Instalatii Si Utilaje Specifice Operatiunilor Desfasurate In Terminalele de Marfuri Solide Vrac

Instalații și utilaje specifice operatiunilor desfasurate in terminalele de mărfuri solide vrac

2.1. Tipuri de instalatii portuare de operare

Principala activitatea a unui port consta in efectuarea operatiunilor de manipulare a marfurilor care trebuie astfel executate incat sa conduca la costuri cat mai reduse si sa asigure circulatia rapida si in deplina securitate si integritate a marfurilor in port.

Aceasta se poate realiza numai prin adoptarea unui indice inalt de mecanizare si printr-o organizare rationala, urmarind reducerea timpului de stationare a navelor, a vagoanelor de cale ferata si a mijloacelor auto si deci o diminuare a parcului pentru acelasi volum de trafic, precum si marirea capacitatii de operare a danelor, ceea ce va avea un efect economic si asupra constructiei portului.

Procesul de manipulare a marfurilor se poate desfasura in diverse scheme tehnologice, fiecare avand specificul sau si necesitand utilaje adecvate, precum:

transbord direct -respectiv direct de la / la mijlocul de transport la / de la navă

transbord semidirect- în care are loc o depozitare temporară în port, în apropierea navei;

transbord indirect- când există 2 etape pe fluxul de transfer al mărfurilor de la / la mijloacele de transport terestru la / de la navă:

în cazul exportului sau tranzitului de export:

– transferul de la mijlocul de transport la magazie;

– transferul de la magazie la navă,

în cazul importului sau tranzitului de import

– transferul de la navă la magazie;

– transferul de la magazie la mijlocul de transport.

In afara de procesul de descarcare sau incarcare a navei, trebuie avute in vedere si operatiunile din interiorul navei, vagoanelor sau depozitelor.

Un pas important in sporirea eficientei mecanizarii proceselor de manipulare a marfurilor s-a facut prin introducerea automatizarii, prin care dirijarea masinilor se face automat pe baza unor scheme de lucru stabilite anterior. In acest caz personalul de exploatare trebuie sa urmareasca desfasurarea corecta a operatiunilor.

Toate utilajele si instalatiile aferente operatiunilor de transbord, se pot imparti in doua mari categorii (figura 2.1) dupa principul de functionare:

utilaje cu actiune ciclica la care se deosebesc faze distincte de lucru: apucarea sarcinii, ridicarea acesteia, deplasarea pe orizontala, coborarea si revenirea pentru manipularea unei noi sarcini.In aceasta categorie intra in special macaralele (Figura 2.1.a) ;

utilaje cu actiune continua la care sarcina se deplaseaza continuu.Acestei categorii ii apatin utilajele echipate cu benzi transportoare, conductele prin are circula produsele lichide, conductele pneumatice (Figura 2.1.b) prin care odata cu curentul de aer se deplaseaza marfuri pulverulente sau granulare (ciment, cereale)

Figura 2.1. a) Descarcarea de la nava la vagon cu macaraua de cheu cu graifer

b) Descarcarea de la nava la cheu cu turbosuflanta

2.1.2.Transportatoare cu banda si elevatoare

Transportatoarele cu banda se utilizeaza ca utilaje independente pentru deplasarea pe orizontala sau pe directie inclinata a marfurilor sau ca parti componente ale unor instalatii. Transportatoarele cu banda pot fi fixe sau mobile.Cele mobile cu lungimi de cca.20 m sunt fixate pe un cadru metalic pe roti care poate sa-si modifice inclinarea si nivelul de deversare. Unghiul de inclinare a transportatorului trebuie sa fie cu 10°-15° mai mic decat unghiul de frecare interna dintre materialul covorului de banda si marfa, practic, acest unghi este de 12° pentru palete,18° pentru cereale si carbune marunt, 25° pentru minereu si nisip uscat, 28° pentru bulgari de carbune si nisip umed, 20° pentru saci si alte marfuri ambalate.

Rolele de sustinerea covorului de banda se dispun in functie de latimea acestuia, de care depinde capacitatea de transport. Pentru capacitati mai mari, care impun si viteze mai mari, rolele laterale sunt dispuse sub un unghi de 40°-45°, ceea ce conduce la o umplere mai buna cu material si asigura stabilitatea laterala a covorului, in zonele de indoire, in special in cazul vitezelor mari. Latimea covoarelor de banda variaza intre 0,3-0,5 m la 2-2,5 m. Acestea sunt alcatuite din cauciuc cu insertii metalice sau fibre din material plastic. Viteza de miscare este de 1,5-3 m/sec., dar la unele instalatii ajungand la 4-6 m/sec.

Capacitatea de transport depaseste 1000 t/ora, ajungand si la 3000-4000 t/ora si chiar 16.000-20.000 t/ora, in functie de latimea benzii si viteza. Lungimea transportatoarelor continue poate ajunge la cativa kilometrii, o limitare constituind-o puterile mari necesare pentru antrenare. Acestea depind si de inaltimea la care se ridica transportorul, 1 m inaltime insemnand 2-3 m de traseu orizontal. O alta conceptie in acest domeniu o constituie banda pe cablu la care solicitarile de tractiune sunt preluate de un cablu ce sustine covorul de banda.

Figura 2.2. Utilaj mobil pentru descarcarea marfurilor in vrac.

Pentru deplasarea marfurilor in interiorul magaziilor sau navelor se pot utiliza rolganguri, alcatuite dintr-o succesiune de role cilindrice fixate pe o rama metalica prin rulmenti care permit o rotire usuoara. Rolgangul este dispus sub o anumita inclinare astfel ca marfa sa se deplaseze sub efectul componentei greutatii proprii. Pentru deplasarea pe verticala a marfurilor in vrac se utilizeaza si elevatoare.

Elevatoarele constau intr-o succesiune de cupe cu capacitatea de cca. 130 litri fixate pe o banda transportoare sau lant. Capacitatea unui elevator pentru cereale poate atinge 500-1000 t/ora sau mai mult. Unele instalatii au un sistem de doua benzi transportoare paralele, intre care este cuprinsa marfa in vrac sau saci.

2.1.3 Instalatii pentru manipularea minereurilor, carbunilor, cimentului si produselor chimice.

Existenta numeroaselor sortimente de minereu si carbune impune analizarea la proiectare a tehnologiilor de manipulare specifice. Principalele sorturi de carbune si greutatile volumice aferente sunt : antracitul (0,91 t/m3), carbune (0,8 t/m3) si carbune brun (0,7 t/m3). Dimensiunile fractiilor variaza de la praf <1mm, la bulgari de pana la 400 mm.

Prin depozitarea in halde exista pericolul de autoaprindere. Acest pericol creste cu marimea procentului de substante volatile si de fractii marunte. Sortul cel mai instabil din punct de vedere al autoaprinderii este carbunele brun, iar cele mai stabile sunt antracitul si carbunii inferiori. Gradul de autoaprindere influenteaza alegerea inaltimii haldei care poate fi de 8-10 m. Principala metoda de impiedicare a autoaprinderii o constituie compactarea in timpul depozitarii in halda cu ajutorul compactoarelor cu pneuri, precum si mentinerea in stare uda a carbunelui. Sfaramarea bulgarilor de carbune reduce calitatea acestuia, fapt de care trebuie sa se tina cont la alegerea solutiei de manipulare. Minereul fie de fier, mangan sau apatita are o greutate volumica cuprinsa intre 1,7-3,5 t/m3 si o rezistenta suficienta pentru a nu se sfarama in timpul manipularii. Carbunele si minereul in stare umeda, pot ingheta in timpul iernii, asa ca se iau masuri speciale la manipulare si depozitare, precum incalzirea vagoanelor, utilizarea grefierelor grele pentru ruperea crustei ce se formeaza in depozit etc.

Tehnologiile de operare difera in functie de tipul de circulare a marfii, import sau export dar si de mijloacele de transport.

Descarcarea vagoanelor: intrucat o mare parte a mafurilor soseste in port pe cale ferata, mecanizarea descarcarii vagoanelor are o deosebita importanta. In acest sens se utilizeaza sisteme rotative de basculare a vagonului, denumite culbutoare. Vagoanele sunt introduse

succesiv intr-un rotor care se roteste cu 160° -170°, descarcand continutul intr-un buncar de unde se distribuie pe un sistem de benzi transportoare care fac legatura cu depozitul de pe platforma sau instalatiile de incarcat nave.

Se obtine astfel o productivitate sporita si se reduce consumul de energie, iar instalatia este relativ simpla. La sistemele moderne pentru garniturileferoviare specializate se pot bascula simultan cate doua vagoane, fara a fi decuplate din garnitura care are cuplele concepute in consecinta. Pentru deplasarea vagoanelor se poate folosi un dispozitiv automat care elimina utilizarea locomotivei reducand timpul de introducere a vagoanelor in culbutor. Culbutoarele pot realiza un ciclu de 120 sec. sau chiar mai putin, vagoanele avand o capacitate de 60-100 tone-o unitate, realizand astfel productivitati de 1800-4000 t/ora.

Datorita nivelului apelor subterane mai apropiate de suprafata platformei portuare, la realizarea cuvei culbutorului trebuie luate masuri constructive pentru asigurarea etanseitatii. Pentru evacuarea eventualelor infiltratii este necesara o statie de pompe.

In cazul in care pentru transportul de apa se utilizeaza barje, iar traficul este redus, vagoanele se pot descarca direct in nava utilizand platforme mobile in consola, pe care se fixeaza succesiv cate un vagon si care se ridica si se inclina cu 40°-50°, descarcand vagonul lateral sau frontal, in functie de constructia acestuia. Aplicarea tehnologiei de descarcare a vagoanelor cu grefierul nu este indicata intrucat se deterioreaza vagoanele datorita izbiturilor grefierului, iar acesta nu se incarca complet.

Incarcarea navei din depozit: in acest scop la un trafic redus se pot utiliza macarale portic echipate cu grefier de 10-25 tone si o deschidere a bratului de 30-35 m sau macarale tip portal de 15-30 tone capacitate la grefier cu o deschidere de 8-100 m ce acopera si depozitul, avand o productivitate practica de 500-600 t/ora.

Figura 2.3. Incarcarea navei de la siloz

Un sistem mai eficient este acela in care se utilizeaza instalatii cu transportatoare cu banda alimentate din depozit, care acopera suprafata magaziilor navei prin deplasare in lung sau pivotare. Capacitatea unor astfel de instalatii poate asigura productivitati de incarcare a navelor maritime de pana la 16.000 tone/ora. Pentru barje, se recomanda debite de 2000-4000 t/ora care sa asigure incarcarea navei in 1-2 ore, urmarind o umplere cat mai uniforma a magaziei acesteia realizata prin cel putin doua treceri in lung, pentru a nu solicita structura de rezistenta a barjei.

Descarcarea navei: se face in general cu ajutorul grefierelor, dar in ultimul timp se utilizeaza si instalatii cu rola. Transferul direct in vagon se face prin intermediul unor buncare mobile. In cazul navelor mari pentru a realiza capacitati sporite se folosesc poduri descarcatoare care predau materialul in depozit printr-un sistem de benzi.

Figura 2.4. Descarcarea minereului din nava

In cazul cerealelor, ele sunt caracterizate in principal dupa sort si greutate volumica. Greutatea volumica este de 0,7-0,8 t/m3 pentru grau, secara, orz, de 0,6 t/m3 pentru ovaz si de 0,35-0,6 t/m3 pentru deseuri de cereale. Unghiul de taluz natural a cerealelor uscate in stare de repaos este 35°, iar in miscare: mei 22°, grau si secara 25°, orz 30°, floarea soarelui si orez 35°. Cerealele se manipuleaza neambalate, pentru sortare, curatire si pastrare se utilizeaza silozuri.

Incarcarea navelor se poate face gravitational din buncare dispuse la inaltime, deasupra navei pe marginea danei, folosind tuburi inclinate cu 45°-50° fata de orizontala. In cazul in care silozul este amplasat mai departe de bazin se utilizeaza transportoare cu banda paralele cu dana plasate intr-o galerie de unde prin tuburi inclinate cu 35°-40° fata de orizontala cerealele ajung in magazia navei sau prin intermediul unei instalatii care se deplaseaza in lungul navei pe o cale de rulare.

Pentru o umplere uniforma a magaziei se poate utiliza un repartizator atasat capului tubului si care imprima cerealelor o viteza de 15-20 m/sec., astfel ca prin rotirea instalatiei jetul poate fi dirijat in orice punct al magaziei. Pentru cerealele de semanat trebuei avut in vedere faptul ca datorita loviturilor puternice acestea pot pierde puterea de incoltire.

Transferul cerealelor din nava pe mal, in silozuri se realizeaza cu ajutorul instalatiilor pneumatice, absorbind cerealele prin tuburi sau elevatoare introduse in magazia navei si sustinute de instalatii mobile si transferate pe benzile transportoarelor.

Figura 2.5. Instalatie pneumatica de incarcare a cerealelor

Sistemul pneumatic asigura preluarea cerealelor din orice punct al magaziei navei datorita tubulaturii flexibile, fara a necesita un utilaj suplimentar, curata cerealele de praf, le raceste daca s-au incalzit si le zvanta. Capacitatea unui tub de absorbtie variaza intre 40-100 t/ora. O instalatie poate avea 2-4 tuburi, iar consumul de energie variaza de la 1 Kwh pentru 1 t de cereale.

Descarcatoarele pneumatice pot fi stationare, montate direct pe puntea navelor in cazul volumelor mici de trafic, mobile montate pe un portal ce se deplaseaza in lungul cheului sau plutitoare cu ultimile putandu-se asigura transferul cerealelor dintr-o nava in alta fara ca aceasta sa acosteze la un cheu.

Cimentul se manipuleaza in saci sau vrac. In primul caz se pot aplica tehnologiile specifice marfurilor generale. Unele terminale sunt insa dotate cu echipamente speciale la care sacii sunt adusi cu transportoare cu banda de la instalatia de insacuire si descarcare in nava pe un snec avand la baza un transportor cu banda scurt de distributie a sacilor in cala. Gradul de mecanizare al descarcarii navei este insa mult mai redus, sacii manipulandu-se manual in cala navei. Daca cimentul este transportat in vrac, deversarea in nava se face prin intermediul tubului central al instalatiei. In acest caz se pot utiliza si instalatii pneumatice montate pe cheu sau pe pontoane, care pot asigura si descarcarea navelor.

Pentru descarcarea navelor ce transporta produse chimice vrac se utilizeaza poduri descarcatoare asemanatoare cu cele pentru minereu, insa luandu-se masuri speciale de protectie impotriva poluarii, respectiv de limitare a raspandirii particulelor fine. Materialul este dirijat cu ajutorul transportoarelor cu banda in silozuri. Pentru incarcarea navelor cu produse chimice vrac sau saci se pot utiliza instalatii similare cu cele pentru ciment.

2.2. Echipamentele utilizate in manipularea marfurilor

Macarale portic rotative sunt echipate cu grefier, avand o sarcina de ridicare de 10-25 t si o deschidere a bratului de 30-35 m.

Macaralele tip “Cangur” au cursa grefierului mai redusa pe drumul cel mai scurt intre nava si buncarul sustinut de portalul macaralei. La o capacitate de ridicare de 16 t productivitatea poate ajunge la 700 mii tone/an. Preluarea minereului din buncar se realizeaza cu transportoare cu banda ce asigura transferul in depozit sau barje (Figura 2.6.)

Figura 2.6. Macara tip Cangur

Poduri descarcatoare: In cazul marfurilor de masa in vrac se poate obtine un grad inalt de mecanizare, folosind echipamente cu productivitati cat mai ridicate de tip pod la care s-a eliminat miscarea de rotatie, grefierul de mare capacitate efectuand numai o miscare de translatie de la nava pana in dreptul unui buncar de transfer si invers. Durata unui ciclu de 40-60 sec. Cinematica grefierului fiind automatizata (Figura 2.7.).

Figura 2.7. Pod descarcator

1-portal, 2-grinda principala, 3-consola rabatabila, 4-pilonul, 5-caruciorul de sarcina, 6-balansina, 7-cabina mecanismelor, 8-buncar

Un pod descarcator este alcatuit dintr-un portal cu deschiderea de 15-30 m sau mai mare si o grinda transversala frontului de acostare pe care se deplaseaza grefierul. La aceasta grinda tronsonul dinspre apa este rabatabil si are o lungime de 36-45 m in functie de magazia navei. In cazul in care este necesar, grinda se prelungeste spre uscat facand posibila realizarea prestocului, necesar in situatia in care s-ar defecta banda transportoare sau alt mijloc de preluare disponibil. Portalul sustine toate mecanismele de actionare, precum si un buncar cu capacitatea egala de minimum 3 grefiere, care distribuie materialul pe un sistem de benzi transportoare de evacuare. Buncarul este dotat cu un sistem de cantarire automata. Pentru transbord direct, din nava in nava podurile descarcatoare pot fi o estacada ingusta sau se pot utiliza instalatii plutitoare.

Podurile descarcatoare pot fi de doua feluri:

-sistemul “man-trolleys” cu motoarele de ridicare si inchidere a grefierului si de translatie a caruciorului plasate chiar pe carucior care are o greutate de cca. 40 t pentru grefier de 15 t (7,5 t sarcina utila) si de cca. 100 t pentru 50 t.

-sistemul “rope-trolleys” au motoarele instalate intr-un punct fix, grefierul este sustinut de un carucior usor care cuprinde eventual si cabina operatorului; miscarea este transmisa printr-un sistem de cable. Caruciorul are astfel o greutate mai redusa (15-20 t pentru un grefier cu o sarcina utila de 8-10 t).

Pentru sarcini mai mari si curse mai lungi, apar probleme dificile legate de uzura cablului de tractare, de tip rigid. Toate motoarele care echipeaza utilajul sunt motoare electrice alimentate de la o priza prin intermediul unui cablu ce de desfasoara automat pe un tambur, in timpul deplasarii in lungul cheului.

Portalul podului descarcator este alcatuit din doua palei, una incastrata iar alta articulata, montate pe mecanismele de translatie ce permit deplasarea utilajului paralel cu cheul. Aceste mecanisme necesita numeroase roti functie de sarcina admisa pe roata de 50-90 t, grupate in cate doua boghiuri pe fiecare fila, distantate in lung de 15-20 m. In unele porturi se utilizeaza poduri descarcatoare cu deschidere mare de 80-100 m, intre paleile amenanjandu-se si depozitul.

La stabilirea capacitatii de descarcare trebuie avuta in vedere variatia productivitatii pe masura ce se goleste magazia navei. Astfel fata de capacitatea maxima ce se inregistreaza la inceputul descarcarii magaziei, productivitatea medie reprezinta 60-65 %. O sporire a productivitatii se poate inregistra prin organizarea judicioasa a lucrului buldozelor introduse in magazia navei care sa aduca materialul in acelasi loc, astfel ca durata de lucru a grefierului sa fie cat mai redusa.

Un alt tip de descarcator este cel cu functionare continua la care grefierul este inlocuit cu excavator cu roata sau cu transportor cu cupe tip elevator pentru ridicarea marfii pe verticala pana la grinda transversala, iar de aici in sistemul general de transportoare cu banda.

Elevatorul si roata cu cupe sunt sustinute pe un portal cu consola ceea ce permite reglarea nivelului si acoperirea suprafetei magaziei navei. Pentru barje se poate utiliza o instalatie cu roata cu cupe sub care se deplaseaza nava.

Sistemele de descarcare cu functionare ciclica sau continua pot fi montate pe nave care devin astfel de tip autodescarcator. Prin intermediul unui transportor cu banda montat in consola materialul este descarcat intr-un stoc pe platforma cheului intr-un buncar ce alimenteaza alt sistem de benzi transportoare sau in alta nava. Productivitatea acestor echipamente poate ajunge la 3000 t/ora. Manipularea continua poate evolua spre sisteme utilizand pompajul si refularea prin conducte a unui amestec in care produsele solide care nu sunt solubile sunt transportate in suspensie intr-un lichid. Astfel de minereu se poate atinge o productivitate de 4000-5000 t/ora.

Stokerele sunt masini de introdus materialele vrac in depozit. Acestea constau dintr-un bunker de preluare si un brat in consola ce se poate roti pe care este montata banda transportoare. Instalatia se deplaseaza pe sine in lungul depozitului si poate deversa materialul pe ambele parti ale caii de rulare.

Lungimea bratului stokerului si necesitatea asigurarii stabilitatii determina in principal costul masinii care creste practic proportional cu patratul razei de actiune. Acest element trebuie avut in vedere la stabilirea dimensiunilor in plan ale depozitului. Capacitatea stokerului poate fi sporita prin marirea vitezei transportorului. In marile depozite de minereu se utilizeaza stokere cu o capacitate de pana la 10.000 t/ora, avand raza de actiune de 25-35 m.

Recleimerul este o masina de evacuate materialul din deposit. Instalatia are un brat mobil echipat la extremitate cu o roata cu cupe care excaveaza materialul si il descarca pe un transportor cu banda montat pe brat si de aici printr-un buncar pe transportul principal de evacuare a materialului din depozit.

Debitul de livrare este constant si depozitul poate fi bine acoperit de bratul recleimerului. Capacitatea practica a acestor instalatii poate atinge 7000 t/ora pentru minereu si 3000 t/ora la carbune, avand o raza de actiune de pana la 50-55 m si diametrul rotii cu cupe de pana la 10 m.

Stokerul-recleimer este o masina mixta care utilizeaza un transportor cu banda reversibil efectuand atat stocarea cat si preluarea materialului, reprezentand un avantaj in combinarea celor doua functii.

Figura 2.8. Stoker-recleimer

Utilajele tip pod reprezinta portale cu deschidere mare de pana la 100 m care acopera intreg depozitul. Podul de stocaj transfera minereul in halda printr-un sistem de transportoare cu banda. In gabaritul acestuia se deplaseaza podul de preluare care cu ajutorul unui grefier preia materialul si il depune pe un transportor cu banda care-l transfera pe sistemul de benzi de expeditie spre statia de incarcare in vagoane sau barje.