close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Киселева А. В. Древесиноведение и сушка древесины. Раздел Сушка древесины

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
А.В. Киселева
ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ И СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
Раздел СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
Тексты лекций
Воронеж 2009
2
УДК 630*81+674.047
К44
Печатается по решению учебно-методического совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»
(протокол № 10 от 18 июня 2008 г.)
Рецензенты: лаборатория селекции НИИЛГис,
директор НОЦ «КПД» В.И. Перегудов
Киселева, А. В.
К44
Древесиноведение и сушка древесины. Раздел Сушка древесины [Текст] :
тексты лекций / А. В. Киселёва ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО
«ВГЛТА». – Воронеж, 2009. – 59 с.
ISBN 978-5-7994-0369-0 (в обл.)
В текстах лекций в краткой форме описаны основные виды сушки пиломатериалов, её
цели. Даны характеристики основных видов оборудования сушильного производства, методы
расчета его количества. Рассматриваются вопросы расчета себестоимости сушильного
процесса.
Предназначаются для студентов специальности 250403 – Технология деревообработки.
УДК630*81+674.047
ISBN 978-5-7994-0369-0
© Киселева А.В., 2009
© ГОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2009
3
Оглавление
Народнохозяйственное значение процессов нагревания и сушки древесины…......4
Способы сушки древесины………………………………………………………........5
Основные сведения об агентах сушки..........................................................................7
Водяной пар, его параметры и характеристики………………………………….......7
Параметры воздуха как сушильного агента……………………………………….....9
Id – диаграмма влажного воздуха, определение параметров влажного воздуха в
Id – диаграмме. Психрометр………………………………………………………….11
Процессы изменения состояния воздуха на Id-диаграмме…………………….......14
Основные закономерности перемещения влаги в древесине………………….......15
Классификация сушильных установок………………………………………….......16
Элементы теплового оборудования сушильных камер………………………........19
Расход тепла на сушку древесины………………………………………………......23
Элементы вентиляционного оборудования сушильных камер………………........24
Расход электроэнергии на сушку древесины………………………………….........28
Способы укладки пиломатериалов в штабель, требования к прокладкам…..........30
Расчет габарита и емкости штабеля……………………………………………........33
Оборудование для сборки штабеля, расчет его производительности……….........33
Расчет производительности лифта……………………………………………..........36
Расчет продолжительности сушки древесины в зависимости от конструкции камеры……………………………………………………………………………….......37
Продолжительность цикла сушки в камерах периодического и непрерывного действия………..................................................................................................................38
Режимы сушки, их температурные категории…………………………………......39
Выбор режима сушки в зависимости от различных факторов………………........43
Дефекты, возникающие при сушке древесины и способы их устранения.............43
Категории качества сушки древесины………………………………………...........45
Показатели качества сушки древесины……………………………………….........46
Условный материал, пересчет объема фактического материала в объем условного…………………………………………………………………………………........48
Производительность сушильных камер в фактическом материале……………...............................................................................................................49
Определение производительности камер в условном материале……………......49
Штаты сушильного цеха. Расчет рабочих на укладке, разборке и транспорте леса………………………………………………………………………………….......50
Планирование и организация работы сушильного цеха……………………….....52
Себестоимость сушки………………………………………………………….........53
Технология камерной сушки пиломатериалов………………………………….....55
Библиографический список........................................................................................57
4
Народнохозяйственное значение процессов нагревания и сушки
древесины
Под гидротермической обработкой древесины понимают процессы воздействия на неё тепла, влаги, газа или жидкости, предназначенные для изменения
температуры и влажности древесины или введения в неё веществ, улучшающих её
технологические и эксплуатационные характеристики.
По своим особенностям и назначению процессы ГТО разделяются на три
группы:
1. Процессы тепловой обработки, связанные с нагреванием древесины и
поддержанием её температуры в течение определённого времени на заданном
уровне. Они обеспечивают:
а) снижение усилий и улучшение качества резания древесины вследствие
уменьшения её твердости при повышенной температуре; для этого применяются
процессы оттаивания или нагревания круглых сортиментов (брёвен, кряжей, чураков) перед их распиловкой или лущением, а также перед строганием шпона;
б) создание возможности изменения формы деталей или заготовок под действием механических усилий вследствие увеличения податливости (эластичности)
древесины с повышением её температуры, что используется при гнутье и прессовании;
в) ускорение процессов склеивания вследствие интенсификации отверждения
и высыхания клеевых веществ при повышении температуры древесины.
2. Процессы пропитки, связанные с введением в древесину веществ, изменяющих её свойства. При пропитке происходит:
а) консервирование древесины - в древесину вводятся защитные вещества,
что повышает её стойкость к поражению дереворазрушающими грибами, а также
и насекомыми; например, срок службы шпал без пропитки около 7 лет, а с пропиткой 25;
б) огнезащита, при пропитке древесины антипиренами, что предохраняет
сооружения, в которых используется древесина от огня.
3. Процессы сушки, связанные со снижением влажности древесины.
В сырой сплавной древесине содержатся ровные количества, как воды, так и
древесинной массы (W=100 %). У лёгких древесных пород (ель, осина и др.) долго лежавших в воде, влажность может быть 150, 200 %. То есть на 100 частей
древесины приходится 150-200 частей воды, или в полтора, два раза больше, чем
древесной массы. При удалении этой влаги масса досок уменьшится почти в два
раза.
Деревянные изделия и сооружения, изготовленные из непросушенной древесины, недолговечны и быстро портятся. Например, мебель для сидения (решёт-
5
чатая) изготавливаемая из непросушенной древесины, приходит в негодность за
2… 4 года, аналогичная, из хорошо просушенного материала служит 20…40 и более лет. В жилищном строительстве используются щитовые деревянные оконные
коробки, настилы полов, перекрытия, если они изготовлены из влажной, недосушенной или неравномерно просушенной древесины, то через 1 либо 2 года эти
изделия рассыхаются, в них появляются щели. Двери и оконные коробки перекашиваются, доски для полов и элементы перекрытия могут покоробиться, может
произойти поражение деревянных деталей грибами. В зимнее время такое жилище продувает ветром, расходуется большое количество тепла, ухудшаются санитарно-гигиенические условия в помещениях. При появлении домовых грибов необходимо срочно перебирать деревянные конструкции и сжигать поражённые детали, а иногда целиком и постройки.
Таким образом, главная цель сушки - превращение древесины из природного материала в промышленный материал с коренным улучшением её биологических, физико-механических, технологических и потребительских свойств.
В результате высушивания древесина приобретает стойкость против гниения, повышается её прочность и жёсткость, возникает стабильность размеров и
формы деталей и всего изделия. Древесина лучше склеивается, полируется, шлифуется, снижается её теплоёмкость, тепло- и электропроводность, проявляются
другие положительные свойства (лучшее удерживаются гвозди, выше чистота обрабатываемой поверхности и так далее).
Физическая сущность процесса сушки заключается в том, что нагретый воздух направляют к сырому материалу, при соприкосновении с которым он отдает
своё тепло, то есть охлаждается, а влага древесины за счёт тепла из воздуха превращается в парообразное состояние( водяной пар) и удаляется от древесины этим
же, но охладившимся воздухом.
Способы сушки древесины
Основные способы сушки основаны на удалении влаги из древесины в виде
пара и по способу передачи тепла подразделяются на 4 вида:
1. Конвективная сушка - передача тепла материалу путём конвекции от
газообразной или жидкой среды. Конвекцией называется передача теплоты за
счёт перемещения слоёв жидкого или газообразного вещества.
Основные способы конвективной сушки:
1.1 атмосферная – это сушка на открытых складах над навесом без подогрева
воздуха. Воздух подводит к материалу тепло и в соответствующем количестве забирает и уносит из материала влагу, но уже в состоянии пара. Принципиальная
схема атмосферной сушки представлена на рис. 1.
6
Рис. 1. Принципиальная схема сушильного процесса при атмосферной
сушке
1.2. газопаровая – сушка древесины в нагретой газовой среде (пар, влажный воздух, топочные газы при атмосферном давлении) в специальных установках – сушильных камерах. Принципиальная схема процесса представлена на
рис. 2.
Рис. 2. Принципиальная схема газопаровой сушки древесины
1.3. жидкостная – сушка в гидрофобных жидкостях и в солевых водных
растворах;
1.4. ротационная – сушка древесины на вращающихся каруселях в нагретой
газовой среде с использованием центробежного эффекта.
1.5. вакуумная – газопаровая сушка при давлении ниже атмосферного
2. Кондуктивная сушка – передача теплоты древесине происходит путём
теплопроводности при контакте с нагретыми поверхностями (агент сушки - воздух).
3. Радиационная сушка – сушка осуществляется при передаче тепла материалу путём облучения лучистой тепловой энергией (излучения, инфракрасное),
(агент сушки - воздух).
4. Электрическая – агент сушки – воздух:
4.1. диэлектрическая сушка (СВЧ и ТВЧ сушки) – сушка в электромагнит-
7
ном поле с передачей тепла материалу за счёт диэлектрических потерь.
4.2. индукционная сушка – это сушка в электромагнитном поле промышленной частоты с передачей тепла материалу от размещаемых внутри штабеля
ферромагнитных прокладок, нагреваемых индуктивными током.
В деревообрабатывающей промышленности древесина подвергается сушке
в основном в виде пиломатериалов (доски, заготовки), при производстве фанеры и
плит - в виде лущёного и строганного шпона, а также в виде мелких частиц
(стружка, щепа). Для сушки шпона применяют роликовые сушилки, а для сушки
стружки и щепы – барабанные сушилки.
Для всех древесных материалов основной является газопаровая сушка (конвективная). Применительно к пиломатериалам, которые в промышленности высушиваются в сушильных камерах, этот способ называется камерной сушкой.
Второй по значению является атмосферная сушка, особенно для экспортных
материалов.
Основные сведения об агентах сушки
Жидкая и газообразная среда, воздействующая на материал при его обработке, называется агентом обработки. Агентами гидротермической обработки
древесины служат воздух, иногда он используется в смеси с топочными газами,
перегретый пар, вода, а также водные растворы или органические жидкости.
Топочные газы получают в специальных топках при сжигании древесных
отходов лесопиления и деревообрабатывающей промышленности, иногда может
быть использован природный газ. Топочные газы представляют собой смесь в
основном трёх газов: азота, кислорода и углекислого газа примесью углеродов.
При удовлетворительном сжигании топлива получаемые газы прозрачны, как воздух. При нарушении режима горения в топочных газах может находиться в том
числе и дым.
В большинстве случаев при камерной сушке в качестве агента сушки применяют воздух с различной степенью влажности. Атмосферный воздух можно
рассматривать состоящим из двух частей: сухой части, постоянной по своему составу (азот, кислород, аргон и другие газы) и некоторого количества водяного пара.
Водяной пар, его параметры и характеристики
В обычных условиях атмосферного воздуха пар прозрачный. Состояние
водяного пара характеризуется температурой Т (К), T (оС), плотностью, давлением и удельным объемом.
Пар называется сухим насыщенным, если он испаряет воду той же температуры с открытой поверхности. Путём подогрева сухой насыщенный пар превращается в перегретый пар; в этом случае он способен испарять воду, пока не
станет насыщенным.
Рассмотрим методы получения пара различного состояния. На рис. 3 показаны методы получения пара в лабораторных условия. При кипении, когда про-
8
цесс парообразования идёт по всему объему жидкости из отростка будет вытекать
насыщенный пар с температурой (98-100 оС) в зависимости от барометрического
давления атмосферного воздуха (рис. 3а).
В состоянии насыщенного пара вещество может находиться при вполне
определенном соотношении между давлением и температурой, то есть для данного вещества каждому давлению соответствует строго определённая температура
насыщения пара и наоборот. С повышением температуры давление насыщения
значительно возрастает. Давление выражается паскалями-ПА, килопаскалями –
кПа и мегапаскалями – МПа.
1атм=1бар=750мм. рт. ст. = 0,1МПа= (10)5 Па = 1 КПа=1 бар
а
б
в
Рис. 3. Получение пара в лабораторных условиях
Зависимость давления водяного пара от температуры оформляют в виде
графиков, смотреть рис. 4.
а
б
Рис. 4. Параметры насыщенного, влажного и перегретого пара
9
На рис. 3,б показано как при прохождении через отросток сухой насыщенный пар дополнительно подогревается и превращается в перегретый пар, который способен испарять влагу пока не станет насыщенным.
Когда в колбе отросток охлаждается (рис. 3в), например, мокрой марлей,
вытекающий из колбы пар будет влажным, то есть с капельками воды (туман).
На графиках (рис. 4) видно, если давление водяного пара в воздухе рп меньше давления его насыщения рн при данной температуре (точка С), пар в воздухе
является перегретым, он может впитывать дополнительное количество водяного
пора. Если давление доходит до рн - пар становится сухим насыщенным и не способен испарять влагу. Если насыщенный пар охлаждать, он превратится в мокрый, из него будет выделяться конденсат (вода) и осаждаться на охлаждающих
поверхностях. После выпадения конденсата мокрый пар становится сухим насыщенным. Состояние мокрого пара неустойчиво.
Для проведения процессов ГТО древесины наиболее важно знание свойств
и параметров насыщенного и перегретого пара пониженных давлений - от барометрического и ниже.
Основные его параметры открываются из графика(P и t) и уравнения Менделеева-Клайперона
PпVп=RпT,
(1)
где Rп-газовая постоянная для пара 461,58дж/кг*К.
Параметры воздуха как сушильного агента
Сухой воздух также подчиняется уравнению Мендеева-Клайнерона
PвVв=RвTв,
(2)
где Rв=287,14 дж/ кг*град
В технике, применяется воздух, содержащий водяной пар. Воздух в смеси с
водяным паром называют влажным. Будем рассматривать атмосферный воздух,
как смесь воздуха и водяного пара, имеющую постоянное давление = 100 кПа
1. Давление атмосферного воздуха можно рассматривать как сумму парциальных (частичных) давлений пара и воздуха:
р = рв + рп.
(3)
Эта формула представляет собой закон Дальтона, характеризующий общее
давление гомогенной смеси двух и более газов.
Парциальным давлением того или иного компонента в смеси газов называют давление, которое имел бы данный компонент при удалении из объёма, занимаемого смесью, всех остальных газов.
Водяной пар в смеси с воздухом ведет себя точно так же, как если бы он
один занимал весь объём смеси. Максимальная величина его парциального давления при данной температуре ограничивается давлением насыщения. Предельным
по влажности считается воздух, содержащий сухой насыщенный пар.
10
2. Температура воздуха. Определяется степенью его нагрева, измеряется
термометром.
3. Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяного пара в одном кубическом метре влажного воздуха, т. е. плотность водяного пара в воздухе ρ п. Эта величина обратная удельному объёму пара, поэтому из формулы (1)
следует:
рп
ρ = n
R T
(4)
п
Если воздух содержит насыщенный водяной пар (рп = рн), его называют насыщенный паром воздух.
4. Абсолютная влажность воздуха в состоянии насыщения называется
влагоёмкостью. Влагоёмкость зависит от температуры пара в воздухе. Она показывает максимально возможное при данной температуре содержание в воздухе
пара. Влагоёмкость пара прогрессивно возрастает с повышением температуры.
Она почти удваивается при повышении температуры пара на каждые 10оС .
5. Относительная влажность воздуха ϕ - это отношение абсолютной
влажности воздуха к его влагоёмкости при данной температуре.
ϕ=
ρ п Рп
=
ρ н Рн
(5)
Таким образом, относительная влажность воздуха характеризует степень
насыщенности его водяным паром. Этот параметр в дальнейшем и будет использоваться.
6. Влагосодержанием воздуха называют массу пара Мп, приходящуюся на
1 кг абсолютно сухого воздуха Mв. Влагосодержание определяется отношением
плотности пара к плотности собственно воздуха:
d = 1000
ρ
Мп
Р
= 622 п = 1000 п
Мв
Рв
ρв
(6)
Иначе можно сказать, что влагосодержание равно отношению плотности
водяного пара в воздухе к плотности сухого воздуха.
Если представить воздух без пара, т.е. Mп=0, то d=0. Если в рассматриваемом пространстве - чистый пар (без воздуха), то d стремится к бесконечности, так
как
Рв = Р - Рп, то d = 622
Рп
,
Р − Рп
(7)
Следовательно, при постоянном атмосферном давлении влагосодержание
зависит только от давления пара pп, так как барометрическое давление
pпостоянно и равно 1 бар или 105 Па, то
11
Рп = 622
Рα
.
622 + α
(8)
Таким образом, Рп зависит от влагосодержания d. Так как влагосодержание
d г/ кг, дополняет 1 кг абсолютно сухого воздуха как неизменную, базовую величину то их сумма больше 1 и равна (1+0,001d)кг.
7. Теплосодержание (энтальпия) – I кДж/кг представляет собой сумму
теплосодержаний сухой части, воздуха iв и водяного пара, находящегося в нем iп.
Теплосодержание влажного воздуха относят к 1 кг сухого воздуха, так как на 1 кг
сухой части воздуха приходится 0,001d кг влаги, то теплосодержание воздуха :
I = iв + 0.001·d·iп,
(9)
3
8. Плотность воздуха ρ , кг/м представляет собой сумму из плотности абсолютно сухого воздуха при его давлении Рв = Р-Рп и плотности пара Рп в том же
объеме при его давлении Рп = Р - Рв в условиях постоянного барометрического
давления 0,1 МПа (1 бар).
9. Удельный объём воздухаV1+0,001d - это объём его при массе 1 кг абсолютно сухой его части и при общем давлении 0,1 МПа (1 бар)
Все параметры влажного воздуха легко находятся по J-d диаграмме.
Id - диаграмма влажного воздуха, определение параметров влажного
воздуха в Id – диаграмме. Психрометр
Для контроля за параметрами агента сушки используют прибор, называемый психрометр.
Психрометр состоит из двух термометров. Шарик одного из них обёрнут
марлей, опущенной концом в воду, налитую в резервуар специальной формы. Испарения влаги на поверхности шарика вызывает снижение температуры. Для увлажнения термометров следует применить дистиллированную воду. Увлажнительные чехлы периодически надо менять. Уровень воды в увлажнительном сосуде должен располагаться не ниже 30-40мм от чувствительной части термометра.
12
Рис. 5. Устройство психрометра
Марлей обёртывают не только баллон термометра, но и участок на 30 мм
выше его. Расстояние от поверхности воды до мокрого термометра примерно 30
мм. Точность показаний термометров ± 1 градус Цельсия, оба термометра в каждом психрометре должны быть парными по показаниям температур. Бывает переносные, настенные, а так же дистанционный психрометры.
По этому прибору определяют tс (температура сухого термометра) и tм
(температура мокрого термометра). Разницу между показаниями сухого и мокрого
термометра называют психрометрической. Она зависит от интенсивности испарения влаги. Если психрометрическая разность равна 0, то есть tм = tс, это значит,
что влага не испаряется, а воздух насыщен ϕ =I.
Чем воздух суше, тем больше разница tс - tм. Так как интенсивность испарения влаги определяется величиной психрометрической разности, поэтому её то
есть (tс-tм) называют потенциалом сушки.
Основные параметры воздуха можно определять по специальным диаграммам. Часто используется диаграмма состояния воздуха, построенная в координатах теплосодержания- влагосодержания и названная поэтому Id-диаграммой.
13
Рис. 6. Id-диаграмма
Основные оси I и d- образуют между собой тупой угол. Влагосодержание
откладывается по горизонтали от вертикальной оси d=0, а теплосодержание 'I- по
вертикали от наклонной оси I= 0. На диаграмме есть линии t= const, эти линии называются изотермами. Есть линия ϕ , а так же линии плотности ρ и линия приведенного удельного объема V.
Линия ϕ =1 делят диаграмму на две зоны. Верхняя характеризует влажный
воздух, то есть смесь сухого воздуха и водяного пара, а нижняя - смесь воздуха,
насыщенного водяным паром и мелких капель воды в виде тумана.
При помощи диаграммы можно определить все параметры воздуха, если
известны два из них.
14
Процессы изменения состояния воздуха на Id-диаграмме
Рис. 7. Изображение на Id-диаграмме процессов изменения состояния воздуха
Нагревание и охлаждение влажного воздуха в теплообменном устройстве
осуществляется соприкосновением воздуха с горячей или холодной сухой поверхностью. Этот процесс характеризуется постоянством влагосодержания. Изменение состояния воздуха с первоначальными параметрами а (рис. 7) при его нагревании изображается на J-d диаграмме вертикальной прямой аб, параллельной
линии d = const. При этом температура и теплосодержание воздуха возрастают, а
степень насыщенности уменьшается.
Процесс охлаждения воздуха (прямая ав), наоборот, связан с понижением
его температуры и повышением степени насыщенности. При достаточно большом
охлаждении воздух может достигнуть состояния насыщения (точка г). Дальнейшее охлаждение его в этом состоянии (отрезок гд) будет сопровождаться конденсацией пара и уменьшением влагосодержания. Температуру, при которой воздух,
охлаждаясь от соприкосновения с сухой поверхностью, достигает состояния насыщения, называют температурой точки росы.
Испарение влаги в воздух происходит тогда, когда он не насыщен паром и
соприкасается с поверхностью воды или влажного воздуха. Предположим, что
воздух в том же состоянии точка а соприкасается с поверхностью воды, имеющей
температуру 0 оС. Теплосодержание воды, следовательно, равно нулю. При испарении теплосодержание воздуха будет постоянным, так как тепло затрачиваемое
на испарение, останется в воздухе в виде скрытой теплоты парообразования. Из-
15
менение состояния воздуха при этом изобразится на I-d диаграмме прямой ае, параллельной линии I = const.
Температура воздуха в процессе испарения влаги понижается, а влагосодержание и степень насыщенности увеличиваются. При достаточной длительности процесса воздух может быть насыщен паром (точка е); тогда испарение прекратится. Температуру, при которой воздух, испаряя влагу, достигнет состояния
насыщения, называют температурой предела охлаждения при испарении или, короче, температурой предела охлаждения tп.о.
Температура предела охлаждения может быть непосредственно измерена
смоченным термометром. tм = tп.о. По показаниям сухого tс и смоченного tм термометров психрометров легко по Id диаграмме определить все параметры воздуха. Для этого на диаграмме отыскиваем точку пересечения прямой tм= const с
кривой ϕ =1 (точка е). От этой точки проводим линию J = const до пересечения её
с изотермой t = tс. Полученная точка а и будет характеризовать состояние воздуха.
Основные закономерности перемещения влаги в древесине
В процессе сушки древесины происходят следующие основные физические
явления:
1 - теплообмен между материалом и окружающей средой (агентом сушки);
2 - испарения влаги с поверхности материала (влагоотдача);
3 - перемещение влаги в материале;
4 - изменение размеров древесины
5 - термическое расширение - в период прогрева и усадки (усушка) - в процессе сушки.
Влага с поверхности древесины испаряется достаточно быстро. Скорость
перемещения влаги из внутренних слоёв к поверхности древесины во много раз
меньше, чем возможная скорость её испарения с поверхности.
Главная трудность в осуществлении сушильного процесса заключается в
извлечении влаги из средней зоны сортимента, т.е. перемещении её к поверхности.
Перемещение влаги внутри материала может происходить под действием:
- градиента влажности (или влагосодержания, влага перемещается в направлении понижающей влажности);
- градиента температуры (влага перемещается в направлении понижающейся температуры);
- градиента избыточного давления (влага перемещается в направлении понижающегося давления).
Движение влаги под действием градиента влажности
Закономерности этого движения определяются влагопроводностью. Влага в
древесине перемещается, как в виде пара свободным пространством (это система
полости клеток - соединительные поперечные поры), так и в виде жидкости - по
межфибриллярным каналам. Потенциалы их движения различны.
Водяной пар перемещается под действием градиента его парциального дав-
16
ления. Поверхность материала в начале сушки быстро высыхает, её влажность
становится ниже точки насыщения волокна. Поэтому давление водяного пара у
поверхности Pп будет ниже, чем внутри древесины, где есть свободная влага, т.е.
смоченная поверхностью, над ней насыщенный пар Pн. Водяной пар перемещается в сторону меньшего давления.
Жидкая влага движется под действием градиента капиллярного давления.
На участках повышенной влажности капиллярное давление выше, так как повышается радиус капилляров, заполненных водой.
При влажности ниже предела насыщения парциальное давление пара в
древесине и капиллярное давление жидкости в ней является функцией влажности.
поэтому градиент влажности рассматривается как движущая сила одновременного движения пара и жидкости.
Движение влаги под действием градиента температуры - она называется термовлагопроводностью.
Движение влаги под действием градиента давления
Иногда в процессе сушки внутри древесины создаётся и некоторое время
сохраняется избыточное по сравнению с атмосферным давление паровоздушной
смеси. Например, при высокотемпературных режимах, когда температура древесины достигает 100оС и выше, внутри вскипает жидкость и поднимается давление
паровоздушной смеси. Под его влиянием происходит выдавливание, выжимание
пароводяной смеси из древесины. Этот вид перемещения влаг называется молярным влагопереносом.
В обычных условиях камерной сушки роль молярного влагопереноса и термовлагопроводности незначительна.
Классификация сушильных установок
В зависимости от применяемого способа сушки сушильные устройства, или
сушилки, делятся на несколько классов: 1 - газопаровые конвективные, называемые для краткости просто конвективными; 2 – жидкостные; 3 - кондуктивные; 4 –
диэлектрические; 5 – радиационные.
Основной промышленный способ сушки пиломатериалов – конвективный.
Конвективные сушилки классифицируют по ряду признаков.
По конструктивному оформлению в деревообрабатывающей промышленности используются:
камерные сушилки, имеющие вид специальных помещений (камер), куда
высушиваемая древесина, в основном в виде пиломатериалов, закатывается штабелями на вагонетках;
роликовые сушилки, через сушильное пространство которых материал перемещается роликовыми конвейерами, они применяются для сушки плоских древесных материалов (шпона, плит);
пневматические сушилки, работающие по принципу сушки материала во
17
взвешенном состоянии в потоке воздуха или газа;
барабанные сушилки, основной частью которых является барабан (снабженный вращающимся ротором или вращающийся сам), внутри которого происходит
перемешивание и сушка материала;
ленточные сушилки, материал через которые перемещается ленточным сетчатым конвейером.
Пневматические, барабанные и ленточные сушилки применяются для сушки измельченной древесины или мелких сортиментов.
По принципу действия различаются сушильные установки для пиломатериалов периодического и непрерывного действия.
Рис. 8. Камера периодического действия СПЛК - 2
В камерах периодичного действия (обычно это тупиковые камеры) имеется
загрузочно- разгрузочная дверь в одной торцовой стене (рис. 8). В камерах материал неподвижен, а процесс сушки регулируется по времени и влажности древесины. Режимы сушки многоступенчатые. Сушилки периодического действия работают по принципу периодического чередования сушильных циклов, каждый из
которых складывается из полной загрузки сушилки материалом, собственно сушки и полной выгрузки сушилки.
В камеры непрерывного действия – их называют сушильными туннелями –
сырой материал загружают периодически штабелями в один конец, а высушенный
штабель выгружают из другого конца камеры. Туннель всё время заполнен материалом и действует по конвейерной схеме. Режимы сушки одноступенчатые.
Эти туннели в удельном отношении дешевле в строительстве и эксплуатации, а также проще в обслуживании, но в них сложно менять и регулировать
процесс сушки. Их применяют для массовой сушки пиломатериалов мягких дре-
18
весных пород и незначительной толщины, которые не подвергаются большой
опасности растрескивания.
а
б
Рис. 9. Схема противоточной камеры непрерывного действия
По источнику тепла, поступающего к материалу, различают установки калориферные, в которых теплоносителем является пар или горячая вода и бескалориферные. В бескалориферных камерах теплоносителем могут быть топочные газы; нагрев может осуществляться от аэродинамического сопротивления вентилятора, а также из за диэлектрических потери (ТВУ, СВЧ).
По характеру применяемого сушильного агента конвективные сушилки делятся на:
воздушные, агентом сушки в которых служит влажный воздух;
газовые, где в качестве сушильного агента используются топочные газы в
смеси с воздухом;
сушилки, действующие на перегретом паре.
По принципу побуждения циркуляции воздуха по высушиваемому материалу:
камеры с естественной и с побудительной циркуляцией. В первом случае
воздух при испарении им влаги из материала охлаждается, становится более
плотным и стремится опуститься по вертикальным каналам между кромками досок внутри штабеля. При побудительной циркуляции воздух перемещается в штабеле вдоль прокладок под действием вентилятора. Если направление потока воздуха в штабеле периодически изменяется на противоположное, циркуляция называется реверсивной.
По кратности циркуляции различают сушилки с одно- и многократной циркуляцией. В сушилках с однократной циркуляцией агент сушки после прохожде-
19
ния через высушиваемый материал полностью выбрасывается в атмосферу. В сушилках с многократной циркуляцией он выбрасывается частично. Один и тот же
воздух или газ многократно проходит через высушиваемый материал.
По типу ограждений (ограждениями называются сушильные устройства,
которые отделяют сушильное пространство от окружающей среды) различают
камеры в стационарном исполнении и сборно-металлические.
В стационарных камерах древесину высушивают древесину при температуре ниже 100 оС. В этих камерах к ограждениям относятся – фундамент, стены,
обычно кирпичные и оштукатуренные изнутри и покрытые специальными составами для герметичности. Полы делают бетонными с цементной стяжкой и заложенными шпалами и рельсами. Перекрытия в камерах железобетонные с минеральной изоляцией.
Ограждения сборных камер (стены и перекрытия) изготавливают в виде панелей или секций с каркасом из профильной стали, с двухсторонней облицовкой
листовым железом, заполненных минеральной теплоизоляцией. Полы изготавливают таки ми же, как и стационарных камерах.
Элементы теплового оборудования сушильных камер
Тепловое оборудование обеспечивает теплоснабжение сушилки. К этой
группе оборудования относятся калориферы, теплообменники, конденсатоотводчики, паропроводы, топки, запорно-регулировочная и контрольно-измерительная
аппаратура.
Калориферы – это теплообменные аппараты, которые передают тепло от
теплоносителя к сушильному агенту. В качестве теплоносителя применяют насыщенный водяной пар, топочные газы, горячая вода и некоторые органические
жидкости, имеющие высокую температуру кипения.
В промышленных сушилках преимущественно используют паровые калориферы, где теплоносителем является насыщенный водяной пар. Паровой калорифер состоит из замкнутой системы сообщающихся металлических паропроводов. Снаружи эту систем омывает циркулирующий сушильный агент, а изнутри поступающий в неё под давлением насыщенный водяной пар.
В сушилках используют сборные паровые калориферы, которые собираются
внутри сушильной камеры из стандартных чугунных ребристых труб с фланцевыми соединениями (рис. 10), Иногда калориферы монтируют из гладких паропроводных труб. Трубы группируются в секции, имеющие самостоятельное питание паром, а внутри секции соединяются параллельно или последовательно с уклоном около 0,001м (рис. 11).
20
Рис.10. Общий вид чугунной ребристой трубы
Рис. 11. Схема расположения труб по ходу омывающего их воздуха
Площадь внешних поверхностей калорифера, омываемая агентом сушки,
включая и площадь ребер с обеих сторон, называется поверхностью нагрева калорифера.
Ребристые трубы монтируют вдоль стен на крючьях или подвесках, иногда
вертикально вдоль стен. Основное требование к действию калорифера – он должен нагревать воздух с его полной тепловой мощностью и равномерно по длине
камеры.
Недостаток сборных калориферов из чугунных ребристых труб – большое
количество фланцевых соединений, герметичность которых нарушается. Это
снижает надёжность работы калорифера. В тоже время чугунные ребристые трубы стойки против коррозии по сравнению с пластинчатыми калориферами.
Пластинчатые калориферы (воздухонагреватели) представляют собой батарею паровых трубок, на которых плотно насажены тонкие пластинки, нагреваемые от трубок. Подлежащий нагреванию воздух продувается между пластинками.
Батарея трубок объединяется с концов коллектором (рис. 12, а).
21
Рис. 12. Пластинчатый калорифер
В один коллектор подаётся пар из паровой трубы, а из другого, противоположного, коллектора удаляется конденсат (рис.12, б). Через калорифер поперечно продувается подлежащий нагреванию воздух, отбирающий теплоту пара. Эти калориферы сварные, неразъемные. Толщина пластинок 0,5мм; шаг пластинок около
5мм.
Достоинство пластинчатых калориферов – их компактность при большой
поверхности нагрева и повышенная по сравнению со сборными калориферами
интенсивность теплоотдачи, недостаток – засоряемость каналов мусором и пылью, а также разрушение оребрения вследствие коррозии.
Все большее применение находят калориферы из биметаллических труб с
алюминиевым накатным оребрением. Алюминий и его сплавы имеют удовлетворительную коррозионную стойкость в среде сушильного агента. Стальная труба,
защищенная снаружи алюминиевой ребристой оболочкой, характеризуется большой поверхностью нагрева. Коэффициент теплопередачи калорифера из биметаллических ребристых труб почти в два раза выше, чем у пластинчатого калорифера. А срок его службы в камерах не меньше шести лет, для пластинчатого калорифера эта цифра равна три года.
Циркулирующий в штабелях материала воздух поглощает из древесины и
(дуб, бук). Стальные пластинки калориферов подвергаются коррозии и разрушаются. Этот процесс ускоряется в случаях проведения промежуточных и конечных
влаготеплообработок пиломатериалов в сушильных камерах, а также применения
22
режимов с малой несет с собой различные кислоты, особенно при сушке пиломатериалов твердых лиственных пород психрометрической разностью, то есть в начале и в конце проводимого процесса для трудно сохнущих сортиментов.
Поэтому в сушильных камерах (периодического действия) предпочтительнее использовать в качестве воздухонагревателей менее засоряющиеся и почти не
подвергающиеся коррозии калориферы из чугунных ребристых труб, несмотря на
их большую массу и стоимость. Техническим усовершенствованием является замена стальных пластинок алюминиевыми ребрами.
Выбор пара в качестве теплоносителя явно предпочтителен во всех камерах,
в которых высушенные материалы подвергаются конечной влаготеплообработке.
Применение воды температурой выше 100 оС по ряду причин может оказаться более эффективным в сушильных туннелях вследствие лучшего использования тепла. Водяные калориферы характеризуются в среднем на 1/3 меньшей теплопередачей по сравнению с паровыми (вода охлаждается при протекании вдоль трубок,
а насыщенный пар имеет практически одинаковую максимальную температуру по
длине трубок).
В небольших (одноштабельных) сушильных камерах, обычно временного
действия, при отсутствии резервов пара и элекроэнергии применяют огневые калориферы. Горячий газ из топки поступает в огневой калорифер, размещаемый в
подвальной части камеры. Он состоит обычно из двух газоходов, проходящих по
длине камеры 5 первый от топки - кирпичный и второй, возвратный – металлический. Проходящий через них газ охлаждается, отдавая часть тепла окружающему
их воздуху, и удаляется через дымовую трубу.
Электрокалориферы. Если на предприятии отсутствуют котельные, а объем
высушиваемого материала невелик (менее 100м3 в месяц)в качестве источника тепла используют элекроэнергию от сети. В качестве греющих элементов известны
различные конструкции трубчатых электронагревателей (ТЭНов) разного оформления и мощности.
Конденсатоотводчики. Во время сушки материала в калорифер беспрерывно подается пар из котельной, превращающейся при отборе от него воздухом тепла в конденсат, вытекающий из калорифера в такой же массе. Пар должен находиться в трубках калорифера под давлением, чтобы его температура была выше
100 0С.
Возникает необходимость автоматически удалять из калорифера конденсат,
но задерживать в нем пар, еще не отдавший теплоту. Для отделения пара от конденсата применяют конденсатоотводчики, из которых по магистрали конденсат
направляется обратно в котельную. Таким образом, конденсатооводчик является
сепаратором, то есть отделителем воды от пара.
Существуют три типа конденсатоотводчика – гидростатический, который в настоящее время практически не используется, термостатический и термодинамический, последний в наибольшей мере отвечает условиям работы сушилок.
Неисправный конденсатоотводчик является причиной перерасхода пара и
ухудшает экономические показатели сушилок. Если в нормальных условиях эксплуатации паровых сушильных установок с выходящим из калориферов конденсатом теряется более 1/4 части теплоты пара, подаваемой из котла. В случае экс-
23
плуатации конденсатоотводчиков в неисправном состоянии теплопотери примерно удваиваются. Конденсатоотводчик устанавливают обычно на горизонтальном
участке трубы, расположенном ниже уровня калориферов, и подсоединяют к калориферу и конденсатоотводной магистрали с обводной линией.
Увлажнительные трубы. Для повышения степени насыщения сушильного
агента в сушилках прокладывают увлажнительные трубы, с помощью которых в
определенный период процесса сушки подают насыщенный пар. Увлажнительные
трубы монтируют из водогазопроводных труб диаметром 50…65 мм. В стенке
трубы с шагом 300 мм высверливают отверстия диаметром 5мм. Регулируют подачу пара вентилем.
Паропроводы и конденсатопроводы. Для монтажа калориферов и системы
их питания требуются паропроводы, конденсатопроводы, фасонные части к ним, а
также запорно-регулировочная и измерительная арматура. Паропроводы и конденсатопроводы изготавливают из гладких стальных так называемых водогазопроводных труб. Для соединения и разветвления труб применяют фасонные части
или муфты, отводы, крестовины и др. Паропроводы большого диамерта соединяют на фланцах или непосредственно сваркой. Все паропроводы и конденсатопроводы, расположенные вне сушилки, необходимо теплоизолировать.
К запорно-регулировочным устройствам относятся паровые вентили, предназначенные для включения и отключения калориферов и других устройств, а
также для регулировки расхода пара. Сюда же относятся манометры для измерения давления в паропроводах и конденсатопроводных магистралях, редукционные
клапаны для поддержания постоянного давления пара перед калориферами, парометры для измерения расхода пара и так далее.
Топки. Газовые сушилки оборудуются специальными топками, горячие топочные газы которых после разбавления их свежим воздухом используются в качестве сушильного агента. Топочные газы получают при сжигании древесных отходов, природного газа или мазута. Основное требование, предъявляемое к этим
топкам, - получение чистых, бездымных топочных газов.
Расход тепла на сушку древесины
Расход тепла на сушку определяют отдельно для зимних и среднегодовых
условий. По зимнему расходу тепла ведется расчет тепловой мощности камеры, а
расход тепла в среднегодовых условиях необходим для определения средних расходов тепла, пара, топлива на 1м3 высушенных пиломатериалов.
При сушке древесины различают три вида расходов тепла
- на начальный нагрев материала,
- на испарение влаги из материала,
- тепловые потери через ограждения камеры.
Первые два вида – это полезно расходуемое тепло, а третий – неизбежные
24
потери. Дополнительные расходы на промежуточную и конечную термовлагообработку учитываются введением дополнительных коэффициентов. Основной расход идет на испарение влаги:
Qнепр = (Qисп + Qпр +Qогр) • С2
(10)
Где С2 – коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку, С2=1,1…1,3
Qпериод = (Qисп + Σ Qогр) • С2, кВт
(11)
Определяется также суммарный удельный расход тепла ( на1м3 древесины,
то есть на прогрев единицы объема), отнесенный к 1 кг испаряемой влаги:
qсуш = (qпр+qисп+qогр) • С, кДж/кг
(12)
Практически удельный расход теплоты выражается величинами от3500 до
8000 кДж/кг. Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному
расходу тепла в период сушки в зимних условиях
Элементы вентиляционного оборудования сушильных камер
Вентиляторами называют механизмы для перемещения больших масс воздуха (или иного газа) при давлении близком к атмосферному. Они применяются
почти во всех современных лесосушильных установках для подвода и передвижения воздуха через калориферы, а затем через штабеля высушиваемых пиломатериалов. По принципу действия и форме выполнения вентиляторы разделяются на
центробежные и осевые.
В центробежном вентиляторе воздух перемещается под действием центробежного эффекта. Внутри улиткообразного кожуха 3 вращается рабочее колесо
(ротор) в форме барабана с радиальными лопатками. Воздух через отверстие 4 в
боковой стенке кожуха (всасывающий патрубок) попадает в середину ротора, нагнетается его вращением в пространство между ротором и кожухом и выбрасывается через отверстие 1 в спиральной образующей кожуха (выхлопной патрубок).
К патрубкам присоединяются воздуховоды, транспортирующие поток воздуха в
наружном направлении. Со стороны, обратной всасывающему патрубку, размещается привод ротора.
25
Рис. 13. Общий вид центробежного (радиального) вентилятора
При вращении ротора вентилятор сообщает воздушному потоку избыточное
давление. Разность между давлениями воздушного потока перед и за ротором
вентилятора называется давлением вентилятора (выражается в Па).
Промышленностью изготавливаются вентиляторы низкого (до 1000 Па),
среднего (1000…3000 Па) и высокого (3000…12000 Па). По направлению вращения ротора различают вентиляторы правого и левого вращения. В вентиляторах
правого вращения, если смотреть на них со стороны привода, спираль кожуха
развернута по часовой стрелке, левого вращения – против часовой стрелки. В сушильной технике преимущественное применение имеют вентиляторы среднего
давления общего назначения типов 4Ц-70, Ц4-76, Ц14-46. В действующих сушилках применяют номера 6, 8, 10, а в последних конструкциях номера 12 и 12,5.
Разновидностью центробежных вентиляторов являются роторные (плоские).
Это плоский диск из листовой стали, под прямым углом к которому приварено 6
прямых, радиально расположенных стальных полос – лопастей. Такой ротор ставят в нише боковой стены и спереди его устанавливают экран с отверстием для
всасывания воздуха.
26
Рис. 14. Схемы роторов (колес) вентиляторов.
Осевой вентилятор работает по принципу воздушного винта. Его рабочее
колесо (ротор) составлено из лопастей 1, насаженных на ступицу 2 под некоторым
углом к плоскости ее вращения. Воздух перемещается в направлении оси вращения ротора. Кожух 3 имеет форму патрубка, внутри которого смонтирован ротор с
приводом от ременной передачи или непосредственно от электродвигателя.
Рис. 15. Общий вид осевого вентилятора
27
У вентилятора правого вращения ротор, при наблюдении со стороны всасывания, движется по часовой стрелке, а левого вращения – против часовой стрелки.
В существующих сушильных установках широко применяют вентиляторы типов
У-12 (универсальные 12-лопастные) и В (высоконапорные 16- лопастные).
В сушильной технике бывает необходимо изменять направление воздушного потока на обратно, то есть реверсировать воздушный поток. Вентиляторы У и
В могут быть сделаны реверсивными, то есть работающими одинаково при любом
направлении вращения, путем поворота половины лопастей (через одну) на 180о,
но его производительность и КПД при этом несколько снижаются.
По особенностям устройства рабочих колес вентиляторы делятся на типы.
Каждому типу присвоено определенное условное обозначение. Вентиляторы одной конструкции (или одного типа), геометрически подобные, но различных размеров, образуют серию. Размеры вентилятора определяются его номером, указывающим диаметр рабочего колеса в дециметрах. Так, вентилятор с диаметром ротора 1000мм обозначается № 10.
Вентиляторной установкой называется осевой или центробежный вентилятор с приводом и системой подключенных к нему воздуховодов. Форма и размер
воздуховода определяются конструкциями сушильных устройств. Вентиляторная
установка может иметь незамкнутую (работающую на выхлоп) или замкнутую
систему воздуховодов. Незамкнутая система включает в себя всасывающий и нагнетательный воздуховоды, присоединенные к соответствующим патрубкам вентилятора.
Работающий вентилятор передает воздушному потоку определенный запас
энергии. Разность между запасом энергии в движущемся потоке и в неподвижном
воздухе, отнесенная к единице его объема, называется полным напором воздушного потока Нп. Полный напор определяется суммой статического и динамического напора, определяемого плотностью воздуха и скоростью его движения.
Величина динамического напора зависит от скорости движения воздуха и
его плотности. Статический напор связан с сопротивлениями ХХ, возникающими
при движении потока воздуха в воздуховодах в результате трения воздуха о стенки, завихрений на поворотах и выступах.
Объем воздуха или газа, перемещаемого вентилятором в единицу времени,
называется производительностью вентилятора ХХ (м3). К параметрам вентилятора относятся также частота вращения рабочего колеса n, мощность потребляемая вентилятором, N. Коэффициент полезного действия (КПД) η , определяемый
отношением полезной мощности, к потребляемой мощности.
Для осуществления вентиляции в некоторых сушилках используют эжекторные установки, работа которых основана на эффекте подсоса, создаваемого
струей движущейся с большой скоростью газа.
28
Рис. 16. Схемы воздушны эжекторов с прямоугольным каналом
Представим себе, что в открытую трубу (рис. 16) вставлен воздуховод меньшего сечения с конической насадкой, из которой выбрасывается струя воздуха.
При резком увеличении скорости воздуха в насадке статический напор потока в
ней уменьшается (вследствие увеличения динамического напора) и может стать
отрицательным. Во входном отверстии основной трубы в этом случае образуется
разрежение, и воздух из окружающего пространства будет засасываться в трубу.
Количество воздуха, движущегося по трубе, будет, таким образом, значительно
больше количества эжектируемого (подаваемого насадкой) воздуха. Обычно
эжекторная установка содержит нескольких насадок, вставленных в воздуховод
прямоугольного сечения.
Эжектор требует непрерывной подачи воздуха в насадки, что достигается
применением вентилятора. Преимуществом сушилок, оборудованных эжекторной
установкой, является то, что через вентилятор проходит 20…30ХХ общего количества циркулирующего воздуха. Однако эжекторные установки имеют более
низкий коэффициент полезного действия по сравнению с вентиляторными установками и, следовательно, отличаются повышенным расходом электроэнергии.
Расход электроэнергии на сушку древесины
Общий годовой расход электроэнергии сушильного цеха определяется как
сумма годовых расходов силовой Эс и осветительной электроэнергии Эос:
(13)
Э = Эс + Эос , кВтч.
Эос годовая потребность в электроэнергии на освещение рассчитывается по формуле:
Эос = F Pуд Kсп t раб , кВтч,
(14)
29
где - F – площадь освещаемого помещения,
Pуд – удельная мощность на освещение Вт/м2, принимается исходя из норм
минимальной освещенности,
Ксп - коэффициент спроса, учитывает не одновременность работы всех светильников в год, ч/год,
tраб – количество часов работы светильников в год, ч/год.
tраб – определяется укрупнено. Tраб при 2-х сменной работе и расчетном количестве рабочих дней в году (напр. 253) продолжительность работы светильников составляет 8…10 часов. Это время подходит для всех участков, кроме коридора управления, лаборатории и наружного освещения.
Расчетное количество рабочих дней в году для коридора управления составит 335 дней, а для наружного освещения – 365. Средняя продолжительность работы светильников при 3-х сменной работе составляет 13 часов.
Эс – годовая потребность в силовой элекроэнергии,
кВт,
(15)
Эс = Σ Nуст τ рас Kсп, кВтч,
где Эс – мощность потребляемая электродвигателями сушильного участка,
Nуст – установленная мощность всех электродвигателей, кВт,
τ рас – расчетное время работы двигателей в год, ч
Kсп – коэффициент спроса.
τ
рас = (365
– (В + П)) tсм n, ч,
(16)
где В и П – количество выходных и праздничных дней,
tсм – продолжительность смены, ч
n – количество рабочих смен.
Сушильные камеры в течение года работают непрерывно. Время на осмотры и профилактические ремонты нормируется 30 сутками, тогда продолжительность работы сушильных камер в год составит 335 дней, продолжительность смены – 8 часов.
Tрас = 335 • 8 • 3 = 8040 ч.
Сушильные камеры в течение этого времени имеют вынужденные технологические остановки, связанные с погрузочно-разгрузочными работами (tп.р.) и выдержкой материала в неработающей камеры при его охлаждении до tохл =
30….40 оС.
tп.р. – нормируется в 0,1 суток на каждый оборот камеры,
tохл. – нормируется 1 час на 1 см толщины материала.
Реальное время работы сушильной камеры в год определяется следующим образом:
Tрас. реал. = tрас - tп.р. - tохл.,ч.
(17)
Эта величина принимается в расчет при определении расхода годовой электроэнергии на привод вентиляторов сушильной камеры.
30
Также определяется расход электроэнергии на сушку 1м3 фактического материала:
Э=
Ν • 335 • n
, кВт ч/м3
Ф
(18)
N - мощность электродвигателей вентиляторной установки, кВт
335 – число рабочих дней в году для лесосушильной камеры,
24 – число часов в сутках,
n – количество камер, работающих в цехе, шт
Ф – годовая программа сушки фактического материала, м3
Способы укладки пиломатериалов в штабель, требования к прокладкам
Укладка пиломатериалов в штабель – первая и важная операция в процессе
сушки. Укладка должна обеспечивать:
-равномерное омывание агентом сушки всего материала, необходимое для
достижения одинаковой интенсивности сушки штабеля,
-сохранение материалом первоначальной формы и предохранение его от
коробления,
-наибольшую производительность сушильной камеры.
Сушильный штабель пиломатериалов состоит из горизонтальных рядов досок, разделенных по высоте межрядовыми прокладками. Прокладки выполняют
следующие функции:
- образуют щелевые зазоры для передвижения через штабель нагретого воздуха, отдающего влажной древесине теплоту с одновременным удалением из
штабеля этим же воздухом испарившейся влаги,
- зажимают доски между прямыми прокладками массой лежащего выше в
штабеле материала для предотвращения коробления досок во время сушки,
- скрепляют большое количество досок в общую для них транспортную
единицу в форме штабеля для удобного перемещения и высушивания.
Прокладки должны быть прочными, одинаковых размеров и иметь стабильные свойства в переменных температурных условиях. Прокладки изготавливают
из сухой здоровой древесины легких пород без сучков, влажностью на 3…5 %
выше конечной влажности высушиваемого материала, сечением 25Х40 мм. В условиях эксплуатации прокладки ежемесячно проверяют по толщине, допуская
смятие на 2 мм. Износившиеся прокладки заменяют.
По высоте штабеля прокладки во всех рядах располагают точно вертикально, то есть одну над другой, допускаемый их сдвиг в направлении длины досок –
не более половины ширины прокладки. Крайние прокладки должны быть расположены заподлицо с торцами штабеля, чтобы уменьшить опасность растрескивания торцов. Для того, чтобы избежать коробления и провисания досок, необходимо укладывать определенное количество прокладок по длине штабеля, которое
зависит от породы древесины, толщины и длины пиломатериалов.
31
Укладка штабеля выполняется двумя способами:
- укладка сплошная, без промежутков, в горизонтальных рядах (шпаций),
такой способ в настоящее время наиболее применим, так как в современных камерах для используемых направлений циркуляции воздуха шпации не нужны,
этот способ более рационален, так как повышается вместимость штабеля;
а
б
Рис. 17. Способы укладки пиломатериалов в штабель: а – укладка со шпациями необрезных и обрезных досок; б – укладка без шпаций (стрелками показано движение воздуха во время сушки)
-укладка со шпациями (промежутками) в горизонтальных рядах. Такую укладку применяют в камерах с естественной циркуляцией и в камерах с противоточной циркуляцией агента сушки.
Транспортировку пиломатериалов к формировочной площадке осуществляют в плотных (без прокладок) пакетах автолесовозами и автопогрузчиками или,
иногда, вагонетками по рельсовым путям.
Для последующих перевозок сформированных сушильных штабелей используют рельсовый транспорт, в качестве подвижного состава для этой цели
применяют составные платформы, собранные из треков. Трек представляет собой
двухколесную тележку, смонтированную из двух швеллеров и устанавливаемую
на одном рельсе. Штабель нормальной длины для камер с продольной штабелевкой формируют на платформе из трех пар треков, из них одна пара укороченная.
Пару треков связывают между поперечными подштабельными брусьями, образующими основание штабеля.
Сушильные штабеля формируются двумя методами – штучной укладкой
досок и пакетным методом. Во втором случае пиломатериалы предварительно укладывают в сушильные пакеты. Собственно штабель формируют путем установки
пакетов один на другой с помощью обычных подъемно-транспортных механизмов.
Пакетный способ формирования более производителен и экономичен по
сравнению со способом укладки целым штабелем. При такой организации работы
даже ручная укладка облегчается и ускоряется. Но при формировании штабеля из
32
пакетов возникает возможность излома, сдвига и даже выпадения прокладок, в
целом нарушается геометрия штабеля.
а
б
Рис. 18. Сушильные треки:
а – общий вид трека и его разрез по колесу; б – сборка трековой платформы
для продольного и поперечного перемещение штабелей
При ручной укладке двое рабочих берут доски из плотного пакета и укладывают один за другим горизонтальные ряды штабеля, разделяя их прокладками.
Для соблюдения вертикальности боковых стенок штабеля на погрузочной
площадке устраивают упорные стенки с полками для прокладок. При укладке необрезных досок рекомендуется смежные в горизонтальном ряду доски укладывать
комлевыми концами в разные стороны для равномерности просыхания. Кроме того, смежные доски лучше класть попеременно вверх наружной и внутренней пластью, что способствует повышению вместимости штабеля. Если в ряду не помещается целое число досок, посредине ширины оставляют зазор.
В случае укладки досок разной длины оба конца штабеля выравнивают. По
бокам штабеля кладут более длинные доски, а по середине - вразбежку по длине
короткие, при этом увеличивается количество прокладок.
Не рекомендуется сдвоенная укладка даже тонких пиломатериалов, это
снижает качество сушки. Как правило, в камеру можно загружать материал только одной породы и толщины. Разные сортименты можно высушивать вместе
33
только при одинаковой расчетной продолжительности сушки.
В каждом горизонтальном ряду штабеля должен быть материал строго одинаковый по толщине, иначе некоторые доски не будут зажаты и покоробятся. Для
предохранения верхних рядов штабеля от коробления рекомендуется:
-в верхние два-три ряда укладывать узкие доски низших сортов,
- применять пневматические прижимы.
При укладке заготовок следует руководствоваться следующим:
-торцы надо укладывать впритык и на место стыка класть прокладки,
-вместо прокладок можно пользоваться заготовками из числа высушиваемых деталей,
- расстояние между прокладками должно быть меньше, чем при укладке досок.
Размеры штабеля определяются конструкцией лесосушильных камер. Наиболее часто штабель имеет габариты: ширина – 1,8…2м, высота 2,6…3м, длина
6…7м. Для заготовок формируют иногда более короткие штабеля 2,5…3м.
Расчет габарита и емкости штабеля
Габарит штабеля определяется по формуле:
Г = h • b • l, м3 ,
(19)
H, b, l – высота, ширина и длина штабеля.
Габаритный объем штабеля, таким образом, это произведение его геометрических (фактически измеренных размеров), в этом объеме находится и древесина,
и воздушные прослойки между слоями пиломатериалов, образованные благодаря
использованию прокладок.
Эти воздушные прослойки необходимы для обеспечения равномерности
омывания материала агентом сушки. Емкость же штабеля показывает, сколько в
этом пространственном объеме содержится непосредственно древесины. Переход
от габаритного объема к емкости штабеля осуществляется умножением габарита
штабеля на коэффициент объемного заполнения штабеля.
Емкость штабеля:
Е = Г • β ус, м3
(20)
β ус – коэффициент объемного заполнения штабеля, зависит от толщины
пиломатериала, способа укладки штабеля и толщины прокладки. Определяется по
специальным таблицам.
Оборудование для сборки штабеля, расчет его производительности
При ручной укладке пиломатериалов из плотных пакетов в сушильные штабеля нормальной высоты (около 3 м) наиболее трудоемко формирование верхней
части штабеля. Стоимость ручной укладки пиломатериалов в верхнюю половину
34
штабеля примерно в 2 раза выше, чем стоимость укладки в нижнюю половину.
Для облегчения погрузочных работ рекомендуется формировать штабеля с
двух уровней: нижнюю укладывать с уровня заводской площадки, а верхнюю – с
эстакады, имеющей высоту около 1,5 м над уровнем земли. Подобная укладка
применяется при небольшом объеме работ (до 5 тыс. м3/год).
Основное устройство для формирования целого штабеля – вертикальный
подъемник или погрузочный лифт. Он используется при средних и небольших
объемах сушки. Его использование сокращает затраты труда и повышает производительность по сравнению с ручной укладкой в 2…2,5 раза.
Погрузочный лифт, принцип действия которого показан на рис. 19, устанавливают в котловане глубиной примерно равной высоте штабеля (около 3 м).
Он состоит из платформы 1, подъемных винтов 2 с упорными подшипниками 3,
электродвигателя 7 с редуктором 5 и приводной цепи 4, вращающей подъемные
винты через звездочки 6.
Рис. 19. Погрузочный лифт
К лифту подвозят пакет с сырым материалом. Платформа поднимается и занимает верхнее положение. На нее закатывают трековую вагонетку. Рабочие
(обычно 2 человека) сдвигают доски с пакета на вагонетку и формируют один за
другим ряды штабеля, перекладывая каждый ряд прокладками. По мере выкладки
штабеля платформа постепенно опускается, и фронт работы поддерживается на
наиболее удобном уровне (0,6…0,8 м). После завершения укладки платформа
поднимается, и штабель скатывается с нее на рельсовый путь.
В производстве применяют погрузочный лифт марки Л-15 грузоподъемность
15т, с размером платформы 6,9 Х 2,2 м, установленная мощность 10 кВт. Лифт
может применяться не только для формирования, но и для разборки сушильного
штабеля. В этом случае процесс работы протекает обратно описанному выше.
35
Сформированный на треках или вагонетке штабель должен быть подан по
рельсовым путям в сушильный блок. Рельсы укладываются в уровень с бетонным
полом. Ширина рельсового пути – 1 метр. Для перекатки штабелей с одного рельсового пути на другой, а также для загрузки и выгрузки сушильных камер применяют траверсные тележки.
Рис. 20. Оборудование для транспортировки штабелей (электрифицированная траверсная тележка)
Траверсная тележка движется вдоль фронта сушильных камер по рельсам,
уложенным в специальном углублении – траверсной траншее. (см рис). Сырой
штабель закатывают на траверсную тележку по уложенному на ее платформе
рельсовому пути. Уровень рельсов этого пути точно соответствует уровню рельсов транспортных и камерных путей. Тележка со штабелем перемещается вдоль
фронта камер и останавливается против камеры, подлежащей загрузке. После этого штабель перекатывают с тележки в камеру. Из камеры штабеля выгружают в
обратном порядке.
Для камер с продольной штабелевкой выпускают электрофицированные
траверсные тележки ЭТ – 6,5, снабженные самоходным механизмом и тросовой
лебедкой с блоками для перемещения штабелей.
В малых сушильных отделениях с одной или двумя одноштабельными камерами траверсные пути можно не устраивать. Достаточно продлить рельсовый
путь на длину двух штабелей. Выгруженные из камер сухие пиломатериалы охлаждают и затем разбирают, закатывая в них сырые. Штабеля перемещают при
помощи лебедки с блоками.
36
Рис. 21. Схемы передвижения штабелей при различных планировках сушильных цехов: а- небольшой цех; б- цех из значительного количества камер
В небольших цехах устраивают траверсный путь. Траверсная тележка и
штабель могут перемещаться посредством приводной, а также стационарной лебедки с применением блоков. В самой камере блок устанавливают недалеко (около 1,5 м) от дверей для вталкивания в камеру штабелей. (рис со стр. 156, а)
В средних по мощности цехах, со значительным количеством камер, применяют только приводные траверсные тележки, которые обслуживают также
склады сырых и сухих пиломатериалов, примыкающих к общему траверсному пути.
Для перемещения пиломатериалов на складе и подачи их со склада на последующую переработку или отгрузку служат: для целых штабелей – траверсная
тележка и рельсовые пути, для пакетов – мостовой кран и кран – балка.
В сушильных цехах с большой мощностью (более 100 тыс. м3/год) используются пакетоформирующие машины, например, ПФМ-10. На этих машинах
осуществляется механизированное формирование пакетов со шпациями и без
шпаций. Расчетная производительность машины при укладке сушильного пакета
без шпаций достигает 250…300 м3. Укладка пакетоформирующими машинами
повышает производительность труда в 1,5…2 раза по сравнению с укладкой на
лифтах. Сушильный пакет формируется за 10…15 минут.
Расчет производительности лифта
При обслуживании лифта 2 рабочим производительность одного при укладке без шпаций тонких досок (25мм) составляет 2,2…2,5 м3/час и толстых досок
(50мм) – 3,1…3,5м3/час при средней длине – 5,5 м. Производительность при ук-
37
ладке со шпациями уменьшается на 20 %, при укладке заготовок потребность в
рабочей силе возрастает в 2 раза.
Годовая производительность лифта рассчитывается по формуле:
Пл = Т • t • n • k • m, м3
(21)
Где T – число дней работы механизма в году,
t – число часов работы механизма в смену,
n – число смен,
k – количество рабочих обслуживающих лифт,
m – производительность одного рабочего при укладке пиломатериалов в час.
Потребное количество лифтов определяется:
nл =
Пл
,
Фi
(22)
где Фi – суммарный объем фактически высушиваемого материала,
ПЛ – производительность лифта.
Производительность рабочих при разборке штабеля больше в 2 раза, чем
при формировании, поэтому потребное количество лифтов при расформировании
штабеля в 2 раза меньше, чем на формировании штабелей.
Расчет продолжительности сушки древесины в зависимости от конструкции
камеры
1.
2.
3.
4.
5.
При проведении камерной сушки, а также для определения производительности, планирования и учета работы сушильных камер важно уметь рассчитывать
продолжительность процесса. Имеются методы строгого расчета продолжительности сушки пиломатериалов, но такие расчеты очень громоздки и для производственных нужд не приемлемы. Исходные данные для расчета продолжительности
сушки (начальная влажность, ее плотность и т.д.) не могут быть точно установлены заранее и всегда определяются ориентировочно. При этом ориентировочными
будут расчеты продолжительности сушки. Для укрупненных производственных
расчетов рекомендуется так называемый табличный метод определения производительности сушки. Этот метод основан на использовании набора заранее составленных таблиц и перемножении входящих в них величин.
На продолжительность сушки влияют:
Древесные породы (влияние учитывается по практическим данным);
Толщина пиломатериалов, чем больше толщина и плотность материала, тем дольше он сушится (влияние учитывается по практическим данным). Пункты 1 и 2 являются определяющими в характеристике процесса сушки, в выборе режима сушки и его продолжительности.
Ширина материала – более широкий материал сохнет медленнее, но в современных сушильных установках это фактор теряет свое влияние.
Скорость воздуха по материалу – учитывается коэффициентами, величина которых уменьшается с увеличением скорости циркуляции.
Начальная и конечная влажность материала. Влияние фактора выражается лога-
38
рифмической зависимостью 1,43 • lg
Wн
, то есть чем больше начальная влажность
Wк
Wн и меньше конечная Wк, тем выше значение коэффициента и тем дольше продолжительность сушки.
6. Категория качества, по которой высушивается материал. Чем выше требования к
качеству материала, тем больше величина коэффициента. Так для первой категории он равен 1,2, а для нулевой – 0,8.
Продолжительность цикла сушки в камерах периодического и непрерывного
действия
Низкотемпературный процесс
Продолжительность цикла сушки (включая начальный прогрев и влаготеплообработку) определяется по табличному методу произведением
τ суш = τ исх • Ар • Ац • Ав • Ад • Ак,
(23)
Высокотемпературный процесс
τ суш = τ исх • Ап • Ац • Ад • Ав • Ат • Ак,
(24)
где τ исх – для низкотемпературного процесса это исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы и размеров нормальными режимами при начальной и конечной влажности 60 и 12 % в камерах с реверсивной
циркуляцией средней интенсивности (скорость по материалу 1м/с);
для высокотемпературного процесса τ исх – это продолжительность сушки
сосновых пиломатериалов от начальной влажности 60 % до конечной 12 % стандартным высокотемпературным режимом при скорости сушильного агента по материалу – 2 м/с.
Ар – коэффициент, учитывающий фактическую категорию режима сушки.
Он может иметь три значения: для мягких режимов – 1,7, для нормальных – 1,0,
для форсированных – 0,8;
Ац – коэффициент, характеризующий интенсивность циркуляции;
Ав – коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины;
Ак – коэффициент, учитывающий категорию качества сушки, для 1 категории – 1,2, для второй 1,15, для третьей – 1,05;
Ад – коэффициент, учитывающий длину сортиментов, максимальна величина этого коэффициента у досок – 1, а для заготовок его величина зависит от отношения их длины к толщине, чем меньше величина этого отношения, тем меньше значение коэффициента, минимальное – 0,6;
Ап – коэффициент, учитывающий породу при высокотемпературных процессах сушки, для сосны, пихты, кедра – 1,0; для березы – 1,4; для лиственницы –
4,0;
Ат – коэффициент, учитывающий отклонения фактической температуры
39
сушильного агента на первой и второй ступенях процесса от температуры нормированной стандартным режимом.
Таблицы для определения τ исх и коэффициентов А приводятся в РТМ (Руководящие технические материалы по технологии камерной сушке древесины).
Продолжительность цикла сушки в камерах непрерывного действия
По принципу работы и характеру циркуляции агента сушки, камеры непрерывного действия делятся на камеры с позонной поперечной циркуляцией и противоточные камеры. Для камер с позонной циркуляцией расчет продолжительности ведется по формуле (периодич).
В противоточных камерах непрерывного действия продолжительность сушки, включая начальный прогрев и влаготеплообработку (когда она проводится в
камере), находят по формуле:
τ суш = τ исх • Ап • Ац • Ав • Ак,
(25)
Где τ исх – исходная продолжительность сушки сосновых пиломатериалов заданных размеров от начальной влажности 60 % до конечной 12 % в камерах с поперечной штабелевкой при объеме циркулирующего сушильного агента, обеспечивающем минимальную себестоимость процесса при сохранении целостности
материала. Определяется по таблицам в зависимости от категории режимов, а
также толщины и ширины сортиментов;
Ац – коэффициент, учитывающий интенсивность циркуляции, определяется
по таблице в зависимости от толщины материала, конструкции камеры, категории
режимов сушки и расчетной скорости циркуляции;
Ап – коэффициент, учитывающий породу; для сосны – 1, для пихты – 0,9,
для лиственницы – 2,3;
Ав – коэффициент, учитывающий влажность. Он определяется не только по
величине начальной и конечной влажности, но и по толщине материала, категории режима;
Ак – коэффициент, учитывающий категорию качества.
Режимы сушки, их температурные категории
Режимом камерной сушки пиломатериалов называют расписание состояния
сушильного агента при входе его в штабель. Это состояние, изменяющиеся в зависимости от влажности древесины в камере, принято характеризовать температурой t, психрометрической разностью Δ t, определяемой как разность в показаниях сухого и мокрого термометров психрометра. Δ t = tс –tм, а также степенью насыщенности ϕ .
Температура воздуха оказывает влияние на влагопроводность и на физикомеханические свойства древесины, то есть на процессы, протекающие в высушиваемом материале.
Психрометрическая разность предопределяет величину теплового потока от
воздуха к влажному материалу и, следовательно, скорость испарения влаги. Пси-
40
хрометрическая разность характеризует протекание процесса на поверхности материала.
Скорость воздуха оказывает решающее влияние на равномерность просыхания материала в объеме штабеля, предопределяя качество сушки. С повышением скорости воздуха продолжительность сушки сокращается.
Различают режимы низкотемпературного и высокотемпературного процесса. Первые предусматривают использование в качестве сушильного агента влажного воздуха (или его смеси с топочными газами) с температурой ниже 100 оС.
Температура выше 100 оС допускается в отдельных случаях на последней стадии
сушки, когда в древесине не содержится свободная вода. Вторые предусматривают сушку перегретым водяным паром атмосферного давления с температурой на
всем протяжении процесса выше 100 оС.
Режимы низкотемпературного процесса могут в свою очередь могут иметь
разный температурный уровень в зависимости от желаемой интенсивности процесса. При этом необходимо учитывать, что воздействие повышенной температуры может вызвать снижение эксплуатационной прочности и изменение цвета
древесины.
Установлены три категории режимов низкотемпературного процесса по их
влиянию на свойства древесины.
1. Мягкие: обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении естественных физико-механических свойств древесины, в том
числе прочности, цвета и состояния в ней смолы. Рекомендуются для сушки до
транспортной влажности экспортных пиломатериалов, в отдельных случаях для
пиломатериалов внутри российского потребления высших сортов.
2. Нормальные – обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов при
практически полном сохранении прочностных показателей древесины с возможными незначительными изменениями ее цвета, рекомендуются для сушки пиломатериалов внутри российского потребления для любой конечной влажности.
3. Форсированные – обеспечивают бездефектную сушку при сохранении
прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, при некотором (до 20 %)
снижении прочности на скалывание, возможно потемнение древесины. Рекомендуется для сушки до эксплуатационной влажности пиломатериалов, предназначенных для изделий и узлов, работающих с большим запасом прочности.
Режимы высокотемпературного процесса обеспечивают бездефектную сушку при незначительном изменении прочности на статический изгиб, растяжение и
сжатие, но при заметном (до 35 %) снижении прочности на скалывание. Часто наблюдается потемнение древесины. Рекомендуются для сушки до эксплуатационной влажности пиломатериалов целевого назначения для изделий и узлов, работающих с большим запасом прочности.
Режимы сушки в воздушных, паровоздушных и газовых камерах периодического действия
В воздушных камерах применяются режимы низкотемпературного процесса. Для паровоздушных камер можно использовать режимы всех категорий, а в
41
камерах, действующих на перегретом паре, - только высокотемпературные.
Каждый конкретный режим сокращенно обозначается его порядковым номером, характеризующим толщину материала, и прописной буквой (М, Н или Ф),
определяющей его категорию.
Пример нормального режима для древесины ели толщиной 32мм (3-Н).
Влажность древесины
параметры режима
>35
t = 79 оС
∆t = 6 оС
φ = 0,77
35…25
t = 84 оС
∆t = 11 оС
φ = 0,62
< 25
t = 105 оС
∆t = 32 оС
φ = 0,27
Конкретный режим сушки низкотемпературного процесса содержит три ступени, или три уровня, состояния сушильного агента при входе его в штабель. В
процессе сушки переход с одной ступени на другую осуществляется при определенной переходной влажности древесины. Процесс заканчивается при достижении древесиной заданной конечной влажности.
Трех ступенчатая структура режимов учитывает особенности развития
внутренних напряжений в древесине при ее сушке. В начальной стадии (первая
ступень), когда растягивающие напряжения на поверхности сортимента возрастают, необходимо поддерживать высокую степень насыщенности - φ. На второй
ступени, когда напряжения уменьшатся до нуля, допустимо некоторое снижение
степени насыщенности - φ. В конечной стадии процесса, когда напряжения поменяют знак, степень насыщенности может быть существенно снижена, что интенсифицирует процесс без ущерба для качества древесины.
Режимы сушки низкотемпературного процесса разбиты на группы: одна –
для пиломатериалов хвойных пород, другая – лиственных пород.
Для режимов лиственных пород обозначение включает - номер, характеризующий уровень температуры, и буквенный индекс, характеризующий уровень
степени насыщенности воздуха (например, 3-Б). Предусматривается, как и для
хвойных пород, трехступенчатая структура режимов, но с несколько пониженными значениями переходной влажности (30 и 20 %).
Существуют специальные таблицы, где в зависимости от породы и толщины материала, а также категории режима даны рекомендации по выбору режима.
Режимов высокотемпературного процесса всего 7. Они обозначаются римскими цифрами. Эти режимы двухступенчатые (переходная влажность 20 %), что
связано с малой длительностью сушки (по сравнению с низкотемпературным
процессом). Режимные параметры устанавливают температуру смоченного термометра 100 оС, характерную для чистого перегретого пара атмосферного давления.
42
Пример записи режима высокотемпературного процесса:
Номер режима
Первая ступень (W > 20 %)
Вторая ступень (W < 20 %)
о
t = 118 оС
T = 110 С
∆t = 10 ОС
∆t = 18 ОС
φ = 0,69
φ = 0,53
Не рекомендуется сушка высокотемпературными режимами пиломатериалов для изделий, подвергающихся силовым нагрузкам.
Режимы сушки в противоточных камерах непрерывного действия
По своей структуре эти режимы принципиально отличаются от режимов
сушки в камерах периодического действия. В противоточных камерах состояние
сушильного агента, воздействующего на древесину в процессе сушки, изменяется
не путем ступенчатого повышения температуры и снижения степени насыщенности по всему объему камеры, а путем перемещения штабелей от загрузочного
конца камеры, где стабильно поддерживается высокая степень насыщенности, к
разгрузочному концу, где степень насыщенности существенно ниже. Режим сушки в этих камерах характеризуется стабильным состоянием сушильного агента в
ее разгрузочном конце и загрузочном концах.
Наиболее целесообразна сушка в этих камерах товарных пиломатериалов до
транспортной влажности (18…20 %). Допускается также сушка древесины мягких
хвойных пород до эксплуатационной влажности(10…12 %).
Состояние воздуха в разгрузочном конце регламентируется температурой,
психрометрической разностью и дополнительно степенью насыщенности. Так как
температура смоченного термометра по длине камеры сохраняется практически
постоянной, в загрузочном конце камеры может регламентироваться только один
параметр воздуха. Обычно это – психрометрическая разность.
В противоточной камере разрешается одновременная сушка только однородных по характеристике (порода, толщина, влажность) пиломатериалов. При
переводе камеры на сушку пиломатериалов другого типоразмера во время нахождения в ней материала двух разных характеристик поддерживают тот из режимов,
по которому предусмотрена меньшая психрометрическая разность.
Заданное состояние воздуха в разгрузочном конце камеры обеспечивается
работой калорифера и приточно-вытяжных каналов (для повышения степени насыщенности они перекрываются задвижками). Заданная психрометрическая разность в загрузочном конце обеспечивается изменением объема циркулирующего
воздуха. Если фактическая величина ∆t больше заданной, то объем воздуха (и,
следовательно, его скорость) уменьшается, а если ∆t меньше заданной – увеличивается.
Стандартом не предусмотрено использование режимов сушки в противоточных камерах непрерывного действия для лиственных пород. Но иногда это допустимо для некоторых рассеяно-сосудистых пород (береза, ольха, липа) при назначении режимов по ближайшей большей группе толщин. Древесину твердолиственных пород в этих камерах сушить нельзя.
43
Выбор режима сушки в зависимости от различных факторов
Выбор режима сушки осуществляется в зависимости от породы материала,
его размеров, а также требований предъявляемых к качеству высушенной древесины. Температурную категорию режима выбирают в зависимости от назначения
высушиваемого материала. При начальной влажности материала меньше 35%
сушку можно начинать со второй ступени, а при конечной влажности больше 20%
заканчивать на второй ступени.
Рациональный режим сушки должен обеспечить минимальную длительность процесса при соблюдении качества материала.
Для сравнения между собой режимов существует три критерия:
1. Критерий жесткости – характеризует интенсивность испарения влаги в воздухе
данного состояния. Более жестким считается режим, обеспечивающий высокую
интенсивность испарения влаги. Из двух режимов с одинаковой степенью насыщенности φ, применяемых для одинакового по влажности материала, более жестким будет режим с повышенной тепмературой. При одинаковой температуре t,
более жестким считается режим с меньшим значением φ. Если сравниваются режимы с различными t и φ, показателем их жесткости может служить психрометрическая разность ∆t.
2. Критерий эффективности – характеризуется продолжительностью сушки определенного материала при заданном режиме. Эффективность одного режима по
сравнению с другим оценивается отношением длительности процессов τ1 / τ2.
3. Критерий безопасности – показывает, насколько режим безопасен для древесины.
Его величина оценивается отношением предела прочности древесины к максимальным напряжениям в ней:
Б = σпр / σmax.
(26)
Если Б > 1, режим безопасен, Б ≤ 1, древесина будет растрескиваться.
Дефекты, возникающие при сушке древесины и способы их устранения
Внутренние напряжения при сушке и неодинаковая усушка в радиальном и
в тангенциальном направлениях вызывают такие дефекты древесины, как:
- растрескивание;
-коробление;
-сморщивание;
-выпадение сучков.
Применение высоких температур при сушке древесины вызывает дополнительные дефекты:
- выплавление смолы;
- потемнение древесины;
- повышение хрупкости, отслаиваение древесины по годичным слоям;
- уменьшение прочности.
Растрескивание. В результате неправильного высушивания в древесине могут появиться торцовые, поверхностные и внутренние трещины.
44
Торцовые трещины – чаще появляются раньше других дефектов. Торцы
древесных сортиментов более интенсивно, чем остальные поверхности испаряют
влагу из-за более высокой влагопроводности древесины вдоль волокон, чем поперёк. Это приводит к понижению влажности на торцах по сравнению с остальной
частью сортимента, что вызывает усушку и, следовательно, возникновение в них
внутренних напряжений растяжения, из-за которых образуются торцовые трещины. Эти трещины идут в радиальном направлении, вначале они мелкие, но если не
изменить режим, они могут расшириться и захватить всё сечение бруска. Их глубина (вдоль бруска) может достичь 1м и более. Такие глубокие торцовые трещины часто образуются при сушке широких необрезных досок твердых лиственных
пород.
Чтобы избежать появления торцовых трещин, надо уменьшить интенсивность испарения влаги с торцов. Для этого можно:
- уменьшить омывание торцов материала воздухом, для этого на торцы
штабеля следует повесить экраны или брезентовые шторы; вплотную сдвинуть
штабели торцами один к другому и др;
- покрывать торцы досок густотёртыми масляными красками или битумными замазками;
- применять режимы с более высокой относительной влажностью воздуха в
начальной стадии процесса;
- требовать от поставщиков обязательного предохранения торцов бревен и
досок от растрескивания путем обмазки смолами, красками и так далее.
Поверхностные трещины возникают в материале в первый период сушки
из-за интенсивного испарения влаги с поверхности. Внутренняя влага не успевает
подойти к поверхности, наружные слои пересыхают, внутренние напряжения в
них превосходят предел прочности, и материал растрескивается. Трещины образуются как на пластях пиломатериалов, так и на кромках досок. Их продольное
направление совпадает с направлением волокон, а поперечное с сердцевинными
лучами. Поверхностные трещины углубляются и расширяются до смены знака
внутренних напряжений, после чего они начнут закрываться. В конце процесса
трещины могут быть не заметны, но их скрытое наличие уменьшает качество материала. Наиболее подвержены поверхностным трещинам сердцевинные доски.
При появлении первых признаков растрескивания, необходимо увеличить
влажность воздуха в камере.
Внутренние трещины – образуются в конечной стадии сушки. Чем
больше были напряжения в первом периоде сушки, тем большими они будут в
конце процесса. Мерой борьбы с внутренними напряжениями и с появлением
внутренних трещин во втором периоде сушки является промежуточная обработка
материала воздухом повышенной температуры и влажности.
Коробление материалов при высыхании может быть поперечным, продольным или винтообразным – скручивание доски. Причина коробления в неодинаковой усушке в радиальном и тангенциальном направлениях и неправильности
строения древесины (наклон волокон, крень, тяговая древесина).
Поперечному короблению подвержены широкие доски, а неправильное
строение древесины вызывает поперечное коробление и скручивание досок. Для
45
предотвращения коробления нужно правильно укладывать штабель, так кА зажатые между стандартными прокладками доски строго определенной толщины не
смогут покоробиться. Для верхних слоев в штабеле следует применять специальные прижимы.
При продольном делении пиломатериалов после сушки часто возникают
значительные деформации: поперечное и продольное коробление. Это результат
наличия в древесине внутренних напряжений и перепада влажности по толщине
материала после сушки. Это дефект влечет за собой или полный брак или потерю
10…20 % древесины на излишние припуски на обработку. Во избежание этого
проводят конечную тепловлагообработку.
Сморщивание – материал после сушки имеет в сечении неправильную форму. Причиной этого является - разрушение клеток. Сплющивание клеток происходит при длительной обработке очень влажного материала воздухом высокой
температуры и влажности. Материал пластифицируется, воздух не успевает проникнуть внутрь полостей клеток вместо удаляемой влаги, происходит сильное
сжатие, сплющивание клеток.
Для предотвращения сморщивания рекомендуется применять более низкие
температуры и влажность в камере. Особенно подвержены сморщиванию дуб,
бук, тополь, ива и кипарис.
Категории качества сушки древесины
С учетом неодинаковых производственных требований и технологии механической обработки древесины различного назначения установлены 4 категории
качества сушки пиломатериалов, подаваемых в цех деревообработки.
Первая категория качества ( Ι ) – высококачественная сушка пиломатериалов до эксплуатационной влажности, обеспечивающая особо точную механическую обработку и сборку деталей и узлов наиболее квалифицированных изделий
(музыкальные инструменты, точные приборы, спортинвентарь, производство моделей и т. п.). Такой материал не должен подвергаться температурному воздействию выше 60…70оС (60оС – для более толстых материалов).
Вторая категория качества ( ΙΙ ) – сушка для эксплуатационной влажности,
обеспечивающая точную механическую обработку деталей и узлов квалифицированных изделий (мебель, столярно-строительные изделия, внутреннее оборудование пассажирских вагонов и судов, автостроение, сельхозмашиностроение и т. п.).
Допускается снижение прочности на скалывание и ударный изгиб до 5 %. Допускаемая температура сушки до 75…85 оС (75 оС – для толстых сортиментов мягких
пород и тонких сортиментов твердых пород).
Третья категория качества ( ΙΙΙ ) – среднее качество сушки до эксплуатационной влажности пиломатериалов для менее квалифицированных изделий деревообработки (тара, товарные вагоны, строительство, кроме окон и деревянных
ферм), когда не требуется взаимозаменяемость при сборке.
46
Нулевая категория качества (0) – сушка товарных пиломатериалов до
транспортной влажности (16…20 %, более 16 % - для тонких) и сушка экспортных материалов.
Показатели качества сушки древесины
Качество сушки определяется наличием видимых дефектов, то есть трещин,
коробления и т.д. о чём говорилось выше, а также такими показателями как:
1. Соответствием средней влажности высушенной партии материала заданной конечной влажности. Древесину нужно сушить до той влажности, какую
она будет иметь в эксплуатационных условиях. Эксплуатационная влажность деревянных изделий или деталей зависит от температуры и влажности воздуха. Эксплуатационная влажность равна средней за год равновесной влажности воздуха, в
котором древесина будет находиться в условиях эксплуатации. Влажность древесины выдаваемая сушильными камерами, должна быть на 1…3 % ниже влажности древесины в готовой продукции, так как при сострагивании наружного, более
сухого слоя доски во время изготовления деталей, влажность повышается.
Конечная влажность нормируется и различается в зависимости от назначения пиломатериалов. Недосушка материала опаснее по последствиям, чем пересушка. Недосушенная древесина отдает влагу в условиях эксплуатации окончательно изготовленных изделий. Это приводит к сокращению поперечного сечения
деталей, их деформациям, возникновению зазоров и даже щелей, расслаблению и
ухудшению соединений.
Этот показатель качества учитывается для всех 4 категорий качества сушки.
2. Равномерность конечной влажности, то есть величиной отклонения
влажности отдельных досок от средней влажности данной партии (штабеля)
материала. Возможны следующие варианты:
а) неравномерность просыхания по длине штабеля, возникает из-за неравномерной раздачи воздуха или его нагрева по длине камеры, а также неудовлетворительного состояния дверей (двери должны быть герметичными
и утепленными);
б) неравномерное просыхание древесины по ширине штабеля происходит
при слабом движении воздуха по материалу. Нужно предотвращать протекание воздуха мимо штабеля, для чего в камере могут быть установлены экраны, а также следует увеличить подачу воздуха вентиляторами;
в) неравномерное просыхание материала по высоте штабеля – наблюдается
при неправильном распределении потока воздуха и слабой его скорости по
материалу (способы устранения указаны в п.б);
г) неравномерное просыхание по объёму штабеля происходит при парной
(по толщине) укладке досок, разнотолщинности досок, прокладок и других
нарушениях технологии сушки;
Показатель нормируется для всех 4-х категорий. Наиболее жесткие пределы
отклонений для Ι категории ( ± 2 %).
47
3. Перепад влажности по толщине материала. Может возникнуть из-за
проведения форсированного процесса сушки при значительной конечной
влажности древесины.
По требованиям РТМ нормы отклонений перепада влажности зависят
от толщины материала и категории качества. Эти нормы увеличиваются от
Ι категории к ΙΙΙ , в 0 категории не нормируется.
Контроль за показателями качества сушки осуществляется с использованием контрольных образцов. Среднюю конечную влажность и отклонения от неё устанавливают путем отбора из штабеля не менее 9 контрольных
досок, от которых отпиливают по 2 секции, на которых измеряют влажность.
Для определения перепада влажности по толщине пиломатериалов от
5 контрольных досок для 1 категории качества и не менее 3 – для других категорий, рядом с секциями влажности вырезают секции для определения
послойной влажности, которые затем раскалывают.
4.Условный показатель остаточных напряжений. Их величину устанавливают по силовым секциям, которые выпиливают из тех же контрольных досок и в том же количестве, как и для перепада влажности по толщине. Вид
силовой секции представлен на рис. 22.
Рис. 22. Возможные деформации силовой секции
Силовую секцию раскраивают на ленточнопильном станке, выкалывая середину. После раскроя зубцы секции могут изогнуться. По положению зубцов
можно судить о характере внутренних напряжений.
Если зубцы изогнулись наружу (рис. 22, 1) – это означает, что имеются растягивающие напряжения на поверхности и сжимающие во внутренних слоях.
Если зубцы изогнулись внутрь (рис. 22, 2) – сжатие снаружи и растяжение
внутри. Отсутствие деформаций после раскроя (рис. 22, 3) указывает на отсутствие напряжений.
Форма силовой секции после раскроя характеризует только полные внутренние напряжения в древесине в данный момент, но не даёт ещё представления
об остаточных деформациях. Для установления характера остаточных деформаций надо раскроенную секцию выдержать в комнатных условиях в течение 7…8
часов или, в сушильном шкафу при 100 оС. При этом влажность по её объёму станет равномерной, а форма зубцов может по сравнению с первоначальной измениться.
48
Если секция приобрела форму как на рис. 22, 2, значит, в материале имеются остаточные деформации удлинения на поверхности и укорочения внутри и соответственно сжимающие остаточные напряжения на поверхности и растягивающие внутри. Такой характер остаточных деформаций и напряжений наблюдается
в процессе сушки без влаготеплообработки.
Если после выдержки секция стала прямой (рис. 22, 3), значит остаточных
деформаций в древесине нет. Это характерно для состояния древесины после правильно проведенной влаготеплообработки.
Если же после выдержки секция принимает форму как на рис. 22, 1, в материале имеются остаточные деформации укорочения на поверхности и удлинения
внутри. В процессе собственно сушки таких деформаций не возникает, но они могут появиться после излишне интенсивной влаготеплообработки.
Наличие остаточных деформаций говорит о том, что в материале имеются
остаточные напряжения. Показатель нормируется для 1 и 2 категории качества,
его величина отклонения зависит от толщины материала (чем больше толщина,
тем больше норма отклонения).
Условный материал, пересчет объема фактического материала в объем
условного
Так как сушке подвергаются пиломатериалы различной характеристики,
производительность лесосушильных камер в объеме высушиваемой древесины
значительно колеблется. Поэтому для учета и планирования работы камер установлена учетная и плановая единица – кубический метр условного материала.
Условному материалу эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной
40мм, шириной 150мм, высушиваемые по второй категории качества от начальной влажности 60 % до конечной влажности 12 %.
Объем фактически подлежащей сушки древесины Фi переводится в объем
условного материала Уi для каждой заданной спецификации по формуле:
Уi = Фi • кτ • кЕ,
где к τ - коэффициент продолжительности оборота,
кЕ - коэффициент вместимости камеры
кτ =
τ об
τу
кЕ =
βу
,
βф
(27)
(28)
(29)
где τ у - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, измеряется в сутках, определяется по таблицам;
τ об - продолжительность оборота камеры при сушке фактического материал,
измеряется в сутках, определяется по таблицам.
Для камер периодического действия:
τ об = τ + τ
з.в.
(30)
49
Для камер непрерывного действия:
τ об = τ ,
(31)
где τ - расчетная продолжительность сушки, рассчитывается по формуле (),
τ з.в. - время на загрузку-выгрузку камеры, принимается равной 0,1 суток,
β у – объемный коэффициент заполнения штабеля условным материалом;
β ф - объемный коэффициент заполнения штабеля фактическим материалом.
Нормативные значения объемного коэффициента заполнения штабеля из
обрезных и необрезных пиломатериалов, уложенного на прокладках практически
используемых толщин приводятся в таблицах.
Производительность сушильных камер в фактическом материале
Производительность камеры при сушке пиломатериалов определенной характеристики(породы, начальной и конечной влажности) рассчитывается в кубометрах древесины за год по формуле:
(32)
Пф = n • Е,м3/год
где n – количество оборотов камеры (то есть количества загрузок) при сушке фактического материала;
n=
335
τ об
, об/год,
(33)
где τ об - продолжительность оборота,сут.;
Е – емкость (вместимость камеры),м3;
Е = l • b • h • m • β ф ,м3
(34)
где l, b, h – размеры штабеля (длин, ширина, высота), м;
m – число штабелей в камере, шт;
β ф - объемный коэффициент заполнения штабеля;
τ з.в. время на загрузку-выгрузку камеры, принимается равной 0,1 суток.
Непосредственное применение этого выражения для работы сушильных камер невозможно, так как вместимость камеры зависит от размеров материала, а
продолжительность сушки от характеристики древесины и режима сушки. Поэтому планирование и учет работы сушильных камер принято вести в кубических
метрах условного, а не фактического материала
Определение производительности камер в условном материале
Нормативная годовая производительность лесосушильной камеры рассчитывается в условном материале Пу по формуле:
Пу =
335
τу
3
• Г • β у = П у . уд. • Г , м /год,
(35)
50
где τ у - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала
определяется в зависимости от типа камеры, скорости циркуляции сушильного
агента и принятого режима сушки;
β у - коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом;
Г – габаритный объем штабелей загружаемых в камеру:
(36)
Г = l • b • h • m,м3 ,
где l b h - размеры штабеля, м;
m – число штабелей в камере, шт.;
Пу.уд – удельная производительность камеры в условном материале на 1м3
габаритного объема штабелей, определяется по таблицам, зависит от типа камеры
и температурной категории применяемых режимов.
Штаты сушильного цеха. Расчет рабочих на укладке, разборке и транспорте
леса
Штаты сушильного цеха определяются производственной мощностью сушильного хозяйства, спецификацией высушиваемого материала, степенью механизации и автоматизации процесса сушки.
Число основных рабочих по сушильному цеху определяется согласно принятому оборудованию, числу смен работы и количеству рабочих, обслуживающих
данный механизм.
На формировании штабеля для цехов с небольшим объемом работ (до 5
тыс. м3/год) занято двое рабочих. Производительность их работы составляет в
среднем на одного 1,8…2,8 м3/ч.
Если штабель формируется на лифте, то его обычно обслуживают двое рабочих (но можно и больше). Их производительность зависит от характеристики
материала, то есть его толщины, отчасти длины.
При укладке без шпаций тонких досок (25 мм) производительность одного
рабочего – 2,2…2,5 м3/ч, а при толщине 50 мм производительность укладки составит для одного рабочего 3,1…3,5 м3/ч при средней длине 5,5 м.
Если штабель укладывается со шпациями, то производительность уменьшается на 20 %, при укладке заготовок потребность в рабочей силе увеличивается в
2,5…2 раза.
Производительность труда при разборке штабеля возрастает в 2 раза.
Если в цехе используется пакетоформирующая машина, то она обслуживается 3 рабочими. Оператор находится у главного пульта управления и наблюдает
за формированием щита, первый помощник оператора управляет механизмами загрузки машины, а второй – укладывает прокладки в кассеты и следит за правильностью формирования пакета.
Иногда для механизированной разборки пакетов в цехе используется специальная расформировочная машина ПА – 4, её обслуживают 3 человека.
В цехах большой мощности могут быть использованы опорные кран-балки.
Они обслуживаются машинистом из кабины и стропальщиком внизу. Если она
51
управляется с пола, но её обслуживает один человек, совмещающий управление
краном и захватом груза. В этом случае скорость перемещения кран-балки снижается (с 58…38 м/мин до 40…26м/мин).
Для работы на траверсной тележки положено иметь 4 человека, так как камеры работают непрерывно и их разгрузка может осуществляться в любое время
суток, то должен быть один человек на каждую из 3-х смен в течение суток и ещё
один с учетом праздничных и выходных дней.
В среднем на каждые 10000 м3 фактической годовой производительности
сушилок при механизированном труде требуется 3 человека, при ручном труде – 7
человек (на формирование штабеля). Укладка составляет около 50 % всех погрузочно-разгрузочных работ.
В газовых сушильных камерах дополнительно требуется штат кочегаров –
по 4 человека на каждую топку. При производительности сушильных камер:
10000 м3/год кочегаров технологических печей и мотористов электродвигателей
на топливоподаче – 6 человек,
10000…50000 м3/год – 9 человек;
50000…100000 м3/год – 12 человек.
Кроме этого в сушильном цехе необходимы операторы, которые круглосуточно следят за работой камер. Минимальное их число - 4 человека, по одному на
смену и один подсменщик с учетом работы в выходные дни.
Должность начальника сушильного цеха вводится при производительности
сушильного цеха более 50 тыс. м3/год.
Мастер сушильного цеха при производительности:
До 50000 м3/год - 1 человек;
50000…100000 м3/год - 2 человека;
более100000 м3/год - 3 человека.
Должность лаборанта по физико-механическим испытаниям вводится при
производительности цеха более 10000 м3/год – 1 человек;
50000 м3/год и более – 2 человека.
Должность контролера деревообрабатывающего производства в количестве
1 единицы предусмотрена при производительности цеха более 50000 м3/год.
Должность слесаря-ремонтника вводится в штат сушильного цеха при производительности до 50000 м3/год - 1 человек;
50000…100000 м3/год - 2 человека;
более100000 м3/год - 3 человека.
Электромонтеры по обслуживанию электрооборудования в крупных хозяйствах входят в штат, когда производительность сушильного цеха составляет
10000…50000 м3/год – 1 человек;
50000…100000 м3/год - 2 человека;
более100000 м3/год - 3 человека.
В остальных случаях сушилки обслуживаются дежурным персоналом по технадзору.
К младшему обслуживающему персоналу относятся уборщицы (МОП), при
производительности цеха до 100000 м3/год предусмотрен 1 человек, более
100000 м3/год - 3 человека.
52
Планирование и организация работы сушильного цеха
Возможность выражать производительность камеры при сушке любого сортимента в условном материале – основа для составления производственной программы и учета выполнения её сушильным цехом.
При составлении производственного плана сушильного цеха устанавливают
спецификацию и объем пиломатериалов, подлежащих сушке в год исходя из плана предприятия по выпуску готовой продукции. Объем этой спецификации пересчитывают на условный материал и тем самым определяют плановую производительность сушильного цеха в год.
Определение плановой производительности происходит в следующей последовательности:
1. рассчитывается продолжительность сушки пиломатериалов заданной спецификации, в том числе и условного материала и затем время оборота камеры с
учетом её загрузки и выгрузки;
2. определяется вместимость камеры в фактическом и условном материале:
Е = Г• β
(37)
3. расчитывается плановая производительность сушильного цеха в условном материале. Можно воспользоваться формулой:
У = Ф • Еусл •
τ усл
,
Еф • τусл
(38)
Где Е – вместимость или емкость камеры.
По-другому объем условного материала рассчитывается по формуле:
(39)
У = Ф • кЕ • к τ
Производственная мощность сушильного цеха в условных единицах определяют по выражению:
Пгод =
k
∑Г
i =1
i
• П у . уд. •mi
(40)
где k – число типов камер по принципу действия, характеру циркуляции и способу транспортирования штабелей;
mi – число камер одного типа.
Если цех оснащён камерами одного типа, то k будет равен 1. Устанавливаются габаритные размеры штабеля (Г), Пу.ус., находим по таблице, учитываем количество камер в цехе (m) и определяем производственную мощность сушилок в
условном материале.
Путем сравнения плановой производительности сушильного цеха с его производственной мощностью (то есть сравнивают, что нужно высушить, с тем, что
цех может высушить на существующем оборудовании) устанавливают степень загрузки Р этого цеха:
53
Р = У/Пгод.
(41)
Если Р<1, то цех недогружен и можно его дозагрузить, заключив договора
на сушку пиломатериалов «на сторону», то есть для других предприятий.
Если Р>1, то программа выше мощности цеха и нужно принимать меры по
повышению его производительности.
Производительность камер большинства предприятий может быть увеличена путем недорогих и несложных мероприятий по реконструкции, введению правильных режимов и обеспечению камер паром нормального давления.
Календарное планирование работы сушилок проводят с целью бесперебойного и своевременного выпуска сушильным цехом материала для остального производства.
Календарный план работ сушильного цеха составляется на основе календарного плана цехов – потребителей сухих пиломатериалов. По полученной от
цехов потребителей спецификации сушильный цех устанавливает, какие материалы можно было бы сушить одновременно. Затем, для каждой группы материалов
назначаются сроки выпуска из сушильного цеха для передачи цеху – потребителю. При назначении сроков выпуска учитывают необходимость сдачи цеху всех
нужных ему сортиментов, чтобы не было срыва производственного плана.
В сушильном цехе должны быть достаточно обоснованные сведения о продолжительности сушки всех спецификационных пиломатериалов, подаваемых в
цех деревообработки, с учетом времени на охлаждение древесины и резервов
времени 10…15% (от продолжительности сушки).
На складе должен быть переходящий запас сухих пиломатериалов.
Учет работы сушильных камер периодического действия ведут по карте
сушки, по журналу учёта высушиваемого материала и по диспетчерскому плану
(графику).
Учет работы камер непрерывного действия ведут по карте сушки, штабельной карточке и диспетчерской доске.
Себестоимость сушки
Себестоимость сушки – это решающий технико-экономический показатель
процесса камерной сушки. Правильный учёт расходов и разнесение их по различным статьям имеют важное значение для экономического анализа результатов
сушки.
Себестоимость условного материала определяется делением суммы всех
расходов сушильного цеха на его производительность. Этот показатель характеризует сравнительную экономичность работы сушилок разных систем. Но он не
может быть использован в основе взаимных расчетов сушильного цеха с заказчиками или смежными цехами, так как заказчик рассчитывается за реальную продукцию, а не за условные учетные единицы.
Средняя себестоимость единицы объёма высушенного материала определяется делением суммы расходов на фактический объем пропущенной сушильным цехом древесины, не может служить основой для взаиморасчетов, так как
54
фактические затраты на сушку той или иной партии материала зависят от его конкретных характеристик (породы, размеров, влажности и др.).
Поэтому при составлении отчетной калькуляции необходимо разнесение
расходов сушильного цеха за определенный период, например, месяц, квартал на
сушку тех или иных партий материала в соответствии с реальными затратами.
Приближенно это может быть сделано путем учёта суммарных расходов цеха за
отчетный период и соответствующей разбивки этих расходов по партиям однородного (или примерно) материала.
Для этого суммарные расходы сушильного цеха разбивают на 3 группы
А – Расходы, не зависящие от продолжительности сушки – это стоимость
погрузочно-разгрузочных и транспортных работ, то есть зарплата рабочих, занятых на погрузочно-разгрузочных и транспортных работах. Эти расходы прямопропорциональны объему древесины.
Б – Расходы, не полностью зависящие от продолжительности сушки и объема древесины. Это стоимость пара или топлива. Расход топлива на нагрев и испарение влаги не зависит от продолжительности сушки, а теплопотери через ограждения и расход на промежуточные обработки зависят от продолжительности
сушки
В – Расходы, полностью зависящие от продолжительности сушки, но не зависящие от объёма древесины. Это расход электроэнергии, заработная плата дежурных сушильщиков, цеховые накладные расходы, в том числе на амортизацию,
расходы на текущий ремонт и общезаводские расходы.
Обозначим суммарные расходы сушильного цеха по группам А, Б и В через Σ СА, Σ СБ, Σ СВ. Положим, что половина расходов группы Б зависит от объёма
древесины. Определяем частичную себестоимость сушки по затратам, пропорциональным количеству высушенной древесины:
Цv = ( Σ СА + 0.5 Σ СБ) / Пф,
(42)
где Пф – фактическая производственная мощность сушилки в м3 древесины
за отчетный период.
Частичная себестоимость сушки по затратам пропорциональным продолжительности сушки для каждой однородной (по характеристике древесины) партии
пиломатериалов определяется выражением:
Цτ = К(0,5 Σ СБ + Σ СВ ) / Σ Пусл,
(43)
где - Σ Пусл, - количество условного материала, просушенного за отчетный
период;
К – коэффициент перевода фактического объёма пиломатериалов в условный для данной партии.
Полная приближенная себестоимость сушки 1м3 древесины той или иной
партии:
55
Ц = Цv + Цτ
(44)
Соотношения между расходами групп А, Б и В зависят от типа сушилки,
степени механизации погрузочно-разгрузочных работ и других факторов.
Ориентировочно:
А
Б
В
Воздушные камеры периодического действия
с принудительной циркуляцией:
20
50
30
воздушные камеры непрерывного действия:
25
30
45
Главная статья расходов в калькуляции паровых сушильных установок –
стоимость пара, составляющая около 40 % общей стоимости сушки.
В газовых установках на долю тепла приходится лишь 15…20 % общей
стоимости сушки пиломатериалов. Стоимость сушки в камерах в 1,5…2 раза выше, чем в туннелях.
Стоимость сушки в значительной мере зависит от объема производства.
Особенно она высока на мелких предприятиях из-за необходимости круглосуточной работы небольших котельных в летнее время. Именно по этому на малых
производствах предпочитают использовать вместо пара электроэнергию.
При наличии на производстве резервов пара, выгоднее пользоваться паровыми калориферами, При этом стоимость нагревания воздуха будет в 2…3 раза
меньше, чем стоимость нагревания электричеством.
Особенно велико влияние на стоимость сушки продолжительности процесса. Поэтому сушка пиломатериалов твердых пород обходится в 2…3 раза дороже,
чем мягких.
Технология камерной сушки пиломатериалов
Цикл камерной сушки пиломатериалов складывается из ряда последовательно выполняемых операций:
1. Перед началом сушки проверяют камеру.
2. Готовят древесину. Пиломатериалы укладывают в штабеля. Для наблюдения за скоростью просыхания и установления момента окончания сушки в штабель закладывают два контрольных образца. Контрольный образец выпиливают
длиной от 1 до 1,1 м из пиломатериалов, из которых сформирован штабель. Определяют начальную влажность образца древесины, устанавливают её конечную
влажность в зависимости от назначения и категории сушки и назначают режим
сушки.
3. Перед загрузкой камеру прогревают.
4. Первая операция в камерах периодического действия – начальный прогрев. Древесина нагревается до температуры среды, которая обычно задается на
8...10 оС больше температуры начальной ступени режима сушки. Цель её – повысить влагопроводность древесины, чтобы влага интенсивно перемещалась из цен-
56
тральной зоны к поверхности древесины. Температура в центре сечения досок до
начала сушки должна быть не ниже температуры по мокрому термометру для 1
ступени процесса. Древесину прогревают до тех пор, пока разность между температурой среды и температурой в центре доски не достигнет 3 оС.
В камерах непрерывного действия начальный прогрев как специальная операция не проводится. Древесина прогревается при параметрах сушильного агента
по 1 ступени режима сушки.
5. Во время сушки состояние агента постоянно контролируется по психрометру. Периодически контролируют напряжения в высушиваемой древесине. Режим корректируют по состоянию упругих деформаций в древесине.
6. Для снятия остаточных напряжений осуществляется влаготермообработка.
Различают конечную обработку, проводимую при достижении древесиной заданной конечной влажности и промежуточную обработку, назначаемую при переходе
на последнюю ступень режима сушки. Конечной влаготермообработке подлежат
пиломатериалы, высушиваемые в камерах периодического действия и подлежащие точной механической обработке. При этом выравнивается влажность и снимаются упругие деформации по сечению материала.
7. После конечной тепловлагообработки подсушивают поверхностные слои в
течение 1…2 часов при режиме, который был до конечной обработки.
8. Если материал высох удовлетворительно, его оставляют для медленного
охлаждения до t = 30…40 оС в закрытой выключенной камере при открытых приточно-вытяжных каналах. А затем пиломатериалы охлаждают при полуоткрытых
дверях в течение примерно 1 часа на каждый см толщины материала.
9. Перед пуском в дальнейшую обработку высушенный материал лучше выдержать, по крайней мере, в течение 2-х суток.
10. Если по показателям качество сушки после конечной обработки и подсушки материал не отвечает требованиям, то проводят кондиционирующую обработку, при которой недосушенный материал подсыхает, а пересушенный – увлажняется.
57
Библиографический список
1. Расев, А. И. Сушка древесины [Текст] : учеб. пособие / А. И. Расев. –
М. : МГУЛ, 2005. – 224 с.
2. Справочник по сушке древесины [Текст] / Е. С. Богданов,
В. А. Козлов, В. Б. Кунтыш, В. И. Мелехов ; под ред. Е. С. Богданова.
– М. : Лесн. пром-сть, 1990. – 304 с.
3. Кречетов, И. В. Сушка и защита древесины [Текст] : учеб. /
И. В. Кречетов. – М. : Лесн. пром-сть, 1987. – 326 с.
4. Серговский, П. С. Гидротермическая обработка и консервирование
древесины [Текст] : учеб. / П. С. Серговский, А. И. Расев. – М. : Лесн.
пром-сть, 1987. – 359 с.
5. Серговский, П. С. Оборудование гидротермической обработки
древесины [Текст] : учеб. пособие / П. С. Серговский. – М. : Лесн.
пром-сть, 1987. – 297 с.
6. Шубин, Г. С. Проектирование установок для гидротермической
обработки древесины [Текст] : учеб. / Г. С. Шубин. – М. : Лесн. промсть, 1983. – 272 с.
58
Учебное издание
Киселева Александра Владимировна
Древесиноведение и сушка древесины
Раздел: Сушка древесины
Тексты лекций
59
Редактор Е.А. Попова
Подписано в печать 7.12.2009. Формат 60×90/16. Объем 3,7 п.л.
Усл. печ. л. 3,7. Уч.-изд. л. 4,9. Тираж 150 экз. Заказ
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
РИО ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
57
Размер файла
2 263 Кб
Теги
древесиноведение, раздел, древесины, киселев, сушка
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа