Определение эффективности импульсной сушки березовых пиломатериалов в опытно-экспериментальной установке

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Е2 -модуль упругости второго рода; е - основание натурального логарифма;

П2 -коэффициент эластичности; т -время нахождения образца древесины под нагрузкой

Предложенная нами реологическая модель не исключает наличие в древесине необратимых деформаций и отображает их в конкретных, реальных условиях деформирования. А предложенное реологическое уравнение позволяет легко определить необходимые реологические показатели.

Однако полученное реологическое уравнение, хорошо описывающее процессы, происходящие при сжатии древесины, может не оправдаться при других условиях. В зависимости от способа нагрузки, направления сжатия древесины, различной влажности и других параметров, деформации могут иметь другие численные показатели.

В настоящее время спроектирована новая экспериментальная установка, которая позволит провести эксперименты на образцах древесины других размеров. Изучение реологических свойств древесины в зависимости от размеров образцов, влажности и темпера-

туры является предметом наших дальнейших

исследований.

Библиографический список

1. Александров, А.В. Сопротивление материалов /

A. В. Александров, В.Д. Потапов, Б.П. Державин // 2-е изд. испр. - М.: Высшая школа. - 2001. -560 с.

2. Курицын, В.Н. О реологической модели древесины. / В.Н. Курицын, Е.М. Тюленева // Вестник СибГТУ - Красноярск, 2004. - Вып. 1 - С. 3-6.

3. Курицын, В.Н. Экспериментальное уточнение реологической модели древесины // В.Н. Курицын, Е.М. Тюленева // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. -2009. - № 5 - С. 104-110.

4. Курицын, В.Н. Модели древесины с точки зрения феноменологической и молекулярной реологии /

B. Н. Курицын, Е.М. Тюленева // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения. Всероссийская научно-практическая конференция. Сб. статей студентов и молодых ученых. - Красноярск: СибГТУ - 2007. - Т 1. - С. 191-196.

5. Тюленева, Е.М. Феноменологический и молекулярный подход в изучении реологических свойств древесины / Е.М. Тюленева // Сб. науч. тр. по материалам международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте 2011». - Т. 3. Технические науки. - Одесса: Черноморье, 2011. -С. 47-51.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

импульсной сушки березовых пиломатериалов в опытно-экспериментальной установке

А.А КОСАРИН, доц. каф. процессов и аппаратов д/о предприятий МГУЛ, канд. тех. наук, Г.Н. КУРЫШОВ, доц. каф. процессов и аппаратов д/о предприятий МГУЛ, канд. тех. наук

Импульсная сушка состоит из чередующихся циклов условно названных «импульс-пауза». В период «импульса» в камере поддерживается заданная температура сушильного агента, осуществляется его циркуляция и выброс части испаренной влаги через приточно-вытяжные каналы; сушка ведется при повышенной температуре и низкой степени насыщенности воздуха в камере. Этот период характеризуется высокой интенсивностью процесса за счет большего градиента влажности по толщине материала [1-3].

kosarin@mgul.ac.ru, kurishov@mgul.ac.ru В период «паузы» подача тепловой энергии материалу прекращается. Степень насыщенности воздуха в камере возрастает вследствие продолжающегося испарения воды из материала; происходит увлажнение поверхности древесины за счет влаги, поступающей из внутрених слоев древесного сортимента, что приводит к снижению сушильных напряжений.

Для проверки и определения эффективности импульсной сушки пиломатериалов на универсальной опытно-экспериментальной сушильной камере вместимостью 1,5 м3

74

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 1. Конструктивная схема универсальной опытно промышленной камеры с горизонтально-поперечной циркуляцией и продольной загрузкой: 1 - поперечный экран, 2 - вентилятор, - 3, 5 - приточно-вытяжные каналы, 4 - исполнительный механизм управления заслонками, 6 - ТЭНы, 7 - труба с форсункой, 8 - штабель, 9 - рельсы, 10 - дверь, 11 - психрометр

условного пиломатериала было решено провести две опытные сушки. Конструктивная схема камеры показана на рис. 1.

Штабель 8 , загружаемый в камеру, имеет длину - 2,5-3,0 м, ширину - 1 м и высоту - 1,2 м. Камера имеет поперечно горизонтальную циркуляцию, осуществляемую осевым вентилятором № 6. Привод вентилятора осуществляется через клиноременную передачу от электродвигателя, находящегося за пределами сушильного пространства. Теплоносителем является электроэнергия, получаемая от группы ТЭН'ов, общей мощностью 6 кВт. Заслонки приточно-вытяжных каналов 3, 5 управляются исполнительным механизмом 4. Контроль и регулирование процесса сушки производится системой автоматического регулирования процесса сушки на основе двухканального измерителя-регулятора температуры ТРМ 202 (фирма «ОВЕН»), имеющего интерфейс для связи с ПК. Используемая программа, разработанная фирмой «ОВЕН», позволяет вести контроль параметров сушки в режиме on-line и архивировать полученные данные.

В процессе сушки влажность пиломатериалов определялась по двум контрольным образцам. По окончании сушки с целью уточнения конечной влажности брались пробы в

5-6 досках штабеля, расположенных в различных его зонах.

Для снижения коробления пиломатериала в верхних рядах штабеля в экспериментальной камере (штабель имеет высоту равную 1,2 м) верхний ряд выкладывался из швеллеров, обеспечивающих давление на ниже лежащие ряды в пределах 100 кг/м2. Это обеспечивало снижение изменения формы пиломатериалов штабеля.

Процедура проведения сушки пиломатериалов в опытно-экспериментальной камере осуществлялась по известной методике [3, 4], описание которой поэтому можно опустить.

Эффективность импульсной сушки устанавливается путем сравнения со стандартной сушкой по следующим показателям:

- относительному изменению продолжительности процесса сушки;

- качеству сушки (перепад влажности по толщине, равномерность конечной влажности, конечные остаточные деформации);

- расходу электроэнергии.

Определение относительного изменения продолжительности процесса сушки представляется практически неразрешимой задачей по следующим причинам.

Наиболее часто для определения этого показателя используется расчетный метод. В данном случае он заключается в том, что фактическая продолжительность импульсной сушки сравнивается с расчетной продолжительностью стандартной сушки идентичных

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

75

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

пиломатериалов. Однако точность таких расчетов, как показывает практика, низкая и такой метод не будет корректным [5-11].

Определенные трудности при расчете этого показателя состоят в том, что относительное изменение продолжительности процесса импульсной сушки пиломатериалов по сравнению с продолжительностью стандартной связано с законом сохранения энергии.

Там, где к материалу подводится большее количество тепла, следует ожидать сокращение продолжительности сушки. При одних и тех же параметрах высушиваемого пиломатериала величиной, по которой можно ориентироваться на количество подведенной энергии, является температура сушильного агента. Очевидно, что при проведении опытных сравнительных сушек однотипных пиломатериалов та сушка будет иметь меньшую продолжительность, которая проходит при более высокой средней температуре процесса. Таким образом, если при импульсной сушке в период «импульса» поддерживать температуру, соответствующую режимным параметрам стандартной сушки, то продолжительность стандартной сушки будет меньше, чем импульсной, поскольку количество подведенной тепловой энергии в этом случае будет больше. Что и было подтверждено сравнительными сушками сосновых пиломатериалов толщиной 32 мм, проведенными в камерах учебно-производственных мастерских МГУЛ при режимной температуре стандартной сушки. Продолжительность импульсной сушки оказалась больше примерно на 10 %, так как средняя температура этого процесса была

76

О

О

«Г 72 а

jg

S. 68

(D

а

S

ь 64

60

0 12 3 4

Время, ч

Рис. 2. Характер изменения температуры сушильного агента в одном из циклов «импульс - пауза» и средняя температура для этого цикла

лшт\ —

гН температура в цикле —

«импульс - пауза», °С средняя температура, °С

ниже (за счет снижения температуры в период «:паузы»). Однако пиломатериалы, прошедшие импульсную сушку, имели более высокие показатели качества.

По изложенным выше причинам было решено отказаться от анализа сушек по относительному изменению продолжительности процесса и оценивать эффективность импульсной сушки только по расходу электроэнергии и качеству сушки.

Для подтверждения более высокого качества импульсной сушки было решено провести сравнительные сушки пиломатериалов при равном количестве подведенной энергии. Для этого необходимо было определить среднюю температуру процесса, что и было сделано следующим образом. Первоначально проводилась импульсная сушка с архивированием кривых изменения температуры с помощью программы «Oven process manager». Затем эти данные обрабатывались в программе Ехсе1 с целью вычисления средней температуры сушильного агента в процессе. Полученное значение температуры принималось за режимный параметр стандартной сушки. Тогда по результатам анализа проведенных сушек можно судить об эффективности того или другого способа.

Импульсной и стандартной сушке были подвергнуты обрезные березовые пиломатериалы с поперечными размерами 50*160 мм и с примерно одинаковой начальной влажностью 77 и 88 % в опытно-экспериментальной сушильной камере. Температура сушильного агента в ходе импульсной сушки изменялась в соответствии с режимом, приведенном в табл. 1.

Для проведения стандартной сушки средняя температура рассчитывалась по каждому циклу. В качестве примера на рис 2. показан характер изменения температуры в одном из циклов «импульс - пауза» и рассчитанная средняя температура для этого цикла.

Продолжительность стандартной и импульсной сушки, как и ожидалось, оказалась примерно одинаковой. При этом по всем нормируемым показателям качество пиломатериалов при импульсной сушки было выше, чем при стандартной (табл. 2).

На циркуляцию сушильного агента при стандартной сушке было затрачено

76

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица 1

Режимы сушки пиломатериалов из древесины березы

Влажность Параметры режима Толщина пиломатериалов, мм

древесины, % 16-19 22-25 32-40 50

тим, час 3,0 3,0 2,0 2,0

> 35 t оС 75 75 69 67

Тпа, час 2,0 2,0 2,0 3,0

тим, час 3,0 3,0 2,0 2,0

35-20 t оС 75 75 73 71

тПа, час 2,0 2,0 2,0 3,0

тим, час 4,0 4,0 2,0 2,0

<20 t оС 75 75 75 75

Тпа, час 2,0 2,0 2,0 2,0

Таблица 2

Основные результаты и показатели качества сушки сравнительных опытных сушек

Показатели качества сушки Импульсная сушка Стандартная сушка

Начальная влажность штабеля, % 77 88

Продолжительность сушки, сутки 14,5 15,5

Средняя конечная влажность штабеля, % 7,6 7,2

Отклонение конечной влажности отдельных досок от средней влажности штабеля*,% 2,96 4,38

Перепад влажности по толщине пиломатериалов, % 2,17 2,78

Остаточные деформации, % 0,32 0,55

Категория качества сушки I II

* Показатель качества, характеризующий особенности работы сушильной камеры и косвенно связанный с режимами или способом сушки

279 кВт-ч электроэнергии, при импульсной сушке - 120 кВт-ч. Экономия электроэнергии при импульсной сушке составила 53 %.

Анализ нормируемых показателей качества сушки позволяет отнести качество стандартной сушки ко II категории, а импульсной сушки - к I категории. Что касается показателя, показывающего отклонение конечной влажности отдельных досок от средней влажности штабеля, который выше рекомендованного, то он в основном характеризует работу сушильной камеры и лишь косвенно - способ сушки.

Библиографический список

1. Косарин, А.А. Технология импульсной сушки пиломатериалов: дис. ... канд. техн. наук / А.А. Косарин.- М.: МГУЛ, 2012. - 153 с.

2. Рассев, А.И. Тепловая обработка и сушка древесины: учебник для вузов / А.И. Расев. - М.: МГУЛ, 2009. - 360 с.

3. Косарин, А.А. О способе определения конечной влажности древесины при импульсной сушке / А.А. Косарин, А.И. Расев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 3. - 2012. - С. 100-104.

4. Руководящие технические материалы по камерной сушке древесины.- Архангельск: ЦНИИМОД, 1985. - 143 с.

5. Серговский, П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: учебник для вузов / П.С. Серговский, А.И. Расев - М.: Лесная пром-сть, 1987. - 360 с.

6. Скуратов, Н.В. Разработка рациональных режимов сушки пиломатериалов в камерах периодического действия: дисс. ... канд. тех. наук / Н.В. Скуратов. - М.: МЛТИ, 1983. - 257 с.

7. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: учебник для вузов, 5-е изд / Б.Н. Уголев. - М.: МГУЛ, 2007. - 340 с.

8. Уголев, Б.Н. Вопросы анализа, контроля и устранения внутренних напряжений в древесине при ее сушке / Б.Н. Уголев // Тр. Всесоюзной научно-технической конференции. - Архангельск: ЦНИИМОД, 1968. - С. 36-56.

9. Шубин, Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины (вопросы теории, методы расчета и совершенствование технологии): дисс. д-ра техн. наук / Г. С. Шубин. - М., 1985.

10. Шубин, Г.С. О влагопереносе в древесине / Г.С. Шубин // Сб. науч. тр. - М.: МЛТИ. - 1983. - Вып. 149. - С. 36-39.

11. Шубин, Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины / Г.С. Шубин. - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 336 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

77