Разработка комбинированной технологии сушки оцилиндрованных бревен

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Экспериментальными зависимостями (1), (2) и (3) можно пользоваться в интервале влагосодержания материала от 0 до 0,14.

Основные выводы и результаты:

1. Древесно-стружечная плита аналогично натуральной древесине обладает свойством гистерезиса сорбции, которое проявляется при превышении влагосодержания ДСтП значений 0,14-0,16;

2. Размеры древесных стружек (их фракционный состав) не влияют на показатели разбухания и усушки;

3. Наибольшим влажностным деформациям подвержены древесно-стружечные плиты, изготовленные из березовых стружек, меньшему разбуханию и усушке подвержены плиты из сосновой стружки, и наименьшее значение эти показатели принимают у плит из осиновой стружки.

4. При прочих равных значениях факторов наиболее сильно на усушку и разбухание образцов оказывает влияние плотность материала. На рис. 2 показано, что при влагосодержании ДСтП 0,14 изменение плотности плиты от 450 кг/м3до 1050 кг/м3 вызывает рост показателя разбухания почти в два раза (с 0,035 до 0,068).

5. Увеличение расхода связующего приводит к снижению влажностных деформаций в древесно-стружечной плите. Рис. 3 иллюстрирует линейное уменьшение усушки - разбухания ДСтП при изменении расхода связующего от 6 % до 15 %, однако влияние расхода связующего на влажностные деформации плиты в указанном диапазоне не столь велико по сравнению с воздействием на эти деформации плотности ДСтП.

Библиографический список

1. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б.Н. Уголев. - М. Лесная пром-сть, 1973. - 383 с.

2. Тереньтьев, В.Я. Влияние влажности на свойства древесно-стружечных плит / В.Я. Тереньтьев // Деревообрабатывающая промышленность. - 1965.

- № 1. - С. 5-7.

3. Хрулев, В.М. Долговечность древесно-стружечных плит / В.М. Хрулев, К.Я. Мартынов. - М: Лесная пром-сть, 1977. - 168 с.

4. Серговский, П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Серговский.

- М.: Лесная пром-сть. 1968. - 448 с.

5. Обливин, А.Н. Тепло- и массоперенос в производстве древесно-стружечных плит / А.Н. Обливин, А.К. Воскресенский, Ю.П. Семенов. - М: Лесная пром-сть, 1978. - 192 с.

РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

сушки оцилиндрованных бревен

Р.Р. САФИН, доц. каф. арх-ры и дизайна изделий из древесины Казанского ГТУ, д-р техн. наук,

В.И. ПЕТРОВ, проф. каф. арх-ры и дизайна изделий из древесины Казанского ГТУ, д-р техн. наук, М.К. ГЕРАСИМОВ, проф. каф. арх-ры и дизайна изделий из древесины Казанского ГТУ, д-р техн. наук, Е.Ю. РАЗУМОВ, каф. арх-ры и дизайна изделий из древесины Казанского ГТУ, канд. техн. наук, Н.Р ГАЛЯВЕТДИНОВ, каф. арх-ры и дизайна изделий из древесины Казанского ГТУ,

cfaby@mail.ru, nour777@mail.ru фективности производства и умелого ведения технологических процессов в рыночных условиях хозяйствования предприятий.

Затрагивая вопрос энергосбережения на деревообрабатывающих предприятиях, нельзя обойти стороной самый энергоемкий процесс данной отрасли - сушку древесины, затраты на которую составляют до 30 % от стоимости сухих пиломатериалов. Поэтому повышение энергетической эффективности сушки древесины на сегодняшний день представляется одной из наиболее актуальных проблем.

В последнее время при постоянном росте тарифов на энергоносители особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий. При этом доля энергетических затрат в структуре себестоимости продукции деревообрабатывающих предприятий достигает значительных величин (20-30 %), что говорит о высокой энергоемкости производства. Поэтому внедрение энергосберегающих технологий является одним из важных направлений повышения эф-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

139

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 1. Кривые сушки бревен различных пород в гидрофильной жидкости

А

-0

-0

-0

г- —

——1 ^

— —

10 %

50 % т, час 80 % 100 %

5

1

2

3

4

Рис. 2. Кинетика относительного количества впитавшейся в 1 м2 поверхности древесины жидкости при различной влажности бревен

В рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» возросло значение деревянного малоэтажного строительства. В последнее время строительство деревянных домов в основном осуществляют из оцилиндрованного бревна. Однако традиционная технология строительства домов из оцилиндрованного бревна имеет недостатки, к числу которых можно отнести использование атмосферной сушки бревен, которая, несмотря на высокую продолжительность процесса, не обеспечивает надлежащее качество, вызывая продольное трещинообразование вследствие особой геометрии бревна. Использование же конвективных технологий, вследствие существенной продолжительности процесса, которая порой достигает двух месяцев, приводит к большим теплопотерям и, соответственно, энергозатратам. Учитывая качество, не надо забывать и о низкой био- и огнестойкости высушенных бревен, что снижает эстетический вид, значительно сокращает срок службы и увеличивает риск возникновения пожаров в домах, построенных данным способом.

С целью устранения перечисленных недостатков были проведены исследования осциллирующей сушки оцилиндрованных

бревен в гидрофильных жидкостях, в которых процесс складывается из последовательно чередующихся стадий нагрева древесины в гидрофильной жидкости и вакуумирования.

Результаты исследований представлены в виде кривых на рис. 1-3. На рис. 1 представлены результаты, полученные при осциллирующей сушке древесины различных пород в гидрофильной жидкости. Анализ зависимостей показывает, что наилучший эффект наблюдается при осциллирующей сушке пихты, что объясняется высокой стойкостью данной породы к увлажнению на стадии прогрева. Напротив, сушка березы подобным образом практически невозможна вследствие ее хорошей проницаемости, что позволяет сделать вывод

0 возможности использования предложенной технологии для удаления влаги из умеренно- и труднопропитываемых пород древесины.

С целью разработки рациональных режимных параметров были приведены экспериментальные исследования по определению кинетики изменения количества впитавшейся в 1 м2 поверхности древесины жидкости в процессе нагрева сосновых бревен различной влажности в водном растворе поваренной соли температурой 353 К (рис. 2). Анализ результатов показывает, что в случае высокой влажности древесины даже на стадии нагрева наблюдается ее сушка; при низкой влажности древесины, напротив, происходит впитывание жидкости. Аналогичные исследования были проведены для различных температур среды и диаметра бревна. Установлено, что с повышением температуры количество впитавшейся жидкости увеличивается, что объясняется снижением вязкости раствора. В то же время увеличение диаметра бревна приводит к снижению относительного количества впитавшейся жидкости, что объясняется увеличением массы бревна, приходящийся на

1 м2 ее поверхности.

Математическая обработка результатов проведенных экспериментальных исследований позволила определить минимальную разницу температур на стадиях прогрева и вакуумирования при осциллирующей сушке древесины в гидрофильных жидкостях, обеспечивающую на стадии вакуумирования удаление жидкости, поглощенной древесиной

140

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

ДЕРЕВООБРАБОТКА

при ее прогреве (рис. 3). Таким образом, для возможности сушки оцилиндрованных бревен, применительно к деревянному домостроению (минимальный диаметр бревен 180 мм), до значений конечной влажности 10 % и 20 % разница температур на стадиях прогрева и вакуумирования должна составлять более 50 К. Отсюда, принимая на стадии вакуумирования температуру равной 293 К, температура жидкости на стадии прогрева должна составлять 353-363 К, что соответствует нормальным режимам конвективной сушки древесины и не вызывает снижения физико-механических свойств материала. При увеличении диаметра высушиваемых бревен необходимая разница температур на стадиях нагрева и вакуумирования уменьшается. Кроме того, результаты экспериментов указали на увеличение величины влагосъема за один цикл «прогрев-вакуумирование» при увеличении диаметра высушиваемых бревен, что объясняется существенным повышением количества аккумулированной тепловой энергии на стадии нагрева при незначительном увеличении площади поверхности материала.

В ходе проведенных исследований установлено, что при снижении текущей влажности высушиваемой древесины ниже 28 - 35 % происходит заметное уменьшение интенсивности процесса осциллирующей сушки в гидрофильных жидкостях, поэтому на данной стадии процесса рекомендуется переход к технологии вакуумно-кондуктивной досушки с периодическим подводом тепловой энергии. Для апробации данной технологии применительно к оцилиндрованным бревнам были проведены экспериментальные исследования, результаты которых представлены в виде кривых сушки (рис. 4).

Полученные результаты научной обработки экспериментальных данных по опытно-исследовательским процессам осциллирующей сушки в гидрофильных жидкостях с досушкой материала вакуумно-контактным методом позволяют расширить границы эксперимента для дальнейшего его изучения и определения оптимальных режимных параметров данного процесса. Для этого была спроектирована пилотная установка комбинированной сушки, схема которой представлена на рис. 5.

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 R, м

Рис. 3. Минимальная разница температур на стадиях нагрева и вакуумирования в зависимости от радиуса соснового бревна

Рис. 4. Кривые досушки крупномерной древесины ва-куум-кондуктивным способом

Установка состоит из камер сушки 1, образованных трубами и объединенных между собой в одну общую теплоизолированную рубашку 2. Внутрь камер 1 помещают оци-линдрованные бревна 3, подвергающиеся сушке. Торцы камер 1, в свою очередь, плотно закрываются крышками 4. Установка также включает рабочие емкости 5 и 6 для хранения гидрофильного агента сушки и теплоносителя, жидкостные насосы 7 и 8, конденсатор 9 - для удаления пара, водокольцевой вакуум-насос 10 - для откачки воздуха из камеры в период создания вакуума, компрессор 11, калориферы 12 и 13.

Сушка бревен происходит следующим образом. Первоначально внутрь каждой камеры 1 помещается оцилиндрованное бревно 3. При этом конструкция камер 1 устроена так, что они соединены патрубками между собой и с системой циркуляции агента сушки. После этого камеры герметично закрываются крышками 4, и из рабочей емкости 5 внутрь камер 1 с помощью насоса 8 при открытых вентилях 14 и 15 закачивается предварительно нагретая с помощью калорифера 13 гидрофильная жидкость.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

141

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 5. Установка комбинированной сушки оцилиндрованных бревен: а - схема; б - схема камеры сушки

Причем воздух, находящийся внутри всей системы, стравливается во время заполнения ее жидкостью через открытый вентиль 16. Далее при включенных калорифере 13 и насосе 8, открытых вентилях 14 и 17 и закрытых вентилях 18 и 15, происходит циркуляция агента сушки, в качестве которого может выступать концентрированный водный раствор поваренной соли - происходит процесс нагрева древесины.

Выдержка бревен в заданных условиях осуществляется до достижения температуры в центре материала 80 - 90 °С, далее гидрофильная жидкость из камер 1 сливается в емкость 5 и начинается стадия вакуумирования. Для этого в работу включаются вакуумный насос 10 и конденсатор 9, которые откачивают паровоздушную смесь из рабочей полости камер 1 до остаточного давления 0,15-0,2 атм через ловушку для жидкости 19.

142

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009