Номенклатура и свойства навалочных грузов

Навалочными называются сухие грузы, перевозимые без тары — навалом. По транспортной классификации навалочные грузы относятся к виду грузов, опасных возможностью смещения, и делятся на два класса:

класс 1-й — незерновые навалочные;

класс 2-й — зерновые грузы.

При погрузке навалочных грузов на судно не требуется их специальной укладки и крепления. Грузы состоят из большого количества частиц разных форм и размеров (некоторые сорта угля имеют частицы в виде пыли, а бывают «частицы» массой до нескольких сотен килограммов): частицы обладают подвижностью, которая характеризуется углом естественного откоса или сопротивлением сдвигу; пространство между частицами заполнено воздухом (газом) или воздухом и водой.

Степень и вид опасности при морской перевозке навалочных грузов определяется способностью грузов: смещатьст к борту и создавать крен судна; разжижаться и перетекать к борту; самонагреваться и самовозгораться; создавать повышенные концентрации ядовитых и взрывоопасных газов; понижать концентрацию кислорода в атмосфере грузовых помещений; нарушать местную или общую прочность корпуса судна; химически активно взаимодействовать с металлом корпуса судна и механизмов; вызывать порывистую качку (из-за низкого положения центра тяжести груженого судна).

Специфические свойства навалочных грузов можно разделить на физические, химические и биологические.

К физическим свойствам относятся: сыпучесть, способность к усадке и самосортировке, плотность, скважистость, сорбционность, тепло-и температуропроводность, абразивность, гранулометрический состав. К химическим свойствам относятся: самосогревание, самовозгорание, взрывоопасность, коррозионность.

Теплопроводность - вид теплопередачи при котором перенос тепла осуществляется на атомно-молекулярном уровне без макроскопических движений в теле. За единицу теплопроводности принята теплопроводность такой среды, в которой сквозь единицу поверхности, перпендикулярной направлению потока, при температурном градиенте, равном единице температуры на единицу длины, устанавливается тепловой поток, равный единице количества теплоты в единицу времени. Размерность – Вт/(м*К).

Температуропроводность - это скорость повышения температуры, происходящей в единице объема вещества, если ему сообщить количество теплоты, численно равное его теплопроводности. Размерность – м²/с.

Биологическими свойствами из навалочных грузов обладают только зерновые, которые продолжают свою жизнедеятельность в форме дыхания, дозревания, прорастания и т. п.

Навалочный груз может быть в трех транспортных состояниях: относительно монолитном, сыпучем и разжижающемся.

Первое состояние характерно для грузов с углом естественного откоса более 35° и рудных концентратов при малой влажности;

второе состояние — для зерновых и других грузов с углом естественного откоса не более 35°;

третье — для рудных концентратов и подобных им грузов при повышенной влажности. Под действием динамических нагрузок при погрузке и перевозке навалочный груз может перейти из монолитного состояния в сыпучее; некоторые грузы при увлажнении и действии динамических нагрузок могут перейти из сыпучего состояния в разжиженное.

Навалочные грузы имеют свободные пространства внутри отдельных кусков (поры и капилляры) и между кусками (назовем их условно скважинами). Следовательно, если какая-либо закрытая емкость заполнена однородным навалочным грузом массой G, то объем V груза равен вместимости емкости и слагается из объема Vв вещества самих кусков или частиц, объема капилляров и пор Vп, скважин между кусками Vc:

V = Vв+Vп+Vc

Пустоты (поры и капилляры) могут быть заполнены воздухом (иным газом), водой. Такая структура определяет важнейшие физические свойства и характеристики навалочных грузов.

Отношение массы G груза к суммарному объему вещества Vв груза и капилляров Vп во всех частицах груза называется объемной массой навалочного груза:

ρ_о= G/ (Vв +Vп)

Для частицы груза отношение объема пор и капилляров Vпо к объему самой частицы называется пористостью Кп:

Kп = Vпo/(Vво+Vпо)

Величина Кп определяет, какое количество влаги может впитать груз при его смачивании, а от этого зависит слеживаемость и смерзаемость груза.

Скважистость Кс — отношение объема свободного пространства между частицами груза к объему самого груза:

Kс=Vс/V

Величина Кс характеризует воздухопроницаемость груза. Отношение массы G груза к общему объему V груза называется насыпной массой навалочного груза ρ:

ρ=G/(Vв+Vп+Vс)=G/V

Стандартной плотностью навалочного груза является масса груза в мерном ящике с внутренними размерами 1000х1000х1000 мм. Используются и другие мерные сосуды разной, но точно известной вместимости. Линейные размеры мерного ящика или сосуда должны быть больше размеров частиц не менее чем в 10 раз.

Стандартная плотность зерновых грузов (называется иногда натурой зерна), а также пылевидных и порошкообразных определяется при помощи специального весового устройства — пурки вместимостью обычно 1 л или 20 л (0,002 м3).

Плотность навалочных грузов способна меняться под действием динамических сил и статистических нагрузок вследствие более компактной укладки частиц и уменьшения скважистости. Изменение плотности груза зависит от способа и высоты загрузки (штабеля), интенсивности действия внешних сил (вибрация и качка судна). Уплотнение груза под действием разных нагрузок характеризуется коэффициентом уплотнения Ку, который представляет собой отношение фактической насыпной массы ρ_ф к стандартной ρ_ст:

Ку= ρ_ф/ ρ_ст

При морской перевозке уплотнение навалочного груза характеризуется усадкой ΔV, которая определяется (в процентах) через объемы груза до уплотнения (V₁) и после (V₂):

ΔV = (1 — V₁/ V₂)*100 = (Ky- 1)* 100

Под влиянием вибрации, качки, статического давления вышележащих слоев груза объем груза уменьшается, в трюмах образуются пустоты и свободная поверхность груза. Такое явление резко отрицательно влияет на остойчивость судна.

Коэффициент проницаемости навалочного груза Кпр — это отношение объема свободных пространств в грузе к объему самого груза:

Knv = (Vn+Vc)/V

По физическому смыслу Кпр характеризует количество воды, которое может проникнуть в груз, например при затоплении трюма, полностью загруженного навалочным грузом.

Величина, обратная насыпной массе навалочного груза, называется удельным объемом груза; она равна объему, занимаемому грузом массой 1 т в естественном состоянии.

Влажность — важная транспортная характеристика навалочного груза. Обычный способ ее определения — высушивание образца в сушильном шкафу при температуре 105—110°С до достижения постоянного веса пробы. Влажность w° груза (в процентах) в этом опыте определяется как отношение массы влаги, испарившейся при высушивании g_вл, к первоначальной массе образца g_об, называется относительной влажностью навалочного груза:

w°=100* g_вл/ g_об

Отношение массы испарившейся влаги к массе сухого остатка после высушивания g_с (в процентах) называется абсолютной влажностью груза:

w=100* g_вл/ g_с

Наиболее удобно на практике применение приборов, использующих кондуктометрический метод, основанный на принципе замера электрического сопротивления образца груза, помещенного между двумя электродами (приборы типа ВЭ-2, ВП-4).

Влажность груза в значительной мере определяет состояние и поведение груза под воздействием статических и динамических нагрузок. С увеличением влажности угол естественного откоса растет до определенного предела, затем резко снижается; влияние влажности на объемную массу груза разное в зависимости от гранулометрического состава груза; изменение влажности влияет на силы сцепления и прочностные характеристики груза.