УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПАРОСТАБИЛИЗАЦИИ, ДРЕВЕСИНЫ

Предлагаемая конструкция относится к устройствам, используемым в лесообрабатывающей промышленности для термической обработки, преимущественно паростабилизации, пиломатериалов.
В настоящее время в мире в связи с громадным интересом к экологически чистым стройматериалам существенно ужесточаются требования к изделиям из древесины, в частности, используемым в агрессивных условиях внешней среды (температура, влажность, кислотность и др.).
В соответствии с общеевропейским стандартом признано недопустимым применение химической пропитки изделий из дерева.
Поэтому ведущие фирмы, выпускающие оборудование для обработки древесины, строят свою политику с учетом вышеуказанных требований.
Известна установка (1) для термостабилизации древесины, в которой древесина подвергается воздействию высокой температуры в воздушной среде при температуре 200-240 С в течение суток, в результате чего сырье приобретает целый набор положительных качеств по прочности, стабильности сохранения размеров и т.п. без применения химических пропиток.
Недостатком данной установки является неудовлетворительные характеристики продукции по водоотталкиванию, что приводит к разбуханию ее при эксплуатации в условиях агрессивной внешней среды.
Известна установка (2) для термостабилизации древесины, в которой нагрев древесины проводят в несколько этапов с выдержками до температуры 150-230 С, а затем ее плавно понижают.
Недостатком данной установки те же, что и у вышеуказанной.
Известна установка (3) для термостабилизации древесины, в которой проводят обработку древесины пересыщенным водяным паром при температуре 220-240 С, приводящую к изменениям в структуре древесины, существенно улучшающим большинство ее характеристик, в том числе и водоотталкивающие свойства древесины, устойчивость ее против биологических поражений.
Недостатком данной установки являются повышенная стоимость термостабилизированного пиломатериала вследствие повышенных энергозатрат на формирование и продувку рабочей камеры нагретым агентом вследствие тепловых потерь в работе соответствующего узла, а также высокой стоимости эксплуатации самой установки, обусловленной сложностью ее конструкции.
Данная установка (3) взята авторами в качестве прототипа прелагаемой, как наиболее близкая по технической сути и по достигаемому техническому эффекту.
Задачей, которую авторы решали, разрабатывая данную установку для паростабилизации пиломатериалов, являлось снижение энергозатрат при эксплуатации установки без ухудшения характеристик пиломатериала, достигаемых после его обработки с одновременным упрощением самой установки.
Эта задача решена в предлагаемой установке, которая содержит герметичный, термоизолированный, вентилируемый, с узлом перекрытия вентиляционного отверстия, блок с торцевой загрузочной дверью и перегородкой, делящей его на два рабочих отсека, в одном из которых, со стороны загрузочной двери, установлена с зазором, достаточным для вентилирования, перфорированная камера для размещения пиломатериала и продувки ее нагретым газообразным агентом в виде воздуха или перегретого водяного пара, а в другом размещен узел формирования нагретого газообразного агента и сквозной продувки им камеры через подводящий и отводящий газопроводы, выполненные в перегородке, узел очистки и удаления излишков отработанного газообразного агента, аппаратуру управления технологическим процессом, соединенную с датчиками и исполнительными механизмами установки.
Существенно новыми признаками предложенной установки являются:
- снабжение теплоизолированного блока перегородкой, делящей его на два рабочих отсека;
- установка в одном из отсеков, со стороны загрузочной двери, перфорированной камеры для размещения пиломатериала;
- размещение в другом отсеке узла формирования нагретого газообразного агента и сквозной продувки им камеры через подводящий и отводящий газопроводы, выполненные в перегородке.
В частных случаях выполнения установки:
- узел для формирования нагретого газообразного агента и продувки им камеры выполнен в виде последовательно размещенных вентилятора, распылителя воды и нагревателя, относительно которого подводящий газопровод установлен с возможностью подвода агента к одной боковой стороне камеры, а отводящий размещен с другой стороны камеры и, например, подсоединен к входному патрубку вентилятора.
- узел очистки и удаления излишков отработанного газа выполнен, например, в виде вентилируемого гидрозатвора, подводящая труба которого подсоединена к отводящему газопроводу в перегородке.
Существенными новыми признаками в частных случаях выполнения установки являются:
- выполнение узла для формирования и продувки камеры нагретым агентом в виде последовательно размещенных вентилятора, распылителя воды и нагревателя, относительно которого подводящий газопровод установлен с возможностью подвода агента к одной боковой стороне камеры, а отводящий размещен с другой стороны камеры и, например, подсоединен к входному патрубку вентилятора;
- выполнение узла очистки и удаления излишков отработанного газа выполнен, например, в виде вентилируемого гидрозатвора, подводящая труба которого подсоединена к отводящему газопроводу в перегородке.
По мнению авторов, новая компоновка известных в технике элементов, позволила значительно улучшить продувку камеры с пиломатериалами нагретым газообразным рабочим агентом и получить новый технический эффект по сравнению с прототипом - снизить в установке энергозатраты на обработку пиломатериалов и упростить конструкцию установки без ухудшения качества термостабилизированного пиломатериала.
Данное обстоятельство позволяет говорить о том, что новые отличительные признаки в предложенной совокупности - существенные.
Схема предложенной установки представлена на прилагаемой чертеже.
Установка содержит герметичный, теплоизолированный блок 1 с дверью 2 для загрузки обрабатываемого пиломатериала 3, перегородку 4, разделяющую объем блока 1 на два отсека: отсек 5 со стороны загрузочной двери 2, в котором установлена с зазором, достаточным для вентилирования, перфорированная по бокам камера 6 для размещения пиломатериала 3, и отсек 7, в котором размещен узел 8 формирования нагретого газообразного агента и продувки им камеры 6.
Узел 8 содержит три последовательно установленных механизма: вентилятора 9, распылителя 10 воды (насос + насадок) и нагревателя 11 (например в виде набора ТЭНов), установленных в перегородке 4 выполнены подводящего и отводящего газопроводов 12, 13, первый из которых установлен относительно нагревателя 11 с возможностью подвода агента к одной боковой стороне камеры 6, а второй размещен с другой стороны камеры 6 и подсоединен к входному патрубку вентилятора 9.
Теплоизолированный блок 1 - вентилируемый, и снабжен узлом 14 перекрытия вентиляционного отверстия блока, который выполнен, например, в виде механической задвижки 15 с электроприводом.
Установка имеет узел 16 очистки и удаления излишков отработанного газообразного агента, который выполнен на базе вентилируемого гидрозатвора 17, например, емкости с водой, через которую пропускается отработанный агент, по трубе 18, подсоединенной к отводному газопроводу 13.
Аппаратура управления 19 установкой - типовая, включает набор датчиков 20 температуры древесины, установленных в обрабатываемом пиломатериале 3, датчиков 21 температуры и датчиков 22 давления газа в камере 6, выходы которых подключены к соответствующим входам блока управления 23, в виде графического терминала, на базе универсального программируемого технологического контроллера OMRON типа CJIM-CPU12, входных аналоговых модулей термометров сопротивления, входного и выходного релейных терминалов (4).
Программа работы блока управления 23, обработки сигналов с датчиков и исполнительных механизмов и выработки сигналов управления осуществлена встроенным в контроллер элементом памяти.
Коммутация исполнительных механизмов 9, 10, 11, 15 и 17 по сигналам из блока управления контроллера 23 осуществляется типовым силовым шкафом 24.
На графическом терминале отображается мневмосхема установки с параметрами температуры, времени, номера выбранной программы управления, включение и отключение исполнительных устройств установки и другая необходимая информация.
Работа установки осуществляется следующим образом.
В зависимости от подлежащего обработке пиломатериала с учетом породы, партии, влажности и распила древесины оператором задается необходимая технологическая программа путем настройки блока управления 23.
Порция предварительно уложенного на поддон пиломатериала 3 с прокладками 25, например, в виде гофрированного металла, обеспечивающими поперечную продувку пиломатериала, с установленными датчиками температуры 20, подсоединенными к блоку 23 размещается в камере 6, затем герметизируется дверь 2.
Далее реализуются следующие операции технологического процесса.
1-я операция. Нагрев пиломатериала до 90°С.
По программе от блока управления 23 через силовой шкаф 24 поступает сигнал на привод задвижки 15 и та закрывается.
Далее аналогично запускается вентилятор 9 и нагреватель 11. Воздух от вентилятора 9, проходя через нагреватель 11, подогревается, и, проходя последовательно через подводящий газопровод 12, вентиляционный зазор между внутренней стенкой блока 1 и камерой 6, перфорированную камеру 6 с пиломатериалом, проложенным поперек, например, гофрированным железом, противоположный вентиляционный зазор между стенкой блока 1 и камерой 6, отводящий газопровод 13, вновь возвращается в вентилятор 9 через его входной патрубок, нагревает пиломатериал, температура которого контролируется датчиками 20 и блоком управления 24.
2-я операция. Выдержка при 90°С.
По достижении температуры, пиломатериала 90°С, регистрируемой датчиками 20, блоком 23 вырабатывается сигнал на выдержку, обеспечиваемую по заданной программе. Контроль параметров осуществляется по сигналам с датчиков 20, 21, 22 в автоматическом режиме.
В течение данной операции происходит выделение из пиломатериала свободной влаги.
3-я операция. Нагрев пиломатериала перегретым паром до 160°С.
По достижении в термоизолированном блоке 1 температуры газовой среды 120°С, с блока управления 23 поступает сигнал на включение распылителя 10 воды и переключение нагревателя 11 на новую ступень нагрева. При этом распыленная распылителем 10 вода превращается в водяной пар проходя через нагреватель 11, который, как было описано выше, пропускается через камеру 6 с пиломатериалом 3, который нагревается.
Идет процесс набора температуры парогазовой среды в камере 6 до 160°С с одновременным удалением свободной влаги из пиломатериала.
4-я операция. Выдержка при 160°С.
При достижении в камере 6 температуры парогазовой среды 160°С подается сигнал с блока управления 23 на поддержание данного режима с необходимым технологическим временем выдержки. Датчиками давления 22 контролируется давление в камере,
В течение данной операции внутри пиломатериала начинаются сложные химические процессы преобразования сахароидов с выделением вместе с паром вредных химических соединений, поэтому важным моментом является возможность их очистки и удаления через узел 16, где отработанный пар очищается, проходя через водяную ванну гидрозатвора 17, и затем удаляется в атмосферу.
Начинается процесс термостабилизации пиломатериала.
5-я операция. Нагрев пиломатериала до 230°С.
После окончания выдержки при 160°С, блоком 23 выдаются соответствующие команды для доведения температуры паровоздушной газовой смеси в камере до 230°С, что обеспечивается включением новой ступени нагревателя 11 и соответствующим режимом работы распылителя 10 воды.
6-я операция. Выдержка при 230°С.
При достижении в камере 6 температуры парогазовой среды 230°С подается сигнал с блока управления 23 на поддержание данного режима с необходимым технологическим временем выдержки.
Продолжается процесс термостабилизации древесины, происходит выравнивание цвета древесины, и глубины термообработки, идет очистка и удаление части отработавшего агента (паровоздушной смеси) в гидрозатворе 17.
7-я операция. Интенсивное охлаждение древесины до 140°С.
После окончания выдержки при 230°С блоком управления 23 включается программа охлаждение древесины до 140°С, что обеспечивается соответствующим режимом нагревателя 11, распылителя воды 10 и вентилятора 9. Идет охлаждение парогазовой смеси в камере 6, идет охлаждение пиломатериала 3. Контроль процесса производится по датчикам температуры 20, 21, 22.
8-я операция. Медленное охлаждение пиломатериалов до температуры в камере до 105°С.
Данная технологическая операция обеспечивается аналогично 7 операции.
9-я операция. Выдержка пиломатериалов.
При достижении в камере 6 температуры 105°С подаются необходимые команды на выключение узла 8.
Контроль температуры и давления парогазовой смеси в камере 6 производится по датчикам 21 и 22, температуры пиломатериала - по датчикам 20.
10-я операция. Продувка камеры, удаление пара.
Производится по команде с блока управления 23 открытие задвижки 15 узла 14 и вентиляция в атмосферу остатков газа из блока 1 и камеры 6.
Температура пиломатериалов понижается. Цикл термостабилизации пиломатериала закончен. Разгерметизируется дверь 2 блока 1, обработанный паростабилизированный пиломатериал транспортируется наружу из камеры 6.
При реализации конструкции в связи с агрессивностью парагазовой среды все элементы конструкции камеры, корпус, газопроводы, ТЭНы нагревателя, крыльчатки вентилятора, конструктивные элементы разбрызгивателя, задвижки и другие, контактирующие при работе установки с парогазовой средой должны быть выполнены из термостойкого и химически стойкого материала.
Электрические элементы, используемые в цепях управления установкой должны удовлетворять классу изоляции «Н».
Материалы, используемые для герметизации камеры установки, также должны быть термостойкими, например, из силиконовой резины.
В настоящее время изготовлен и прошел испытания с положительным результатом опытный образец установки.
Проводится работа по промышленной реализации установки на базе предприятия заявителя.
Литература.
1. «Технопарк ЛТА» - предприятие Лесотехнической академии. Термическая стабилизация древесины. Технология «Ваrket" (термодерево).
http.://www.technopark.spb.ru/page.php?id=438, стр2.
2. «Технопарк ЛТА» - предприятие Лесотехнической академии. Термическая стабилизация древесины. Технология «Termowood» (термообработка).
«http://www.technopark.spb.ru/page.php?id=438, стр1.
3. «Технопарк ЛТА» - предприятие Лесотехнической академии. Термическая стабилизация древесины. Технология паростабилизации «West-Wood»,
http://www.technopark.spb.ru/page.php?id=438, стp2-3.
4. Компоненты OMRON / Программируемые контроллеры. Применение программируемых контроллеров OMRON для управления технологическими процессами. 1-5 стр.
http://www.rakurs.com/omron/components/controllers/application/