ВАКУУМНАЯ ПРЕСС-СУШИЛКА ДЛЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК F26B9/06 F26B5/04 

Предлагаемое изобретение относится к области сушки твердых материалов путем удаления из них влаги.

Известны вакуумные сушильные камеры для пиломатериалов [1], выбранные авторами за аналоги. Такие камеры содержат жесткую герметичную камеру с жесткой крышкой, внутри которой имеется пространство для размещения штабеля пиломатериалов. Нагрев пиломатериалов обеспечивают за счет размещения между слоями пиломатериалов нагреваемых панелей.

Подобные камеры имеют ряд недостатков. Камеры сложны по конструкции, обладают высокой массой и весьма дороги. В связи с неизбежно существующими различиями толщин пиломатериалов, а также неоднородной усадкой древесины при сушке трудно обеспечить хороший тепловой контакт между поверхностями пиломатериалов и поверхностями нагреваемых плит по всей площади в течение всего процесса сушки, что приводит к неравномерному распределению влажности в высушенных пиломатериалах, появлению остаточных деформаций и напряжений. Во время проведения разгрузок и загрузок пиломатериалов элементы камеры, имеющие весьма значительную массу, охлаждаются, поэтому необходимо нагревать их в начале каждого цикла сушки до рабочей температуры заново, что приводит к резкому увеличению удельных энергозатрат на сушку.

Известна вакуумная пресс-сушилка для пиломатериалов [2, 3], выбранная авторами за прототип, содержащая герметичную вакуумную камеру, образованную двумя жесткими герметичными полукорпусами, соединенными по периметру гибким герметичным соединителем с возможностью перемещения полукорпусов по направлению друг к другу,

При этом один полукорпус представляет собой неподвижный корпус, размещенный горизонтально, а второй полукорпус выполнен в виде подвижной крышки над корпусом. Внутри вакуумной камеры размещены горизонтально расположенные нагреваемые плиты для нагрева и сжатия пиломатериалов, между которыми имеется пространство для размещения пиломатериалов, причем верхняя нагреваемая плита жестко соединена с крышкой, а нижняя нагреваемая плита жестко соединена с корпусом. Для создания вакуума имеется вакуумный насос, соединенный с полостью вакуумной камеры. При этом пиломатериалы размещаются в нескольких горизонтальных слоях, между которыми находятся промежуточные нагреваемые плиты, причем все нагреваемые плиты жесткие и поверхности нагреваемых плит, обращенные к пиломатериалам, гладкие.

Недостатками прототипа является следующее. В связи с неизбежно существующими отличиями толщины пиломатериалов (досок) из-за неточностей при распиловке, а также неоднородной усадкой древесины при сушке невозможно обеспечить хороший тепловой контакт между поверхностями пиломатериалов и поверхностями нагреваемых плит по всей площади и в течение всего процесса сушки. Из-за различий толщин досок, неравномерности усадки древесины при сушке и жесткости нагреваемых плит пиломатериалы обжимаются неравномерно, что увеличивает вероятность их растрескивания и деформации. В связи с гладкостью нагреваемых плит выход образующегося во время сушки пара затруднен, что приводит к неравномерности распределения конечной влажности в высушенном пиломатериале. Во время проведения загрузок и разгрузок пиломатериалов все элементы камеры, имеющие весьма значительную массу, практически полностью охлаждаются, поэтому необходимо нагревать их в начале каждого цикла сушки до рабочей температуры заново, что приводит к резкому увеличению удельных энергозатрат на сушку.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении качества сушки пиломатериалов, уменьшения удельных энергозатрат на сушку, уменьшения времени сушки.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что вакуумная пресс-сушилка для пиломатериалов содержит герметичную вакуумную камеру, образованную двумя жесткими герметичными полукорпусами, соединенными по периметру гибким герметичным соединителем с возможностью перемещения полукорпусов по направлению друг к другу, при этом внутри вакуумной камеры имеются два пространства для расположения пиломатериалов, а вакуумная камера обладает горизонтальной осью вращения, проходящей между пространствами для расположения пиломатериалов и ориентированной, преимущественно, вдоль продольных осей пространств для расположения пиломатериалов, причем вакуумная камера снабжена фиксаторами углового положения вакуумной камеры в вертикальной плоскости, при этом пространства для расположения пиломатериалов попеременно могут находится сверху и снизу относительно оси вращения вакуумной камеры, а между внутренними поверхностями полукорпусов и пространствами для расположения пиломатериалов имеется зазор, причем внутри вакуумной камеры размещена газо- и теплопроводная пересыпающаяся засыпка в количестве, достаточном для заполнения зазора между внутренними поверхностями полукорпусов и пространством для расположения пиломатериала, находящимся внизу относительно оси вращения вакуумной камеры, при этом вакуумная камера снабжена средством нагрева засыпки и полукорпусов и вакуумным насосом для откачки полости вакуумной камеры, а также средством напуска атмосферного воздуха в вакуумную камеру, и установлено устройство для разжатия полукорпусов в пределах хода гибкого герметичного соединителя между полукорпусами.

В предложенной вакуумной пресс-сушилке на внутренней поверхности полукорпусов, вблизи расположения оси вращения, могут быть выполнены выступы для запирания засыпки в нижней части полости вакуумной камеры между полукорпусами и пространством для размещения пиломатериала при вакуумировании полости вакуумной камеры.

Внутренняя поверхность полукорпусов может быть снабжена выступами, обращенными в сторону пространств для расположения пиломатериалов, для выравнивания удельного давления засыпки на поверхность пиломатериала при вакуумировании полости вакуумной камеры.

Полукорпусы могут быть соединены с вибратором для уплотнения пересыпающейся насадки.

Также может быть установлено устройство для впрыска воды в полость вакуумной камеры в засыпку для управления профилями распределения влажности в пиломатериале в процессе сушки.

В предложенной вакуумной пресс-сушилке ось вращения вакуумной камеры может быть соединена с одним из полукорпусов с целью упрощения конструкции пресс-сушилки.

В предложенной вакуумной пресс-сушилке в вакуумной камере могут быть расположены два герметичных люка, выполненных в полукорпусе, для загрузки пиломатериалов в пространства для расположения пиломатериалов.

На чертеже представлена возможная конструкция предлагаемой вакуумной пресс-сушилки для пиломатериалов.

1 - полукорпус;

2 - полукорпус;

3 - гибкий герметичный соединитель;

4 - пространство для размещения пиломатериалов;

5 - горизонтальная ось вращения вакуумной камеры;

6 - газо- и теплопроводная пересыпающаяся засыпка;

7 - подвод тепла к пиломатериалам от средства нагрева засыпки и полукорпусов;

8 - вакуумный насос;

9 - средство напуска атмосферного воздуха;

10 - устройство для разжатия полукорпусов;

11 - выступы для запирания засыпки;

12 - выступы для выравнивания удельного давления;

13 - вибратор;

14 - устройство для впрыска воды;

15 - держатели для пиломатериалов;

16 - теплоизоляция;

17 - полость вакуумной камеры;

18 - газозабор.

Вакуумная пресс-сушилка для пиломатериалов содержит герметичную вакуумную камеру, образованную двумя жесткими герметичными полукорпусами 1, 2, соединенными по периметру гибким герметичным соединителем 3 с возможностью перемещения полукорпусов по направлению друг к другу, при этом внутри полости 17 вакуумной камеры имеются два пространства 4 для расположения пиломатериалов, причем вакуумная камера обладает горизонтальной осью вращения 5, проходящей между пространствами для расположения пиломатериалов 4 и ориентированной, преимущественно, вдоль продольных осей пространств 4 для расположения пиломатериалов, причем вакуумная камера снабжена фиксаторами углового положения вакуумной камеры в вертикальной плоскости, при этом пространства 4 для расположения пиломатериалов попеременно могут находится сверху и снизу относительно оси вращения 5 вакуумной камеры, а между внутренними поверхностями полукорпусов 1, 2 и пространствами 4 для расположения пиломатериалов имеется зазор, причем внутри вакуумной камеры размещена газо- и теплопроводная пересыпающаяся засыпка 6 в количестве, достаточном для заполнения зазора между внутренними поверхностями полукорпусов 1, 2 и пространством 4 для расположения пиломатериала, находящимся внизу относительно оси вращения 5 вакуумной камеры, при этом вакуумная камера снабжена средством нагрева 7 засыпки 6 и полукорпусов 1, 2 и вакуумным насосом 8 (например, водокольцевого типа) для откачки полости вакуумной камеры через газозаборы 18, а также средством напуска 9 атмосферного воздуха в вакуумную камеру, и между полукорпусами 1 и 2 установлено устройство 10 для разжатия полукорпусов в пределах хода гибкого герметичного соединителя 3 между указанными полукорпусами. Величина зазора между внутренними поверхностями полукорпусов 1, 2 и пространством 4 для расположения пиломатериала, находящимся внизу относительно оси вращения 5 вакуумной камеры, определена с учетом необходимости обеспечения высокой теплопроводности слоя засыпки 6 в указанном зазоре и обеспечением равномерности распределения усилия по поверхности пиломатериалов.

В предложенной вакуумной пресс-сушилке на внутренней поверхности полукорпусов 1, 2, вблизи расположения оси вращения 5, выполнены выступы 11 для запирания засыпки 6 в нижней части полости вакуумной камеры между полукорпусами 1, 2 и пространством 4 для размещения пиломатериала при вакуумировании полости вакуумной камеры. Внутренняя поверхность полукорпусов 1, 2 также снабжена выступами 12, обращенными в сторону пространств 4 для расположения пиломатериалов, для выравнивания удельного давления засыпки 6 на поверхность пиломатериала при вакуумировании полости вакуумной камеры.

В предложенной вакуумной пресс-сушилке полукорпусы соединены с вибратором 13.

В предложенной вакуумной пресс-сушилке установлено устройство 14 для впрыска воды в полость вакуумной камеры в засыпку 6.

Ось вращения 5 вакуумной камеры соединена с одним из полукорпусов 1.

В предложенной вакуумной пресс-сушилке в вакуумной камере имеются два герметичных люка, выполненных в полукорпусе 1 (условно не показаны в связи с очевидностью их реализации известными техническими средствами), для загрузки пиломатериалов в пространства 4 для расположения пиломатериалов.

В предложенной пресс-сушилке могут быть высушены различные виды пиломатериалов, например брусья, доски, оцилиндрованные бревна и др.

В предложенной конструкции обеспечивается хороший тепловой контакт поверхностей пиломатериалов, помещенных в пространствах 4 для размещения пиломатериалов, с нагреваемой газо- и теплопроводной пересыпающейся засыпкой 6, несмотря на неизбежные различия пиломатериалов по толщине и ширине, а также неравномерную поперечную усадку пиломатериалов в процессе сушки. При этом подвод тепла 7 к пиломатериалу осуществляется со всех сторон. За счет этого обеспечивается быстрый и равномерный всесторонний прогрев пиломатериалов, что повышает производительность предложенной пресс-сушилки. Обеспечивается также равномерно распределенное очень сильное обжатие высушиваемых пиломатериалов со всех сторон за счет передачи газо- и теплопроводной пересыпающейся засыпкой 6 усилий от воздействия внешнего атмосферного давления на полукорпусы 1, 2 вакуумной камеры, внутри которой поддерживается вакуум в процессе сушки (например, абсолютное давление среды внутри вакуумной камеры может составлять 0,1...0,08 кгс/см²). На каждый квадратный метр поверхности полукорпусов при этом действует усилие порядка 10000 кгс, эти очень большие усилия от воздействия атмосферного давления на полукорпусы в конечном счете оказываются приложенными к поверхностям пиломатериалов. Наличие на внутренних поверхностях полукорпусов 1, 2 выступов 11 для запирания засыпки и выступов 12 для выравнивания удельного давления на поверхность пиломатериалов способствует увеличению равномерности распределения обжимающего усилия по всем поверхностям высушиваемого пиломатериала. Вышеуказанное препятствует деформациям, развитию трещин и появлению остаточных деформаций высушенных пиломатериалов независимо от их поперечного сечения. В качестве газо- и теплопроводной пересыпающейся засыпки 6 может быть использован, например, крупнозернистый песок.

В связи с тем, что пиломатериалы в процессе сушки окружены газопроницаемой засыпкой 6, выход образующегося водяного пара происходит свободно, что способствует более равномерному распределению влажности по объему пиломатериалов. Периодический впрыск воды в полость вакуумной камеры через устройства впрыска воды 14 в нагретую до высокой температуры газо- и теплопроводную засыпку 6, контактирующую с поверхностями пиломатериалов, позволяет управлять профилем распределения влажности в высушиваемом пиломатериале в процессе сушки, что также способствует повышению качества сушки.

В предложенной пресс-сушилке возможно осуществить быструю загрузку и разгрузку пиломатериалов в пресс-сушилку через герметичные люки (с фиксацией пиломатериалов в держателях пиломатериалов 15) в полукорпусе без значительного охлаждения элементов вакуумной камеры, поэтому ее не приходится снова нагревать с низкой температуры при следующем цикле сушки, что приводит к резкому снижению удельных энергозатрат на сушку досок и брусьев. Малый объем вакуумируемого пространства позволяет обеспечить малое время откачки вакуумной камеры при небольшой производительности вакуумного насоса 8. Наличие вибратора 13 позволяет обеспечить более равномерное и плотное распределение газо- и теплопроводной пересыпающейся насадки 6 в зазоре между полукорпусами 1, 2 и пиломатериалами.

Важным достоинством предложенной вакуумной пресс-сушилки является также малая металлоемкость конструкции камеры, а также относительная простота ее конструкции.

Работа предложенной вакуумной пресс-сушилки для досок и брусьев происходит следующим образом.

В исходном состоянии пресс-сушилка зафиксирована в вертикальном положении и внутри пространств 4 для расположения пиломатериалов ничего нет. Пересыпающаяся засыпка 6 под действием гравитации находится в нижней части полости 17 вакуумной камеры.

Первоначальную загрузку пресс-сушилки пиломатериалами производят в следующем порядке. Открывают герметичный люк в полукорпусе 1, находящийся против пространства для размещения пиломатериала 4, находящегося сверху, и помещают внутрь пресс-сушилки пиломатериал в держатели 15 пиломатериалов, находящиеся над горизонтальной осью 5 вращения вакуумной камеры. Закрывают герметичный люк в полукорпусе 1. Поворачивают пресс-сушилку на 180 градусов вокруг горизонтальной оси 5 и фиксируют ее в этом положении. При этом пиломатериал в держателях 15 оказывается после завершения поворота внизу полости 17 вакуумной камеры. В начале процесса поворота включают вибратор 13 для плотного заполнения пересыпающейся засыпкой 6 зазора между внутренними поверхностями полукорпусов 1 и 2 и поверхностями пиломатериала. После завершения поворота выключают вибратор 13. Затем открывают герметичный люк в полукорпусе 1, находящийся против пространства для размещения пиломатериала 4, оказавшегося после поворота вверху, и помещают внутрь пресс-сушилки пиломатериал в держатели 15 пиломатериалов. Закрывают указанный выше герметичный люк.

После этого начинают сушку пиломатериалов. Включают нагрев пиломатериалов, для чего осуществляют подвод тепла 7 к пиломатериалам от средств нагрева засыпки 6 и полукорпусов 1 и 2 (нагрев может осуществляться, например, при помощи горячей воды, пара, за счет нагрева, за счет пропускания через засыпку электрического тока и т.п.). Включают вакуумный насос 8 и начинают откачку полости 17 вакуумной камеры через газозаборы 18. По мере падения абсолютного давления в полости 17 вакуумной камеры возрастает усилие от воздействия атмосферного давления на полукорпусы 1 и 2, которые смещаются по направлению друг к другу за счет наличия гибкого герметичного соединителя 3, и в связи с этим достигается всестороннее обжатие пиломатериала, находящегося в нижней части пресс-сушилки, газо- и теплопроводной засыпкой. За счет наличия выступов для запирания засыпки 11 предотвращается выдавливание засыпки в верхнюю часть полости 17 вакуумной камеры. Из-за наличия выступов 12 для выравнивания удельного давления на поверхность пиломатериала достигается равномерное и всестороннее обжатие пиломатериала, что обеспечивает высокоэффективный подвод тепла к пиломатериалу и его быстрый нагрев, что уменьшает время сушки, а также сильное всестороннее обжатие пиломатериала со всех сторон, что предотвращает образование трещин в процессе сушки и накопление внутренних остаточных напряжений в древесине, что повышает качество сушки. Температура кипения воды внутри пиломатериала при давлении ниже атмосферного значительно понижается, за счет этого обеспечивается весьма мягкий режим сушки при относительно низкой температуре, что способствует повышению качества сушки. В вакуумной пресс-сушилке установлено устройство 14 впрыска воды, снабженное форсунками, в полость вакуумной камеры 17 в засыпку 6, что позволяет, при необходимости, управлять профилями распределения влажности по толщине пиломатериала в процессе сушки, что улучшает качество сушки.

Для контроля процесса сушки в толще пиломатериала могут устанавливаться термометры (например, термометры сопротивления).

В течение процесса сушки расположенного внизу пресс-сушилки пиломатериала пиломатериал, находящийся выше оси 5 вращения, предварительно подсушивается.

После завершения сушки отключают подвод тепла 7, открывают (и после выравнивания давления с атмосферным закрывают) средство 9 напуска атмосферного воздуха в полость 17 вакуумной камеры, раздвигают полукорпуса 1 и 2 в направлении друг от друга при помощи устройства 10 для разжатия полукорпусов. Включают вибратор 13. Затем производят поворот пресс-сушилки на 180 градусов и фиксируют ее снова в вертикальном положении. При этом пересыпающаяся засыпка 6 ссыпается вниз и плотно заполняет зазор между подсушенным пиломатериалом и внутренними поверхностями полукорпусов 1 и 2 в нижней части полости 17 вакуумной камеры. Затем вибратор 13 выключают.

Открывают герметичный люк в полукорпусе 1 и извлекают высушенный пиломатериал из находящихся сверху держателей 15 наружу, а затем вставляют в указанные держатели внутрь полости 17 вакуумной камеры пиломатериал, подлежащий сушке. Закрывают герметичный люк в полукорпусе 1.

Затем повторяют описанный выше цикл сушки.

В связи с тем, что время для замен пиломатериалов в процессе сушки невелико, элементы предложенной вакуумной пресс-сушилки охлаждаются за это время незначительно, и не требуется их повторно нагревать во время следующего цикла сушки. Это обеспечивает значительное снижение удельных энергозатрат на сушку пиломатериалов.

Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает повышение качества сушки пиломатериалов, уменьшение удельных энергозатрат на сушку, уменьшение времени сушки.

Создан экспериментальный образец предложенной пресс-сушилки.

Источники информации

1. Вакуумная сушка материалов. Экспресс-информация по зарубежным источникам. Механическая обработка древесины. Выпуск 4, Москва, 1982.

2. Вакуумная пресс-сушилка типа "PRESS М 1,5". Фирма "WDE MASPELL" (Италия). (http://www.wde-maspell.it/eng pages).

3. Технология вакуумной сушки под давлением. Информационный материал фирмы "Форвуд" (198052, С-Петербург, набережная Обводного канала, д. 118 (официальный представитель фирмы "WDE-MASPELL" в Российской Федерации). Телефон/факс (812) 331-01-50. Электронная почта: forwood-spb@peterlink.ru).

Изобретение относится к области сушки твердых материалов удалением из них влаги. Вакуумная пресс-сушилка для пиломатериалов содержит герметичную вакуумную камеру из двух полукорпусов, соединенных по периметру гибким соединителем, при этом внутри камеры имеются два пространства для расположения пиломатериалов. Камера обладает горизонтальной осью вращения, проходящей между пространствами для расположения пиломатериалов и ориентированной вдоль продольных осей пиломатериалов, и снабжена фиксаторами углового положения камеры в вертикальной плоскости, причем пространства для расположения пиломатериалов попеременно могут находиться сверху и снизу относительно оси вращения камеры. Между внутренними поверхностями полукорпусов и пространствами для расположения пиломатериалов имеется зазор, а внутри камеры размещена газо- и теплопроводная пересыпающаяся засыпка в количестве, достаточном для заполнения зазора между внутренними поверхностями полукорпусов и пространством для расположения пиломатериала. Камера снабжена средством нагрева засыпки и полукорпусов, вакуумным насосом для откачки полости камеры и средством напуска воздуха в камеру, также установлено устройство для разжатия полукорпусов. Изобретение должно обеспечить повышение качества сушки пиломатериалов. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Вакуумная пресс-сушилка для пиломатериалов, содержащая герметичную вакуумную камеру, образованную двумя жесткими герметичными полукорпусами, соединенными по периметру гибким герметичным соединителем с возможностью перемещения полукорпусов по направлению друг к другу, при этом внутри вакуумной камеры имеются два пространства для расположения пиломатериалов, причем вакуумная камера обладает горизонтальной осью вращения, проходящей между пространствами для расположения пиломатериалов и ориентированной, преимущественно, вдоль продольных осей пространств для расположения пиломатериалов, причем вакуумная камера снабжена фиксаторами углового положения вакуумной камеры в вертикальной плоскости, при этом пространства для расположения пиломатериалов попеременно могут находиться сверху и снизу относительно оси вращения вакуумной камеры, а между внутренними поверхностями полукорпусов и пространствами для расположения пиломатериалов имеется зазор, причем внутри вакуумной камеры размещена газо- и теплопроводная пересыпающаяся засыпка в количестве, достаточном для заполнения зазора между внутренними поверхностями полукорпусов и пространством для расположения пиломатериала, находящимся внизу относительно оси вращения вакуумной камеры, при этом вакуумная камера снабжена средством нагрева засыпки и полукорпусов и вакуумным насосом для откачки полости вакуумной камеры, а также средством напуска атмосферного воздуха в вакуумную камеру, и установлено устройство для разжатия полукорпусов в пределах хода гибкого герметичного соединителя между полукорпусами.2. Вакуумная пресс-сушилка по п.1, отличающаяся тем, на внутренней поверхности полукорпусов вблизи расположения оси вращения выполнены выступы для запирания засыпки в нижней части полости вакуумной камеры между полукорпусами и пространством для размещения пиломатериала при вакуумировании полости вакуумной камеры.3. Вакуумная пресс-сушилка по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность полукорпусов снабжена выступами, обращенными в сторону пространств для расположения пиломатериалов, для выравнивания удельного давления засыпки на поверхность пиломатериала при вакуумировании полости вакуумной камеры.4. Вакуумная пресс-сушилка по п.1, отличающаяся тем, что полукорпусы соединены с вибратором.5. Вакуумная пресс-сушилка по п.1, отличающаяся тем, что имеется устройство для впрыска воды в полость вакуумной камеры в засыпку.6. Вакуумная пресс-сушилка по п.1, отличающаяся тем, что ось вращения вакуумной камеры соединена с одним из полукорпусов.7. Вакуумная пресс-сушилка по п.1, отличающаяся тем, что в вакуумной камере имеются два герметичных люка, выполненные в полукорпусе, для загрузки пиломатериалов в пространства для расположения пиломатериалов.