АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СУШИЛКА ПУШНО-МЕХОВОГО СЫРЬЯ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
AERODYNAMIC DRYER OF DOWN AND FUR RAW MATERIAL WITH THE INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC FIELD OF SUPER HIGH FREQUENCY

Предлагаемое изобретение относится к сушильному оборудованию и может быть использовано в сельском хозяйстве и в легкой промышленности, например для сушки и обеззараживания шкур кроликов и т.д.
Заключительной процедурой получение меховых шкурок является сушка. Обезжиренные и протертые шкурки кроликов натягивают на правилки мездрой наружу, без морщин и складок, и высушивают до содержания влаги 10…17%.
Сушка кожи зависит от выбранного способа. Наиболее распространена вакуумная сушка, при которой кожа укладывается на большую плоскую горячую поверхность, а сверху ее прижимает другая плита, которая и вытягивает из материала воду по средствам вакуумного разрежения.
Еще одним методом является сушка с растягиванием. При таком методе кожа закрепляется на специальных рамках, а затем направляется в сушильную камеру.
Бывает сушка и при комнатной температуре. В таком случае полотна кожи подвешиваются на цепи так, чтобы воздух свободно проходил по обе стороны кожи и по кругу перемещаются внутри сушильной камеры.
Можно использовать также разные виды сушилок. Анализ технологий и технических средств показывает, что аэродинамические камеры требуют большего расхода электроэнергии; вакуумные сушилки имеют высокие эксплуатационные затраты; диэлектрический нагрев считается одним из лучших, но требует больших энергетических затрат.
Известны аэродинамические сушильные камеры [1]. Сушка осуществляется под воздействием аэродинамической энергии. Нагретый воздух циркулирует в камере под воздействием специфически сконструированного аэродинамического вентилятора. Воздух в камере из-за сжатия повышает температуру на центробежном вентиляторе, конкретно на его лопатках. Так аэродинамические потери преобразуются в тепловую энергию. Основным элементом аэродинамической сушильной камеры является аэродинамический роторный нагреватель, который нагревает воздух в сушильной камере и обеспечивает циркуляцию воздуха, являющегося сушильным агентом. Принцип работы аэродинамического роторного нагревателя основан на сжатии воздуха на лопатках роторного вентилятора, что сопровождается выделением тепла. Для равномерного распределения циркулирующего воздуха внутри камеры вдоль боковой стены установлены экраны, образующие своеобразный канал. Для выхода воздуха из этого канала между экранами оставлены щели. Площадь живого сечения канала и ширина щелей рассчитаны так, что по всей длине камеры из щелей между экранами выходит одинаковое количество воздуха. Преимуществами аэродинамических сушильных камер можно считать: возможность реализации широкого спектра режимов сушки, надежность и простота в эксплуатации.
3
Существенным недостатком аэродинамических сушильных камер является их высокое энергопотребление и длительность технологического процесса по отношению конвективных сушильных камер. Например, для сушки 1 м пиломатериалов до влажности 12% необходимо затратить 170…190 кВт⋅ч электроэнергии.
Известна высокочастотная сушилка для пушно-мехового сырья, которая имеет барабан из каркасных отсеков, выполненный радиопрозрачным и закрепленный на радиопрозрачном валу внутри первого барабана, выполненного перфорированным и являющегося экраном и низкопотенциальным электродом, и снабжена высокопотенциальным электродом, имеющим форму полудиска [2]. Недостатком данной конструкции является сложность эксплуатации высокочастотного генератора.
Вакуумная сушилка работает от конвективного нагрева сырья и вакуумного удаления излишков влаги [3]. Температурный режим 65°C. Но из-за вакуума 0,09 МПа влага закипает при 45,5°C. Это позволяет осуществлять процесс высыхания без агрессивных воздействий высоких температур, что не создает высокого внутреннего напряжения, и сырье не растрескивается. Установка сложная в обслуживании. Несомненно, идеальным вариантом является комбинирование вакуумной сушки с СВЧ сушкой. Но при этом стена вакуумной камеры должна быть в десять раз толще, чем стена в СВЧ камере, а это приводит к увеличению металлоемкости камеры. Вакуумно-диэлектрические камеры выгодно применять там, где по технологии требуется низкотемпературная сушка сырья.
3
Известна сушилка «СВЧ-Лес» [4]. Внутри камеры создается завихрение воздуха. Когда в цилиндрическую трубу по касательной к ее внутренней поверхности подается поток воздуха высокого давления, он движется по окружности и под действием центробежных сил прижимается к поверхности. Возникают достаточно большие силы трения, которые тормозят поток и нагревают его. Поэтому на стенках камеры выделяется тепло и слой воздуха у стенки нагревается. А в центре царит как раз пониженное давление потому, что центробежные силы оттягивают воздух от центральной зоны. Скорость движения воздуха внутри камеры до 3 м/с достигается мощным роторным вентилятором. Реверсивные вентиляторы удаляют излишнюю влажность из системы. СВЧ сушка считается самой эффективной, но из-за высоких затрат электроэнергии в России мало применяется. Эту сушилку выпускает инженерная компания в «Инвестстрой», г. Москва. Установка способна просушить сосновый брус 200×200 мм влажностью 50…70% до 18% за 22 часа. Средняя потребляемая мощность установки СВЧ составляет 58 кВт, а удельные затраты электроэнергии на процесс сушки составляют 200…230 кВт ч/м. Стоимость сушилки от 1,3 млн. рублей. Не реже одного раза в год потребуется производить замену магнетрона, стоимостью от 150000 рублей (ресурс их работы 600 ч). Достоинством СВЧ установок является возможность производить быструю сушку материала, но технология практически недоступна из-за дороговизны.
Одним из перспективных направлений в интенсификации сушки пушно-мехового сырья является использование энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ). В результате быстрого повышения температуры внутри сырья, повышается давление водяных паров, то есть появляется избыточное давление пара внутри сырья по отношению к давлению среды. Этот градиент избыточного давления резко интенсифицирует процесс сушки, так как в этом случае перенос пара происходит как путем молекулярной диффузии, так и путем фильтрации через поры и капилляры сырья. Этот вид переноса при СВЧ-нагреве подавляет остальные виды переноса. Привлекательность применения СВЧ энергии для сушки пушно-мехового сырья заключается в следующем:
- возможность выделить в единице объема сырья мощность, недоступную ни одному из традиционных способов подвода энергии;
- возможность осуществить бесконтактный избирательный нагрев и получить требуемое распределение температур в сырье, в том числе в режиме саморегулирующегося нагрева;
- возможность обеспечения режима тепловой безынерционности и высокой точности регулирования нагрева.
Технологический результат направлен на ускорение процесса и повышения качества сушки при одновременном обеззараживании пушно-мехового сырья.
Технический результат - аэродинамическая сушилка пушно-мехового сырья с воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты, характеризуется тем, что
в цилиндрическом экранирующем корпусе с утеплительным цилиндром соосно расположен неферромагнитный дифракционный цилиндр, основанием которого служит кольцевой корпус радиального вентилятора, причем кольцевое пространство между корпусом и дифракционным цилиндром образует коаксиальный резонатор, куда направлены излучатели от сверхвысокочастотных генераторов, расположенных равномерно по периметру боковой поверхности экранирующего корпуса с наружной стороны,
причем внутри кольцевого корпуса радиального вентилятора расположено рабочее колесо с лопатами, входной патрубок вентилятора направлен вовнутрь дифракционного цилиндра,
а выходной патрубок направлен в кольцевое пространство, где равномерно расположены правилки, подвешенные на карусельную вешалку, вращающуюся от электродвигателя, расположенного на верхнем основании корпуса, в центральной части, а сегментные плоскости основания закреплены с шарнирными петлями, при этом утеплительный цилиндр выполнен из стеклопакета.
На фиг. 1 приведено пространственное изображение аэродинамической сушилки пушно-мехового сырья с воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты:
1 - цилиндрический экранирующий корпус;
2 - утеплительный цилиндр, выполненный из стеклопакета;
3 - дифракционный цилиндр;
4 - кольцевой корпус
5 - радиальный вентилятор,
6 - рабочее колесо с лопатками;
7 - входной патрубок;
8 - выходной патрубок;
9 - сверхвысокочастотные генераторы;
10 - карусельная вешалка;
11 - правилки;
12 - вал электродвигателя для привода карусельной вешалки;
13 - верхнее основание экранирующего корпуса, разделенное на сегменты для размещения электродвигателя и образования открывающихся окон 14;
15 - монтажный каркас.
на фиг. 2. приведено пространственное изображение цилиндрического дифракционного резонатора на кольцевом корпусе;
на фиг. 3. приведено пространственное изображение экранирующего корпуса с сверхвысокочастотными генераторами и платформой для монтажа электропривода карусельной вешалки;
на фиг. 4 приведено пространственное изображение цилиндрического утеплителя, выполненного из стеклопакета;
на фиг. 5 приведено пространственное изображение рабочего колеса радиального вентилятора;
на фиг. 6 приведено пространственное изображение карусельной вешалки;
на фиг. 7 приведено пространственное изображение сегмента с шарнирными петлями верхнего основания экранирующего корпуса, для закрытия загрузочного окна;
на фиг. 8 приведен каркас (правилка) для натяжения пушно-мехового сырья.
Аэродинамическая сушилка пушно-мехового сырья с воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты содержит (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8): цилиндрический экранирующий корпус 1, расположенный в утеплительном корпусе 2; дифракционный цилиндр 3; кольцевой корпус 4; радиальный вентилятор 5; рабочее колесо с лопатками 6; входной патрубок 7; выходной патрубок 8; сверхвысокочастотные генераторы 5; карусельная вешалка 10; правилки 11; вал электродвигателя для привода карусельной вешалки 12; верхнее основание 13 экранирующего корпуса, разделенное на сегменты для размещения электродвигателя и образования открывающихся окон 14; монтажный каркас 15.
Установка (фиг. 1) смонтирована на монтажном каркасе 15. Она содержит цилиндрический экранирующий корпус 1 с утеплительным цилиндром 2 с наружной стороны. Внутри экранирующего корпуса 1 соосно расположен неферромагнитный дифракционный цилиндр 3, основанием которого служит кольцевой корпус 4 радиального вентилятора 5.
Кольцевое пространство между экранирующим корпусом 1 и дифракционным цилиндром 3 образует коаксиальную резонаторную камеру, куда направлены излучатели от сверхвысокочастотных генераторов 9. Генераторы расположены равномерно по периметру боковой поверхности экранирующего корпуса с наружной стороны.
Внутри кольцевого корпуса 4 расположено рабочее колесо 6, образуя радиальный вентилятор 5. Его входной патрубок 7 направлен в сторону дифракционного цилиндра 3, а выходной патрубок 8 направляет воздух в сторону кольцевого пространства.
На верхнем основании 13 экранирующего корпуса 1, в центральной части имеется вал 12 для электродвигателя привода карусельной вешалки 10, а сегментные плоскости 14 основания закреплены шарнирно и служат для закрытия окон, обеспечивающих загрузку правилок 11 с пушно-меховым сырьем.
Карусельная вешалка 10 расположена под верхним основанием 13 экранирующего корпуса 1.
Технологический процесс сушки и обеззараживания пушно-мехового сырья происходит следующим образом. Данная технология основана на вихревом методе обезвоживания сырья под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Открыть крышки, т.е. сегменты верхнего основания 14 цилиндрического экранирующего корпуса 1. Заранее подготовить правилки 11 с пушно-меховым сырьем и подвешивать их на карусельную вешалку 10 так, чтобы они равномерно располагались в коаксиальном резонаторе, образованном между экранирующим корпусом 1 и дифракционном цилиндром 3. Закрыть герметично крышки экранирующего корпуса 14. Включить электродвигатель 12 для привода карусельной вешалки 10. После чего включить радиальный вентилятор 5, рабочее колесо с лопатками 6 засасывает воздух через входной патрубок 7 и равномерно распределяет через выходной патрубок 8 под кольцевой корпус циркулирующий воздух внутри рабочей камеры. Над входным патрубком 8 имеется жалюзи для изменения площади живого сечения. Аэродинамический роторный нагреватель подогревает воздух в рабочей камере. Далее включить сверхвысокочастотные генераторы 9, которые в коаксиальном резонаторе возбуждают электромагнитное поле сверхвысокой частоты, где пушно-меховое сырье подвергается диэлектрическому нагреву в вихревом нагретом воздухе. Происходит сушка пушно-мехового сырья, а пар удаляется через специальный патрубок, расположенный на верхнем основании экранирующего корпуса. Электродвигатель привода вентилятора расположен на монтажном каркасе 15 под нижним основанием экранирующего корпуса.
Продолжительность воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на сырье регулируется в зависимости от вида размеров шкурок. Использование данной аэродинамической установки дает возможность ускорить процесс сушки пушно-мехового сырья, снизить энергозатраты, повысить качество обеззараживания. При воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты на пушно-меховое сырье каждая элементарная частица сырья нагревается равномерно и избирательно в зависимости от их диэлектрических параметров, что повышает качество сушки. В то же время при обеспечении высокой напряженности электрического поля в резонаторе, происходит уничтожение микроорганизмов и кожеедов. Находясь в электромагнитном поле пушно-меховое сырье, нагревается до оптимальной температуры (не более 60°C), а кожееды и их возбудители, у которых фактор потерь больше, чем у сырья, нагреваются до летальной температуры и уничтожаются. Это обеспечивает полное обеззараживание пушно-мехового сырья по сравнению с конвективной сушкой.
Регулирование мощности аэродинамического роторного нагревателя осуществляется, изменяя площадь живого сечения жалюзи, т.е. изменяя количество воздуха на входе в роторный вентилятор, а тем самым изменяем интенсивность теплообразования. Интенсивность теплообразования можно контролировать по нагрузке привода ротора, т.е. чем больше величина тока, потребляемого электродвигателем, тем выше интенсивность теплообразования. Количество СВЧ генераторов влияет на производительность сушилки.
Источники информации
1. lugakamen.ru>…sushilka_aehrodinamicheskaya.html
2. Патент 2011682 РФ, МПК С14В 1/58. Сушилка для пушно-мехового сырья. / Цугленок Н.В., Зайцев В.Е., Новикова Г.В., Немков С.Н.; заявитель и патентообладатель Красноярский государственный аграрный университет. - №4907723/12; заявл. 04.02.1991; опубл. 30.04.1994.
3. andreynoak.ru>…vakuumnaya-sushka-drevesiny-v…
4. СВЧ лес yandex.ru/images