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 dФ к стандартной dCT 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 dF, df — 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).
