筒倉側壁與中心卸料的兩種不同卸料方式的動態超壓研究

龐照昆 原方 李丙濤 曹曉玉

摘 要：筒倉在卸料過程中會對筒壁產生動態超壓，動態超壓的現象對筒倉的生產安全產生很大隱患，動態超壓的機理尚不明確，但筒倉卸料方式會對動態壓力產生影響。所以，本文采用試驗的方法，對側壁與中心卸料兩種不同卸料方式的動態壓力進行檢測與對比，研究兩者的動態超壓系數，研究發現側壁卸料的方式動態超壓更小。

關鍵詞：動態壓力；超壓系數；筒倉

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）22-0113-02

Research on Dynamic Overpressure of Two Different Unloading

Ways for Side Wall and Central Unloading of Silos

PANG Zhaokun YUAN Fang LI Bingtao CAO Xiaoyu

（College of Civil Engineering And architecture， Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： The phenomenon of dynamic overpressure on silo wall will bring great hidden danger to the safety of silo production. The mechanism of dynamic overpressure is not clear， but the way of silo unloading will affect the dynamic pressure. Therefore， this paper used the experimental method to test and compare the dynamic pressure of two different discharging modes of side wall and center discharging， studied the dynamic overpressure coefficient of both， and found that the dynamic overpressure of side wall discharging mode was smaller.

Keywords： dynamic pressure；overpressure coefficient；silo

在查閱大量文獻的基礎上發現，國內外對筒倉卸料方式的研究起源已久，主要有兩種不同的卸料方式的研究，分別是筒倉中心卸料的方式和筒倉側壁卸料的方式。研究兩種卸料方式的動態壓力及其超壓系數是非常有必要的，因為筒倉的設計與動態壓力密切相關。近些年，因設計不規范或者沒有考慮到動態壓力而發生過很多筒倉倒塌的安全事故[1-4]。

雖然國內外有很多動態壓力研究成果，但關于卸料方式的改變對動態壓力和超壓系數的研究很少，本文以試驗的方式分析研究動態壓力與卸料方式兩者的關系，主要是對試驗的數據進行整理分析，研究兩種卸料方式的動態壓力與動態超壓系數。

1 試驗模型與試驗方案

本試驗使用的是鋼化玻璃材質的模型筒倉，筒倉高1 100mm，直徑500mm，壁厚5mm。由于使用的材質是鋼化玻璃，所以更容易觀察到筒倉內貯料的流態。模型筒倉的高徑比是2∶2，從中國筒倉標準來看，屬于深倉[5]。使用DYB-3B型電阻應變式土壓力計監測筒倉卸料過程中的動態壓力，使用采集儀器S3886電阻應變儀對動態壓力進行記錄，本文將小麥作為試驗用材料。圖1是側壁卸料模型，圖2是中心卸料模型。在平面和立面上合理布置和優化傳感器的布置位置，傳感器平面位置如圖3所示，傳感器的立面位置如圖4所示。

2 側壓力試驗

先是測量并記錄兩種不同卸料形式筒倉的靜態壓力，然后將靜態壓力與理論的靜態壓力進行對比，最后裝滿貯料進行動態壓力測試并記錄。

2.1 靜態壓力試驗

向模型筒倉均勻倒入小麥，待小麥在重力作用下達到平衡后讀取壓力傳感器的測量值，選取幾組比較接近的靜態壓力值，通過加權平均的方法取得最終的靜態壓力值。

2.2 動態壓力試驗

試驗中分別測量兩種卸料形式的動態壓力，電阻應變儀的采集頻率設定為1s/次，分別記錄不同測點在不同時間的應力應變值，然后將應力應變值代入不同傳感器的標定應力應變函數中，求出對應的動態壓力。

3 兩種不同卸料方式的超壓系數對比分析

通過動態壓力與靜態壓力的對比得到超壓系數，靜態壓力是取每個時間點的平均值，然后取相同高度處三組側墻的平均值；動態壓力取的是在卸料過程中不同測點的最大值，所以超壓系數是各個測點卸料過程動態壓力的最大值與各個對應測點靜態壓力的平均值。在試驗中發現，在筒倉側壁卸料試驗中產生的超壓系數曲線的最大值是1.28，發生的位置是0.8m深測點處（見圖5）；在筒倉底部中心卸料試驗中對比動態壓力與靜態壓力產生的超壓系數曲線的最大值是1.33，發生最大值的位置同樣是側墻A和側墻C的0.8m深測點處（見圖6）。最后再觀察整體的超壓系數可以得到，筒倉中心卸料的超壓系數大于筒倉側壁卸料方式的超壓系數。

4 結論

兩種不同卸料方式的數據對比結果如下。①通過觀察筒倉側壁卸料的試驗數據可知，動態壓力值的大小與分布于距離筒倉側壁卸料口的距離有關，即距離卸料口近的地方的壓力值比距離卸料口遠的地方的壓力值小。②對比兩種卸料方式產生的超壓系數可以發現，筒倉中心卸料方式產生的超壓系數大于筒倉側壁卸料方式產生的超壓系數。③觀察兩種卸料方式的流態可以發現，筒倉中心卸料方式出糧速度較快，且動態壓力增長較大，筒倉側壁卸料方式卸料速度比較平緩。所以，在實際應用中可以根據自己的需要選擇不同的筒倉卸料方式和設計方式，以得到更好的經濟效果。

參考文獻：

[1]賈秀琴.偏心卸料對筒倉結構的影響[J].糧油食品科技，2001（3）：43-44.

[2]Guy Mavrot，Isabelle Sochet，Patrice Bailly. Silo Vulnerability： Structural Aspects[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2003（16）：165-172.

[3]R Kiseslbach. Bursting of a Silo[J].Engineering Failure Analysis，1997（4）：49-55.

[4]歸衡石.鋼筒倉倒塌事故和貯料流動影響[J].冶金礦山設計與建設，1999（5）：50-54.

[5]中華人民共和國建設部.鋼筋混凝土筒倉設計規范（GB 50077—2003）[S].北京：中國計劃出版社，2004.