Металлические силосы имеют немало скрытых проблем, на которые обязательно нужно обращать внимание во время их строительства и в дальнейшей эксплуатации. Важным и крайне необходимым является постоянный контроль верхней части силоса, где в первую очередь возможно накопление большого количества влаги и могут развиваться вредители. Порча зерна может происходить очень активно и достичь значительных объемов, особенно когда строители начинают

«экономить» и не устанавливают термоподвески с нужным количеством термодатчиков. Для тех хозяйств и элеваторов, которые планируют зернохранение в соответствии с требованиями современных технологий, во время проектирования металлических силосов следует учитывать все элементы технологии хранения зерна, в частности предусматривать возможность его активного вентилирования, которое вместе с системой термометрии позволяет предотвратить самосогревание во время хранения и обеспечить надлежащее качество зерна, особенно при длительном хранении.

Хранение зерна — теория и практика

Теоретические и практические исследования установили связь теплопроводности поверхности зернохранилищ, колебания температуры зерна в периферийных слоях с термовлагодиффузией, конденсацией и миграцией влаги. Установлено, что градиенты температур определяют контуры циркуляции воздуха и перемещения влаги.

Расположение металлических силосов большого диаметра относительно разных сторон света способствует возникновению потоков теплоты и влаги в них. В железобетонных силосах (в отличие от металлических) этих проблем нет, потому что их стены «впитывают» влагу без проблем для зерна. Поэтому во время проектирования металлических силосов для хранения зерна желательно все учитывать и предусматривать контроль температурных показателей в середине хранилища.

Следующий важный элемент контроля заключается в сезонности движения воздушных потоков. Весной холодный воздух перемещается от центральной части к днищу силоса и далее — к поверхности металлических стен и крыши. В осенне-зимний период через градиенты давления наблюдается обратная картина: движение водяного пара от холодных стен к днищу и далее в «теплую» центральную часть зерновой среды. Хранение зерна в гофрированных металлических емкостях представляет собой сложный тепломассообменный процесс, скорость диффузии влаги которого определяется градиентами температур металлической оболочки — зерновой массы. Причем перенос тепла и влаги происходит в противоположных направлениях. Отсутствие знаний о механике перемещения воздушных потоков, исследований механизма теплоотдачи от поверхности металлических силосов до зернового среды, моделей процессов миграции влаги существенно затрудняют создание эффективных систем вентилирования зерна. В связи с этим научно-инженерные разработки в этом направлении являются актуальной задачей.Важным является вентилирование всех опасных для самосогревания зерна зон — как у стен хранилища, так и в его середине. Однако, к сожалению, существующее ныне размещение термоподвесок с термодатчиками в современных металлических силосах большого диаметра как раз и не обеспечивает контроль этих самых проблемных зон.

Схемы вентилирования

Моделирование тепломассообмена, экспериментальные термометрические исследования выявили определенные механизмы термовологоперенесения в зерновой среде металлических силосов. Это — перераспределение влаги в тонком пристенном термошаре толщиной 0,10–0,15 м, который подвергается жесткому температурному воздействию солнечной радиации от крыши и верхней части гофрированных силосов. Суточное перемещение потоков влаги в пристенном термошаре толщиной 0,25–0,35 м обусловлено тепловым воздействием суточных колебаний воздушной среды. Миграция влаги в поверхностном термошаре толщиной до 1 м происходит под влиянием дифференциала температур летнего цикла. Перераспределение влаги в каждом из слоев изменяется в диапазоне 1±2% исходной влажности зерновой среды.

Для выравнивания температурных полей, устранения очагов самосогревания зерновой массы применяют активное вентилирование зерна — принудительное продувание зерновых масс наружным воздухом. Причем желательно, чтобы продувка происходила для разных слоев отдельно. Непосредственно на элеваторах применяют в основном три схемы вентилирования зерна в силосах: на всю высоту силоса по вертикали, послойное — по вертикали и поперечное — по горизонтали. Каждая из этих систем имеет преимущества и недостатки. К общему недостатку существующих вентиляционных установок относится отсутствие синхронизации аэродинамических характеристик воздуходувного оборудования и сопротивления воздушных потоков зерновой среды. Это приводит к двукратному превышению удельных энергозатрат на вентилирование в сравнении с технологически обоснованными величинами. Например, при средней температуре окружающей воздушной среды 7 °С охладить зерновую массу гофрированных металлических силосов подачей воздуха удается не ниже, чем до 14-15 °С. Это объясняется эффектом нагревания воздушных масс, которые подаются вентиляторным наддувом, на 8-12 °С через их компрессию (сжатие в зерновом столбе высотой 20 м). Поэтому более эффективным может быть вентилирование зерна путем нагнетания, а всасывания, что позволит, прежде всего, охлаждать зерно под крышей силоса. Однако технически обеспечить надежную работу системы вентилирования на всасывании очень трудно.

Испытания оборудования активного вентилирования зерна «горизонтального типа» позволили выявить их существенные энергетические преимущества. Так, удельная подача такого рода потоков может увеличиваться в 2-3 раза, если уменьшить аэродинамическое сопротивление зернового слоя в 3-4 раза. Эти системы позволяют избежать компрессии, устранить проблемы нагрева воздуха в вентиляторах, снизить сроки охлаждения зерновой насыпи до температуры окружающей среды в 2 раза.

Сегодня есть разные способы активного вентилирования зерна в металлических силосах. Многие из них потребляют в 2-3 раза больше энергии, чем нужно. Для предупреждения явлений термовлагодиффузии и конденсатообразования во время вентилирования зерна выполняют рациональное тепловлагосъем. Для этого разработана методика расчета автоматизированных систем синхронизации аэродинамических характеристик, что позволяет обосновать рациональную инженерную схему и режимные параметры. Автоматизированная система синхронизированных аэродинамических характеристик вентилирования зерна снижает на 40-60% удельные энергозатраты, а продолжительность вентилирования зерна — на 30%.