягом зберігання у ньому відбуваються процеси дозрівання, що протікають досить повільно і супроводжуються інтенсивним диханням зерна та виділенням вологи, яка має випаровуватися в навколишній простір, інакше зернова маса зволожується. Зберігання такого збіжжя в вологому стані й без достатнього провітрювання призводить до його псування.
Надмірна вологість зерна є головною небезпекою під час його зберігання. Вона має найбільший вплив на інтенсивність протікання фізіологічних процесів у зерні. Якщо зерно сухе, то фізіологічні процеси відбуваються в ньому вкрай повільно, і зерно перебуває у стадії спокою. За збільшення вологості понад 13% у зерновій масі прискорюється дихання, що потребує кисню. Це супроводжується процесами, наближеними до спиртового бродіння, внаслідок чого погіршується якість зерна. З підвищенням температури дихання зерна посилюється, а за її зниження всі процеси життєдіяльності зерна сповільнюються.
Підвищена вологість збіжжя і висока температура призводять також до розвитку різних мікроорганізмів, головним чином цвілевих грибів та бактерій, які за сприятливих для них умов можуть швидко розмножуватися і повністю зіпсувати зерно.
Під час зберігання чималої шкоди зерну можуть заподіяти амбарні шкідники (кліщі, комірний довгоносик, рисовий довгоносик, зернова совка тощо), гризуни (миші, щури) та птахи.
Під час проектування металевих силосів і конструювання окремих їхніх елементів варто враховувати також фізичні властивості зерна – його високу гігроскопічність, низьку теплопровідність, сипкість, слабку повітропроникність, здатність самоущільнюватися під впливом власної ваги під час засипання в глибокі силоси тощо.
Вимоги до металевих силосів
Попри те, що існують різноманітні конструкції зерносховищ, найзатребуванішими щодо вартості та термінів спорудження є металеві силоси. Сьогодні десятки провідних світових виробників пропонують силоси, що мають досить схожу конструкцію.
Усі металеві силоси мають відповідати сніговому та вітровому навантаженням, а також сейсмічності того регіону, в якому планується будівництво. Цю інформацію слід застосовувати як довідкову, і обов’язково звертати увагу на розрахункове навантаження ґрунтів.
Зберігаючи зерно різних культур й різноманітного призначення, до зерносховищ висувають неоднакові вимоги. Під час зберігання найменш вибагливим є зерно пшениці, жита, ячменю, вівса, гречки. Менш стійкими є просо, соя, рис, кукурудза, а найменш стійким – насіння олійних культур. Тому до обладнання сховищ для насіння олійних культур висувають підвищені вимоги. Відтак для злакових культур радше використовувати металеві силоси, а для олійних – склади підлогового зберігання.
Нині точиться багато суперечок на предмет доцільності та складнощів щодо зберігання зерна в металевих силосах. Конденсація вологи, злежування, ускладнений повітрообмін, висота падіння – це ті чинники, які негативно впливають на процес зберігання зерна в металевих силосах. Тож в останніх слід усунути причини, що викликають хвороби зерна: силоси мають бути сухими, чистими, добре вентильованими, недоступними для гризунів, птахів, комах та інших шкідників зерна і ретельно захищені від проникнення в них атмосферних опадів, поверхневої та ґрунтової вологи.
У металевих силосах надійно зберігається сухе охолоджене зерно (із вологістю не вище як 13 – 14%). Для забезпечення кращого збереження зерна силоси варто вентилювати. Під час активної вентиляції на внутрішній поверхні спостерігається інтенсивна конденсація вологи, яка потрапляє на зерно і зволожує його верхній шар. Для послаблення цього процесу потрібно видаляти вологе повітря з вільного простору силосу (вентилятором) через спеціальні вихідні грати.
Внутрішнє планування зерноскладів, конструкція, форма і розміри металевих силосів для зберігання зерна, їх розміщення мають забезпечувати вільний доступ до зерна для спостереження за його станом і можливість проведення внутрішньоскладської обробки збіжжя під час зберігання. У силосах бажано передбачити можливість проведення їхнього очищення, огляду та дезінсекції окремих частин. Внутрішня поверхня стін зерноскладів має бути без щілин, тріщин, в яких могли б перебувати амбарні шкідники.
Технологічні процеси, пов’язані з експлуатацією металевих силосів (завантаження, вивантаження, обробка, переміщення зерна тощо), мають бути повністю механізовані із застосуванням як стаціонарних, так і пересувних механізмів.
Корисний об’єм металевих силосів слід максимально використовувати для завантаження зерном, а вартість конструкції на 1 т зберігання зерна має бути якомога меншою.
Конструкція металевих силосів
Металеві силоси різняться великим різноманіттям форм, розмірів та конструктивних рішень. Застосовують їх для будівництва невеликих силосних корпусів елеваторів, розширення діючих елеваторів, а також у вигляді окремо розташованих силосів. Собівартість металевих зерносховищ порівняно невисока завдяки використанню для їхнього монтажу конструктивних елементів заводського виготовлення, стандартних матеріалів і деталей, а також швидкості зведення за малих затратах праці.
Спорудження металевих силосів поряд із залізобетонними елеваторами має зменшити дефіцит місткостей для зберігання зерна. Застосування металевих силосів дає багато суттєвих переваг порівняно з монолітними залізобетонними. Це, перш за все, можливість заводського виготовлення конструкцій, менша маса, легше транспортування на будь-які відстані, простота й невелика трудомісткість монтажу, можливість створення герметичних ємностей, що особливо важливо для боротьби зі шкідниками шляхом газації, а також можливість зберігання зерна в середовищі інертного газу, що дає змогу тривалий час підтримувати задовільний стан зерна.
Одним із визначальних чинників під час проектування металевих силосів є забезпечення стійкості, від якої залежить витрата матеріалів. Своєю чергою, на стійкість істотно впливає спосіб завантаження та вивантаження силосів. У силосах може виникати нерівномірне завантаження у разі нецентрального розташування завантажувальних і розвантажувальних люків, або за одностороннього вивантаження залишків зерна у силосах із пласким дном. У силосах великих діаметрів ця нерівномірність істотно впливає на роботу силосної оболонки. За спорожнення необхідно надходження достатньої кількості повітря в силос, інакше можливе стиснення оболонки силосу завдяки вакууму, що створюється всередині.
Під час зведення металевих силосів відпадає потреба влаштування суцільної фундаментної плити. Вертикальний тиск зерна на днище силосу передається через спеціально підготовлену основу безпосередньо на ґрунт, а навантаження від стін – на кільцевій фундамент, який складається із монолітних або збірних залізобетонних конструкцій. Іноді доцільно застосовувати кільцевий пальовий фундамент.
Навантаження на фундамент від металевого силосу менше на 30%, ніж від залізобетонного, тож вага сталевого зерносховища разом із залізобетонним фундаментом становить близько 35% маси зерна, яке зберігається, водночас залізобетонне сховище за масою із зерном зрівнюється. Маючи вищу ударну в’язкість, металеві силоси більш сейсмостійкі. Їхню покрівлю виконують у вигляді конічного купола з опертям на стіни і подекуди на центральну стійку.
Фундаменти з монолітного залізобетону або пальові варто встановлювати лише під стінками й центральною стійкою. Питомі вартість і витрата сталі для силосів діаметром більше 18 м практично постійні. При цьому питома витрата сталі у них на 20 – 30% менше, ніж у залізобетонних корпусах елеваторів.
Стіни металевих силосів виготовляють із листової звичайної, нержавіючої або високовуглецевої сталі без покриття чи з антикорозійним покриттям (оцинкованої, емальованої, з гальванізованим покриттям, покритої лаком), а також із алюмінієвих листів (зазвичай для невеликих силосів). Якість оцинкованого покриття оцінюється кількістю грамів цинку на квадратний метр металу. У металевих силосах зазвичай – 275, 350 та 450 г/м2. Металеві листи різного конструктивного виконання: гладенькі, хвилясті, профільовані. Однак ці силоси мають недоліки: високу теплопровідність стін і даху; конденсацію вологи на внутрішніх стінах, що викликає потребу в проведенні теплоізоляції стін та даху або організацію аерації силосу.
Стіни металевих силосів виконані з кілець висотою 1,5 і 3 м, зварених із листової сталі. Товщина листів змінюється від 10 мм унизу до 6 мм у верхній частині. Кільця між собою сполучають шляхом зварювання. За точного виготовлення кілець можливе зварювання встик без накладки. Товщину стін можна зменшити, якщо застосувати центральну розвантажувальну трубу. Нижню частину стінки укріпляють вертикальними ребрами з кутової сталі.
Металеві силоси бувають квадратної, прямокутної, циліндричної або багатокутної форми. Останнім часом економічнішими є силоси циліндричної форми: із пласким днищем і відношенням висоти до діаметра в межах 0,5 – 1,0. Пояснюють це тим, що зі зростанням висоти силосу за постійного діаметра різко збільшується витрата металу на одиницю місткості.
Іноді силоси мають воронкоподібні днища і монтують їх на сталевих опорах. Застосування яких дає змогу відмовитися від будівництва дорогого фундаменту. Подекуди металеві силоси будують із пласким днищем, що обходиться під час виготовлення вдвічі дешевше в розрахунку на зберігання 1 т зерна. Такі силоси мають на 4 – 10% більшу місткість порівняно з силосами такого самого діаметра, але з конусоподібним днищем. Однак застосування плаского днища за наявності центрального розвантаження потребує вирішення проблеми механізованого вивантаження зерна, що залишається на днищі під кутом природного скосу. Втім, металеві силоси встановлюють і на бетонному фундаменті. У разі, якщо днище силосу має воронкоподібну форму, воно заглиблюється разом із фундаментом у землю.
Усі металеві силоси, за винятком малих розмірів, що виготовляють повністю в заводських умовах, монтують на майданчиках із укрупнених блоків заводського виготовлення. Зазвичай збірні металеві елементи на будівельних майданчиках збираються на болтах. При цьому для герметизації швів іноді застосовують пластмасові неопренові чи інші прокладки. Іноді панелі чи блоки силосів зварюють по поясах певної висоти. Невеликі силоси монтують на майданчиках із окремих зварних або збірних кілець.
Металеві силоси виготовляють із посиленням жорсткості стінок і без. Жорсткість підвищується завдяки привареним із країв листів сталевим кутикам, що з’єднуються болтами. Ребра жорсткості (вертикальні або горизонтальні) беруть на себе бічні навантаження. Інколи для підвищення міцності в силосах передбачені внутрішні ребра жорсткості, або всередині силосу встановлюють додаткові сталеві стяжки.
Навантаження від маси зерна, що передається на стіни силосу, потребує спеціальних конструктивних заходів для забезпечення стійкості стін. У зв’язку з цим стіни силосів великої висоти (12 м і вище) іноді зміцнюють ребрами жорсткості Г-подібної форми зі сталевого прокату. Для будівництва силосів середніх розмірів зазвичай використовують гофровані металеві листи, які, порівняно з пласкими, є міцнішими на розривання і вигинання. Силоси з гофрованих листів армують вертикальними стержнями, встановленими зовні. За потреби теплоізоляції облаштовують другу стіну, кріплячи її до вертикальних стержнів.
Під час спорудження силосів великих розмірів (діаметр понад 25 м) стіни із гофрованих листів виготовляють подвійними. Цього разу внутрішня стіна має вертикальне рифлення, а зовнішня – горизонтальне. Перша приймає тиск, що виникає під час тертя продукту об стінки, друга – розривні навантаження маси продукту. Це додає стінам силосу підвищену жорсткість, високий опір тиску і теплоізоляцію.
Завантажують металеві силоси стрічковими чи скребковими конвеєрами, або самопливом з норії, яка встановлена у норійній вежі. Зерно з силосів із конусним днищем вивантажується самопливом на стрічковий або скребковий конвеєр, чи за допомогою самопливної труби і шнека-підбирача. Якщо днище пласке, то вивантаження відбувається самопливом на підсилосний конвеєр (скребковий або стрічковий). Залишки зерна видаляються за допомогою скребкових конвеєрів чи шнеків, або ж аерожолобів.
Металеві силоси зазвичай обладнують установками для активного вентилювання зерна з подачею повітря через перфоровані труби, перфороване днище або спеціальні повітряні канали. Для вентилювання зерна застосовують як холодне (атмосферне), так і підігріте в електрокалорифері повітря.
