ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

1. Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности, технике и технологии сушки пиломатериалов.
2. Уровень техники
Эффективность использования лесных природных богатств России во многом зависит от производства качественного пиломатериала, удовлетворяющего требованиям международных стандартов. В связи с тем, что в себестоимости готового сухого пиломатериала затраты на сушку имеют большой удельный вес, то повышение ее эффективности является актуальной технико-экономической задачей.
Анализ патентов на установки для сушки пиломатериалов показывает, что их конструкции совершенствуются по двум направления: создание устройств для реализации новых способов сушки, таких как сушка в поле СВЧ, вакуумная сушка и др. и совершенствование традиционных широко распространенных в промышленности конвективных сушильных камер.
Известна конвективная камерная сушилка, в энергетическом блоке которой на ложном потолке установлено распределительное устройство, направляющее часть потока сушильного агента в зону верхнего пакета штабеля [1].
Известна так же установка для сушки пиломатериалов [2], содержащая СВЧ-печь конвейерного типа и подающий механизм, выполненный в виде двух пар приводных горизонтальных валков, одна из которых установлена перед впускным устройством СВЧ-печи, а другая за парой неприводных валков. В этой сушильной установке последовательно происходит интенсивный нагрев каждой высушиваемой доски при ее перемещении в поле СВЧ, а влага удаляется за счет воздействия поперечной механической нагрузки с одновременным наложением ультразвуковых колебаний.
Несмотря на интенсификацию процессов нагрева и перемещения влаги с внутренних слоев на поверхность доски, производительность такой установки не может быть высокой, т.к. она ограничивается скоростью испарения влаги с поверхности, которая во много раз меньше скорости нагрева. В связи с тем, что верхние и нижние валки в узлах
подающего механизма расположены друг над другом в вертикальной плоскости, то пиломатериал при перемещении будет испытывать деформацию поперечного динамического сжатия на локальном участке, что при одноступенчатом сжатии может привести к разрушению и (или) выдавливанию части влаги по капиллярам на торцевую поверхность доски.
По количеству общих признаков и достигнутому результату данное техническое решение наиболее близко к заявленному и выбрано в качестве прототипа.
3. Сущность полезной модели
Технической задачей является разработка технологической линии, которая при минимальных затратах позволила бы осуществлять высокопроизводительную и качественную сушку пиломатериалов.
В состав технологической линии входят валковый пресс, ленточный транспортер и конвективная сушильная камера, которые существенно модернизированы в соответствии с поставленной задачей.
Валковый пресс для предварительной динамической опрессовки, состоит из нескольких, например двух, рабочих узлов, каждый из которых содержит по три валка расположенных по схеме равнобедренного треугольника так, что при прохождении между ними пиломатериал испытывает деформации сжатия и изгиба.
Сложная деформация и увеличение длины рабочей зоны позволяет эффективно выдавливать влагу с внутренних слоев пиломатериала на его пласти, что значительно снижает энергию связи влаги с пиломатериалом, не уменьшая его прочность, и дает возможность осуществлять последующую конвективную сушку с меньшими затратами и в жестком режиме, обеспечивая при этом высокое качество сушки.
2
Межвалковые вертикальные зазоры в последовательно установленных узлах горизонтального валкового пресса постепенно уменьшаются, что позволяет сохранить целостность высушиваемого пиломатериала за счет его ступенчатого нагружения. В последнем узле межвалковый зазор Δ меньше толщины пиломатериала b на величину усушки.
В процессе динамической опрессовки доски с повышенной влажностью, впереди рабочей зоны постоянно накапливается выдавливаемая влага. Для ее принудительного перемещения на боковые кромки доски и увеличения силы трения в зоне контакта рабочие поверхности валков имеют наклонные канавки, расположенные симметрично относительно продольной оси доски и выполненные в виде «елочки».
В связи с тем, что при контакте валка с твердым и прочным сучком в силовых узлах пресса, возникают повышенные нагрузки, то для их уменьшения опоры верхних неприводных валков снабжены упругими элементами, например, пружинами.
Ленточный транспортер служит для подачи опрессованного пиломатериала в сушильную камеру. Учитывая, что одним из недостатков конвективных сушильных камер является неравномерность сушки по высоте штабеля, в предлагаемой сушильной установке сушильный блок выполнен в виде прямоугольного газохода, имеющего форму змеевика и разделяющего по высоте горизонтальными прокладками штабель пиломатериала на несколько секций. Разделение штабеля на секции значительно уменьшает градиент скоростей сушильного агента за счет уменьшения площади живого сечения потока, а нечетное количество горизонтальных участков газохода позволяет осуществить круговую циркуляцию сушильного агента без дополнительного обводного канала.
Для обеспечения герметичности змеевикового газохода к торцам горизонтальных прокладок прикреплены упругие эластичные пластины, которые при контакте с вертикальными стенками камеры плотно к ним прижимаются, а перекрытие свободного канала, образующегося в верхней части газохода при остаточной усадке штабеля обеспечивается вертикальными эластичными пластинами (шторами), закрепленными на потолочном перекрытии сушильного блока.
Еще одним конструктивным элементом, позволяющим минимизировать коэффициент неравномерности сушки по высоте пакета штабеля, является поперечные межслойные бруски (шпации), которые имеют поперечные сечения в форме трапеций и уложены так, что поток сушильного агента при контакте с ними частично направляется от центра к горизонтальным прокладкам.
В целом, совокупность признаков ограничительной и отличительной частей полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовались для решения поставленной или других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.
Схема и конструкции оборудования технологической линии сушки пиломатериалов с предварительной опрессовкой иллюстрируются чертежами, представленными на фиг.1-3.
Фиг.1 - технологическая линия сушки пиломатериалов.
Фиг.2 - многоступенчатый горизонтальный валковый пресс.
Фиг.3 - конвективная сушильная камера периодического действия.
4. Примеры конкретного выполнения
Пример 1 конкретного выполнения
2
В состав технологической линии сушки пиломатериалов по примеру 1 входят горизонтальный двухступенчатый валковый пресс, ленточный транспортер и конвективная сушильная камера периодического действия (фиг.1). Каждая ступень валкового пресса представляет собой автономный силовой узел, состоящий из трех рабочих валков (поз.2, 3), расположенных по схеме равнобедренного треугольника, причем один из валков (поз.2), предпочтительно нижний, является приводным. Межвалковые зазоры в последовательно установленных узлах пресса уменьшаются по линейному закону так, что в последнем узле величина опрессовки Δ (фиг.2) равна усушке пиломатериала в радиальном направлении. Ленточный транспортер 5 осуществляет подачу пиломатериала в сушильную камеру.
В энергетическом блоке А сушильной камеры для подготовки сушильного агента и обеспечения его реверсивной циркуляции установлены: поворотные заслонки 12, калориферы 10 и реверсивный вентилятор 11.
В сушильном блоке Б штабель пиломатериала 6 по высоте разделен на три секции плоскими горизонтальными прокладками 7, которые установлены так, что поток сушильного агента в камере имеет форму змеевика, а замыкающий участок газохода выполнен в виде обводного канала 8, примыкающего к торцевой стенке 9. На стыках вертикальных торцевых стенок камеры и горизонтальных прокладок 7 установлены упругие эластичные пластины 14, которые при контакте со стенками камеры и загрузочными дверями плотно к ним прижимаются по всей ширине газохода (см. элемент II, фиг.3). В верхней части штабеля пластины 14 установлены вертикально с обоих торцов и закреплены на потолочном перекрытии сушильного блока (см. элемент III, фиг.3). Межслойные прокладки (шпации) 12, укладываемые между слоями пиломатериала 13, имеют поперечные сечения в форме трапеций (элемент I, фиг.3) и расположены так, что при движении вдоль секции штабеля поток сушильного агента частично направляется от центра к верхней и нижней горизонтальным прокладкам 7.
Опрессовка пиломатериала в технологической линии по примеру 1 осуществляется следующим образом: сырой пиломатериал 1, например, доска, при контакте с нижнем приводным валком 2 и неприводными валками 3 захватывается, частично опрессовывается и подается во второй рабочий узел пресса, где процесс динамической опрессовки завершается. Равномерное продвижение материала и треугольная геометрия расположения валков создают сложную деформацию сжатия-изгиба, в результате которой капиллярная влага выдавливается из внутренних слоев на пласта и ее энергия связи с материалом уменьшается. Наличие двух рабочих узлов пресса позволяет уменьшить механические
напряжения в каждом узле, что обеспечивает сохранение прочности пиломатериала при заданной величине конечной опрессовки.
Опрессованный пиломатериал ленточным транспортером 5 подается в сушильную камеру. В связи с тем, что основное количество влаги из внутренних слоев пиломатериала, выдавлено на пласти, то его сушка в камере без растрескивания и коробления может осуществляться при жестких режимах в короткий срок. Тогда определяющим дефектом сушки будет неравномерность распределения влажности досок по сечению штабеля, что связано с большим градиентом скоростей сушильного агента по высоте сушильного блока.
Разделение в сушильной камере штабеля пиломатериала по высоте на три секции плоскими горизонтальными прокладками 7 позволило уменьшить в три раза поперечное сечение газохода, уменьшив за счет этого градиент скоростей сушильного агента по высоте штабеля. Нечетное количество секций штабеля позволило обеспечить простую схему циркуляции без дополнительного обводного канала.
Упругие эластичные пластины 14, установленные на стыках поверхностей образовавшегося газохода и в верхней части штабеля обеспечивают его герметичность и повышают коэффициент полезного действия сушильной камеры. Трапецеидальная форма сечений поперечных прокладок (шпаций) 13 и способ их укладки так же способствует направлению части потока сушильного агента от центра к горизонтальным поверхностям, что снижает коэффициенты неравномерности сушки по высоте каждой секции штабеля.
Пример 2 конкретного выполнения
В примере технологической линии по примеру 2 на рабочих поверхностях валков 2 и 3 валкового пресса под углом 45° выполнены наклонные канавки (вид А-А, фиг.2) глубиной 1,2 мм, которые нанесены симметрично относительно продольной оси и расположенные в форме «елочки». Такая форма рабочих поверхностей валков способствует перемещению выдавленной влаги с пластей на боковые кромки и увеличивает коэффициент трения между поверхностями обрабатываемой доски и рабочих валков, что особенно важно при опрессовке пиломатериала с влажностью более 30% и высокой скорости опрессовки.
Пример 3 конкретного выполнения
В примере технологической линии по примеру 3 в валковом прессе опоры верхних неприводных валков 3 снабжены пружинами 4, что позволяет уменьшать пиковые нагрузки, возникающие при контактах рабочих поверхностей валков с сучками, исключая перегрузки и повреждения механизмов валкового пресса.
5. Промышленная применимость
Опытный образец технологической линии сушки пиломатериалов изготовлен и испытан в мастерской экспериментально-технологической лаборатории факультета технологии и предпринимательства Томского государственного педагогического университета. Испытания, проведенные на обрезном сосновом пиломатериале сечением 50×130 мм, подтвердили перспективность заявляемого технического решения, которое может быть реализовано с помощью известных технических средств, а нестандартные узлы и детали изготовлены по общепринятым технологиям.
В первом квартале 2008 года планируются совместно с ООО «Альфатех» повторные испытания линии сушки пиломатериалов с целью оптимизации технологических параметров и последующей коммерциализации разработки. При необходимости возможны и другие формы реализации заявляемого технического решения, не выходящие по своей сущности за пределы совокупности признаков отличительной и ограничительной частей формулы полезной модели.
Источники информации
1. Патент PU №2215251, кл. F26В 9/06, 2003
2. Патент RU №97115212, кл. F26В 5/02, 1999 (прототип)