16
Таблица 1																																	ØСначала производим расчет
																																по первому сечению.
Вари-				Шифр									Ва-				Шифр						Значения Cos a и Sin a
ант													риант																				Определяем		длины			катетов
			I се-	II сече-			L		g					I се-			II се-		L		g			a, °				Cos a		Sin a
			чение	ние										чение			чение															для первого и третьего треуголь-
																																ника, м:
1			1	1			1		1				16	6			5		1		10			31			0,8572			0,5150
																																	а1	= ℓ1 × cosa1;
2			2	2			2		2				17	7			4		2		4			32			0,8480			0,5299
																																	а3	= ℓ3 × cosa3.
3			3	3			3		3				18	8			3		3		3			33			0,8387			0,5446
																																	Рассчитываем высоту этих же
4			4	4			4		4				19	9			2		4		2			34			0,8290			0,5592
																																треугольников, м:
5			5	5			5		5				20	10			1		5		1			35			0,8192			0,5736
																																	h1 = ℓ1 × sina1;
6			6	6			6		6				21	1			5		6		1			36			0,8090			0,5878
																																	h3 = ℓ3 × sina3.
7			7	7			7		7				22	2			6		7		2			37			0,7986			0,6018
																																	Определив		высоты h1			и h3,
8			8	8			8		8				23	3			7		8		3			38			0,7880			0,6157
																																можно определить				высоту вто-
9			9	9			9		9				24	4			8		9		4			39			0,7771			0,6293
																																рого треугольника (Dh) как раз-
10			10	10			10		10				25	5			9		10		5			40			0,7660			0,6428
																																ность этих высот, м:
11			1	10			5		9				26	6			10		9		6			41			0,7547			0,6561
																																	Dh = ½h1 – h3½,
12			2	9			4		8				27	7			1		8		7			42			0,7331			0,6691
																																значение Dh берется по модулю.
13			3	8			3		7				28	8			2		7		8			43			0,7314			0,6820
																																Катет этого треугольника опре-
14			4	7			2		6				29	9			3		10		9			44			0,7193			0,6947
																																деляем по теореме Пифагора м:
15			5	6			1		5				30	10			4		6		10			45			0,7071			0,7071
																																	а2 =
																																			l 22	-	D h	2 .
Таблица 2
Ши	Первое сечение,						м / °				Второе сечение, м / °								Расстояния, м									g,		Катет а2			этого треугольника является и
фр																												т/м3		стороной прямоугольника (см. рис. 2, б).
		ℓ1 / a1		ℓ2	ℓ3 / a3						ℓ1 / a1			ℓ2		ℓ3 / a3			L1			L2			L3
																														Рассчитываем площади треугольников,
1		5 / 31		10,3	11,7 / 41							8 / 36		9,5		13,2 / 44			11			22			13			0,85
																														м2:		S1 = 1/2 × а1 × h1;
2		8 / 32		6,6	11 / 42						10 / 37			7,4		14,4 / 43			12			26			18			0,9
																														S2 = 1/2 × а2 × Dh;				S3 = 1/2 × а3 × h3.
3		5 / 33		9,3	11,1 / 43							4 / 38		6,1		7,7 / 42			19			20			17			0,92
																														Площадь			прямоугольника				определяем
4		11 / 34		5,5	13,8 / 44						12 / 39			6,4		14,8 / 41			13			24			16			0,94
																														из выражения, м2:				S = а2 × min{h1; h3}.
5		13 / 35		6,3	17,1 / 45							9 / 40		7,2		13,8 / 40			15			27			18			0,98
																														Определяем площадь сечения, м2:
6		10 / 36		8,4	16,7 / 31						11 / 41			6,9		15,2 / 39			16			29			10			1,1
																																F = S1 + S2 + S3 + S.
7		9 / 37		8,6	14,2 / 32						10 / 42			7,6		14,5 / 38			18			21			17			1,15
																														Полученная площадь – площадь перво-
8		6 / 38		5,7	9,4 / 33							7 / 43		5,4		9,5 / 37			17			24			16			1,25
																														го сечения, поэтому F1 = F.
9		12 / 39		6,4	18,6 / 34							8 / 44		7,5		12,6 / 36			14			25			19			1,3
																														ØПосле этого проводим аналогичные
10		13 / 40		8,7	19,5 / 35						12 / 45			7,7		17,2 / 35			16			20			11			1,35
																														расчеты		для второго сечения					и получен-
ную площадь обозначаем F2 = F.
Определяем объемы трех сегментов (см. рис.2, а), м3:
			V1 = ((F0				+ F1) / 2) × L1;										V2 = ((F1							+ F2) / 2) × L2;								V3 = ((F2		+ F3) / 2) × L3.
Объем всего штабеля равен сумме сегментов, м3:																								V = V1 + V2 + V3.
Определив объем штабеля V, и зная насыпную массу g, рассчитываем массу груза в штабеле, т:																																				Q = V × g.
Из всех высот первого и второго сечения находим максимальную,																													и определяем наибольшую нагрузку,									созда-
ваемую грузом в штабеле, т/м2:																			Р = max{hi} × g.

Лабораторная работа № 7. Формирование штабелей угля

Цель работы. Ознакомление с практическими методами размещения штабелей навалочных грузов(на примере угля) в порту с соблюдением правил техники безопасности и противопожарных мероприятий.

Общие указания. При хранении угля в порту наибольшее распространение имеют штабели в форме клина и обелиска. Штабели в виде конуса, пирамиды и призмы встречаются намного реже и, особенно при больших грузопотоках, менее эффективны. Это обусловлено тем, что отводимая площадь под штабели грузов в виде этих фигур намного больше (из-за проходов и проездов), чем у обелиска или клина (при одинаковом количестве груза). Угол естественного откоса a угля в штабелях зависит от многих факторов и колеблется от 30 до 45°.

При размещении угля на складах необходимо определить длину Lшт, ширину Bшт и высоту Hшт штабеля.

Ширина штабеля определяетсяшириной площадки и величинойпроходов между штабелем и конструкциями (зданиями, сооружениями, железнодорожными и подкрановыми путями, автомобильными дорогами и т. п.). Определены следующие минимальные (больше можно, меньше нельзя) величины при размещении навалочных грузов:

©расстояние от оси железнодорожного пути до штабеля – 2,5 м; ©расстояние от подкранового пути (головки рельса) – 2 м; ©проходы между штабелями – 6 м.

Большинство кранов, используемых в порту, имеют ширину портала (расстояние между головками рельсов подкрановых путей) 10,5 м. Железнодорожные пути в порту имеют туже ширину, что и вся сеть железнодорожных путей Украины – 1520 мм.

Высота штабеля определяется ограничениями, связанными с: ©использованием технической нормой нагрузки на пол склада;

©транспортными характеристиками груза.

Техническую норму нагрузки (Pт) на первой площадке принимаем равной 6 т/м2, на второй – 10 т/м2. Если задана одна площадка то нагрузка (Pт) на ней соответствует величинепервой площадки. Если заданы две площадки, то

17

антрацит лучше размещать на второй.

Для угля основное ограничение по высоте определяется транспортными характеристиками, именно склонностью к самовозгоранию. По условиям пожарной безопасности, в зависимости от марки угля и сроков хранения, оп-

ределяются допустимые высоты его штабелирования (Правила МОПОГ).

В данной работе принимаем, что высота складирования углей по транспортным характеристикам:

©антрацитов (марки, начинающиеся с буквы А) – не ограничена;

©угля марки ПЖ, ПС – 3 м;

©угля марки Т, Г, Д – 2 м.

Пространственное расположение конструктивных элементов на площадках следующее:

Øесли задана одна площадка, она распола-

гается между железнодорожными и подкрано-

выми путями (рис. 1);

Øесли

заданы две площадки, они разделя-

ются подкрановым путем и ограничиваются

железнодорожными путями (рис. 2).

Длина штабеля определяется шириной и вы-

сотой штабеля, его формой и величиной парии

груза, подлежащей штабелированию.

Порядок выполнения работы. В соответст-

Рис. 1. Схема расположения штабелей на одной площадке

вии с заданным вариантом определяем и выпи-

сываем по табл. 1:

üмарку и количество (Qшт) каждого вида

угля, т;

üколичество и

ширину(Впл)

площадки

(площадок), м:

üнасыпную массу груза g, т/м3.

Так как необходимо определить линейные

размеры

штабеля,

то

сначала, по

заданному

количеству груза для каждой марки угля опре-

Рис. 2. Схема расположения штабелей на двух площадках

деляем объем соответствующих штабелей, м3:

Vшт = Qшт / g.

Таблица 1

Вари

Марка и количество

Количество и

Насыпная

Марка и количество

Количество и

Насыпная

ант

угля, т

ширина площа-

масса гру-

Вари

угля, т

ширина площа-

масса гру-

док между рель-

за, т/м3

ант

док между рель-

за, т/м3

сами, м

сами, м

1

ПЖ–6000, АК–15000

одна 40

0,85

16

ПЖ–8000,

АС–12200

две по 23

1,10

2

ПС–6500,

АРШ–14000

две по 25

0,90

17

ПС–8800,

АП–13800

одна 49

1,15

3

Т–7600,

АС–13500

одна 38

0,95

18

Т–5200,

АП–16500

две по 21

0,95

4

Г–7500,

АП–13000

две по 26

1,00

19

Г–5800,

АК–13200

одна 39

1,05

5

Д–8200,

АШ–12500

одна 42

1,05

20

Д–5300, АРШ–13700

две по 27

0,90

6

ПЖ–7000,

АС–13200

две по 24

1,10

21

ПЖ–5000,

АК–15000

одна 57

0,85

7

ПС–7800,

АП–12800

одна 46

1,15

22

ПС–6500,

АРШ–13000

две по 36

0,90

8

Т–6200,

АП–14500

две по 22

0,95

23

Т–7600,

АС–13500

одна 67

0,95

9

Г–6800,

АК–15200

одна 36

1,05

24

Г–8500,

АП–12000

две по 38

1,00

10

Д–5300, АРШ–14700

две по 20

0,90

25

Д–9200,

АШ–13500

одна 51

1,05

11

ПЖ–4000,

АК–10000

одна 47

0,85

26

ПЖ–7000,

АС–14200

две по 33

1,10

12

ПС–5500, АРШ–12000

две по 26

0,90

27

ПС–6800,

АП–14800

одна 59

1,15

13

Т–6600,

АС–12500

одна 37

0,95

28

Т–4200,

АП–15500

две по 31

0,95

14

Г–6500,

АП–11000

две по 28

1,00

29

Г–6800,

АК–15200

одна 59

1,05

15

Д–7200,

АШ–11500

одна 41

1,05

30

Д–5300, АРШ–16700

две по 37

0,90

По заданию ширина двух площадок одинаковая (если заданы две), поэтому, рассчитав ширину штабеля на одной площадке, автоматически получаем ширину штабеля на второй.

Ширина штабеля Вшт рассчитывается как разность ширины площадки Впл и расстояний от железнодорожных и подкрановых путей.

Так как минимальное расстояние от головки рельса подкранового пути 2 м, а от оси железнодорожного пути 2,5 м, то Вшт определяем из следующего выражения, м: Вшт = Впл – 2,0 – (2,5 – 1,52 / 2).

Для марок угля ПЖ, ПС, Т, Г, Д возможная высота отсыпки штабеля (H¢) задана, а для антрацитов (марка А)

необходимо определить эту высоту, м: H¢ = Pт / g.

Для каждой марки угля рассчитываем тангенс возможного угла отсыпки груза, при условии соблюдения необходимых высот штабелей: tga = H¢ / (1/2 × Вшт).

Для штабеля каждой марки угля возможна одна из трех ситуаций:

Ø1. Если tga < 0,5774 (a < 30°), то размещение груза в штабеле в виде клина (рис. 3, а – линия 1) не возмож-

Рис. 3. Определение формы штабеля

18

но, так как a не может быть меньше 30°. Это может быть, только если специально разравнивать штабель для снижения угла, но на практике это не применяется. Тогда необходимые данные для расчетадлины штабеля (L)

следующие:

üa = 30° (повышаем до минимально возможного); üформа штабеля – обелиск (рис. 3, а – линия 2);

üH= H¢; Vоб = Vшт; B = Вшт;

üрассчитываем сторону основания A: A = 2 × H¢/ tga.

Ø2. Если 0,5774 < tga < 1,0 (30° < a < 45°), то необходимые данные для расчета длины штабеля(L)

следующие:

üa – равен полученному расчетному значению; üформа штабеля – клин;

ü H= H¢; Vкл = Vшт; B = Вшт.

Ø3. Если tga > 1,0 (a > 45°), а это не возможно, так как a не может быть больше 45° (рис. 3, б – линия 1). Теоретически, при помощи различных дорогостоящих методов, возможно повышение a, но на практике это не применяется. При высоте отсыпки H¢ и фактическом значении a ширина штабеля Вшт будет больше расчетной. При этом не будут соблюдаться необходимые расстояния от головок рельсов до штабеля, и возможна вообще засыпка рельсов грузом, что недопустимо. Тогда необходимые данные для расчета длины штабеля (L) следующие:

üa = 45° (понижаем до максимально возможного);
üформа штабеля – клин (рис. 3, б – линия 2);
ü Vкл = Vшт; B = Вшт;
üпересчитываем высоту H в сторону уменьшения:	H = Bшт × tga / 2.

Для определения длины штабелей L, используются расчетные формулы определения объемов штабелей в виде клина и обелиска (см лаб. раб. 5). Проведя не сложные преобразования расчетных формул, получим:

для клина: L = (Vкл + 1/3 × H × B2) / (1/2 × B × H);

для обелиска: L = (Vоб + 1/2×A×B×H – 1/3×H×A2)/(B×H – 1/2×A×H).

В конце работы приводится схема размещения штабелей на складе, с указанием путей, проездов, проходов и всех размеров (рис. 1 и 2).

Лабораторная работа № 8. Определение уровня заполнения емкости танка

Цель работы. Ознакомление с методикой определения количества наливного груза в танке в зависимости от конкретных температурных условий и свойства груза.

Общие указания. Плотность наливных грузов зависит оттемпературы, поэтому одна и та же масса груза при разных температурах занимает разный объем, что может привести к разливу нефтепродуктов или нерациональному использованию емкости танков.

При наливе танки необходимо заполнить так, чтобы на переходе, при повышении температуры, объем нефтепродуктов не превысил объем танка и не было разлива. Разлив нефтепродуктов ведет к большимматериальным потерям из-за уменьшения количества груза и штрафов за загрязнения окружающей среды.

С другой стороны, при максимальной температуре на переходе в танке не должно быть пустот, т. е. при загрузке танки должны быть заполнены до максимально возможной величины. Наличие недогрузки танков (пустот) приносит материальные потери (в меньшей степени, чем разлив), так как «перевозка воздуха» не оплачивается.

Т. о. необходимо прекратить загрузку танкера в определенный момент времени, когда его загрузка не превысила критических значений. Такая задача возникает только в том случае, когда груз вдальнейшем нагревается (из-за повышения температуры окружающей среды) и расширяется, т. е. при переходе из холодной зоны в более теплую. При переходе из теплой зоны в холодную, танкер просто загружается до своей грузоподъемности.

В любой случае танкер (отдельные танки) не загружается на весь свой объем, так как должен оставаться определенный свободный объем в расчете на расширение при «малом дыхании».

Для определения момента окончания загрузки танкера необходимо определить количество Q (объем V) груза, который будет загружаться в каждый танк. В свою очередь Q (V) груза зависит от уровня заполнения отдельных танков.

Для определения уровня налива груза в танке необходимо:

üзнать плотность (r) при наливе и при максимальной температуре; üзнать коэффициент объемного расширения (b) наливного груза; üиметь калибровочные таблицы танков (табл.. 1); üиметь надежные приборы для определения уровня груза.

Температура на переходе определяется погидрометеорологическим прогнозам или посправочной литературе (Атласу океанов).

Каждому значению объема в калибровочной таблице соответствуют значениявысоты уровня груза и пустоты. Поэтому вместо калибровочных таблиц можно использовать соответствующиекалиброванные шкалы уровнемеров.

В справочной литературе и в документах на груз, как правило, приводится плотность при 20°С (r20). Для ряда грузов в нормативных документах приведены таблицы изменения плотности (объема 1 т) в зависимости от температуры.

Но часто возникает вопрос определения (перерасчета) плотности для нужной температуры. Пересчет для нужной (расчетной) температуры производится по следующей формуле: rр = r + b (t – tр),

																																				19
	Таблица 1 Калибровочные таблицы емкости танков																									где r и rр –						соответственно
																									плотность				при	известной				и	расчет-
	Высота, м						Емкость,			Количество			Высота, м						Емкость,			Количество
	Уровня			Пустоты					м3		м3 на 1 см		Уровня			Пустоты				м3		м3 на 1 см			ной температуре, т/м3;
																										t и tр –			соответственно извест-
					Танк № 1													Танк №2
																									ная и расчетная температура, °С;
	10,949			0,314				491,32		0,449			11,275			0,064			813,91			0,722
																										b	–	коэффициент						объемного
	10,8			0,463				480,6		0,445			11,2			0,139			806,4			0,72
																									расширения груза, т/м3×град.
	10,6			0,663				466,4		0,44			11			0,339			786,5			0,715
																										Коэффициенты						объемного				рас-
	10,4			0,863				452,4		0,435			10,8			0,539			766,8			0,71
																									ширения			наливных				грузовb зави-
	10,2			1,063				438,6		0,43			10,6			0,739			747,3			0,705
																									сят	от		плотности, природы							налив-
	10			1,263				425		0,425			10,4			0,939			728			0,7
																									ного груза				и часто			прилагаются к
	9,8			1,463				411,6		0,42			10,2			1,139			708,9			0,695
																									документам на груз.
	9,6			1,663				398,4		0,415			10			1,339			690			0,69
																										Порядок выполнения работы. В
	9,4			1,863				385,4		0,41			9,8			1,539			671,3			0,685
																									соответствии					с	заданнымвариан-
	9,2			2,063				372,6		0,405			9,6			1,739			652,8			0,68
																									том		определяем				и	выписываем из
	9			2,263				360		0,4			9,4			1,939			634,5			0,675
																									табл. 2:
	8,8			2,463				347,6		0,395			9,2			2,139			616,4			0,67
																										üномер заданного танка;
	8,6			2,663				335,4		0,39			9			2,339			598,5			0,665
																										üтемпературу					груза		при		наливе
	8,4			2,863				323,4		0,385			8,8			2,539			580,8			0,66
																									(tн), °С;
	8,2			3,063				311,6		0,38			8,6			2,739			563,3			0,655
																										üмаксимальную								температуру
					Танк № 3													Танк №4
																									груза на переходе (tmax), °С;
	10,551			0,388				536,79		0,509			10,951			0,098			792,59			0,724				üплотность груза по справочни-
	10,4			0,539				525,2		0,505			10,8			0,249			777,6			0,72							3
																									ку (r20), т/м .
	10,2			0,739				510		0,5			10,6			0,449			757,9			0,715										отплотности
																										В	зависимости
	10			0,939				495		0,495			10,4			0,649			738,4			0,71			груза		r20		по табл. 3 определяем
	9,8			1,139				480,2		0,49			10,2			0,849			719,1			0,705			коэффициент					объемного				расшире-
	9,6			1,339				465,6		0,485			10			1,049			700			0,7			ния b.
	9,4			1,539				451,2		0,48			9,8			1,249			681,1			0,695				Для этого находим в табл. 2
	9,2			1,739				437		0,475			9,6			1,449			662,4			0,69			строку с двумя значениямиr, ме-
	9			1,939				423		0,47			9,4			1,649			643,9			0,685			жду		которыми				попадает				заданное
	8,8			2,139				409,2		0,465			9,2			1,849			625,6			0,68			значение			r20,		и,	напротив,				из	ко-
	8,6			2,339				395,6		0,46			9			2,049			607,5			0,675
																									лонки b выбираем его значение.
	8,4			2,539				382,2		0,455			8,8			2,249			589,6			0,67				Зная		температуры					при наливе
	8,2			2,739				369		0,45			8,6			2,449			571,9			0,665			tн	и	максимальную на								переходе
	8			2,939				356		0,445			8,4			2,649			554,4			0,66			tmax,		рассчитываем плотность
	7,8			3,139				343,2		0,44			8,2			2,849			537,1			0,655			при наливе rн и максимальной
	Таблица 2																							температуре rmax, т/м3:
	Вари-			№		tн,			tmax,		r20,	Вари-			№			tн,		tmax,		r20,			rmax = r20 + b × (20 – tmax);
	ант		танка			°С			°С		т/м3		ант	танка				°С		°С		т/м3			rн = r20 + b × (20							– tн).
	1		1			0			21		0,7045		16		4			0		21		0,8545			По калибровочным таблицам танков
	2		2			3			23		0,7156		17		1			3		23		0,8656		(табл. 3) находим для заданного танка
	3		3			6			22		0,7289		18		2			6		22		0,8789		максимальный					объем Vmax,					который
	4		4			9			28		0,7312		19		3			9		28		0,8812		может занять груз при tmax.
	5		1			12			25		0,7490		20		4			12		25		0,8990			Для этого в табл. 3 находится задан-
	6		2			15			20		0,7509		21		1			15		20		0,9009		ный танк и в соответствующей колонке
	7		3			13			27		0,7656		22		2			13		27		0,9156		объема (емкости) выбирается											макси-
																								мальное (наибольшее) значение из всех
	8		4			10			31		0,7734		23		3			10		31		0,9234
																								приведенных.
	9		1			14			26		0,7856		24		4			14		26		0,9356
																									Определяем расчетную массу груза
	10		2			11			19		0,7978		25		1			11		19		0,9478
																								Qр при этой температуре, т:
	11		3			7			13		0,8080		26		2			7		13		0,9580
																										Qр = Vmax × rmax.
	12		4			5			19		0,8190		27		3			5		19		0,9690
																									Так как количество (масса) груза от
	13		1			10			29		0,8234		28		4			10		29		0,9734
																								температуры					не	зависит,			то		можем
	14		2			13			22		0,8356		29		1			13		22		0,9856
																								определить				объем			груза		приналиве
	15		3			17			25		0,8487		30		2			17		25		0,9987
																								Vн,м3:						Vн = Q / rн.

Вкалибровочной таблице находим (выписываем) табличный объем Vт (м3), значение которого наиболее близкое

крассчитанному объемуVн. Для этого в табл. 3 для заданного танка в колонке объема (емкости) находим два ближайших (соседних) объема, между которыми находится значениеVн. Сначала находим разницу междуVн и верхним значением, затем между Vн и нижним. То значение, разница между которым наименьшая, и будет Vт.

По строке, соответствующей Vт, определяем (выписываем) табличные значения:

üвысоты уровня груза hут, м; üвысоты пустоты hпт, м;

üколичество м3, которое надо залить (слить) в танк, чтобы уровень груза изменился на 1 см n, м3/см. Определяем приращение рассчитанного объема к табличному DV, м3: DV = Vн – Vт.