УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

Полезная модель относится к технике сушки древесины и может найти применение в лесной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
Известно техническое решение для сушки древесины, которая выбрана в качестве прототипа (патент №2213309, Россия, МПК F 26 В 9/06,5/04, приоритет 26.02.02, опубл. 27.09.03), которое содержит две сушильные камеры, соединенные через быстродействующие клапаны посредством трубопроводов с ресивером, шлюзовой камерой и вакуумным насосом. При этом ресивер по объему выполнен равным свободному объему одной сушильной камеры после заполнения ее древесиной. Трубопроводы, соединяющие сушильные камеры с ресивером, установлены по отношению к ресиверу тангенциально.
Недостатками известной установки являются неудовлетворительные эксплутационные качества, так как при одновременной работе двух сушильных камер необходимо организовать поочередный сброс давления высокотемпературной паро-капельной среды в ресивер. Это приводит к росту температуры среды в ресивере, которая находится при этом в виде паро-капель (смога), что при вакуумировании ресивера приводит к повышению температуры рабочей среды (воды) в водокольцевом вакуумном насосе, а вследствие этого, к снижению уровня разряжения в ресивере. Интенсивность процесса вакуумно-импульсного отжима (сушки) снижается. Применение других типов откачивающих средств, в частности масляных вакуумных насосов, не устраняет указанных недостатков. Более того, в этом случае вакуумирование паро-капельной среды из ресивера вообще приводит к его «срыву», быстрому износу и поломке насоса.
Известна установка для сушки древесины, принятая за прототип (заявка на полезную модель РФ №2005115298, пол. решение от 22.06.2005 г.,
F 26 B 9/06, 5/06), включающая две сушильные камеры, соединенные при помощи трубопроводов с быстродействующими клапанами с первым ресивером, вакуумный насос, шлюзовую камеру, дополнительно снабжена винтообразными направляющими, расположенными на входе первого ресивера, вторым ресивером, расположенным вертикально над первым, ресиверы выполненные в виде двух емкостей, соединены между собой хотя бы двумя трубопроводами, сушильные камеры снабжены системой подачи воды либо пара и системой пропитки, а вакуумный насос подключен к верхней точке второго ресивера.
Винтообразные направляющие выполнены с возможностью направления потоков паро-капельной среды, сбрасываемой из сушильных камер навстречу друг другу. Система подачи воды либо пара содержит узел приготовления и подачи, клапан впрыска, трубопровод с форсунками. Система подачи воды или пара выполнена с возможностью впрыскивания и распределения парогазовой среды по объему сушильной камеры и с возможностью регулирования впрыска по времени и по расходу. Система пропитки снабжена узлом приготовления и подачи, клапан впрыска, трубопровод с форсунками. Система пропитки выполнена с возможностью подачи антипиренных либо антисептических, либо красящих составов. Система пропитки выполнена с возможностью впрыскивания и распределения антипиренных либо антисептических, либо красящих составов по объему сушильной камеры и с возможностью регулирования впрыска их по времени и по расходу.
Недостатком установки является медленный процесс вытеснения влаги, находящейся в капиллярах древесины на ее поверхность.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение вышеуказанного недостатка.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что установка для сушки древесины, включающая шлюзовую камеру, две сушильные камеры, снабженные системой подачи воды или пара и системой пропитки и соединенные при помощи трубопроводов с быстродействующими
клапанами с первым ресивером, снабженным винтообразными направляющими, расположенными на его входе, вторым ресивером, ресиверы, выполненные в виде двух емкостей, соединены между собой хотя бы двумя трубопроводами, а ко второму ресиверу подключен вакуумный насос, сушильные камеры содержат встроенную систему ультразвукового зондажа древесины.
Изобретение поясняется чертежами, на которых показана блок-схема установки - фиг.1 и блок-схема расположения элементов сушильной камеры - фиг.2.
Блок-схема установки (фиг.1) включает сушильные камеры 1 и 2, быстродействующие клапаны 3 и 4, первый 5 и второй 6 ресиверы, шлюзовую камеру 7, вакуумный насос 8, шаровой кран 9, клапан 10 для слива жидкости из шлюзовой камеры 7, винтообразные направляющие 11 на входе первого ресивера, систему подачи воды или пара 12, включающую в себя узел приготовления и подачи 13 (фиг.2), клапан впрыска 14, трубопровод с форсунками 15, систему пропитки 16, включающую в себя узел приготовления и подачи 17 либо антипирена, либо антисептика, либо красящего вещества, клапан впрыска 18, трубопровод с форсунками 19, трубопроводы 20 и 21, соединяющие сушильные камеры 1 и 2 с ресивером 5, трубопровод
22 для соединения ресивера 6 с вакуумным насосом 8, блоки вентиляторов
23 и блоки калориферов 24, жалюзийные решетки 25, клапан 26 соединения шлюзовой камеры 7 с ресивером 5, краны соединения сушильных камер с атмосферой 27, кран соединения шлюзовой камеры с атмосферой 28, краны слива конденсата с сушильных камер 29, встроенную систему ультразвукового зондажа древесины 30.
Установка для сушки древесины работает следующим образом. Древесина, предназначенная для сушки и уложенная штабелем на передвижных тележках, расположена внутри сушильной камеры 1 (или 2). Работу установки рассмотрим на примере одной камеры, аналогично все соответствует и для второй камеры. Двери камеры 1 (или 2), быстродействующий клапан
5 Па
р
р
3 (или 4), краны 27 и 29 закрыты. Включением вакуумного насоса 8 при открытом шаровом кране 9 ресиверы 5 и 6, шлюзовая камера 7 вакуумируются до заданного давления, например 0,04×10, при этом клапаны 10 и 18 закрыты, клапан 26 открыт. Одновременно с вакуумным насосом 8 включаются блоки вентиляторов 23 и блоки калориферов 24. Происходит нагрев древесины до температуры 40-50°С. При достижении данной температуры открывается быстродействующий клапан 3 (или 4), соединяющий сушильную камеру 1 (или 2) с первым ресивером 5. Происходит выравнивание давления в ресиверах 5 и 6 и в сушильной камере 1 (или 2). Затем быстродействующий клапан 3 (или 4) закрывается, клапан впрыска 14 открывается, происходит подача воды или пара температурой 90-100°С в сушильную камеру 1 (или 2) до достижения равновесного давления насыщенного пара для данной температуры. Этим самым производится замена теплоносителя воздуха теплоемкостью С=1 кдж/кг град на более энергоемкий теплоноситель - водяной пар теплоемкостью С=2,09 кдж/кг град, что позволяет ускорить нагрев древесины, тем самым значительно сократить время сушки древесины. Подачей воды температурой 90-100°С или пара в сушильную камеру достигается и другой эффект. При такой разнице в температурах между теплоносителем (подогретой водой или паром) и древесиной происходит конденсация паров воды на поверхности древесины с выделением скрытой теплоты парообразования r=2262,6 кдж/кг, что качественно меняет картину нагрева древесины. Наряду с ускорением нагрева древесины, вследствие конденсации паров воды на древесине, происходит диффузия (проникновение) воды в толщу древесины, тем самым производится выравнивание влажности древесины по толщине и снятие поверхностных напряжений в древесине, наличие которых при других видах сушки приводит к поверхностному растрескиванию древесины на этапе удаления свободной влаги.
После подачи подогретой воды или пара нагрев древесины посредством блоков калориферов 24 и вентиляторов 23 осуществляется дальше до
заданной температуры для каждого вида древесины. При достижении заданной температуры древесины кратковременным открытием кранов 27 и 28 производится слив конденсата, образующегося на стенках сушильной камеры, краны 27 и 28 закрываются. Затем при открывании быстродействующего клапана 3 (или 4), соединяющего сушильную камеру с ресиверами 5 и 6, происходит резкий сброс давления в сушильной камере. Происходит так называемый вакуумно-импульсный отжим древесины. После выравнивания давления в сушильной камере 1 (или 2) и ресиверах 5 и 6, клапан 3 (или 4) закрывается и вновь происходит нагрев древесины до заданной температуры. И вновь проводится вакуумно-импульсный отжим древесины, который повторяется до окончания процесса удаления свободной влаги. При резком сбросе давления в камере сушки реализуются следующие физические явления. Низкий уровень остаточного давления в сушильных камерах и высокая скорость достижения этого давления обеспечивают условия, при которых влага, находящаяся в капиллярах и межкапиллярном пространстве древесины под действием перепада давлений (давление в сушильной камере много ниже давления в капиллярах древесины) вытесняется на поверхность без фазового перехода. Этому способствуют и растворенные в воде газы, которые совершают работу расширения. Являясь более подвижными, газы первыми приходят в движение, способствуя установлению упорядочного струйного течения в капиллярах древесины. По мере вытеснения воды давление внутри капилляров древесины поддерживается за счет процесса парообразования внутри капилляров.
Для интенсификации процесса парообразования внутри капилляров древесины, а также ускорения процесса вытеснения влаги, находящейся в капиллярах и клеточной структуре древесины на ее поверхность, производится периодически ее ультразвуковой зондаж. Действующими факторами ультразвукового воздействия являются:
1. Уменьшение вязкости жидкости под действием (УЗ) - ультразвуковых колебаний, способствует ускоренному перемещению влаги по капиллярам из глубины древесины на поверхность.
2. Выдавливание влаги из капилляров кавитационными пузырьками газа, возникающими и колеблющимися в жидкости под действием УЗ колебаний.
3. Радиационное давление, направленное в капиллярах из жидкости в газ, перемещает столбик жидкости капилляра, перемещая его к поверхности древесины (звукокапиллярный эффект). Ультразвуковой зондаж древесины возможно производить любыми ультразвуковыми излучателями, например «свистком» Гартмана. Частота и интенсивность УЗ колебаний зависит от вида и сортамента древесины.
По мере удаления свободной влаги из древесины глубина падения температуры в древесине снижается, повышается глубина вакуума при сообщении между собой сушильной камеры 1 (или 2) и ресиверов 5 и 6. Резкий рост глубины вакуума характеризует окончание процесса удаления свободной влаги. После этого начинается удаление связанной влаги. Удаление связанной влаги осуществляется аналогично удалению свободной влаги. Вновь отрывается клапан впрыска 14, в сушильную камеру подается вода или пар до достижения равновесного давления насыщенного пара для данной температуры, но теперь с выдержкой по времени в зависимости от древесины для снятия поверхностных напряжений и выравнивания влажности по толщине. Удаление связанной влаги производится с ростом температуры в камерах сушки и в древесине, при этом максимальная температура определяется видом древесины. По достижении заданной температуры проводят импульсно-вакуумный отжим древесины, но при этом осуществляется выдержка по времени древесины под вакуумом. Время выдержки при этом зависит от вида древесины.
По окончанию процесса сушки древесины проводят ее кондиционирование, выравнивание по влажности, как по толщине, так и по длине. Кондиционирование
проводят методом «пропарки», впрыском воды температурой 90-100°С или пара в предварительно отвакуумированный объем сушильной камеры с последующей выдержкой по времени. Количество воды либо пара и время выдержки зависят от вида и сортамента древесины. Этап кондиционирования заканчивается открытием быстродействующих клапанов 3 и 4, сбросом избыточного давления в ресивер 5.
По окончанию процесса кондиционирования производится этап пропитки древесины антисептическими, либо антипиренными, либо красящими составами открытием клапана 18 и подачей предварительно подготовленных составов в узле приготовления и подачи 17 в сушильную камеру 1 или 2.
Наличие в заявляемой установке второго ресивера позволяет уменьшить время вакуумирования ресиверов, увеличить глубину вакуума в них, что позволяет создать более глубокий импульс в сушильных камерах, тем самым снизить энергозатраты, уменьшить время и повысить качество сушки древесины. В данной установке существенно распределены роли выполняемые ресиверами. Первый ресивер 5 играет роль сборщика-конденсата паро-капельной среды, удаляемой из сушильных камер древесины посредством открытия быстродействующих клапанов. Выполнение ресиверов 5 и 6 в виде одинаковых камер, подключение вакуумного насоса 8 ко второму ресиверу 6 резко уменьшает попадание паро-капельной среды в верхний ресивер 6 вследствие осаждения (конденсации) паро-капельной среды удаляемой из камер сушки, в первом ресивере 5. При этом средняя температура откачиваемой среды снижается, снижается также нагрузка на вакуумный насос, а как следствие, уменьшается время вакуумирования ресиверов и увеличивается глубина вакуума в них, что позволяет создать более глубокий импульс в камерах сушки, от чего зависит качество и весь процесс сушки древесины. Установление винтообразных направляющих 11 на входе первого ресивера 5 осуществляется таким образом, чтобы организовать в нем направленные встречные потоки паро-капельной среды сбрасываемой из сушильных камер. Наличие винтообразных направляющих позволяет увеличить время
контакта паро-капельной среды со стенками первого ресивера 5 и, тем самым, интенсифицировать процесс конденсации и улавливания воды. Организация направленных встречных потоков приводит к укрупнению капель в парогазовой среде и дальнейшему их выпадению на дно первого ресивера, что также интенсифицирует процесс конденсации воды, снижает вынос паро-капельной среды во второй ресивер, тем самым, снижая среднемассовую температуру откачиваемой среды на входе в вакуумный насос.
Работа сушильных камер 1 и 2 синхронизируется так, чтобы во время цикла нагрева древесины в камере 1, в камере 2 происходил цикл вакуумно-импульсного отжима древесины (сброс давления и вакуумирование), и наоборот.
По завершении всего процесса при закрытых быстродействующих клапанах 3 и 4 открывается кран 27, соединяющий сушильную камеру 1 (или 2) с атмосферой, создавая в камере атмосферное давление.
Образец заявляемой установки был изготовлен, прошел стадию опытно-промышленной обработки и показал высокие технико-экономические показатели при сушке древесины различных пород.
Преимущества заявляемой установки заключаются в следующем.
Под воздействием импульсного вакуума основная влага из капилляров древесины удаляется без испарения в виде мельчайших капелек. Это позволяет в несколько раз увеличить производительность сушки древесины при одновременном снижении энергоемкости процесса, существенно сократить время сушки и получить высококачественную сухую древесину без каких либо дефектов, возникающих в процессе сушки на традиционных установках.
Установка представляет собой замкнутую, экологически безопасную систему и соответствует международным стандартам по экологической безопасности ISO 9001. Обеспечивает многократное кондиционирование древесины при нагреве вследствие прохождения процесса в изолированной
камере без отвода паров, что делает возможным производить сушку древесины без каких-либо дефектов.
Установка отличается высокой эффективностью, простотой монтажа и эксплуатации. Позволяет получить древесину, обладающую дополнительными свойствами такими, как огнестойкость за счет пропитки древесины антипиренами, биостойкость за счет пропитки древесины антисептическими составами, а так же позволяет получить древесину различных оттенков и цветов.