Плотность и насыпная масса навалочного груза

В эксплуатационной практике плотность насыпных и навалочных грузов характеризуется величинами «удельный вес», «объемный вес» и «насыпной вес», которые в соответствии c ГОСТ 9867-61 не должны употребляться.

Насыпные и навалочные грузы представляют собой массу частиц различной величины и формы. Между такими частицами имеется свободное пространство или «скважины». Внутри самой частицы груза также имеются свободные пространства — поры и капилляры. Следовательно, объем насыпного груза в естественном состоянии зависит от величины этих свободных пространств, и можно различить несколько определений плотности насыпного или навалочного груза.

Плотность частиц груза, или объемная масса (часто называемая удельным весом), представляет собой отношение массы q частицы груза к ее объему V₀:

 

Назовем пористостью отношение объема пор и капилляров к объему частицы груза:

 

Тогда объемная масса может быть определена по известной плотности вещества (обычно постоянная величина) и значению пористости:

d ₀= ρ(1-П)

Пористость определяет, какое количество влаги может впитать груз, если его смачивать, и является одним из факторов, способствующих слеживаемости и смерзаемости навалочных грузов.

Скважистостью называется отношение объема свободных пространств между частицами груза к объему груза:

 

Скважистость в определенной мере характеризует воздухопроницаемость груза и является составляющей величиной при определении коэффициента проницаемости груза. Еще большее влияние скважистость оказывает на насыпную плотность груза.

Насыпной массой груза (или плотностью груза) называется масса насыпного или навалочного груза в единице его объема:

 

Плотность насыпного или навалочного груза зависит от плотности вещества, пористости и скважистости, что видно из следующих уравнений:

d = d ₀ (1-С) или d= ρ(1-П)(1-С)

Скважистость и, следовательно, плотность груза зависят от формы, размеров и взаимного расположения частиц. Для сравнительной оценки и выполнения различных расчетов определяют так называемую стандартную плотность груза путем определения массы груза в мерном сосуде с внутренними размерами 1000x1000x1000 мм. Груз засыпают в ящик осторожно. Горку над ящиком снимают рейкой. Утрамбовывать и встряхивать груз в ящике нельзя. Опыт повторяют не менее трех раз и выводят среднее. Для грузов с малыми размерами частиц (54-50 мм) можно использовать алюминиевые цилиндрические баки и другие сосуды емкостью 50—100 л. Линейный размер ящика всегда должен быть больше размера частицы груза не менее чем в 10 раз. Плотность рассчитывается по формуле

 

Стандартная плотность зерновых грузов (натурный вес) определяется при помощи специального весового устройства — пурки (СЛАЙД). Наибольшее распространение имеют пурки литровые и двадцатилитровые (в морских портах). В пурках можно определить стандартную плотность пылевидных и порошкообразных грузов с размерами частиц до 5—6 мм.

Плотность насыпного и навалочного груза зависит от его свойств, влажности, способа формирования штабеля, сроков и условий хранения и перевозки груза. Изменение влажности приводит к изменению плотности груза.

Для набухающих капиллярно-пористых тел изменение насыпной массы от изменения влажности характеризуется следующей зависимостью:

 

где w — влажность груза на сухую массу, %;

н, к — индексы, относящиеся к начальному и конечному состояниям.

Отношение фактической насыпной массы d_Ф к стандартной d_CT характеризуется коэффициентом уплотнения

 

Коэффициент уплотнения насыпного груза v можно определить по формуле

v = v₀ + бρ + η,

где v₀ — коэффициент начального уплотнения;

б — коэффициент уплотнения от статической нагрузки;

ρ — нагрузка на слой, т/м²;

η — коэффициент уплотнения от вибрации.

По данным ряда исследователей плотность засыпки зерна в силосы «косой струей» на 4% выше стандартной, «дождем» — на 10%. Загрузка трюмов зерном обычно производится пневматическими перегружателями «косой струей», поэтому можно принимать для судовых условий коэффициент уплотнения зерна v — 1,04. Характер изменения плотности насыпного груза на примере сахара-сырца.

Как указывает проф. Н. Е. Пестов, плотность удобрительных веществ на глубине штабеля 10—12 м выше, чем у поверхности, на 4—33%.

Средняя плотность груза в штабеле, имеющем форму обелиска, определяется по формуле

 

где d_F, d_f — плотность у подошвы и у поверхности штабеля соответственно;

F, f — площадь нижнего и верхнего оснований штабеля.

Коэффициентом проницаемости груза называется отношение объема воды, которая может проникнуть в груз при затоплении отсека, к объему самого груза. В первом приближении коэффициент проницаемости может быть определен по формуле

 

Удельным объемом навалочного и насыпного груза и называется объем 1 т груза в естественном состоянии. Удельный объем навалочного и насыпного груза равен обратной величине насыпной массы груза. Удельный объем каменных углей колеблется в пределах 0,8—1,1 м³/т. Руды и другие полезные ископаемые имеют очень малый удельный объем, в пределах 0,2—1,2 м³/т. Зерновые грузы в зависимости от удельного объема разделяются на «тяжелые» — пшеница, рожь, ячмень, рис, горох, кукуруза в зерне (1,13-М,54 м³/т) и «легкие» — овес, подсолнух, арахис, конопляное и льняное семя (1,5-гЗ,7 м³/т).