УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к технике сушки древесины, в частности к камерам периодического действия с конвективным теплообменом, предназначенным для сушки пиломатериалов в деревообрабатывающей, мебельной и других отраслях промышленности.
Сушка - процесс удаления влаги из материала путем ее испарения. Сушка пиломатериалов - одна из важнейших операций в технологическом процессе лесопиления и деревообработки. Сушка предохраняет древесину от поражения деревоокрашивающими и дереворазрушающими грибами в процессе ее хранения и транспортирования, предупреждает размеро- и формоизменяемость древесины в процессе изготовления и эксплуатации изделий из нее, улучшает качество отделки древесины, склеивания.
В промышленности используют различные способы сушки древесины, различающиеся как применяемым оборудованием, так и особенностями передачи тепла высушиваемому материалу.
Известны различные типы камерных сушилок (конвективная, конвективно-паровая, кондуктивная, аэродинамическая, электрическая и др.), снабжаемых, как правило, системой подготовки и циркуляции сушильного агента, системой удаления влаги в процессе сушки, системой автоматического контроля и регулирования параметров процесса сушки, а также средствами механизации (подштабельные тележки, внутренние и наружные рельсовые пути и т.п.) [Заявка №96121694/06, БИ №3,1999 г., с.296].
В этих сушилках удаление свободной, а затем и связанной влаги из толщи клеточных стенок между микрофибриллами происходит вначале из наружных слоев древесины, а лишь затем из внутренних. Это обуславливает появление градиента влажности между наружными и внутренними слоями древесины, опережающее уменьшение объема наружных слоев древесины (усушка), возникновение напряжений в древесине и, как следствие, ее коробление и растрескивание, что в итоге снижает качество сушки.
Известны камеры для сушки пиломатериалов с принудительной циркуляцией агента сушки, имеющие теплоизолированные стенки, источник тепла и вентилятор с системой рециркуляции воздушного сушильного агента, имеющей нагнетательный и всасывающий каналы (а.с. СССР 705218 от 21.06.1978 г., кл. F 26 В 9/06; патент РФ 1672172 от 8.09.1989 г., кл. F 26 В 9/06; а также сушильные камеры "СПЛК-2", "ВАЛМЕТ", "УРАЛ-72", описываемые
в книге Соколова П.В. и др. «Лесосушильные камеры», М., Лесная промышленность, 1987 г.).
Недостатками этих конструкций являются аэродинамические потери в рециркуляционных каналах сложной конфигурации и значительной длины, утечки нагнетаемого сушильного агента мимо штабеля с пиломатериалом, наличие рециркуляционного канала для подвода нагретого сушильного агента, находящегося под избыточным давлением, имеющего теплообмен с теплоизолирующими стенками (ограждением) камеры, что также создает повышенные тепловые потери.
Все это снижает экономичность и эффективность процесса сушки.
Широкое применение конденсационных сушильных камер объясняется тем, что они. работают по принципу замкнутого цикла, т.е. сушильный агент совершает циркуляцию без выброса в атмосферу и, соответственно, без подпитки свежим воздухом. Воздух, насыщенный влагой отобранной из древесины, омывает холодную поверхность конденсатора и охлаждается до температуры ниже точки росы. Влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется. Коэффициент полезного действия таких сушильных камер, из-за физических свойств хладагента (фреона), понижается при повышении температуры сушильного агента более 45°С. Преимущества: высокое качество высушенного пиломатериала и относительно низкие энергозатраты..
Однако следует учитывать также, что сроки сушки в конденсационных камерах сушки в 2 раза больше (при использовании фреона), чем при применении водо-воздушных теплообменников. Существуют также комбинированные способы сушки, в которых одновременно применяют различные виды передачи тепла или совмещаются другие признаки различных видов сушки (Голенищев А.Н., Добрынин С.В., Андреева А.А. Сушка и защитная обработка древесины. - М.: Лесн. Пром-ть, 1984. - 80 с.)
Известно изобретение, защищенное патентом РФ №2157957, кл. 6 F 26 В 7/00, от 20.10.2000 г, в котором процесс сушки осуществляется в замкнутом контуре в несколько этапов, нагрев ведут одновременно с изменением давления, с последующими, плавно меняющимися одновременно циклами - снижение температуры сопровождается уменьшением давления и наоборот до получения относительно равномерной температуры и влагосодержания внутри материала, в последующем эти циклы сопровождаются искусственным снижением влагосодержания воздуха, рециркулируемого в замкнутом контуре.
Устройство, реализующее этот способ, содержит герметичную сушильную камеру с дверью, рубашку, разделенную перегородкой, коллекторы, вентилятор, нагревательную установку, регулирующее устройство, всасывающие и нагнетательные патрубки, воздуховоды, кондиционер, компрессор и вагонетку.
Устройство имеет сложную, трудоемкую конструкцию и увеличенные энергозатраты на сушку пиломатериалов. Обуславливается это тем, что в качестве конденсатора используется внутренняя поверхность сушильной камеры, а также вследствие того, что во время циклов сушки наблюдается отрицательный градиент влажности пиломатериала при увеличении давления при наличии свободной влаги в пиломатериалах. Кроме того, из-за отсутствия в процессе сушки влаготермообработки не достигается качественная сушка древесины, часть воздуха циркулирует мимо штабеля.
Известна установка для сушки пиломатериалов, содержащая сушильный блок, включающий теплоизолированный герметичный корпус с размещенными в нем воздуховодами, термометрами с системой смачивания для контроля температуры и влажности, рельсовым путем, транспортными воротами, и аппаратный блок, включающий вентилятор с воздуховодами, калорифер и конденсирующее устройство с замкнутым охлаждающим контуром и поддоном для сбора конденсата, отличающаяся тем, что сушильный и аппаратный блоки выполнены в виде модулей, стыкуемых при помощи разъемов и гибких связей, при этом сушильный модуль снабжен конфузором, охватывающим по сечению штабель пиломатериалов, и выполненным асимметричным в вертикальной плоскости с коэффициентом асимметрии К=1,3-1,5, а конденсирующее устройство снабжено системой увлажнения сушильного агента, выполненной в виде закрытого бака с размещенной в нем трубкой, оканчивающейся форсункой, расположенной между вентилятором и калорифером (Патент РФ №2042093).
К недостаткам конструкции следует отнести некоторое усложнение конструкции из -за наличия дополнительного бака с форсункой, чтобы получать паровоздушную смесь, для этого потребуется дополнительные энергозатраты. Для охлаждения конденсирующего устройства в качестве охлаждающего агента, также применяется вода, поэтому достичь оптимальной скорости сушки и удаления влаги из камеры затруднительно. Не исключена возможность «зависания» влажности, что скажется на качестве пиломатериалов.
Из известных установок для сушки пиломатериалов, наиболее близкой является установка, реализующая способ камерной сушки пиломатериалов, которая и принята за прототип (Патент РФ №2206840).
Она содержит теплоизолированный герметичный корпус, в котором штабель пиломатериалов находится за перегородкой с установленными вентиляторами, способствующие образованию воздушного потока, нагретого в калорифере и циркулирующего через штабель пиломатериалов. С помощью конденсационного вентилятора образуется горизонтальное замкнутое кольцо циркулирующего воздуха. Нагретый агент сушки поступает в
штабель пиломатериалов, где испаряет влагу из древесины и за счет этого охлаждается.
Пройдя через конденсационный вентилятор, агент сушки проходит через систему охлаждения, где охлаждается влажный воздух, находящийся под давлением. Затем может происходить дополнительный нагрев агента, если компрессор находится в зоне циркуляции. Для осушения воздуха и восстановления требуемой температуры компрессор отбирает часть агента сушки, циркулирующего в камере, и направляет его под давлением на вход калорифера (испарителя). В результате обдува калорифера циркулирующим агентом, температура на выходе из него снижается. В результате того, что давление на выходе из испарителя становится выше насыщения при данной температуре, большая часть влаги, содержащейся в агенте, конденсируется, возвращая затраченную на испарение энергию сушильному агенту. Выходящая из него смесь состоит из практически сухого воздуха и воды. Эта смесь поступает на сепаратор (конденсатор), где разделяется на воздух, возвращаемый в камеру, и воду, отводимую наружу. Температура и влажность в процессе сушки контролируется соответствующими датчиками, связанными с системой управления процессом сушки.
К недостаткам устройства для сушки материалов можно отнести длительность выхода процесса сушки в рабочий режим, особенно в зимнее время, из - за низкой скорости нагрева сушильной камеры. Время выхода на рабочий режим занимает несколько суток, что снижает производительность установки.
Кроме того, эта и многие известные установки не приспособлены к работе в экстремальных условиях (значительных нарушениях процесса сушки), что снижает надежность их работы и сказывается на качестве готовой продукции.
В процессе сушки нередки случаи, когда влажность в сушильной камере длительное время не изменяется, т.е. процесс сушки фактически прекращается. Происходит так называемое «зависание» влажности. Это происходит из- за нехватки тепла для осуществления сушки или снижения скорости отвода влаги из камеры. Возможен вариант, когда пиломатериалы содержат значительное количество влаги (влажность более 80%).
Технической задачей предполагаемой полезной модели является повышение надежности работы установки для сушки пиломатериалов путем устранения аварийных ситуаций и сокращение времени выхода установки на рабочий режим, независимо от времени года и начальной влажности пиломатериалов.
Технический результат достигается за счет того, что в известную установку для сушки пиломатериалов, содержащий теплоизолированный герметичный корпус, разделенный перегородкой на камеру сушки штабеля пиломатериалов с образованными в нем воздуховодами,
размещенными в ней датчиками температуры и влажности, и на аппаратный блок, включающий систему управления работой установки, связанную с указанными датчиками, устройства нагрева сушильного агента, подаваемого в камеру сушки вентиляторами, установленными в верхней части перегородки, конденсационный вентилятор с приводом, конденсирующее устройство с замкнутым охлаждающим контуром и поддона для сбора воды введены изменения и дополнения, а именно:
- в аппаратный блок введены дополнительное устройство нагрева, с возможностью подсоединения его к дополнительному конденсатору и датчику температуры в сушильной камере;
- в задней стенке камеры сушки выполнены два симметрично расположенных вентиляционных отверстия, снабженные заслонками, управляемыми от сигнала датчика влажности.
Кроме того, поддон выполнен в виде прямоугольной призмы, две грани которой наклонены в сторону стока воды, под углом 3-5 градусов.
Введение дополнительного устройства вызвано тем, что в зимнее время выход установки в рабочий режим занимает несколько суток, хотя практически, процесс сушки происходит при температуре в камере сушки более 20°С. Ведение дополнительного нагрева сокращает это время.
Более того, при «зависании» влажности в камере сушки или при начальной влажности в ней превышающей 80%, необходимо увеличить скорость отвода влаги, что достигается за счет применения дополнительного конденсатора, а воздух, выходящий из него можно нагревать в дополнительном устройстве нагрева.
Выполнение поддона с наклоном 3-5 градусов, также позволяет увеличить скорость отвода воды и тем самым способствовать снижению влажности в камере сушки.
На фиг.1 приведен общий вид установки для сушки материалов.
На фиг.2, в основном, схематично показана система конденсации с охлаждающим контуром и устройства нагрева (калориферы с электротенами).
Установка для сушки пиломатериалов содержит: теплоизолированный и влагонепроницаемый корпус 1, штабель 2 с воздуховодами 3, аппаратный блок 4, с расположенным сверху конденсационным вентилятором 5 с приводом, перегородку 6 с размещенными в ней осевыми вентиляторами 7 и защитной тканью 8, предотвращающую воздушную циркуляцию между материалом и перегородкой, поддон 9 для сбора воды, наружный дополнительный конденсатор 10 и вентиляционные окна 11 с заслонками.
Датчики температуры и влажности размещены внутри камеры сушки и на фиг.1 не
показаны.
Модуль, обеспечивающий нагрев и циркуляцию сушильного агента (воздуха) состоит из осевых вентиляторов 7 и калориферов: основного 12 и дополнительного 13. Нагрев воздуха в них осуществляется посредством ТЭНов (фиг.2).
В аппаратном блоке 4, в основном, размещеноы конденсирующее устройство и систему охлаждения, которая включает конденсаторы 14 и 15, резервуар 16 хладоагента (фреона), осушитель 18, предохранительный клапан 19, испаритель 20 и компрессор 17. Система снабжена соответствующими трубопроводами и арматурой. В аппаратном блоке 4, также размещены гигростат и термостаты, контролирующие работу установки (на схеме фиг.2 не показаны). Щит с электрооборудованием и системой управления режимом сушки может быть установлена внутри корпуса, рядом с аппаратным блоком 4 или вынесена наружу.
Работа установки для сушки материалов осуществляется следующим образом.
В камере сушки 1 укладывается штабель пиломатериалов 2 таким образом, чтобы между горизонтальными и вертикальными рядами образовывались воздуховоды 3. Это достигается за счет промежуточных планок между слоями 25 мм, а по вертикали - 20-30 мм.
Верхние ряды штабеля закрыты, а под нижние устанавливают балки - 100 мм.
Перед выходом на рабочий режим камера сушки должна быть прогрета до 20-21°С, что достигается за счет нагрева воздуха в основном калорифере 12 и дополнительном 13. Особенно важно ускорение нагрева в зимний период.
Рабочий режим сушки зависит от высушиваемого материала (сосновая и еловая древесина, береза, бук и т.д.). Рекомендуется режим сушки конкретного материала, в зависимости от начальной влажности его, определять опытным путем. Как правило, температура в сушильной камере должна поддерживаться в диапазоне 35-45°С.
В начальный момент сушки, влага удаляется из древесины с большей скоростью, особенно при большой начальной влажности (более 80%), поэтому целесообразно включать оба конденсатора, чтобы успевать удалять влагу из установки, а не уменьшать температуру сушки, и тем самым увеличивать время сушки пиломатериалов. При уменьшении влагосодержания пиломатериала (измеряется влагомером непосредственно в штабеле) второй конденсатор отключается, а температуру сушки можно увеличить.
Эффективную циркуляцию нагретого воздуха через пучки древесины обеспечивают вентиляторы 7, установленные в перегородке 6, гарантируя ровную абсорбцию влажности в поток воздуха. Влажный воздух конденсационными вентиляторами 5 снабженными приводом всасывается в конденсатор 14, а при необходимости и 15, где влажный воздух охлаждается за счет подачи компрессором 17 хладоагента (фреона), хранящегося в резервуаре
16. Большая часть влаги, содержащаяся в хладоагенте конденсируется и вода поступает в поддон 9 и далее в канализацию. Для ускорения удаления воды, чтобы избежать «зависания» влажности в камере сушки, поддон выполнен с наклоном двух граней под углом 3-5 градуса. Если же в процессе сушки, «зависание» влажности в камере сушки происходит, о чем сигнализирует датчик влажности (длительное время влажность в камере сушки не изменяется), то по сигналу датчика открываются заслонки, установленные в вентиляционных окнах 11 и происходит замена влажного воздуха на атмосферный. Затем заслонки закрываются, а процесс сушки продолжается в нормальном режиме.
Хладоагент осушивается в блоке 18 и через клапан 19 поступает на испаритель 20 и далее, полностью осушенный через компрессор 17 в конденсаторы.
Сухой воздух из конденсаторов подогревается в калориферах и вентиляторами 7 подается в камеру сушки. Цикл замкнулся.
Преимуществами предлагаемого технического решения перед известными заключаются в том, что вероятность возникновения аварийных ситуаций в процессе сушки резко снижается, а следовательно надежность работы установки и качество высушиваемого материала повышается.
Кроме того, за счет введения дополнительного устройства нагрева и конденсатора регулирование процессом сушки стало более гибким, а время выхода на рабочий режим значительно сократилось без ущерба качества готового пиломатериала, что особенно важно в зимний период эксплуатации установки.
В настоящее время после проведения опытно - промышленных испытаний установки для сушки пиломатериалов эксплуатируется в северо-западной части России.