УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

Полезная модель относится к области обработки древесины, в частности, к устройствам для сушки древесины в виде различных пиломатериалов типа досок, брусков, заготовок из них в вакуумных сушильных камерах. Полезная модель может быть использована на различных деревообрабатывающих предприятиях.
Сушка древесины может быть естественной, с выдержкой древесины под действием атмосферного воздуха, а также искусственной, с ускоренным удалением влаги из древесины, производимой в сушильных камерах. Среди сушильных камер наиболее быстро удалить из древесины влагу позволяют вакуумные сушильные камеры.
При искусственной сушке древесины, в том числе в вакуумных сушильных камерах, возникает ряд проблем, связанных с неравномерностью процесса удаления влаги из древесины.
При сушке древесины за счет влагоотдачи в первую очередь и наиболее быстро испаряется влага с поверхности и из наружных слоев древесины. Из внутренних зон к наружным зонам влага, особенно поперек волокон, поступает медленнее, при этом основными видами перемещения влаги в древесине являются:
- влагопроводность - движение влаги в направлении пониженной влажности, обусловленное неравномерным распределением влаги по объему материала;
- термовлагопроводность - движение влаги в направлении пониженной температуры, обусловленное неодинаковой температурой по объему материала;
- молярный влагоперенос, обусловленный наличием во внутренних слоях древесины избыточного по сравнению с внешней средой давления, под действием которого влага в виде направленного потока пара движется в сторону более низкого давления.
Искусственную сушку необходимо вести так, чтобы поток влаги от внутренних слоев древесины к наружным слоям не отставал по интенсивности от влагоотдачи. В противном случае, наружные слои древесины пересохнут и, вследствие большей усадки по сравнению с внутренними слоями, могут растрескаться. При искусственной сушке древесины, особенно пиломатериалов, интенсивность сушки определяется перемещением влаги внутри древесины, в том числе, влагопроводностью древесины. Только при сушке очень тонких древесных материалов, типа шпона, интенсивность сушки может определяться влагоотдачей.
Чем сильнее прогревается древесина, тем интенсивнее перемещается влага от внутренних слоев к наружным слоям. При этом влагопроводность повышается за счет снижения вязкости влаги в капиллярах. При нагреве древесины выше 100°С свободная влага внутри клеток и в межклеточном пространстве вскипает, давление пара во внутренних зонах увеличивается, что также способствует интенсификации процесса перемещения влаги за счет молярного влагопереноса.
равн
с
равн.
Чем ниже влажность окружающей среды, тем интенсивнее происходит процесс сушки. Соотношение между влажностью древесины, W, и равновесной влажностью древесины, W, для окружающей среды, в которую помещена древесина, определяется как градиент (или потенциал) сушки, Г=W/W.
Когда градиент равен единице, древесина находится в состоянии гигроскопического равновесия и не поддается сушке. Чтобы можно было приступить к сушке, градиент должен быть больше единицы. То есть, если необходимо отобрать влагу у древесины с некоторым значением W, то нужно, чтобы окружающая среда, в которую помещена древесина,
равн.
равн
характеризовалась значением W меньшим, чем значение W. Чем больше разрыв между значениями W и W, тем быстрее древесина будет отдавать влагу.
Однако при большом значении градиента сушки не обеспечивается высокое качество сушки, так как существует риск неравномерного распределения влаги в древесине. Неравномерное распределение влаги в древесине может привести к возникновению внутренних напряжений, которые могут вызвать растрескивание и коробление древесины, причем не только в процессе сушки, но и в дальнейшем, при эксплуатации изделия из древесины. С другой стороны уменьшение величины градиента сушки может привести к неоправданному увеличению продолжительности процесса сушки.
Поэтому для правильной сушки величина градиента сушки на каждой ступени сушки должна находиться в диапазоне определенных достаточно небольших значений, зависящих от многих факторов, таких как размеры (толщина) дерева, его порода, и способность древесины к высушиванию.
Процесс сушки протекает неравномерно и может быть разделен на четыре ступени.
Первая ступень - прогрев древесины, во время которого влага из нее не убывает.
н
кр
п.г.
кр
п.г.
Вторая ступень - сушка древесины от высокой начальной влажности W до так называемой критической влажности, W, несколько превышающей значение влажности предела гигроскопичности W, W~W~28-30%.
Третья ступень - сушка древесины от критической влажности до заданной конечной влажности.
Четвертая ступень - остывание древесины.
Выбор режима сушки с учетом породы дерева и размеров досок на каждой ступени сушки осуществляется при помощи специально
разработанных для этих целей таблиц и графика сушки, которые отражают зависимость влажности и температуры древесины от времени сушки [1].
Сушильные камеры при этом оснащаются датчиками влажности и температуры древесины, исполнительными механизмами регулирования параметров сушильного агента, а система управления процессом предполагает отслеживание точек упомянутого графика сушки.
Однако в отличие от породы дерева и размеров пиломатериалов, имеющиеся рекомендации не учитывают способности древесины к высушиванию. Способность древесины к высушиванию зависит от множества таких факторов, как время вырубки, климатические условия региона, где произрастало дерево, и многих других, которые практически не поддаются статистическому учету и не могут быть отражены в виде таблиц и графиков. В результате градиент сушки не поддерживается на уровне, исключающем коробление и растрескивание древесины при сушке, то есть обеспечивающем высокое качество высушенной древесины.
Известна вакуумная сушилка, содержащая камеру с нагревательными элементами, располагаемыми между горизонтальными рядами пиломатериалов, которые выполнены в виде токопроводящих пластин с возможностью регулирования температуры нагрева штабеля пиломатериалов [2].
Известна также установка для сушки древесины, содержащая вакуумную камеру, наборы нагревательных элементов со средствами подвода и отвода греющей среды, между которыми расположен высушиваемый материал, датчики влажности древесины, средства контроля температуры высушиваемого материала и ее регулирования в процессе сушки [3].
Вне зависимости от типа теплоносителя недостатком обоих устройств является то, что в них не предусмотрена возможность поддержания необходимой величины градиента сушки, отражающего реальную картину процесса сушки с учетом способности древесины к
высушиванию, исключающей возникновение в древесине внутренних напряжений.
Задачей полезной модели является повышение качества высушенной древесины.
Поставленная задача решается в том случае, когда установка для сушки древесины содержащая вакуумную камеру с нагревательными элементами, между которыми расположен высушиваемый материал, средство для регулирования температуры нагревательных элементов, датчики температуры и влажности древесины, а также средство контроля и регулирования указанных параметров в процессе сушки, отличается от известной тем, что установка снабжена логическим устройством, связанным с датчиками влажности и температуры древесины, а также со средством контроля и регулирования температуры и влажности древесины.
Поставленная задача решается также в случаях, когда:
- использован кондуктометрический датчик влажности древесины;
- в качестве датчика температуры использована термопара;
- логическое устройство соединено посредством обратной связи с датчиком влажности древесины;
- нагревательные элементы выполнены в виде токопроводящих пластин, соединенных с трансформатором тока, соединенным в свою очередь со средством контроля и регулирования температуры и влажности древесины, например, с управляющим контроллером.
Сущность полезной модели заключается во введении в состав установки для сушки древесины логического устройства, связанного с датчиком влажности древесины и датчиком температуры древесины. В логическом устройстве происходит сравнение сигналов с датчиков влажности и температуры по электрическому сопротивлению древесины. При этом характер изменения электрического сопротивления древесины в соответствии с сигналом, поступающим на вход логического устройства с датчика влажности, принципиально отличается от характера изменения
электрического сопротивления древесины в соответствии с сигналом, поступающим на вход логического устройства с датчика температуры. С уменьшением влажности наблюдается увеличение электрического сопротивления древесины, описываемое графиком показательной функции. Одновременно с увеличением температуры за счет интенсивной влагопроводности наблюдается уменьшение электрического сопротивления древесины, при этом зависимость можно с некоторым приближением считать линейной. Логическое устройство позволяет на основании сравнения величин и характера изменения сигналов с обоих датчиков осуществить экспресс-анализ текущей влажности древесины с тем, чтобы своевременно и с высокой точностью корректировать работу нагревательных элементов. Сигнал с выхода логического устройства, поступающий через контроллер на вход исполнительного механизма, регулирующего температуру нагревательных элементов, например, на вход трансформатора тока, соединенного с нагревательными элементами в виде токопроводящих пластин, позволяет поддерживать необходимую для качественной сушки величину градиента сушки.
Использование кондуктометрического датчика влажности и термопары, в качестве датчика температуры, позволяет значительно упростить конструкцию установки за счет исключения аналого-цифровых преобразователей. При использовании нагревательных элементов в виде токопроводящих пластин и трансформатора тока отпадает также необходимость в цифроаналоговом преобразователе.
Наличие дополнительной обратной связи, обеспечивающей поступление корректирующего сигнала с выхода логического устройства на вход датчика влажности древесины, позволяет повысить точность регулирования влажности
Полезная модель поясняется блок-схемой.
Установка содержит пресс вакуумную камеру 1, в которой расположен штабель высушиваемых пиломатериалов 2, снабженный
датчиком температуры древесины 3, в качестве которого использована термопара, и кондуктометрическим игольчатым датчиком влажности древесины 4. Выходы датчиков 3, 4 соединены с входом логического устройства 5. Логическое устройство имеет автономный блок питания 6 (24 В). Один выход логического устройства соединен с контроллером 7, а другой - с датчиком влажности 4. Выход контроллера 7 соединен с трансформатором тока 8, соединенным в свою очередь с нагревательными элементами 9 в виде токопроводящих пластин.
Установка работает следующим образом:
В камеру помещают штабель подготовленных для просушки пиломатериалов - досок. Между рядами досок располагают токопроводящие пластины, которые плотно прижимают к доскам чтобы наиболее эффективно обеспечить их прогрев в процессе сушки. Прижим осуществляют посредством атмосферного давления через герметичную мембрану (на фиг. не показана). При таком расположении нагревательных элементов и наличии плотного прижима нагревательных элементов к доскам миграция влаги происходит преимущественно вдоль, а не поперек волокон древесины, что обеспечивает более интенсивную сушку древесины.
По ходу сушки штабеля пиломатериалов с выходов датчиков влажности и температуры снимаются сигналы о текущих значениях указанных величин. Сигналы поступают на вход логического устройства, где они сравниваются между собой с учетом их величины и характера их изменения. В результате сравнения вырабатывается сигнал о текущей влажности древесины, который поступает на вход контроллера. Кроме того, в контроллере заложена программа по ступеням сушки, учитывающая породу дерева и размеры пиломатериалов. С учетом сигнала о текущей влажности древесины вырабатывается управляющий сигнал, который с выхода контроллера поступает на вход исполнительного механизма, в данном случае трансформатора тока. Посредством
увеличения или уменьшения тока соответственно увеличивается или уменьшается степень нагрева досок, тем самым соблюдается необходимая для сушки величина градиента сушки.
Высушенные доски, благодаря известным приемам, заключающимся в укладке нагревательных элементов между рядами досок с созданием между ними плотного контакта по всей поверхности, а также новым приемам, заключающимся в управлении процессом нагрева с учетом текущей влажности древесины, характеризуются практически полным отсутствием трещин и коробления.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Болдырев П.В. Сушка древесины. - 3-е изд. перераб. и доп - Санкт-Петербург: ПРОФИ-ИНФО, 2005 - 168 стр.
2. Патент на полезную модель RU 2857,МПК F26B 3/34, 1996.
3. Патент на изобретение RU 2096703,МПК F26B 3/20, 1997.