Бункер, который перестаёт течь: сводообразование, образование «крысиного хода» и затвор, который это вызывает

Вырежьте конус из листа — или используйте большую воронку, или ведро с отверстием в дне — и установите его над лотком. **Сначала механическое зацепление.** Заполните его крупным заполнителем, наибольшие куски которого составляют примерно треть размера выпускного отверстия. Он заклинит, и если вы заглянете в выпускное отверстие, то увидите три-четыре камня, зажатых друг о друга в кольцо. Увеличивайте выпускное отверстие поэтапно и найдите размер, при котором заклинивание прекращается. Сравните с правилом «в шесть-восемь раз» из шага 4. **Во-вторых, когезионное сводообразование.** Освободите его и заполните мелкой дробленой фракцией или влажным песком. Пробейте отверстие и дайте материалу стечь. Теперь посмотрите, что осталось: вертикальная труба по центру с материалом, нетронуто стоящим у стенок. Это **крысиный ход (rathole)**, а бункер при этом номинально всё ещё наполовину полон. Повторите второй тест после того, как материал простоит сутки. Его будет заметно труднее сдвинуть с места, а образуемый им свод будет перекрывать больший пролёт. Это и есть уплотнение во времени из шага 4, и именно поэтому бункеры опустошают в конце смены, а не оставляют стоять. Никогда не очищайте заблокированный бункер снизу и никогда не засовывайте руку в выпускное отверстие. Сыпучий материал, который внезапно обрушивается, делает это сразу целиком, и для гибели человека бункер не обязательно должен быть большим.

Будет ли бункер течь у стенки, решает одно число, и получить его нетрудно. Возьмите плоскую пластину из того материала, из которого на самом деле сделан бункер, — не «сталь», а именно ту сталь, из которой он сделан, в том состоянии, в котором она находится: ржавая, окрашенная, футерованная, полированная. Положите на неё неглубокое открытое снизу кольцо из вашего сыпучего материала. Медленно наклоняйте пластину, пока материал не начнёт скользить. Тангенс этого угла и есть коэффициент трения о стенку. Запишите угол, материал, поверхность и влажность — все четыре, потому что изменение любого из них меняет результат. Теперь повторите измерение с другой поверхностью. Лист полированной нержавеющей стали или кусок UHMW полиэтилена рядом с куском ржавой конструкционной стали — это показательный пример: тот же материал, который не сдвинется на одной поверхности, будет легко скользить по другой. Футеровка бункера — это не малярная работа, а изменение механики процесса. И повторите измерение после того, как образец пролежал во влажном состоянии за ночь. Трение о стенку — наименее постоянная «константа» в этом ряду.

Это предложение важнее всего в этом разделе: **затвор включает и выключает поток, а питатель регулирует его скорость.** Они не взаимозаменяемы, и использование одного вместо другого — главная причина блокировок большинства бункеров. Причина кроется в арифметике из шага 5. Частично закрытый шиберный затвор — это небольшое выпускное отверстие, а небольшое отверстие образует свод. Оператор дросселирует его, потому что поток слишком быстрый, бункер блокируется, по нему бьют молотком, и делается вывод, что материал трудный. Питатель располагается под **полным** выпускным отверстием и извлекает материал по всей его площади. Ленточный питатель, шнек с конусным или переменным шагом, вибрационный лоток — каждый из них дозирует выходящий поток, пока всё отверстие остаётся открытым. Деталь, которую легко упустить: питатель должен забирать материал по всему выпускному отверстию, а не только с одного его конца. Обычный шнек с постоянным шагом под длинной щелью заполняется у заднего конца, а затем транспортирует материал без дальнейшего извлечения, поэтому бункер опорожняется через воронку над первыми несколькими витками, а остальная часть стоит на месте. Сделайте виток конусным или ступенчато увеличивайте шаг, чтобы производительность шнека возрастала по его длине. И создайте блокировку: питатель запускается до заполнения бункера и останавливается после его опорожнения, чтобы бункер никогда не оставался полным во время остановки. Именно эта единственная последовательность операций предотвращает больше блокировок, чем любой установленный вибратор.

**US 1,548,385, 'Feed Hopper', William Edward Prescott of London, assignor to Baker-Perkins Company Incorporated of New York, application filed 12 December 1923, granted 4 August 1925.** В описании прямо указано его назначение: бункеры для подачи в такие машины, как смесители, *'полужидких, пластичных, порошкообразных или гранулированных веществ'*, с *'улучшенными средствами для перемешивания или поддержания движения содержимого с целью облегчения выгрузки или подачи.'* Механизм заслуживает внимания. Prescott выполняет боковые стенки бункера как каркасную конструкцию и завершает стенки пластинами, которые **скользят**, последовательно приводимыми в движение эксцентриками на валах вдоль каждой стороны. Сама стенка продолжает двигаться, поэтому материал у стенки не может остановиться, и свод не имеет опоры, от которой мог бы образоваться. Это задача массового истечения, решаемая с другого конца: вместо того чтобы сделать стенку достаточно скользкой для скольжения материала, стенку заставляют скользить под материалом. Систематическая теория появилась позже. **Работа Эндрю Дженике в Университете Юты, опубликованная в 1961 году как Bulletin 108, 'Gravity Flow of Bulk Solids'**, превратила проектирование бункеров из ремесла в инженерную дисциплину: измерение функции течения, различие между массовым истечением и истечением по воронке, а также расчёт сводообразования на шаге 4 принадлежат ему. Номер патента для этой работы не заявляется, поскольку она была опубликована, а не запатентована. **Честные ограничения.** Расчёт сводообразования требует предела текучести материала в неограниченном состоянии, который необходимо измерять на сдвиговом приборе при уплотнении и влажности, которые фактически будет иметь бункер; число из справочника является догадкой. Массовое истечение требует дополнительной высоты и приводит к износу стенок, поскольку весь материал теперь скользит по стенке, а не по самому себе. Футерованные бункеры изнашивают футеровку. И никакой расчёт бункера не поможет материалу, который меняет свойства: бункер, рассчитанный на сухие мелкие фракции, забьётся влажными, а погода не является параметром проектирования, который кто-либо может зафиксировать.