УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕМНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕРЕВЯННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области термической обработки поверхности деревянных изделий с использованием энергии плазмы для улучшения эксплуатационных и декоративных свойств деревянных изделий.
Известен способ обработки древесных пиломатериалов, используемый в деревообрабатывающей, мебельной и других отраслях промышленности при изготовлении изделий из древесины (патент РФ на изобретение №2453425, МПК B27K 3/02, опубл. 20.06.2012 г.). Способ термической обработки древесины включает загрузку древесины в автоклав, ее нагрев и охлаждение. После загрузки осуществляют вакуумирование до 0.2 атм с последующей подачей водяного пара до давления в автоклаве 0.7-0.8 атм. Нагрев древесины ведут водяным паром при температуре 180-220°C с последующей выдержкой в течение 2-5 часов. Охлаждение осуществляют не менее трех раз путем вакуумирования в течение 15-20 мин с последующей подачей насыщенного водяного пара до значения давления в автоклаве, близкого к атмосферному, и выдержкой при этом давлении в течение 5-10 мин. Для выполнения способа используется установка, которая включает автоклав с нагревателями, вакуумный насос, парогенератор. Реализация данного изобретения позволяет получить пиломатериалы, не имеющие запаха жженой древесины.
Использование в качестве термической камеры автоклава, усложняет процесс и делает его энергозатратным и многостадийным. При этом затраченное время для получения готового изделия составляет 2-5 часа, что говорит о невысокой производительности данного способа.
2
Также известны способы и устройства для обработки деревянных изделий с использованием энергии плазмы, например, способ обработки древесины, идущей на изготовление дек струнных и щипковых музыкальных инструментов (верхние и нижние деки корпуса скрипки, альта, гитары и т.п.), для улучшения акустических свойств деревянных заготовок (патент РФ на изобретение №2185283, МПК B27K 3/15, B27K 3/34, B27M 3/16, опубл. 20.07.2002 г.) в плазме тлеющего разряда. В предлагаемом способе деревянная заготовка детали музыкального инструмента проходит стадии вакуумирования, последующей обработки мономером, выбранным из ряда: ацетилен, пропан, бензол, и его полимеризации, причем обработку проводят в плазме тлеющего разряда углеводорода, при давлении от 4 до 20 Па и плотности тока разряда от 0,4-3 мА/см в течение 5-40 минут. Способ улучшает резонансные и гидрофобные свойства древесины.
Однако способ №2185283 актуален для повышения акустических характеристик изделий, таким образом, круг использования данного способа достаточно ограничен. Также плазмохимическая обработка в плазме тлеющего разряда углеводородов является достаточно трудоемким процессом.
Известен способ получения защитно-декоративного покрытия на древесине, для реализации которого используется конструкция электроплазменной установки [патент РФ на изобретение №2484951, МПК B27K 5/00, опубл. 20.06.2013 г.], которая состоит из плазменного генератора, графитового анода и источника питания постоянного тока. В качестве выносного анода используется графитовый стержень диаметром 70 мм, установленный под углом 20° относительно горизонтали. За счет привязки дуги в одном месте, повышается эрозия графитового анода, тем самым снижается надежность конструкции в целом.
Известны устройства для термической обработки металлов, диэлектриков, для нанесения покрытий с использованием плазмотронов (плазменных генераторов) косвенного действия. В таких устройствах плазма, создаваемая в разряде между электродом и корпусом плазменного генератора, истекает из разрядной камеры в виде струи. Известно устройство для резки металла плазменной струей (Плазменно-дуговая резка металлов. ООО Л-Система. www.lswr.ru>st_plazm_dug_rezka.html), основным элементом которого является режущий плазмотрон косвенного действия. Процесс резки схематично показан на рис. №1, б. Питание плазмотрона осуществляется от источника постоянного тока. Минус подводится к вольфрамовому электроду, а плюс - к медному соплу, которое охлаждается водой. Между электродом и соплом горит дуга, которая выдувается газовой смесью из выходного канала сопла с образованием струи плазмы (плазменного потока) и дотрагивается до заготовки. По технической сущности и принципу работы это устройство наиболее близко заявляемому и принято за прототип.
Для обработки древесины необходимо располагать ее на большее расстояние, чем металл, что предполагает увеличение длины сопла, поскольку известно, что размеры сопла влияют на характеристики плазмотрона и технологию обработки изделий. Увеличение длины сопла будет подвержено большему разрушению и приведет к снижению ресурса работы плазмотрона. Помимо этого, чтобы обработать вокруг всю поверхность древесного изделия (в объеме), необходимы дополнительные операции, а значит потребуется дополнительная энергия.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в создании энергосберегающего, высокопроизводительного, надежного устройства для объемно-термической обработки деревянных изделий с использованием энергии плазмы.
Технический результат заключается в равномерной обработке всей поверхности деревянного изделия.
Техническая проблема решается следующим образом.
Устройство для объемно-термической плазменной обработки деревянных изделий, как и прототип, содержит плазменный генератор косвенного действия.
В отличие от прототипа плазменный генератор снабжен водоохлаждаемым каналом для размещения плазменного потока. Кроме этого, устройство дополнительно содержит цилиндрическую водоохлаждаемую камеру с торцевыми крышками, расположенную горизонтально. Торцевые крышки выполнены с отверстиями для прохождения обрабатываемых деревянных изделий. Водоохлаждаемый канал для плазменного потока с одного конца тангенциально соединен с цилиндрической водоохлаждаемой камерой, а с другого жестко закреплен на корпусе плазменного генератора. Отверстия в торцевых крышках в частных случаях могут иметь разную геометрическую форму, соответствующую геометрической форме поперечного сечения обрабатываемого деревянного изделия. Помимо этого, для сохранения оптимального давления внутри камеры целесообразно выполнение выходного отверстия в торцевой крышке больше входного отверстия во второй торцевой крышке.
Водоохлаждаемый тангенциальный канал для плазменного потока направляет поток плазмы по образующей поверхности цилиндрической камеры. Тангенциальный ввод создает вращательное движение и циркуляцию тепловых потоков внутри камеры.
Такая схема устройства конструктивно проста и обеспечивает равномерную по всей поверхности обработку деревянных изделий за счет высокой циркуляции тепловых потоков плазмы (циркуляция газа) внутри камеры, температура которых достигает 1350-1500°C, что в свою очередь снижает энергозатраты. Использование в конструкции плазменного генератор косвенного действия исключает необходимость использования графитового электрода, тем самым повышает надежность устройства и, как следствие, его производительность и продлевает срок службы. Изменение выходных отверстий торцевых крышек позволит использовать широкий диапазон изделий различной геометрической формы.
Таким образом, техническая проблема решена благодаря разработке конструкции узла распределения тепловых потоков, выполненного в форме цилиндрической камеры с тангенциальным входным каналом, внутри которого размещен плазменный поток и использования плазменного генератора косвенного действия.
На фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства, на фиг. 2 показана циркуляция тепловых потоков внутри камеры. На фиг. 3, 4, 5 - торцевые крышки с отверстиями разной формы.
Устройство для объемно-термической плазменной обработки деревянных изделий включает в себя плазменный генератор косвенного действия 1 и цилиндрическую водоохлаждаемую камеру (камеру распределения тепловых потоков) 3. Установка крышек 4 осуществляется с торцевых сторон камеры распределения тепловых потоков. Позицией 2 обозначен плазменный поток, 5 - входное отверстие для изделий, 6 - изделие из древесины. Для размещения плазменного потока 2 выполнен водоохлаждаемый канал 7, который жестко соединен с корпусом плазменного генератора 1 и тангенциально соединен с камерой 3.
Устройство для объемно-термической плазменной обработки деревянных изделий работает следующим образом.
При запуске плазменного генератора 1 происходит генерация плазменного потока в цилиндрической камере 3 (камере распределения тепловых потоков). Сформировавшийся плазменный поток 2 поступает по тангенциальному каналу 7 в камеру 3 и циркулирует в камере 3, поддерживая температуру 1350-1500°C. С торцевой стороны устройства через отверстие 5 крышки 4 подаются изделия определенной геометрической формы с заданной скоростью в зависимости от режима плазменного генератора 1. В процессе движения изделия 6 в камере распределения тепловых потоков 3 осуществляется равномерное термическое воздействие на всю поверхность изделия 6 за счет циркуляции нагретого газа. Для выхода нагретого газа в процессе работы плазменного генератора на выходе камеры 3 в торцевой крышке выполнено отверстие больше входного (отверстие в противоположной торцевой крышке), что позволит сохранить оптимальное давление внутри камеры.