УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F26B9/06 F26B5/04 

Изобретение относится к деревопереработке, в частности к конструкциям вакуумных установок для сушки древесины, например мебельной, и может быть использовано на предприятиях переработки древесины мягких и твердых пород.

Широко известны установки для сушки древесины, содержащие непосредственно камеру с герметично закрывающейся дверью и калорифером с вентилятором, подающим нагретый воздух в полость камеры.

Недостатками таких установок является длительный процесс сушки древесины от 8 до 20 дней в зависимости от пород древесины, низкое качество сушки, поскольку связанная в капиллярах влага практически из древесины на таких установках не удаляется, а также большие энергозатраты.

Известна далее совершенная установка, при помощи которой осуществляется способ сушки строительных материалов с использованием вакуума и многократного чередования циклов нагрева с одновременной продувкой материала теплоносителем и вакуумирования. Известная установка содержит камеру сушки, вакуумный насос, которые связаны с ресивером при помощи трубопроводов и клапанов. См. а. с. СССР 1000701, кл. F 26 В 5/04, публ. 1981 г. В известной установке для сушки древесины в каждом цикле между нагревом и вакуумированием осуществляют адиабатическую выдержку, продолжительность которой равна продолжительности продувки. Продувку осуществляют газо-воздушной смесью с температурой 160^oС и влажностью 15 г/кг в течение 6 мин. Вакуумирование проводят в течение 2 мин при остаточном давлении 300 мм рт. ст.

К недостаткам известного способа можно отнести его большую энергоемкость и длительность процесса сушки и низкое качество древесины по поперечному сечению и по краям штабеля.

Известен способ сушки древесины в сушильной камере, заключающийся в многократном чередовании циклов обдува древесины нагретым воздухом при помощи калорифера и вентилятора с отводом выделяющихся паров при вакуумировании, причем продолжительность операций нагрева к продолжительности операций вакуумирования составляет от трех к одному до шести к одному, при продолжительности вакуумирования 45-120 с, охлаждение осуществляют в атмосферных условиях. См. патент Франции 2351366 М. кл. F 26 В 3/04, публ. 1990 г.

Недостатками известной установки, при помощи которой осуществляется способ сушки, являются значительные капитальные затраты на изготовление специального оборудования для обеспечения сброса давления в камере сушки с атмосферного в вакуум до давления паров микрокапиллярной влаги за 1-30 с, а также большая энергоемкость процесса сушки.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является установка, используемая для реализации способа сушки древесины по патенту России 2056602 М. кл. F 26 В 5/04, F 26 В 3/04.

Установка содержит нагревательную сушильную вакуумную камеру, соединенную через быстродействующий клапан посредством системы вакуумных трубопроводов с ресивером и вакуумным насосом. При этом соотношение объема сушильной камеры к объему ресивера для создания вакуума необходимой глубины должно быть не менее как 1:10.

Древесину загружают в сушильную камеру, плотно закрывают и нагревают. Одновременно в ресивере вакуумным насосом создают вакуум, после чего проводят резкий сброс - импульс - давления в сушильной камере, путем быстрого открывания быстродействующего клапана и соединения ресивера с камерой сушки. После этого древесину в камере сушки подвергают вакуумированию - выдержке при создавшемся вакууме в течение определенного времени, после чего внутренний объем камеры сушки соединяют с атмосферой. Указанные операции повторяют многократно до достижения заданной влажности древесины. Глубина заданного вакуума в процессе импульсного вакуумирования создается за счет ресивера, имеющего десятикратное превышение объема по сравнению с объемом сушильной камеры. Установка позволяет реализовать способ сушки древесины, который значительно повышает производительность работ при сушке древесины по сравнению с существующими аналогами.

Однако известная установка - прототип обладает некоторыми неудовлетворительными эксплуатационными качествами. Так, для изготовления ресивера с объемом, превышающим объем сушильной камеры по меньшей мере в десять раз, требуются значительные капитальные затраты, наличие конденсата - жидкости, удаленной из древесины, и ее слив требуют разгерметизации всей системы, что также при возобновлении процесса сушки приводит к повышению энергетических затрат. Процесс многократного повторения импульсов вакуумирования древесины в сушильной камере с последующей выдержкой при остаточном вакууме, разгерметизации системы приводит к неэффективному использованию отдельных узлов установки и низкой производительности.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности создание более простой по конструкции установки с высокими эксплуатационными свойствами в части снижения капитальных затрат, снижения энергетических затрат и повышение производительности сушки древесины.

Поставленная задача достигается тем, что установка снабжена второй сушильной камерой, соединенной, как и первая сушильная камера, при помощи трубопровода с быстродействующим клапаном, с ресивером, который по объему выполнен равным свободному объему одной сушильной камеры после заполнения ее древесиной, снабжен шлюзовой камерой и связан с ней при помощи трубопровода и клапана.

Трубопроводы, соединяющие сушильные камеры с ресивером, установлены по отношению к ресиверу тангенциально.

Диаметр трубопровода, соединяющего каждую сушильную камеру с ресивером, рассчитывается по формуле

где d - диаметр трубопровода, м;
Р - давление в сушильной камере, Па;
Р_о - давление в ресивере, Па;
η - кинематическая вязкость, сСт;
l - длина трубопровода, м;
V_o - свободный объем сушильной камеры, м³;
t - время набора заданного давления в сушильной камере, с.

Признаки того, что установка снабжена второй сушильной камерой, соединенной как и первая сушильная камера при помощи трубопровода с быстродействующим клапаном, с ресивером, который по объему выполнен равным свободному объему одной сушильной камеры после заполнения ее древесиной, снабжен шлюзовой камерой и связан с ней при помощи трубопровода и клапана являются признаками новыми, существенными, неочевидными и направлены на достижение поставленной изобретением задачи. Так, наличие второй сушильной камеры, соединенной с ресивером параллельно, позволяет увеличить загрузку работой ресивера, вакуумного насоса и тем самым повысить производительность практически в два раза. Выполнение ресивера по объему, равному свободному объему сушильной камеры, позволяет ступенчато с несколькими вакуумированиями и выдержками обеспечить необходимую для сушки глубину вакуума, снижение капитальных затрат, что позволяет использовать существующие небольшие ресиверы и достичь неожиданного результата повышения качества сушки древесины.

Придание ресиверу шлюзовой камеры позволяет снизить рабочую нагрузку ресивера и сливать накопившуюся воду без сброса вакуума в ресивере, что положительно влияет на производительность установки. Наличие второй, параллельно соединенной с ресивером сушильной камеры и наличие шлюзовой камеры позволяют получить неожиданный результат - повышение производительности установки и повышение качества сушки древесины, поскольку сушка древесины производится при более глубоком вакууме.

Признак того, что трубопроводы, соединяющие сушильные камеры с ресивером, установлены по отношению к ресиверу тангенциально, являются признаками, необходимыми, существенными направленными на повышение качества сушки древесины, поскольку тангенциальный подвод трубопроводов к ресиверу позволяет быстро осуществить вакуумный импульс, более эффективно отделить и более качественно уловить ресивером воду, находящуюся в парах, поступающих из сушильной камеры в ресивер.

Признаки того, что диаметр трубопровода, соединяющего каждую сушильную камеру с ресивером, рассчитывается по формуле
,
где d - диаметр трубопровода, м;
Р - давление в сушильной камере, Па;
Р_о - давление в ресивере, Па;
η - кинематическая вязкость, сСт;
l - длина трубопровода, м;
V_o - свободный объем сушильной камеры, м³;
t - время набора заданного давления в сушильной камере, с.

являются признаками существенными, необходимыми и обеспечивающими достижение поставленной изобретением задачи, поскольку от диаметра трубопровода зависит возможность создания в камерах сушки импульсного, резкого воздействия вакуума на древесину, от чего зависит ее качество и весь процесс сушки.

На чертеже схематично представлена предлагаемая установка для сушки древесины.

Предлагаемая установка для сушки древесины состоит из двух сушильных камер 1 и 2, связанных трубопроводами 3 и 4 с ресивером 5. На трубопроводах 3 и 4 сушильных камер 1 и 2 установлены пневматические быстродействующие клапаны 6 и 7. Вакуумный насос 8 при помощи трубопровода 9 с шаровым краном 10 соединен с ресивером 5. Шлюзовая камера 11 соединена с ресивером 5 при помощи трубопровода и пневматического клапана 12. Шлюзовая камера 11 имеет пневматический клапан 13 для соединения с атмосферой и пневматический клапан 14 для слива жидкости. Компрессор 15 через пульт 16 обеспечивает систему управления установкой сжатым воздухом. Каждая камера сушки 1 и 2 имеет кран 17 и 18 для соединения внутреннего объема камер с атмосферой и уровнемеры 19, 20 для контроля и кран 21 для слива жидкости из сушильных камер 1 и 2. В торцевых стенках сушильных камер смонтированы калориферы 22, вентиляторы 23 с системой 24 распределения воздушного потока внутри камер.

Установка для сушки древесины работает следующим образом.

Подготовка установки к работе. Пиломатериал - древесина, предназначенная для сушки, укладывается штабелем на выдвигаемые из камер сушки тележки, которые вместе с древесиной закатывается после загрузки, внутрь каждой камеры 1 и 2. Камеры 1 и 2 в загруженном состоянии холодные, двери и клапана 6, 7 и краны 21 герметично закрыты.

Включением вакуумного насоса 8 при открытом клапане 10 в ресивере 5 начинает создаваться вакуум до 1-10 мм рт. ст. Одновременно с вакуумным насосом 8 включаются компрессор 15, калориферы 22 и вентиляторы 23 одной из камер сушки, например камеры 1, и производится набор давления в ресивере компрессора до 5-6 атм, и нагрев пиломатериала до температуры 80-100 ^oС. Нагрев пиломатериала во второй сушильной камере, проведение последующих операций сушки осуществляется с интервалом в 30 мин.

После достижения заданной температуры пиломатериала - древесины в первой сушильной камере 1 через пульт управления 16 открывают быстродействующие пневмоклапана 6, соединяющие ресивер 5 с камерой сушки 1. При воздействии вакуума на пиломатериал температура последнего уменьшается на 20-30 ^oC. При этом свободная влага начинает выходить из пиломатериала - древесины и скапливается на дне камеры сушки. Уровень влаги в камере сушки контролируется по уровнемеру 19. Выдержку древесины под создавшимся вакуумом делают в течение 30 мин, после чего пневмоклапаны 6 закрывают, отсоединив тем самым камеру от ресивера. После закрытия пневмоклапанов 6 в ресивере вновь начинают создавать прежний уровень вакуума в 1-10 мм рт. ст., а в сушильной камере древесину выдерживают при остаточном вакууме в течение 30 мин, постоянно подогревая древесину до температуры в 80-100 ^oС. Затем вышеописанные операции с древесиной в камере сушки 1 повторяют два-три раза.

После удаления свободной влаги приступают к удалению связанной. Для этого вновь проводят нагрев древесины при закрытом кране 17 и быстродействующих клапанах 6 до среднеобъемной температуры 80-100^o С. За время нагрева равное в ресивере 5 вновь создается вакуум в 1-10 мм рт. ст. После достижения указанных параметров температуры и вакуума приступают к импульсному вакуумному воздействию на древесину. Для этого за время 0,1-0,5 с с помощью быстродействующих клапанов 6 производят соединение сушильной камеры 1 с ресивером 5, после чего за время 0,5-5 с производят сброс давления в камере сушки 1 до давления ниже равновесного давления насыщенного пара для данной температуры при открытых клапанах 6 и делают выдержку в создавшемся вакууме в течение 30 мин. Время выдержки под вакуумом определяется скоростью понижения температуры древесины, причем это время для различных пород древесины различно. Указанное время в 30 мин определено для древесины из сосны, в частности доска с размерами 50 х 200 х 6000 мм. При сушке твердых пород древесины - дуба, бука время выдержки в вакууме и при остаточном давлении возрастает с 30 до 60 мин, а общее время сушки с 10 до 20 ч.

В дальнейшем указанные циклы, включающие вышеперечисленные операции, повторяют до достижения необходимой влажности пиломатериала.

При сушке твердых пород древесины, для удаления связанной влаги, требующей большей выдержки под вакуумом, используют масляный вакуумный насос вместо водокольцевого насоса.

Через каждые два цикла сушки из шлюзовой камеры 11 производят удаление жидкости, для чего предварительно закрывают пневмоклапан 12 и открывают клапаны 13 и 14. После слива жидкости клапаны 13 и 14 закрывают, а клапан 12 открывают.

После завершения процесса сушки, при закрытых пневмоклапанах 6 открывают шаровой кран 17, соединяют камеру сушки с атмосферой, в которой создают атмосферное давление. Калориферы и вентиляторы отключают. Открывают камеру сушки и сухой пиломатериал - древесину выкатывают из камеры и отправляют на склад.

Операции, описанные для камеры сушки 1, повторяют для камеры сушки 2 со сдвигом на 30 мин. Указанные режимы опробованы на промышленной установке с загрузкой в каждую камеру 10 м³ древесины.

Для обеспечения равномерности нагрева древесины по всему объему камеры в последней на боковых стенках предусмотрена система аэродинамических направляющих.

Опытная промышленная установка для сушки древесины была изготовлена с двумя камерами сушки объемом загрузки по 10 м³ древесины каждая. Время сушки доски сосны составило 10 ч, дубовой доски - 36 ч при исходной влажности 60%. Конечная влажность составила 10%.

Предложенная установка не вызывает трудностей при ее изготовлении для промышленного использования. Все входящие в нее узлы и аппараты серийно изготавливаются и могут быть изготовлены в промышленности. Качество сушки древесины хорошее.

Изобретение относится к области деревопереработки, в частности к конструкциям вакуумных установок для сушки пиломатериала. Установка снабжена второй параллельно соединенной с ресивером камерой сушки и шлюзовой камерой для слива влаги, причем внутренний объем ресивера выбран равным свободному объему сушильной камеры, заполненной пиломатериалом. Для обеспечения необходимой скорости проведения вакуумных импульсов при сушке древесины диаметр трубопровода, соединяющего сушильную камеру с ресивером, рассчитывается по предложенной авторами формуле. Тангенциальное соединение трубопроводов с ресивером, сочетание объемов ресивера и сушильных камер и наличие шлюзовой камеры позволяют получить высокое качество сушки древесины за короткое время. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Установка для сушки древесины, включающая сушильную камеру, соединенную при помощи трубопровода с быстродействующим клапаном с ресивером и вакуумным насосом, отличающаяся тем, что установка снабжена второй сушильной камерой, соединенной, как и первая сушильная камера, при помощи трубопровода с быстродействующим клапаном, с ресивером, который по объему выполнен равным свободному объему одной сушильной камеры после заполнения ее древесиной, снабжен шлюзовой камерой и связан с ней при помощи трубопровода и клапана. 2. Установка для сушки древесины по п. 1, отличающаяся тем, что трубопроводы, соединяющие сушильные камеры с ресивером, установлены по отношению к ресиверу тангенциально. 3. Установка для сушки древесины по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр трубопровода, соединяющего каждую сушильную камеру с ресивером, рассчитывается по формуле

где d - диаметр трубопровода, м;
Р - давление в сушильной камере, Па;
P_о - давление в ресивере, Па;
η - кинематическая вязкость, с Ст;
l - длина трубопровода, м;
V_o - свободный объем сушильной камеры, м³;
t - время набора заданного давления в сушильной камере, с.