УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ ТЕЛ

Область техники, к которой относится изобретение.
Полезная модель относится к области пропитки капиллярно-пористых тел и может быть использована для изготовлении древесины модифицированной пропиткой, а так же для установления основных технологических параметров процесса пропитки: коэффициента фильтрации древесины и скорости пропитки в зависимости от величины давления пропиточной жидкости.
Уровень техники.
Необработанная (натуральная) древесина разрушается от биологического воздействия окружающей среды. Древесина горит при относительно низких температурах. Для улучшения свойств натуральной древесины ее модифицируют пропиткой, например, антисептиками, антипиренами.
По способу обработки модификаторами, различают поверхностное нанесение (кистью, шпателем, аэрозолем) и пропитку. Поверхностная обработка не защищает внутренние объемы древесины (Стенина Е.И., Левинский Ю.Б. Защита древесины и деревянных конструкций: учеб. пособие. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2007. - 219 с)
Основным способом наполнения древесины жидкостями является пропитка под давлением, конечный результат которой зависит от свойств породы древесины, свойств пропиточной жидкости и давления пропиточной жидкости. При этом при проведении процесса пропитки важнейшими параметрами являются коэффициент фильтрации (водопроницаемости) древесины (К см/мин., К м/сутки) и ее продолжительность при заданном давлении.
Известны устройства для пропитки древесины, используемые для определения коэффициента фильтрации древесины (ГОСТ 16483.15-72. Межгосударственный стандарт. Древесина. Метод определения водопроницаемости. М.: Стандартинформ, 2005 г.).
Недостатком известных устройств является длительность процесса определения коэффициента фильтрации, измеряемая сутками.
Известно устройство для пропитки древесины при воздействии давления пропиточной жидкости, наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату. Это центрифуга с соответствующей оснасткой, где реализуется способ встречно-центробежной пропитки. Устройство включает емкости в виде горизонтально расположенных стаканов с пропиточной жидкостью, расположенные на горизонтальной платформе центрифуги. В них поштучно загружают материал, герметизируют емкости и начинают вращение платформы. В результате действия центробежных сил в пропиточной жидкости создается гидростатическое давление, максимальное по периферии окружности вращения. Под действием этого давления пропитывающая жидкость движется по капиллярам древесины к центру вращения платформы центрифуги. Определяя длину пути жидкости, поступившей в образец под воздействием гидростатического давления и продолжительность движения жидкости в образце, возможно установить коэффициент фильтрации исследуемого материала и время его пропитки при определенном давлении (Патякин В.И., Тишин Ю.Г., Базаров С.М. Техническая гидродинамика древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1990, - прототип).
Недостатками прототипа являются: сложность и длительность процесса поштучной загрузки образцов материала и герметизации пропиточных емкостей; необходимость дозированного пополнения каждой пропиточной емкости пропиточной жидкостью для осуществления последующего цикла пропитки; сложность оборудования - центрифуги в виде рабочей платформы, на которой установлены емкости с пропиточной жидкостью; сложность эмпирического установления величины коэффициента фильтрации древесины; сложность установления величины гидростатического давления, вычисляемого аналитическими методами (например, Известия СПбГЛТУ, вып..2013, СПб, СПбГЛТУ, 2013 г., с. 108-116); значительные энергетические затраты на работу привода центрифуги.
Раскрытие изобретения.
Технической задачей полезной модели является создание нового устройства для пропитки капиллярно-пористых материалов, обеспечивающее как пропитку капиллярно-пористых материалов, так и экспериментальное установление коэффициента фильтрации исследуемого материала и время его пропитки при определенном давлении.
При применении устройства: упрощается технологическое оборудование; загрузка образцов осуществляется не поштучно в каждую, а групповым способом в одну не герметизируемую пропиточную емкость; упрощается операция эмпирического определения коэффициента фильтрации, а установление величины гидростатического давления и продолжительность пропитки осуществляются простейшими способами: величина гидростатического давления - прямой фиксацией показаний градуированной линейки устройства, а продолжительность пропитки - показаниями таймера; снижается энергоемкость процесса; повышается его производительность.
Поставленная задача решается при применении устройства для пропитки капиллярно-пористых тел, включающее емкость с пропиточной жидкостью и капиллярно-пористые с одинаковыми размерами и влажностью образцы (например, цилиндрические), в котором емкость с пропиточной жидкостью, выполненная вертикальной и прозрачной, снабжена прозрачной полой обоймой, опущенной внутрь емкости на некоторую глубину, а капиллярно-пористые образцы установлены в уплотненных посадочных отверстиях днища обоймы таким образом, что выступающие из обоймы нижние части образцов находятся в пропиточной жидкости, а противоположные части образцов - в сухой полости обоймы, соединенной с атмосферой полым стержнем, снабженным разметкой для определения глубины погружения обоймы в пропиточную жидкость.
При размещении обоймы с образцами в пропиточную емкость на их нижние торцы оказывает давление пропиточная жидкость. Величина гидростатического давления тем больше, чем больше высота уровня столба жидкости в пропиточной емкости (или глубина погружения обоймы с образцами), измеряемая от верхнего уровня жидкости до нижнего торца образцов. За счет этого давления жидкость движется вверх по образцам, заполняя их поровое пространство.
При появлении жидкости на верхних торцах образцов, что определяется визуально через прозрачные стенки пропиточной емкости и обоймы, пропитку прекращают, фиксируя ее продолжительность таймером, например, в минутах.
Обойму извлекают из емкости, образцы извлекают из обоймы. Коэффициент фильтрации (К) материала образцов определяют как среднее арифметическое по формуле:
К=L∗t/n, см/мин,
где L - суммарная высота подъема жидкости во всех образцах, см;
t - продолжительность пропитки, мин.;
n - число образцов, извлеченных из обоймы.
Высота подъема жидкости в некоторых образцах может не равняться их высоте. Суммарную высоту подъема жидкости (L) возможно определить измерением и сложением величин подъема подкрашенной жидкости в каждом образце. Перед таким измерением высоты подъема подкрашенной жидкости образцы раскалывают вдоль волокон.
Продолжительность определения (К) возможно увеличивать или сокращать, опуская обойму с образцами в пропиточную емкость на меньшую или большую глубину, уменьшая или увеличивая величину гидростатического давления. Величина гидростатического давления пропиточной жидкости (с учетом плотности используемой жидкости) определяется по делениям, нанесенным на полом стержне, соединенным с атмосферой.
Устройство позволяет определять коэффициент фильтрации как для древесины, так и для других капиллярно-пористых материалов, а также использовать разнообразные пропиточные жидкости.
Если пропитка ведется, например, водой или водными растворами, то увеличивая глубину погружения на 1 м, увеличивают величину гидростатического давления на 0.1 атм. Процесс сквозной пропитки древесины, например, протекает со скоростью 1 см/мин при величине гидростатического давления 0,5 атм.
При использовании жидкостей с плотностью, отличной от воды, линейка на полом стержне градуируется с учетом соответствующей плотности пропитывающей жидкости.
Описание чертежей.
На чертеже представлена схема устройства для пропитки капиллярно-пористых тел.
Осуществление изобретения.
Устройство для пропитки капиллярно-пористых тел включает вертикальную прозрачную емкость 1, заполненную подкрашенной пропиточной жидкостью 2, в которую на некоторую глубину погружена прозрачная полая обойма 3, имеющая в днище отверстия с уплотнениями 4, в которых размещены образцы 5, например, из древесины и сливной кран 6. Обойма 3 соединена с атмосферой полым стержнем 7, укрепленной на подвесе 8, а вдоль образующей стержня 7 укреплена линейка 9 с разметкой по ее длине.
Устройство работает следующим образом.
На сборочном участке (на фигуре не показан) образцы 5 устанавливают в отверстия днища прозрачной обоймы 3 с уплотнениями 4. С помощью подвеса 8 загрузочным механизмом (на фигуре не показан) прозрачную обойму 3 опускают в вертикальную прозрачную емкость 1, заполненную подкрашенной пропиточной жидкостью 2. При этом верхнее отверстие полого стержня 7 находится выше уровня пропиточной жидкости 2.
После опускания прозрачной обоймы 3 в прозрачную емкость 1 пропиточная жидкость 2 за счет гидростатического давления, величина которого определяется высотой столба жидкости, измеренной от нижнего торца образцов 5 до уровня жидкости 2 в прозрачной емкости 1. Заданная глубина погружения прозрачной обоймы 3 определяется с помощью линейки 9, укрепленной вдоль полого стержня 7.
При появлении жидкости на верхних торцах образцов 5, что определяется визуально через прозрачные стенки пропиточной емкости 1 и обоймы 3, пропитку прекращают, фиксируя ее продолжительность.
Обойму 3 извлекают из емкости 1, образцы 5 извлекают из обоймы 3. Пропиточную жидкость, попавшую в полость обоймы 3 в процессе пропитки, удаляют из обоймы 3 через сливной кран 6. После пополнения пропиточной емкости 1 пропиточной жидкостью 5 процесс повторяется.
Коэффициент фильтрации (К) материала образцов определяют как среднее арифметическое по формуле:
К=L∗t/n, см/мин,
где L - суммарная высота подъема жидкости во всех образцах, см;
t - продолжительность пропитки, мин;
n - число образцов, извлеченных из обоймы.
Высота подъема жидкости в некоторых образцах может не равняться их высоте. Суммарную высоту подъема жидкости (L) возможно определить измерением и сложением величин подъема подкрашенной жидкости в каждом образце. Перед таким измерением высоты подъема подкрашенной жидкости образцы раскалывают вдоль волокон.
Продолжительность определения (К) возможно увеличивать или сокращать, опуская обойму с образцами в пропиточную емкость на меньшую или большую глубину, уменьшая или увеличивая величину гидростатического давления. Величина гидростатического давления пропиточной жидкости (с учетом плотности используемой жидкости) определяется по делениям, нанесенным на полом стержне, соединенным с атмосферой.
Устройство позволяет определять коэффициент фильтрации, как для древесины, так и для других капиллярно-пористых материалов, а также использовать разнообразные пропиточные жидкости.
При использовании жидкостей с плотностью, отличной от воды, линейка на полом стержне градуируется с учетом соответствующей плотности пропитывающей жидкости.
Таким образом, устройство позволяет, как пропитывать капиллярно-пористые образцы, так и определять основные технологические параметры процесса пропитки - коэффициент фильтрации материала и продолжительность пропитки при определенном давлении со стороны пропиточной жидкости.
Полезная модель имеет следующие отличия от прототипа.
1. Вертикальная пропиточная емкость, выполненная прозрачной и наполненная подкрашенной пропиточной жидкостью, снабжена прозрачной полой обоймой, опущенной внутрь емкости на некоторую глубину.
Выполнение пропиточной емкости вертикальной позволяет ее не герметизировать. Выполнение пропиточной емкости и обоймы прозрачными позволяет визуально фиксировать момент завершения процесса пропитки образцов. Это обеспечивает точную фиксацию продолжительности пропитки, а также вычисление коэффициента фильтрации как частного от деления длины пропитанной зоны образцов на время их пропитки. При этом средне арифметическая точность определения величины коэффициента фильтрации может повышаться с повышением числа пропитываемых образцов (групповая пропитка).
2. Капиллярно-пористые образцы установлены в уплотненных посадочных отверстиях днища обоймы.
Такая конструкция днища обоймы упрощает процесс установки образцов в устройстве.
3. Образцы установлены в уплотненных посадочных отверстиях днища обоймы таким образом, что выступающие из обоймы нижние части образцов находятся в пропиточной жидкости, а противоположные части образцов - в сухой полости обоймы.
Это упрощает фиксацию завершения процесса пропитки путем визуального определения появления пропиточной жидкости на верхних торцах образцов.
4. Обойма соединена с атмосферой полым стержнем.
Это позволяет сохранять в полом объеме погруженной обоймы атмосферное давление, отличное от давления в окружающей пропиточной жидкости.
5. Полый стержень снабжен разметкой (линейкой с размерными, например, в сантиметрах делениями).
Это позволяет фиксировать гидростатическое давление, оказываемое пропиточной жидкостью на нижние торцы образцов на любой глубине погружения обоймы с образцами в пропиточную емкость.
Сопоставительный анализ заявляемого способа и прототипа выявляет наличие отличительных признаков полезной модели по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании нового устройства для пропитки капиллярно-пористым материалов, при применении которого обеспечивается экспериментальное установление коэффициента фильтрации исследуемого материала и время его пропитки при определенном давлении, упрощается технологическое оборудование, загрузка образцов осуществляется не поштучно в каждую, а групповым способом в одну пропиточную емкость, которое резко упрощает операцию эмпирического определения коэффициента фильтрации, а установление величины гидростатического давления и продолжительность пропитки осуществляются прямой фиксацией показаний устройства, снижается энергоемкость процесса, повышается его производительность.
Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод, что заявляемое изобретения соответствует критерию «существенные различия».
Использование полезной модели в деревоперерабатывающей промышленности обеспечивает ему соответствие критерию «промышленная применимость».