막히지 않던 빈이 멈출 때: 아칭, 래트홀링, 그리고 그 원인이 되는 게이트

판재로 원뿔을 잘라 만들거나 큰 깔때기, 또는 구멍을 낸 양동이를 사용하여 쟁반 위에 세워 두라. **기계적 맞물림을 먼저 확인하라.** 가장 큰 조각이 배출구 크기의 약 3분의 1인 거친 골재를 채운다. 막힐 것이며, 배출구 위를 올려다보면 서로 끼인 채 고리 모양으로 자리 잡은 돌 서너 개가 보일 것이다. 배출구를 단계적으로 넓혀 막힘이 멈추는 크기를 찾아라. 4단계의 6~8배 규칙과 비교하라. **점착성 아칭을 두 번째로 확인하라.** 비우고 나서 파쇄 미분 또는 젖은 모래를 채운다. 구멍을 뚫어 배수되도록 하라. 이제 남은 것을 살펴보라. 가운데에는 수직 파이프 모양의 빈 공간이 있고, 벽면에는 재료가 그대로 붙어 있을 것이다. 이것이 **쥐구멍(rathole)** 현상이며, 빈은 명목상 여전히 반쯤 차 있다. 재료를 하루 동안 방치한 뒤 두 번째 시험을 다시 하라. 흐름을 시작하기가 눈에 띄게 더 어려울 것이며, 형성되는 아치는 더 넓게 걸칠 것이다. 이것이 4단계의 시간 경화(time-consolidation)이며, 빈을 교대 근무가 끝날 때 비우고 방치하지 않는 것이 바로 그 이유이다. 막힌 빈은 절대 아래에서 제거하지 말고, 배출구에 손을 넣지도 마라. 벌크 고체는 한꺼번에 무너져 내리며, 사람을 죽이는 데 큰 빈일 필요는 없다.

호퍼가 벽면에서 흐르는지 여부는 한 가지 수치로 결정되며, 그 수치는 얻기 쉽다.

이것이 이 단락에서 가장 중요한 문장이다: **게이트는 흐름을 켜고 끄는 장치이며, 피더는 유량을 조절하는 장치이다.** 두 가지는 서로 대체할 수 없으며, 하나를 다른 용도로 쓰는 것이 대부분의 빈 막힘의 원인이다. 그 이유는 5단계 계산에 있다. 반쯤 닫힌 슬라이드 게이트는 작은 배출구이며, 작은 배출구에서는 아칭이 생긴다. 운전자는 흐름이 너무 빠르다고 판단해 게이트를 조이고, 빈이 막히면 누군가 망치로 두드리고, 그 결론은 재료가 다루기 어렵다는 것이 된다. 피더는 **전체** 배출구 아래에 위치하여 전체 면적에 걸쳐 재료를 인출한다. 벨트 피더, 테이퍼 플라이트 또는 가변 피치의 스크류, 진동 트레이 등은 모두 전체 개구부가 열려 있는 상태에서 배출되는 양을 계측한다. 쉽게 실수하는 부분은 다음과 같다: 피더는 배출구의 한쪽 끝만이 아니라 전체에서 재료를 끌어와야 한다. 긴 슬롯 아래에 설치된 일정 피치 스크류는 뒤쪽 끝이 먼저 차고, 이후에는 더 이상 재료를 끌어오지 않고 이송만 하게 되어, 빈이 처음 몇 플라이트 위에 생긴 래트홀을 통해서만 비워지고 나머지는 정체된다. 스크류의 용량이 길이 방향으로 증가하도록 플라이트를 테이퍼 가공하거나 피치를 단계적으로 바꿔라. 또한 인터록을 구성하라: 피더는 빈이 채워지기 전에 시작하고 채운 후에 정지하여, 정지 시에도 빈이 가득 찬 상태로 방치되지 않도록 한다. 이 단일 순서 제어는 어떤 진동기를 설치하는 것보다도 더 많은 막힘을 예방한다.

**미국 특허 1,548,385, '피드 호퍼(Feed Hopper)', 런던의 William Edward Prescott 발명, New York의 Baker-Perkins Company Incorporated에 양도, 출원일 1923년 12월 12일, 등록일 1925년 8월 4일.** 명세서는 그 목적을 분명히 밝힌다. 믹서 같은 기계에 *'반액체성, 가소성, 분말 또는 입상 물질'*을 공급하는 호퍼이며, *'배출 또는 공급을 용이하게 하기 위해 내용물을 교반하거나 계속 움직이게 하는 개선된 수단'*을 갖춘다고 한다. 그 기구는 살펴볼 만하다. Prescott는 호퍼의 측면을 골격 구조로 만들고, 각 측면의 축에 달린 편심 캠에 의해 순차적으로 왕복 운동하는 **슬라이드식** 판으로 벽을 완성했다. 벽 자체가 계속 움직이므로 벽 가까이의 물질이 정체되지 않고, 아치가 걸릴 곳이 없다. 이는 벽을 물질이 미끄러질 만큼 매끄럽게 만드는 대신, 벽이 물질 아래에서 미끄러지게 하는 방식으로, 질량 흐름 문제를 반대쪽에서 공략한 것이다. 체계적인 이론은 나중에 나왔다. **Andrew Jenike가 University of Utah에서 수행한 연구는 1961년 Bulletin 108, 'Gravity Flow of Bulk Solids'로 발표되었으며**, 호퍼 설계를 기술에서 공학으로 바꾸었다. 유동 함수 측정, 질량 흐름과 깔때기 흐름의 구분, 4단계의 아치 계산이 모두 그의 성과다. 이 연구는 특허가 아니라 출판되었으므로 특허 번호는 주장하지 않는다. **솔직한 한계.** 아치 계산에는 물질의 비구속 항복 강도가 필요하며, 이는 빈이 실제로 겪을 압밀 상태와 수분 조건에서 전단 시험기로 측정해야 한다. 편람에서 가져온 수치는 추측에 불과하다. 질량 흐름은 높이 여유를 필요로 하고 벽 마모도 증가시킨다. 이제 모든 물질이 자기 자신 위가 아니라 벽 위에서 미끄러지기 때문이다. 라이닝된 호퍼는 라이닝이 마모된다. 그리고 물질이 변하면 호퍼 설계로 해결할 수 없다. 건조한 미분말을 위해 설계된 빈은 습한 물질에서 막히며, 날씨는 누구도 고정할 수 없는 설계 변수다.