Bij de bouw van de eerste grote silos voor de opslag van graan in het midden van de 19e eeuw gingen ze er nog vanuit dat bulkgoederen zich als vloeistoffen gedragen Ze hielden dus rekening met een hydrostatisch drukverloop Dat bleek een misverstand Toch bleef er een negentiende eeuwse theorie tot op de dag van vandaag bestand Opslag Doorontwikkelde theorie vervat in norm Belasting van silowanden Bij de bouw van de eerste grote silos voor de opslag van graan in het midden van de 19e eeuw gingen ze er nog vanuit dat bulkgoederen zich als vloeistoffen gedragen Ze hielden dus rekening met een hydrostatisch drukverloop Dat bleek een misverstand Toch bleef er een negentiende eeuwse theorie tot op de dag van vandaag bestand Ir Gerard Haaker en Ir Piet van der Kooi Rond 1895 toonde de Duitse ingenieur Janssen met een aantal proeven aan dat door het optreden van wandwrijving in een bulksilo de druk minder dan lineair met de diepte toeneemt Hij komt zelfs nooit boven een bepaalde maximale waarde uit Janssen stelde een theoretisch model op voor het drukverloop en de formules die van dat model werden afgeleid vormen tot op heden mede de basis van onze siloberekeningen De klassieke Janssentheorie Omstreeks 1895 verrichtte Janssen een aantal metingen bij vierkante houten graansilos waarbij met verschillende vulhoogtes de druk op de vlakke bodem met een weegschaal werd bepaald De gemeten bodemdrukken bleken hierbij minder dan lineair met de vulhoogte toe te nemen en asymptotisch naar een maximale grenswaarde te lopen Deze grenswaarde bleek afhankelijk van de wandwrijvingscoefficient 956 w en van de verhouding tussen oppervlak A en omtrek O van de dwarsdoorsnede van de silo Figuur 1 De silodrukformules zoals al in 1896 afgeleid door Janssen Solids Processing Nr 4 september 2007 26 27 Solids Processing Nr 4 september 2007 silo is bezweken door het optreden van plooi onderin de cilinderwand Om in de veelheid van berekeningsmethoden en normen in Europa wat eenheid te brengen startten eind jaren 80 de eerste gesprekken Op deze Europese norm komen we een volgende keer terugn materiaal maar moet met full scale tests of door vergelijking worden bepaald Voor de in de tabel ontbrekende stortgoederen werd opgemerkt dat de gegevens hiervan via vergelijking met bekende producten of via meting moesten worden vastgesteld Voor sterk cohesieve materialen mag de norm worden toegepast indien de zekerheid bestaat dat de uitstroming geen problemen zal opleveren Voor dit type materialen werd aanbevolen de benodigde eigenschappen met een shearcell te meten en op basis hiervan de silo te dimensioneren Werken met de norm leek redelijk maar bleek in de praktijk toch nog wel eens mis te lopen met forse beschadigingen aan silos als gevolg In fig3 staat een voorbeeld waar een aluminium geldt vooral wanneer de gehele massa in de silo in beweging is massastroming maar ook in het geval van kernstroming kunnen dergelijke piekspanningen wel voorkomen Dan wordt er meestal een trechter in het bulkmateriaal zelf gevormd Waar deze trechter de silowand raakt zal ook een piek optreden maar het aanwezige bulkmateriaal zal deze wat dempen zodat de silowand minder last ondervindt Silonormen Meerdere landen stelden in de loop der tijd silonormen op om de belastingen te voorspellen Er bestonden wel plannen in Nederland voor een eigen norm maar veelal wordt de Duitse norm DIN 1055 deel 6 gevolgd Deze norm voor het eerst uitgekomen in 1964 en gebaseerd op de theorie van Janssen beperkte zich tot vrijstromende en licht cohesieve materialen Maar in de praktijk komen toch veel cohesieve materialen voor Een ander bezwaar van deze norm was dat de wandwrijvingshoek niet apart werd beschouwd maar als deel van de inwendige wrijvingshoek berekend De norm maakte wel onderscheid tussen de vul en de leegstroomsituatie en hield rekening met de invloed van een excentrische uitloop In 1977 kwam vooruitlopend op een complete herziening van de norm een serie aanvullende voorschriften uit Hierin werd nogmaals aangegeven dat organisch cohesieve materialen niet volgens de norm mochten worden berekend De vraag bleef hoe dan wel Bovendien werd in de voorschriften een aantal toeslagfactoren ingevoerd In 1987 verscheen een geheel nieuwe versie waarin een redelijk bruikbare berekenmethode werd gepresenteerd voor zowel de cilinder als de trechter Deze versie voorzag een stromingspatroon met mogelijk optredende piekspanningen bij massastroming Door een aantal toeslagen werd het dynamische gedrag tijdens uitstromen via een ongelijkvormige belasting verrekend De norm vermeldde voor twaalf materialen de benodigde gegevens terwijl in een aanvullend commentaar nog een niet officiele tabel werd gegeven met de relevante waarden voor twaalf andere materialen Belangrijk nadeel vormt de berekening van de ongelijkmatige belasting met de factor die de goedaardigheid of de boosaardigheid van het materiaal weergeeft Deze factor is niet te meten aan het tussen de vul en de leegloopsituatie dat het stromingspatroon invloed had op de belastingen en dat wijzigingen in het interne spanningsverloop gepaard konden gaan met hoge lokale wandspanningen Tevens werd onderkend dat door het dynamische gedrag tijdens het uitstromen de spanningen ook grote variaties vertoonden Deze nieuwe inzichten leiden in veel landen tot praktijkregels en normen die niet altijd eenvoudig toepasbaar bleken en bij vergelijking tot nogal verschillende resultaten leiden Als voorbeeld is in figuur 2 de wandbelasting weergegeven zoals in de jaren 80 berekend volgens een aantal toen bekende methoden of codes Het is duidelijk dat afhankelijk van de gekozen berekeningswijze nogal wat verschillen in de te verwachten wandbelasting optreden Stroming en wandbelastingen Zoals al verteld gelden de klassieke Janssenformules in feite alleen voor de vulsituatie Tijdens het vullen van een silo zal het bulkmateriaal in verticale zin wat in elkaar worden gedrukt vanwege de druk van bovenliggende lagen De grootste spanning zal in deze situatie ook verticaal gericht zijn we spreken dan van een actief spanningsveld Wanneer nu de uitlaatklep wordt geopend of de losapparatuur gestart zal het materiaal in de trechter gaan stromen Hierdoor zal het materiaal in verticale richting wat expanderen terwijl door de vorm van de trechter een contractie van het materiaal in horizontale zin zal plaatsvinden De grootste spanning past zich bij de vervorming aan en zal nu dus horizontaal zijn een zogenaamd passief spanningsveld Deze omslag van actief naar passief zal onderin de trechter beginnen en doorzetten tot aan de overgang naar de cilinder Hierbij treedt een forse lokale piekspanning op de wand op die ook onderin de trechter begint en bij de overgang als continue piek blijft werken de zg switchbelasting Deze piekspanningen zijn ook theoretisch af te leiden uit de Janssenvergelijkingen Ze zijn in de praktijk experimenteel gemeten Helaas is de exacte grootte van deze spanningspieken en het wandgedeelte waarover ze werkzaam zijn niet nauwkeurig vast te stellen Deze piekspanningen zijn ter plaatse van de overgang cilinderconus meestal goed in de siloconstructie op te vangen Daar vindt ook vaak de totale siloondersteuning plaats Bovenstaande In zijn theoretische analyse nam Janssen aan dat de verticale belasting 963 z gelijkmatig is verdeeld en hij bekeek het verticale evenwicht over een schijf materiaal met dikte dz zoals aangegeven in figuur 1 Uit de evenwichtsvergelijking 1 kunnen met wat aannames de klassieke formules voor de belastingen 3 4 5 worden afgeleid Hieruit blijkt dat de spanningen minder dan lineair met de diepte toenemen en bij voldoende diepte een grenswaarde z naderen die wordt bepaald door AO 955 956 w en 947 b Het toepassen van deze formules vraagt correcte waarden van 956 w 955 en 947 b om een redelijke benadering van de silodrukken te krijgen Verder wordt in feite alleen naar de vulsituatie gekeken en geen rekening gehouden met het dynamische gedrag van het materiaal tijdens het leeglopen Modificaties van de silotheorie Het Janssenmodel voldeed tot ca 1950 redelijk maar daarna leidde de ontwikkeling van en betere kennis over constructiematerialen en methoden tot lagere veiligheidsfactoren Hierdoor werd ook een betere bepaling van de belastingen noodzakelijk Dit resulteerde in een veelvoud aan theoretisch en experimenteel onderzoek waaruit al ras bleek dat het probleem van silobelastingen erg complex was en er niet snel een exacte oplossing zou komen De voorgestelde oplossingen waren steeds gebaseerd op vereenvoudigingen en soms simpele benaderingen Ze hebben zeker bijgedragen tot een beter begrip van het probleem Duidelijk was dat er verschillen bestonden

Solids Processing Fluids Processing MB Maintenance SchuettgutPortal

Nieuwsbrief archief

Linked

Abonneren

ContactDisclaimerPrivacyAdverteren