Спосіб сушіння деревини

1 Спосіб сушіння деревини, який полягає у витримці сортименту в сушильному агенті при циклічному згинанні шляхом прикладання до нього циклічного зусилля, направленого поперек сорти менту, який відрізняється тим, що один кінець сортименту фіксують нерухомо, а згинальне зусилля прикладають до вільного кінця сортименту і здійснюють його знакоперемінним 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що сортимент фіксують у вертикальному положенні 3 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що зусилля згинання прикладають в напрямку найменшого моменту опору поперечного перерізу сортименту Винахід відноситься до технології сушіння деревини, а більш конкретно він стосується сушіння пиломатеріалів, і може використовуватися в дере та гарантує досягнення експлуатаційної вологості Бажання скоротити час, при сушці деревини спонукає шукати нові та удосконалювати ВІДОМІ способи сушки В науково - технічній та патентній літературі описані різноманітні інтенсивні технологій сушки деревини і зокрема, пиломатеріалів, що засновані на використанні різноманітних фізичних ефектів та впливів на деревину Відомо використання ультразвуку 1, обробка в полі відцентрових сил 2, розміщення деревини в електропровідній рідині та нагрівання її джоулевим теплом 3 Відома також обробка деревини магнітним полем, що рухається вздовж матеріалу 4, іонізація сушильного агента 5, використання електромагнітних сушарок 6 та електростатичного поля 7 Відоме використання комбінацій різних фізичних впливів на деревину наприклад, одночасне застосування магнітного поля та вакууму 8 Однак, зазначені вище технології сушки не знайшли широкого застосування в практиці, бо їх здійснення потребує складних пристроїв, витрат великої КІЛЬКОСТІ енергії, вони шкідливо впливають на обслуговуючий персонал та навколишня середовище, змінюють параметри деревини Підвищення вартості енергоносіїв спонукає до пошуку та впровадження енергозберігаючих технологій сушки Насамперед доцільно сушити пиломатеріали, а не колоди, що з точки зору витрат енергії, значно вигідніше Набувають поширення економічні та екологічно чисті гелеосушилки, які використовують енергію сонця Але вони залежні від погодно кліматичних вообробній та ЛІСОПИЛЬНІЙ промисловості Відомо, ЩО сушка деревини це тривалий та енергомісткий процес, характер якого визначається протіканням кількох тепломасообмінних процесів передача тепла деревині та розподілення його в товщі деревини, переміщення вологи в деревині, випаровування вологи з поверхонь та ш Складність отримання якісно висушеного пиломатеріалу полягає в тому, що при сушці деревини відбувається видалення двох типів вологи вільної, яка знаходиться у внутрішніх порожнинах клітин і міжклітинному просторі, та зв'язаної, яка знаходиться в стінках клітин, і є частиною ХІМІЧНОГО складу деревини Кожен тип вологи потребує своїх умов для видалення з деревини і їх порушення викликає виникнення мікро тріщин та внутрішніх напружень у деревині Найбільш простим і доступним способом сушки деревини до цього часу є атмосферна сушка, хоча по тривалості процесу вона поступається всім іншим способам Крім цього вона спроможна забезпечити досягнення транспортної вологості і тільки сосну в середній полосі можливо в жарке літо висушити до експлуатаційної вологості Найбільш поширеним у практиці є спосіб камерної сушки При цьому теплоносієм можуть служити пара, гаряча вода, нагріте повітря, електроенергія Така сушка забезпечує регулювання процесу, дає змогу використовувати стандартні режими сушки О (О (О 49660 факторів Усе більшого застосування набувають сушарки, які використовують тепло від спалювання ВІДХОДІВ обробки деревини, але таких ВІДХОДІВ не всюди вистачає Останнім часом з'явилася інтенсивна й одночасно енергозберігаюча технологія сушки деревини, яка заснована на використанні деформації згинання деревини при її сушці в середовищі сушильного агенту Вже запропоновано кілька варіантів реалізації цієї технології Відомий спосіб сушки деревини та пристрій для його здійснення 9, за яким перед сушкою горизонтально розташованому сортименту завдають прогин, прикладаючи до нього постійно діюче зусилля, а під час сушки сортимент обертають навколо його викривленої поздовжньої осі із швидкістю 7 -600рад/хв При цьому описано кілька варіантів здійснення способу Так сортимент може бути укладений кінцями на дві опори, а зусилля згинання прокладено до його середньої частини, або сортимент може бути зафіксований (затиснутий) одним кінцем в опорі, а до його вільного кінця прикладене згинаюче зусилля Зазначене постійно діюче зусилля створюється упором, рухомим копіром або електромагнітом, що взаємодіє з феромагнітною масою, яка закріплена на сортименті (в середній частині, чи на його вільному КІНЦІ) Описаний спосіб для свого здійснення потребує складного громіздкого обладнання, що обумовлено необхідністю прикладання постійного зусилля до сортименту, який обертається Можливості ЦЬОГО способу обмежені тим, що за один оберт сортименту відбувається лише один цикл згинання, що не дає змоги маніпулювати параметрами процесу Відомий варіант виконання пристрою 10 для здійснення описаного вище способу, який має ротор з горизонтальною віссю обертання На роторі по колу навкруг його осі змонтовано швидко ДІЮЧІ зажими, в яких під час роботи одним кінцем фіксують сортименти в горизонтальному положенні (консольно) При цьому постійно діюче зусилля згинання сортименту створюється власною вагою самого сортименту Ротор споряджено приводом його обертання навколо горизонтальної осі разом з зафіксованими сортиментами Обертання ротора здійснюють ривками, щоб одночасно із згинанням сортимент сприймав струшування Відсутність в описаному пристрої механізму прикладання згинаючого зусилля до сортиментів, що обертаються, для їх примусового згинання, значно спрощує його конструкцію, але, разом з цим, суттєво обмежує його можливості Використання для згинання власної ваги сортиментів не дає змоги змінювати величину цього зусилля, тобто не забезпечує регулювання параметрів процесу сушки Зазначений недолік, разом з недоліком характерним для самого способу сушки описаного вище, обмежує сферу його використання Найбільш досконалим серед відомих і найближчим до запропонованого способу за технічною суттю є спосіб 11 сушки деревини і пристрій для його здійснення, що згідно з описом винаходу, полягає у витримці деревини в сушильному агенті, підчас якої сортамент деревини циклічно прогинають між опорами, на величину допустимого проги ну, до настання рівновагової вологості При цьому поздовжню площину сортименту повертають ступенями по 90° за програмою 0° - >90° - >180° >90° - >0° Прогин здійснюється шляхом циклічного прикладання зусилля до середини сортаменту деревини, покладеного кінцями на опори При кожному циклі навантаження сортимент прогинається від нейтрального положення до максимального і повертається до нейтрального при знятті навантаження Циклічний прогин деревини викликає у и товщі циклічне зменшення та збільшення об'єму клітин та МІЖКЛІТИННИХ проміжків, від чого в них почергово відбувається підвищення тиску та поява вакууму, що забезпечує виштовхування вологи та смолистих речовин із зазначених порожнин Цей спосіб, поряд із значними перевагами перед відомими способами сушки, має кілька суттєвих недоліків Насамперед при горизонтальному розташуванні деревини (а ніякого іншого положення за цим способом деревина займати не може) краплини вологи, що утворюються на поверхні сортименту, розташованого в сушильній камері вище, капають на сортаменти, що розташовані нижче і зволожують їх, що знижує ефективність сушки Крім цього, за даним способом здійснюють циклічний прогин сортименту, а точніше пульсуючий, тобто прогин здійснюють прикладанням зусилля від нульового до максимального (допустимого), а потім зменшують зусилля до нульового і деревина розгинається завдяки власній пружності Таким чином, в кожному сортименті при пульсуючому прогині верхні шари матеріалу стискуються, а нижні розтягуються, тобто різні частини матеріалу знаходяться в різних умовах, а значить і висихають по різному Щоб позбутись цього явища сортимент періодично повертають ступенями на 90° по програмі, для чого переривають процес згинання В основу винаходу покладена задача удосконалення відомого способу сушки деревини, в якому шляхом зміни положення оброблюваного матеріалу, та зміни форми виконання операцій, забезпечено ліквідацію однієї із складних операцій, що спростило технологію сушки, а також підвищило ефективності способу та якості сушки Поставлена задача вирішується тим, що у способі сушки деревини, який полягає у витримці сортименту в сушильному агенті при його циклічному згинанні, запропоновано сортамент закріпити у вертикальному положенні за нижній кінець, а циклічне згинання здійснювати прикладанням знакоперемінного зусилля до верхнього кінця сортименту Технічним результатом, запропонованих удосконалень по перше є те, що знакоперемінне згинання сортименту викликає появу в його товщі періодичних напружень стиснення та розтягування однакових за величиною по обидві сторони від середньої поздовжньої площини симетрії, а це значить, що і висушування матеріалу відбувається однаково Таким чином, без періодичного обертання сортименту досягається рівномірність розподілу вологості та інших характеристик матеріалу по його товщині По друге, здійснення згинання сортименту, шляхом прикладанням зусилля до йог вільного верхнього кінця, забезпечує необхідну 49660 величину прогину при значно менших величинах зусилля ніж ті, що треба прикладати при двохопорному розташуванні сортименту Крім цього, вертикальне закріплення сортименту ліквідує явище зволоження нижніх сортаментів краплинами вологи, які капають із сортиментів, розташованих вище, що характерно для способу - прототипу Суттєвими ознаками запропонованого способу, спільними з прототипом є такі спосіб сушки деревини, спосіб полягає у витримці сортименту в сушильному агенті, при витримці сортимент циклічно згинають, згинання виконують шляхом прикладання зусилля направленого впоперек сортименту До нових ознак винаходу слід віднести один кінець сортименту фіксують нерухомо, згинаюче зусилля прикладають до вільного кінця сортименту, згинаюче зусилля здійснюють знакоперемінним, Суть винаходу ілюструється кресленнями На Фіг 1 зображено схему здійснення запропонованого способу На Фіг 2 - спрощену схему руху вологи в товщі деревини На Фіг 3 - те ж, при іншому варіанті розташування волокон На Фіг 4 - спрощену схему витискання вологи з клітин При здійсненні запропонованого способу сушки деревини сортимент 1 розташовують в робочій камері сушарки у вертикальному положенні і нерухомо фіксують його нижній кінець, наприклад у клиновому зажимі 2 між еластичними прокладками З До верхнього кінця сортименту прикладають знакоперемінне зусилля ±F, для чого його сполучають із робочим органом 4 механізму згинання сортименту (будь якої відомої для цього конструкції) Сортименти в камері сушарки можуть розташовуватися вертикальними рядами, а з рядів можуть бути набрані пакети Напрямок згинаючого зусилля найдоцільніше розташувати співпадаючим із віссю найменшого моменту опору поперечного перетину сортименту В робочій камері суша рки знаходиться сушильний агент наприклад, нагріте або осушене повітря, а камера споряджена системою його циркуляції Підчас сушки до верхнього кінця сортименту прикладають знакоперемінне зусилля ±F, яке викликає симетричне відносно середнього положення згинання сортименту При згинанні в товщі деревини з'являються напруження стиснення та розтягування, які почергово змінюють одне одного, що в свою чергу викликає почергове зменшення та збільшення об'єму клітин 5 та МІЖКЛІТИННИХ проміжків 6 Таким чином у клітинах та в проміжках між ними періодично відбувається підвищення тиску та поява розрідження, що приводить до виштовхування з них вологи При цьому, волога в деревині рухається, як вздовж волокон 7, так і впоперек їх (див фіг 2 і 3 ) і, в кінцевому підсумку, виходить на зовнішню поверхню пиломатеріалу При сильній вологості пиломатеріалу, відбувається інтенсивне утворення краплин, які стікають по поверхні сортименту до низу По мірі висихання деревини волога, що виходить на поверхню, встигає випаровуватися і виноситься з камери сушильним агентом Приклади здійснення способу По запропонованій технології у камері конвекційної сушарки проводили сушку соснових дощок довжиною 3 метри з товщиною 20мм та шириною 80мм від вологості 60% до 12% Дошки фіксувалися в камері нижніми кінцями в клинових зажимах Зусилля прогину створювалося кривошипношатунним механізмом і було направлене впоперек дощок, тобто в напрямку найменшого моменту опору поперечного перетину сортименту В однакових умовах висушувалися комплекти по 3 дошки з вирахуванням середніх показників В різних комплектах застосовували частоту ш згинання від 0 до ЗО згинань за хвилину (1/хв), а амплітуду А від 0 до 40 сантиметрів (см ) При цьому реєструвався час t у годинах (год ) висихання дощок та оцінювалася якість отриманої деревини (за ЗОВНІШНІМИ ознаками), а також обчислювались витрати енергії Результати здійснення запропонованого способу наведені в таблицях Таблиця 1 Час висихання дощок при амплітуді згинань А = 20см Частота згинання со(1/хв) Час сушки t (год ) Характеристика якості (за ЗОВНІШНІМИ ознаками) Як видно з таблиці збільшення частоти згинань підвищує швидкість сушки пиломатеріалу, однак із досягненням критичної частоти coKp (визначається для кожного виду деревини і форми пиломатеріалу) час сушки не скорочується Таким 0 24 1 14 10 7 15 5 20 2,5 ЗО 0,5 >30 0,5 Якість деревини незмінна чином режим сушки, при якому частота згинань наближається до критичної, стає економічно не вигідним бо приводить до невиправданих витрат енергії Таблиця 2 Час висихання дощок при частоті згинань со= 15 /хв Амплітуда згинання А (см ) Час сушки t (год ) Характеристика якості (за ЗОВНІШНІМИ ознаками) 0 24 10 8 20 5 ЗО 3 40 0,5 >40 0,5 Поява тріщин 8 49660 Як видно з таблиці збільшення амплітуди згинань підвищує швидкість сушки пиломатеріалу, однак з досягненням критичної Акр в деревині з'являються тріщини, а для згинання дощок із такими амплітудами витрачається надмірна КІЛЬКІСТЬ енергії, яка не дає відчутного скорочення часу сушки Таким чином, режим сушки, при якому амплітуда згинань наближається до критичної, може привести до появи браку у вигляді тріщин у висушеній деревині Запропонований спосіб сушки деревини, як і спосіб - прототип є інтенсивним та енергозберігаючим Він ДОЗВОЛЯЄ регулювати параметри процесу (амплітуду та частоту згинання) в широких межах, що забезпечує вибір найбільш вигідного режиму, з точки зору якості деревини, витрат енергії та швидкості (продуктивності) сушки Внесені удосконалення надали способу нових значних переваг перед відомими способами Насамперед, відсутність операції обертання сортименту, суттєво спрощує пристрій для його здійснення, та не потребує переривання процесу згинання, необхідного для виконання повертання сортиментів Крім цього зусилля, що потрібне для згинання сортименту закріпленого консольне, значно менше того, яке треба прикласти при двохопорному розміщенні деревини по способу - прототипу Важливо також і те, що запропонований спосіб однаково успішно забезпечує сушку, як круглої деревини, так і пиломатеріалів з прямокутним поперечним перетином Джерела інформації, що були прийняті до уваги 1 Авт свідоцтво СРСР № 614 300 по М кл F26B 9/06 2 Авт свідоцтво СРСР № 450 064 по М кл F26B 5/08 3 Авт свідоцтво СРСР № 459 949 по М кл Р26В 15/10 4 Авт свідоцтво СРСР № 819 533 по М кл Р26В 3/24 5 Авт свідоцтво СРСР № 1 016 643 по М кл F26B 3/34 6 Авт свідоцтво СРСР № 1 027 485 по М кл F26B 3/34 7 Авт свідоцтво СРСР № 1 234 709 по М кл F26B 1/00 8 Авт свідоцтво СРСР № І 196 631 по М кл F26B 1/00 9 Декл патент України № 35 727 по М кл6 В27К1/02 10 Декл патент України № 35 785 по М кл6 В27К1/02 11 Декл патент України № 32 866 по М кл6 В27К 5/00 »r-*j-«t > t 49660 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10