Введение
Структура для хранения урожая
Силос – это сооружение для хранения сыпучих материалов. Силосы используются в сельском хозяйстве для хранения ферментированного корма, известного как силос, что не следует путать с зерновым элеватором, который используется для хранения зерна. Силосы обычно применяются для оптового хранения зерна, угля, цемента, технического углерода, древесной щепы, продуктов питания и опилок. В настоящее время широко используются три типа силосов: башенные, бункерные и мешковые.
Сило башни
Сило для хранения – это цилиндрические конструкции, обычно диаметром от 3 до 27 м и высотой от 10 до 90 м, при этом сило из бетона, возводимые методом скользящей опалубки и Jumpform, имеют больший диаметр и высоту. Их можно изготавливать из различных материалов. Используются деревянные доски, бетонные доски, монолитный бетон и стальные панели, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки по стоимости, долговечности и герметичности. Сило, в которых хранят зерно, цемент и древесную щепу, обычно разгружают с помощью пневмотранспортеров или шнеков. Сило можно разгружать в железнодорожные вагоны, грузовики или конвейеры. Башенные силосы, содержащие силос, обычно разгружают сверху кучи, изначально вручную с помощью силосного вила – у которого гораздо больше зубьев, чем у обычного вила; 12 против 4 – а в настоящее время с использованием механических разгрузчиков. Нижние разгрузчики иногда используются, но их ремонт затруднен. Преимущество башенных силосов заключается в том, что силос хорошо уплотняется под собственным весом, за исключением верхних нескольких футов. Однако это может быть недостатком для таких материалов, как измельченная древесина. Башенный силос был изобретен Франклином Хирамом Кингом. В Канаде, Австралии и Соединенных Штатах многие сельские города или крупные фермеры в зернопроизводящих районах имеют группы деревянных или бетонных башенных силосов, известных как элеваторы, для сбора зерна из окрестных городов и его хранения и защиты перед транспортировкой по железной дороге, грузовиком или баржей на перерабатывающий завод или в экспортный порт. В годы обильного урожая излишки зерна хранятся в кучах без силосов или бункеров, что приводит к значительным потерям.
Силовые стволы из бетона
Бетонные пластовые силосы строятся из небольших предварительно изготовленных бетонных блоков с гребневыми пазами по каждому краю, которые соединяют их вместе, образуя прочную оболочку. Бетон значительно прочнее при сжатии, чем при растяжении, поэтому силос укрепляется стальными обручами, охватывающими башню и сжимающими пласты в плотное кольцо. Вертикальные стопки удерживаются вместе за счет взаимного перекрытия концов пластов на небольшом расстоянии по периметру каждого слоя, а также обручей, которые затягиваются непосредственно по краям пластов. Статическое давление материала внутри силоса, оказывающего наружное давление на пласты, увеличивается к основанию силоса, поэтому обручи могут быть расположены на большем расстоянии друг от друга в верхней части, но постепенно сближаются к низу, чтобы предотвратить раскрытие швов и утечку содержимого. Бетонные пластовые силосы строятся из стандартных компонентов, рассчитанных на высокую прочность и долгий срок службы. Они могут быть увеличены в высоту в соответствии с потребностями фермы и финансовыми возможностями фермера, или полностью разобраны и установлены в другом месте, если они больше не требуются.
Сило башни с низким содержанием кислорода
Силосы с низким содержанием кислорода предназначены для поддержания низкого содержания кислорода внутри в любое время, чтобы обеспечить высокое качество ферментированного содержимого и предотвратить образование плесени и гниение, которые могут возникать в верхних слоях традиционных силосов-стенок или бункеров. Силосы с низким содержанием кислорода открываются непосредственно в атмосферу только во время первоначальной загрузки кормов, при этом даже выгрузной желоб герметично закрыт для предотвращения проникновения воздуха. Создание такой огромной конструкции, полностью невосприимчивой к изменениям атмосферного давления с течением времени, было бы дорогостоящим. Вместо этого конструкция силоса открыта для атмосферы, но внешний воздух отделен от внутреннего воздуха большими непроницаемыми мешками, герметично прикрепленными к вентиляционным отверстиям силоса. В теплую погоду, когда силос нагревается солнцем, газ внутри расширяется, и мешки "сдуваются" и сжимаются. Ночью силос остывает, воздух внутри сжимается, и мешки "надуваются" и снова расширяются. Хотя культовые синие силосы Harvestore с низким содержанием кислорода когда-то были очень распространены, скорость их разгрузочного механизма не могла сравниться с производительностью современных бункерных силосов, что привело к снижению популярности этого типа силосов. Расходы на ремонт разгрузчиков также серьезно подорвали репутацию Harvestore, поскольку механизм подачи разгрузчика расположен в нижней части силоса под тоннами силоса. В случае обрыва цепи режущего аппарата ремонт может стоить до 10 000 долларов США. Для извлечения сломанного разгрузчика и поиска поврежденных компонентов, потерянных в силосе в нижней части конструкции, может потребоваться частичное или полное опорожнение силоса альтернативными способами. В 2005 году компания Harvestore признала эти проблемы и начала разработку новых разгрузчиков с вдвое большей производительностью, чем у предыдущих моделей, чтобы оставаться конкурентоспособными с бункерами, а также с гораздо более прочной цепью разгрузчика. Они также используют двигатели с переменной частотой и плавным пуском с датчиком нагрузки для снижения вероятности поломки механизма и управления движением питающего рукава.
Сило бункеров
Бункерные силосы – это траншеи, как правило, с бетонными стенами, которые заполняют и уплотняют тракторами и погрузчиками. Заполненную траншею накрывают пластиковой пленкой для обеспечения герметичности. Разгрузка таких силосов обычно производится трактором и погрузчиком. Они недороги и особенно хорошо подходят для крупных хозяйств.
Силовые баки
Силосные мешки — это прочные пластиковые трубки, обычно диаметром от 8 до 12 футов (2,4–3,6 м) и переменной длины, определяемой объемом хранимого материала. Заполнение мешков осуществляется специальной машиной, после чего они герметично запаиваются с обоих концов. Разгрузка производится с помощью трактора и фронтального погрузчика или погрузчика-манипулятора. Мешок удаляется по мере его разрывания и использования по частям. Силосные мешки требуют небольших капитальных затрат. Их можно использовать как временное решение при нехватке места из-за погодных условий или обильного урожая, хотя некоторые хозяйства применяют их ежегодно.
Контейнеры
Бункер обычно намного короче силоса и, как правило, используется для хранения сухих веществ, таких как цемент или зерно. Зерно часто сушат в зерносушилке перед хранением в бункере. Бункеры могут быть круглыми или квадратными, но круглые бункеры, как правило, легче опустошаются из-за отсутствия углов, в которых хранимый материал может застревать и слеживаться. Хранимый материал может быть в виде порошка, зерен или початков кукурузы. Благодаря сухой природе хранимого материала он, как правило, легче силоса и его легче обрабатывать с помощью зерноразгрузчиков, расположенных под полом. Для облегчения сушки после уборки урожая некоторые бункеры для зерна содержат полый перфорированный или сетчатый центральный вал, чтобы обеспечить более легкое проникновение воздуха в хранимое зерно.
Сило для хранения цемента
Существуют различные типы цементных силосов, такие как мобильный силос нижнего уровня и статический вертикальный цементный силос, которые используются для хранения и выгрузки цемента и других порошкообразных материалов, таких как зола-унос (PFA). Мобильные силосы нижнего уровня полностью передвижные и имеют вместимость от 100 до 750 тонн. Они просты в транспортировке и легко монтируются на месте. Обычно эти мобильные силосы оснащены электронной системой взвешивания с цифровым дисплеем и принтером. Это позволяет контролировать любое количество цемента или порошка, выгружаемого из силоса, а также точно определять остаток внутри силоса. Статические вертикальные силосы имеют вместимость от 200 до 800 тонн. Они считаются вариантом, не требующим частого обслуживания, для хранения цемента или других порошков. Цементные силосы могут использоваться в комплекте с дозирующими установками с питанием из бункера.
Силовые хранилища для песка и соли
Песок и соль для зимнего содержания дорог хранятся в конических купольных силосах (с прозрачной ферменной крышей). Они наиболее распространены в Северной Америке, особенно в Канаде и Соединенных Штатах. Форма основана на естественной форме, образующейся при складировании сыпучих материалов. Купол изготавливается из сборных деревянных панелей с настилом, установленных на круглой железобетонной платформе. Открытый навес обеспечивает легкий доступ для погрузчиков при заполнении и выгрузке. Обычно такие силосы располагаются вдоль крупных автомагистралей или основных магистральных дорог.
Пластиковые силосы
Пластиковые силосы, также известные как бункерные емкости, производятся различными способами, такими как: литье под давлением, ротационное формование и выдувное формование. Они изготавливаются из широкого спектра полиэтиленовых пластиков. Силосы имеют небольшой вес и отлично подходят для небольшого хранения зерна и кормов для фермеров, занимающихся животноводством и растениеводством. Легкая конструкция и экономичные материалы делают пластиковые силосы отличной альтернативой традиционным стальным силосам. В отличие от тканевых силосов, которые "склонны к гниению зерна и поражению вредителями, что часто вызывает разочарование у фермеров", пластиковые силосы более безопасны и надежны, обеспечивая сохранность и свежесть зерна. Они могут быть спроектированы как стационарные бункерные емкости или переносные емкости на поддонах.
Сило из тканей
Тканевые силосы состоят из тканевого мешка, подвешенного внутри жесткого несущего каркаса. Для изготовления мешка часто используются ткани на основе полиэстера, при этом особое внимание уделяется размеру пор ткани. Верхняя часть тканевого мешка часто изготавливается с немного большим размером пор, что позволяет ему выполнять функцию вентиляционного фильтра при заполнении силоса. В некоторых конструкциях в ткань вплетены металлические нити, обеспечивающие статический путь проводимости от поверхности ткани к заземлению. Каркас тканевого силоса обычно изготавливается из стали. Тканевые силосы являются привлекательным вариантом благодаря их относительно низкой стоимости по сравнению с традиционными силосами. Однако, при использовании тканевых силосов для хранения гранулированных или порошкообразных горючих материалов, стандартные методы, предписанные общепринятыми отраслевыми стандартами по предотвращению взрывов горючей пыли, не могут быть применены без проведения тщательного инженерного анализа системы.
История
На месте Тель-Цафа в южном Леванте, датируемом 5-м тысячелетием до нашей эры, обнаружены самые ранние известные силосы. Археологические раскопки и древние тексты свидетельствуют об использовании силосов в Древней Греции уже в конце VIII века до н.э.; термин "силос" происходит от греческого σιρός (siros), что означает "яма для хранения зерна". Силосные ямы, как их принято называть, издавна были распространенным способом хранения зерна в Азии. В Турции и Персии страховые агенты скупали запасы пшеницы или ячменя, когда они были относительно дешевыми, и хранили их в тайных ямах на случай неурожая. На Мальте значительные запасы пшеницы сохранялись в сотнях ям (силосов), высеченных в скалах. Один силос вмещал от 60 до 80 тонн пшеницы, которая при соблюдении необходимых мер предосторожности могла оставаться в хорошем состоянии в течение четырех лет и более. Первый современный силос – деревянный, вертикальный и заполненный зерном – был изобретен и построен в 1873 году в Спринг-Гроуве, штат Иллинойс, Фредом Хэтчем из округа Мак-Генри, штат Иллинойс, США.
Сбор кормов
Наполнение силосных башен осуществляется с помощью кормоуборочного комбайна, который может быть самоходным, оснащенным двигателем и кабиной оператора, или прицепным, приводимым в действие трактором через вал отбора мощности (ВОМ). Комбайн содержит барабан с режущими ножами, которые измельчают волокнистые растительные материалы на небольшие частицы длиной не более одного дюйма, что облегчает механизированную подачу и транспортировку с помощью шнеков. Затем измельченная растительная масса подается комбайном в прицеп для кормов, оснащенный автоматической системой выгрузки.
Наполнение башни
Заполнение башни кормом обычно выполняется с помощью силосного вентилятора – очень большого вентилятора с лопастями в форме лопастей. Материал подается в вибрирующий бункер и проталкивается в вентилятор вращающимся спиральным шнеком. Обычно к вентилятору подводится вода для добавления влаги в растительную массу, которая вдувается в силос. Вентилятор может приводиться в действие электродвигателем, но чаще используется запасной трактор. Большая медленно движущаяся конвейерная цепь под силосованной массой в прицепе для кормов перемещает кучу к передней части, где ряды вращающихся зубьев измельчают кучу и сбрасывают ее на высокоскоростной поперечный конвейер, который высыпает силос сбоку прицепа в загрузочный бункер вентилятора.
Наполнение мешками
Мешки для силоса наполняются с помощью передвижной сани, приводимой в движение от вала отбора мощности трактора, оставленного на нейтральной передаче, и которая постепенно продвигается вперед по мере наполнения мешка. Рулевое управление трактора контролирует направление укладки мешков при заполнении, однако мешки обычно укладываются в прямую линию. Загрузка в мешок осуществляется теми же методами заготовки кормов, что и при заполнении башни, но кормовой вагон должен последовательно двигаться вперед вместе с загрузчиком мешков. Загрузчик использует ряд вращающихся спиральных зубьев, имеющих форму кулачка, соединенных с большими гребневидными зубцами, для проталкивания корма в мешок. Корм подается через большое отверстие, и по мере вращения зубьев обратно, они проходят между гребневидными зубцами. Зубья-кулачки, по сути, счищают корм со стальных зубцов, удерживая корм внутри мешка. Перед началом наполнения весь мешок помещается на загрузчик в виде скомканной трубки, сложенной в несколько слоев, образуя толстый слой пластика. Поскольку пластик обладает минимальной эластичностью, механизм загрузки загрузчика немного меньше конечного размера мешка, чтобы вместить эту стопку пластика вокруг загрузочного отверстия. Пластик медленно разворачивается по краям загрузчика по мере заполнения трубки. Содержимое мешка находится под давлением в процессе заполнения, давление регулируется большим регулятором давления с тормозными колодками, удерживающим два больших барабана лебедки по обе стороны от загрузчика. Тросы от барабанов тянутся к задней части мешка, где большая сетчатая корзина удерживает задний конец мешка закрытым. Для предотвращения образования плесени и обеспечения герметичности во время ферментации концы трубки мешка собираются, складываются и перевязываются, чтобы предотвратить попадание кислорода внутрь мешка. Снятие загрузчика мешков может быть опасным для окружающих, поскольку необходимо сбросить давление и позволить задней части мешка упасть на землю.
Разгрузка башни
Силосный разгрузчик – это специальное цилиндрическое вращающееся устройство для захвата корма, используемое внутри одиночного башенного силоса. Основной рабочий элемент силосного разгрузчика подвешен в силосе на стальном тросе, намотанном на шкив, установленный в верхней центральной части крыши силоса. Вертикальное положение разгрузчика контролируется электрической лебедкой, расположенной снаружи силоса. Для летнего заполнения башенного силоса разгрузчик поднимается максимально высоко к вершине силоса и фиксируется в парковочном положении. Силос заполняется силосным вентилятором – по сути, очень большим вентилятором, который нагнетает большой объем воздуха под давлением в 10-дюймовую трубу, расположенную сбоку силоса. Небольшое количество воды добавляется в воздушный поток во время заполнения для смазки загрузочной трубы. Небольшое регулируемое сопло в верхней части, управляемое рукояткой у основания силоса, направляет силос на ближнюю, среднюю или дальнюю сторону, обеспечивая равномерное слоистое заполнение. После полного заполнения верхняя часть насыпи силоса покрывается большим листом прочного силосного пластика, который герметично закрывает доступ кислорода и позволяет всей массе начать брожение осенью. Зимой, когда животных необходимо содержать в помещении, пластик снимается, разгрузчик опускается на вершину насыпи силоса, и открывается откидная дверь сбоку силоса для выдувания силоса. На боковой поверхности силоса расположены несколько вертикальных дверей доступа, рядом с которыми находится разгрузочная труба с рядом съемных крышек по всей длине. Разгрузочная труба и двери доступа обычно закрыты большим U-образным щитком, установленным на силосе, для защиты фермера от ветра, снега и дождя во время работы. Механизм силосного разгрузчика состоит из пары встречно вращающихся зубчатых шнеков, которые разрыхляют поверхность силоса и подтягивают его к центру разгрузчика. Зубчатые шнеки вращаются по кругу вокруг центральной оси, равномерно срезая силос с поверхности насыпи. В центре большая вентиляторная установка захватывает силос и выдувает его через дверь силоса, откуда он под действием силы тяжести падает вниз по разгрузочной трубе к дну силоса, обычно в автоматизированную конвейерную систему. Оператор обычно опускает разгрузчик на полдюйма или около того за один раз, и разгрузчик захватывает лишь небольшое количество материала, пока трос лебедки не натянется и разгрузчик не перестанет захватывать материал. Затем оператор опускает разгрузчик еще на полдюйма, и процесс повторяется. Если опустить разгрузчик слишком низко, он может захватить больше материала, чем способен обработать, что приведет к переполнению и засорению вентилятора, выпускного патрубка и разгрузочной трубы, что потребует затрат времени на подъем в силос для устранения засора. После того, как силос попал в конвейерную систему, его можно распределять вручную или автоматически. Самая простая ручная система распределения использует скользящую металлическую платформу под загрузочным каналом. При открытии платформа корм падает через отверстие и по желобу в тележку, тачку или открытую кучу. При закрытии корм продолжает движение по конвейеру к другим его частям. Компьютерная автоматизация и конвейер, проходящий вдоль стойла для кормления, позволяют автоматически сбрасывать силос сверху к каждому животному, при этом количество корма настраивается для каждого места.
Безопасность
Силосы опасны, и каждый год люди погибают или получают травмы при их заполнении и обслуживании. Используемое оборудование представляет опасность, и рабочие могут упасть с лестницы или платформы башни силоса. За годы эксплуатации произошло несколько пожаров.
Опасности процесса загрузки
Для заполнения силоса требуется припарковать два трактора очень близко друг к другу, оба работающих на полной мощности и с включенными валами отбора мощности (ВОМ). Один трактор приводит в действие вентилятор для силоса, а другой – кормоуборочный прицеп, который загружает свежескошенную массу в вентилятор. Фермер должен постоянно перемещаться в этой крайне опасной среде, где вращаются валы и работают высокоскоростные конвейеры, чтобы контролировать поток материала, регулировать скорость и запускать/останавливать все оборудование между загрузками. Подготовка к заполнению силоса включает в себя подъем разгрузчика на вершину, а остатки корма у основания, которые разгрузчик не смог подобрать, необходимо убрать с пола силоса. Эта работа требует от фермера находиться непосредственно под машиной весом в несколько тонн, подвешенной на высоте пятьдесят футов и более над головой на небольшом стальном тросе. В случае падения разгрузчика фермер, скорее всего, погибнет на месте.
Опасности процесса разгрузки
Разгрузка также представляет собой особую опасность, поскольку фермер должен регулярно подниматься в силос, чтобы закрыть верхнюю дверцу и открыть нижнюю, перемещая разгрузочный рукав от дверцы к дверце в процессе. Ферментация силоса производит газ метан, который со временем выделяется и вытесняет кислород в верхней части силоса. Фермер, входящий в силос без каких-либо мер предосторожности, может задохнуться от метана, потерять сознание и незаметно умереть от удушья, прежде чем кто-либо узнает о случившемся. Необходимо либо постоянно оставлять вентилятор силоса подключенным к силосу, чтобы использовать его при необходимости для проветривания свежим воздухом, либо установить отдельную электрическую систему вентиляторов для подачи свежего воздуха в силос, прежде чем кто-либо попытается войти в него. Если механизм разгрузки забился, фермер должен подняться на силос и встать прямо на разгрузчик, чтобы руками выкопать мягкий силос из выходного отверстия вентилятора. После устранения засора корм необходимо разровнять вокруг разгрузчика равномерным слоем, чтобы разгрузчик не застрял в куче и не забился снова. На протяжении всего этого процесса фермер находится на или рядом с машиной, которая может легко убить его за секунды при случайном запуске. Это может произойти, если кто-то в коровнике непреднамеренно включит механизм разгрузки, пока кто-то работает над разгрузчиком внутри силоса. Часто при выгрузке зерна из шнека или другого отверстия внизу силоса другой работник спускается на зерно, чтобы обеспечить равномерный поток зерна. Иногда нестабильные участки зерна обрушиваются под ногами работника, находящегося на зерне; это называется захватом зерном, поскольку работник может полностью погрузиться в зерно за несколько секунд. Захват может произойти и при движении зерна, или когда рабочие очищают большие комья зерна, застрявшие на стенках силоса. Это часто приводит к смерти от удушья.
Опасность сухого материала/бана
Было также много случаев взрыва бункеров и связанных с ними воздуховодов и зданий. Если воздух внутри насыщается мелкодисперсными частицами, такими как зерновая пыль, искра может спровоцировать взрыв пыли, достаточно мощный, чтобы разрушить бетонный элеватор и соседние строения, обычно вызывая возгорание зерна и здания. Искры часто возникают из-за трения (металла) о металлические воздуховоды или из-за статического электричества, образующегося при движении пыли по воздуховодам в условиях сильной сухости. Две основные проблемы, требующие очистки бункеров, – это образование "наплывов" и "пустот". Образование наплывов происходит, когда материал перекрывает механизм выгрузки в нижней части бункера, блокируя поток хранимого материала под действием силы тяжести в выгрузочную систему. Образование пустот возникает, когда материал начинает прилипать к стенкам бункера. Это снижает полезный объем бункера и может привести к смешению нового материала со старым. Существует множество способов очистки бункера, и многие из них сопряжены с риском. Однако, начиная с начала 1990-х годов, стали доступны акустические очистители. Они не требуют вмешательства в конструкцию, имеют минимальный риск и могут предложить очень экономичный способ поддерживать чистоту бункеров для мелкодисперсных материалов.
Искусство сило
"Искусство силосов" – это недавнее и ярко выраженное австралийское художественное движение, которое зародилось в Нортхеме, Западная Австралия, в 2015 году. Силосы обычно украшают огромными настенными росписями на различные темы. Австралийский маршрут искусства силосов включает в себя 35 примеров искусства силосов на данный момент, и их количество продолжает расти. По состоянию на 2021 год ведется судебная тяжба за право использования термина "маршрут искусства силосов", при этом Совет округа Яриамбиак в Виктории пытается зарегистрировать его как товарный знак с 2017 года, а компания GrainCorp, крупнейший в Австралии оператор по хранению и переработке зерна, выступает против этого, утверждая, что термин должен быть доступен для использования многим муниципалитетам. Старые водонапорные башни также были украшены во многих региональных центрах. В Мельбурне на 23-метровом (75 футов) силосе на улице Тиннинг в пригороде Брансуик была нарисована огромная картина премьер-министра Новой Зеландии Джасинды Ардерн, обнимающей мусульманку – знаковый образ, который облетел весь мир после теракта в мечети Крайстчерча в 2019 году. Средства на создание картины были собраны за один день с помощью краудфандинга. Город Монто в регионе Северный Бернет, Квинсленд, был отмечен на туристической карте как самая северная инсталляция искусства силосов в Австралии. Его "Три луны" изображают различные истории прошлого, включая эпоху добычи золота, перегона скота и Время Сновидений. Также на старой водонапорной башне есть фреска.