АГРЕГАТ ДЛЯ БАРОВАКУУМНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ Российский патент 2007 года по МПК F26B9/06 F26B5/04 F26B21/04 

Изобретение относится к энергетическим установкам в области переработки древесины, в частности сушки пиломатериалов.

Известны различные типы камерных сушилок, снабженных системой подготовки и циркуляции сушильного агента, системой удаления влаги в процессе сушки, системой контроля и регулирования параметров технологического процесса, а также средства механизации (подштабельные тележки, внутренние и наружные рельсовые пути) /1/.

Удаление влаги из толщи клеточных стенок происходит вначале из наружных слоев древесины, а лишь затем из внутренних. Это обуславливает появление градиента влажности между наружными и внутренними слоями древесины, более быстрое уменьшение объема наружных слоев древесины по сравнению с внутренними слоями, возникновение напряжений в древесине и, как следствие, ее коробление и растрескивание, что в итоге снижает качество сушки /2/.

Отрицательное влияние на качество сушки упомянутого градиента влажности компенсируется отчасти воздействием градиента давления и температуры в камерных сушилках с рабочим давлением, отличным от атмосферного, например при циклической вакуумной сушке пиломатериалов /3/, когда высушиваемый материал в сушильной камере нагревается до заданной температуры сушки при нормальном давлении и исходной влажности. При этом интенсивного испарения влаги с поверхности древесины не происходит. Затем создается вакуум и влага из внутренних слоев древесины активно выходит в направлении более низкого давления, т.е. на ее поверхность, с последующим испарением. Количество циклов создания вакуума в сушильной камере зависит от влажности пиломатериалов и породы древесины при прочих равных параметрах сушки.

Аналогичная картина наблюдается в сушильных камерах при циклической сушке древесины с использованием избыточного давления /4, 5/, когда высушиваемый материал нагревается до заданной температуры при повышенном (избыточном) давлении и исходной влажности. При этом интенсивного испарения влаги с поверхности древесины также не происходит. Затем давление в сушильной камере постепенно снижается до атмосферного и за счет возникающего градиента давления (избыточное внутри высушиваемого материала и атмосферное в сушильной камере) влага также, как и при вакуумной сушке начинает активно выходить из внутренних слоев древесины на ее поверхность с последующим испарением. Количество циклов создания в сушильной камере избыточного давления с последующим снижением его до атмосферного также зависит от влажности пиломатериалов и породы древесины.

Описанные сушилки отчасти обеспечивают более равномерное распределение влаги по сечению высушиваемого метериала, уменьшение коробления и растрескивания, т.е. повышение качества сушки. Однако как в варианте вакуумной сушки, так и в варианте сушки с использованием избыточного давления в сушильной камере эту операцию приходится повторять многократно, т.е. с многократным чередованием перепадов давления "атмосферное-вакуум" или "избыточное-атмосферное". Так называемый циклический метод сушки /6/.

Особенностью сушки пиломатериалов в вакуумных сушилках является то, что нагрев высушиваемого материала в камере происходит при нормальном давлении, т.е. довольно медленно, но зато происходит интенсивное испарение влаги при создании вакуума. Разрежение, создаваемое в вакуумных сушилках водокольцевыми вакуум-насосами, составляет порядка 80 кПа. Градиент давления - 80 кПа.

Особенностью сушки пиломатериалов в сушилках с избыточным давлением является то, что происходит ускоренный нагрев высушиваемого материала за счет более высокой теплоемкости сушильного агента (воздуха) при избыточном давлении, но при этом происходит испарение влаги с обычной скоростью после сброса давления. Давление, создаваемое в сушильной камере при этом режиме, не превышает величины 70 кПа. Это делается из практических соображений, чтобы на сушильную камеру не распространялись "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением". Градиент давления, таким образом, составляет в этом случае 70 кПа.

Качество сушки в значительной мере зависит от характера циркуляции сушильного агента в сушильной камере /7/. Известно положительное влияние на качество сушки древесины реверсирования потока сушильного агента относительно штабеля пиломатериалов /4/.

Известны циклические сушилки, сочетающие в себе достоинства вакуумных сушилок и сушилок, работающих с избыточным давлением, так называемые агрегаты для баровакуумной сушки пиломатериалов.

Особенностью сушки пиломатериалов в баровакуумных сушилках является то, что в этом случае реализуются механизмы сушки, присущие двум упомянутым выше типам сушилок, но значительно возрастает суммарный градиент давления, что усиливает эффект нагнетания горячего воздуха в пористую структуру древесины и отсасывания его с парами влаги, т.е. эффект принудительного "дыхания" или принудительной вентиляции пор высушиваемого материала.

Известны, например, агрегаты для сушки пиломатериалов баровакуумным способом по пат. №2194229 F 26 В 9/06, 7/00, 21/04 от 12.10.2000 и пат. №2246081 F 26 В 9/06, 5/04 от 10.09.2004 /9/, которые включают сушильную камеру, газодувку, контур циркуляции сушильного агента, устройства для реверсирования потока сушильного агента и обеспечения баровакуумного режима, а также средство для рекуперации тепла удаляемого сушильного агента.

Агрегат по патенту №2246081, как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому устройству, принят в качестве прототипа.

В прототипе система обеспечения баровакуумного режима и реверсирования потока сушильного агента в сушильной камере содержит основной контур циркуляции его через сушильную камеру и дополнительный - через рекуператор, сопряженные с устройством для циркуляции сушильного агента и оснащенные в местах их сопряжения двумя трехходовыми затворами, каждый из которых снабжен двумя регулируемыми перепускными устройствами, а напорная линия основного контура циркуляции снабжена дополнительно переключателем потока сушильного агента.

Недостатками прототипа является то, что, например, в напорном режиме после газодувки лишь 80-90% горячего воздуха направляется в сушильную камеру, а 10-20% от ее номинальной производительности с парами влаги удаляется из основного контура циркуляции и направляется в рекуператор. С одной стороны, это уменьшает поток горячего воздуха, направляемого на сушку пиломатериалов, а с другой стороны, уменьшает поток воздуха, с которым из сушильной камеры удаляется влага. И то и другое обстоятельства снижают эффективность работы агрегата. Кроме того, давление направляемого в рекуператор горячего воздуха после перепускного устройства снижается от рабочего избыточного до атмосферного, при этом температура воздуха при его расширении снижается, в связи с чем снижается и эффективность процесса рекуперации тепла удаляемого воздуха, т.е. эффективность работы агрегата в целом. Наличие в прототипе четырех требующих независимой регулировки перепускных устройств в трехходовых поворотных затворах усложняет конструкцию агрегата.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы и упрощение конструкции агрегата в целом за счет подачи в сушильную камеру полного потока горячего воздуха после газодувки, удаление этого же потока воздуха из сушильной камеры с парами влаги, а также за счет отбора тепла удаляемого воздуха (рекуперации тепла) до момента сброса его давления и снижения температуры, т.е. перед дросселирующим устройством, при уменьшении количества регулируемых дросселирующих устройств.

Поставленная задача решается за счет того, что в агрегате, включающем сушильную камеру, газодувку, рекуператор, основной и дополнительный контуры циркуляции сушильного агента, а также устройства для реверсирования потока сушильного агента и обеспечения баровакуумного режима применены два установленных на всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки четырехходовых переключателя потока сушильного агента, в каждом из которых три штуцера соединены, соответственно, с газодувкой, основным и дополнительным контурами циркуляции, а четвертые - с атмосферой, при этом четвертый штуцер переключателя потока на всасывающей стороне газодувки снабжен регулируемым дроссельным устройством, а упомянутые контуры циркуляции выполнены пересекающимися по отводящему воздуховоду после сушильной камеры с рекуператором в месте их пересечения.

Применяемая в агрегате газодувка (например, 1Г22-80-2А) при соответствующем положении четырехходовых переключателей потока является и средством создания избыточного давления до 80 кПа на стороне нагнетания (при атмосферном давлении на всасывающем штуцере), и средством создания разрежения до 45 кПа на стороне всасывания (при атмосферном давлении на нагнетательном штуцере), и средством циркуляции сушильного агента во всех режимах работы агрегата, а также средством для нагревания сушильного агента (за счет его сжатия). Так, например, в указанной газодувке согласно ее паспортным данным при сжатии воздуха до 80 кПа его температура повышается на 80-100°С за один проход.

Таким образом, перечисленные возможности газодувки позволяют отказаться от применяемых в известных сушильных установках электрокалориферов, вентиляторов, вакуум-насосов, конденсаторов, парогенераторов и т.п., что значительно упрощает энергетическое обеспечение описываемого агрегата.

На фиг.1 схематично изображен продольный разрез вертикальной плоскостью сушильной камеры агрегата;

на фиг.2 - вид сверху (А) на сушильную камеру в разрезе;

на фиг.3 - вид с тыльной стороны (Б) на сушильную камеру;

на фиг.4 - технологическая обвязка сушильной камеры, газодувки, рекуператора и переключателей потока сушильного агента в положении, соответствующем напорному режиму работы агрегата;

на фиг.5 - то же, что и на фиг.4, но с четырехходовыми переключателями потока в положении, соответствующем переходному режиму работы агрегата;

на фиг.6 - то же, что и на фиг.4, но с четырехходовыми переключателями потока в положении, соответствующем вакуумному режиму работы агрегата;

на фиг.7 - схематично изображено дросселирующее устройство двухстороннего действия.

Предлагаемый агрегат для баровакуумной сушки пиломатериалов состоит из сушильной камеры, которая включает в себя корпус 1, поворотную крышку 2, подштабельную тележку 3, продольные полости 4, образованные перфорированными перегородками 5 и торцовыми стенками 6. На тыльной стороне корпуса размещены штуцера 7 для входа-выхода сушильного агента в сушильную камеру и из нее, которые соединены каналами 8 с продольными полостями 4. Для циркуляции сушильного агента с созданием избыточного давления и разрежения в сушильной камере, а также нагрева сушильного агента служит газодувка 9, а для рекуперации тепла удаляемого сушильного агента - рекуператор 10.

С сушильной камерой газодувка 9 соединена основным контуром циркуляции, включающим воздуховоды 11, 12, а также 13 и 14, а с рекуператором 10 - дополнительным контуром циркуляции, включающим воздуховоды 15 и 16. На нагнетательной линии 11 установлен переключатель потока сушильного агента 17, предназначенный для реверсирования потока сушильного агента в сушильной камере.

На всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки 9 установлены четырехходовые переключатели потока сушильного агента 18 и 19, каждый из которых снабжен четырьмя штуцерами.

Четырехходовые переключатели потоков 18 и 19 обвязаны таким образом, что три штуцера в каждом из них соединены, соответственно, с газодувкой, основном и дополнительным контурами циркуляции, а четвертые - с атмосферой, при этом четвертый штуцер переключателя потока на всасывающей стороне газодувки снабжен регулируемым дроссельным устройством, а упомянутые контуры циркуляции выполнены пересекающимися по отводящему воздуховоду после сушильной камеры с рекуператором 10 в месте их пересечения. Регулируемое дроссельное устройство 20 установлено на четвертом штуцере переключателя потока 19. Переключатели потоков 18 и 19 при работе агрегата в баровакуумном режиме могут находиться в положениях, изображенных на фиг.4 (напорный режим), фиг.5 (переходный режим) и фиг.6 (вакуумный режим). В качестве приводов переключателей потоков сушильного агента могут использоваться, например, пневмоцилиндры.

Дроссельное устройство 20 двухстороннего действия регулируется в наладочном режиме таким образом, чтобы обеспечить создание заданных величин избыточного давления и разрежения в сушильной камере при работе агрегата, а именно 80 кПа в напорном режиме и 45 кПа в вакуумном режиме. Это обеспечивается изменением углов поворота α₁ и α₂ заслонки 21 под действием потока сушильного агента в одном или другом направлении. Угол поворота заслонки 21 определяется положением регулировочных винтов 22 и 23. Возможны иные варианты конструктивного исполнения регулируемого дроссельного устройства.

В качестве сушильного агента используется атмосферный воздух.

Работает предлагаемый агрегат для баровакуумной сушки пиломатериалов следующим образом.

В корпус 1 сушильной камеры при открытой крышке 2 на подштабельной тележке 3 загружают штабель уложенных определенным образом пиломатериалов. Крышка закрывается, включается газодувка.

1. Напорный режим.

В напорном режиме положение четырехходовых переключателей потока 18 и 19 показано на фиг.4. При включенной газодувке 9 воздух засасывается через свободный штуцер переключателя потока 18, далее по воздуховодам 15 и 16 через рекуператор 10 попадает в переключатель потока 19 и в газодувку 9. Из газодувки воздух через переключатель потока 18 по воздуховодам 11 и 13 через переключатель потока 17 попадает в сушильную камеру, а из нее по воздуховодам 14 и 12 через переключатель потока направляется в рекуператор 10 и далее в переключатель потока 19, а затем через дроссельное устройство 20 удаляется из системы. Небольшое живое сечение дроссельного устройства 20 (установленное в наладочном режиме) обуславливает создание в сушильной камере избыточного давления до 80 кПа, повышение температуры воздуха от его сжатия, нагрев пиломатериалов и испарение влаги с их поверхности. При этом горячий воздух под избыточным давлением в сушильной камере проникает в пористую структуру пиломатериалов, нагревая их по всему сечению. Переключатель потока сушильного агента 17 с заданной частотой занимает поочередно положения, показанные на фиг.4, обеспечивая вход воздуха в сушильную камеру то по воздуховоду 13 и выход его из камеры по воздуховоду 14, то наоборот, т.е. происходит реверсирование поперечного потока сушильного агента через штабель пиломатериалов.

При достижении давления в сушильной камере 80 кПа наступает равновесие по количеству воздуха, засасываемого газодувкой через свободный штуцер переключателя потока 18 и удаляемого через дроссельное устройство 20. Горячий воздух с парами влаги проходит из сушильной камеры по воздуховодам 14 и 12 через рекуператор 10, отдает свое тепло исходному воздуху, проходящему через рекуператор 10 по воздуховодам 15 и 16, происходит рекуперация тепла удаляемого сушильного агента. Высокая эффективность рекуперации обусловлена почти максимальной разницей температур удаляемого горячего и засасываемого исходного воздуха.

Удаляемый через дроссельное устройство 20 горячий воздух, отдавший часть своего тепла в рекуператоре 10 исходному воздуху, попадает из области избыточного давления в область атмосферного давления, расширяется и вследвие этого его температура падает ниже температуры исходного атмосферного воздуха.

После нагрева сушильного агента в напорном режиме до заданной технологическим регламентом температуры происходит переключение агрегата на переходный режим работы, при котором положение переключателей потока 18 и 19 соответствует фиг.5.

2. Переходный режим.

В переходном режиме работы агрегата переключатели потоков 18 и 19 занимают положение, показанное на фиг.5, при котором сушильный агент находится в основном контуре циркуляции под избыточным давлением, его удаления из контура циркуляции так же, как и подсоса исходного воздуха не происходит. Газодувка работает в режиме вентилятора, а дополнительный контур циркуляции бездействует. Сушильный агент циркулирует через штабель пиломатериалов с реверсированием поперечного потока через штабель пиломатериалов при помощи переключателя потока 17. При этом температура во всем объеме пиломатериалов выравнивается, а сушильный агент насыщается влагой. Переходный режим работы агрегата используется, как правило, в начальный период работы агрегата при разогреве пиломатериалов во всем объеме и поддержании в сушильной камере необходимого температурно-влажностного режима с минимальным удалением влаги. Переходный режим может определенное число раз чередоваться с напорным режимом до достижения предусмотренных технологией сушки температурных параметров, после чего агрегат переводится на вакуумный режим работы.

3. Вакуумный режим.

В вакуумном режиме работы агрегата четырехходовые переключатели потока 18 и 19 находятся в положениях, показанных на фиг.6. При этом горячий и влажный воздух, находившийся в контуре циркуляции в переходном режиме, вначале перекачивается газодувкой 9 через переключатель потока 18 и удаляется в атмосферу. Давление его в контуре циркуляции падает до атмосферного, после чего газодувка 9 начинает откачивать горячий влажный воздух из сушильной камеры и через переключатель потока 17, воздуховод 12, рекуператор 10, переключатели потока 19 и 18. Одновременно в систему засасывается наружный атмосферный воздух через дроссельное устройство 20, переключатель потока 19, воздуховод 16, рекуператор 10, воздуховод 15, переключатель потока 18 и далее через воздуховод 11 - в сушильную камеру. В рекуператоре 10 засасываемый наружный воздух отбирает тепло удаляемого воздуха и возвращает это тепло в контур циркуляции.

Небольшое живое сечение дроссельного устройства 20 (установленное в наладочном режиме) препятствует свободному входу через него воздуха из атмосферы, что обуславливает создание в контуре циркуляции и сушильной камере разрежения. Переключатель потока 17, как и в предыдущем режиме работы агрегата, обеспечивает реверсирование поперечного потока воздуха через штабель.

После достижения в сушильной камере разрежения 45 кПа, на которое отрегулировано дроссельное устройство 20, наступает равновесие по количеству воздуха, засасываемого газодувкой через дроссельное устройство 20 и удаляемого в атмосферу через свободный штуцер переключателя потока 18. При этом влага из внутренних слоев древесины начинает активно выходить в направлении более низкого давления, т.е. на ее поверхность, испаряется и переходит в циркулирующий в системе воздушный поток. За счет испарения влаги температура воздуха и пиломатериалов понижается.

По окончании работы агрегата в вакуумном режиме четырехходовые переключатели потока 18 и 19 снова переводятся в положение, соответствующее напорному режиму, описанному ранее и т.д. Чередование напорного и вакуумного режимов происходит многократно до достижения заданной влажности высушиваемых материалов, а продолжительность этих циклов определяется технологией сушки в зависимости от породы и влажности высушиваемых материалов. Особенностью механизма баровакуумной сушки является то, что при избыточном давлении в сушильной камере горячий воздух проникает внутрь пористой структуры пиломатериалов, а при разрежении в сушильной камере этот воздух отсасывается из толщи пиломатериалов и выносит на их поверхность свободную и парообразную влагу. Таким образом, баровакуумный режим сушки играет роль своеобразного насоса, обеспечивающего равномерное удаление влаги из всего объема пиломатериалов и равномерное распределение ее по их сечению, повышает равномерность сушки пиломатериалов и исключает возникновение внутренних напряжений в древесине, приводящих к короблению и растрескиванию пиломатериалов.

Градиент давления является одной из основных движущих сил удаления влаги из древесины. Как указывалось ранее, в вакуумных сушилках градиент давления составляет порядка 80 кПа, в сушилках, работающих с избыточным давлением градиент давления составляет порядка 70 кПа. В агрегате для баровакуумной сушки газодувка создает избыточное давление до 80 кПа и разрежение до 45 кПа, т.е. градиент давления составит в этом случае суммарную величину, равную 45+80=125 кПа, что в 1,56 раза больше чем в известных сушилках, что интенсифицирует процесс удаления влаги из внутренних слоев пиломатериалов, а также ее испарение.

По окончании процесса сушки пиломатериалов охлаждение их до температуры 30-40°С производится в вакуумном режиме работы агрегата. После этого газодувка выключается, атмосферный воздух продолжает поступать в сушильную камеру через дроссельное устройство 20 и при атмосферном давлении в сушильной камере крышка камеры может быть открыта для перезагрузки сушильной камеры.

Как следует из приведенного описания устройства и работы агрегата для баровакуумной сушки пиломатериалов подача в сушильную камеру полного потока горячего воздуха после газодувки и отсос этого же количества воздуха из нее (т.е. количества воздуха, соответствующего номинальной производительности газодувки) обеспечивает повышение интенсивности тепломассообменных процессов, а уменьшение с четырех до одного количества требующих наладки дроссельных устройств упрощает конструкцию агрегата в целом и повышает удобство его эксплуатации. Размещение рекуператора в месте условного пересечения основного и дополнительного контуров циркуляции (на отводящем воздуховоде после сушильной камеры) повышает эффективность процесса рекуперации тепла. Все перечисленное повышает эффективность работы агрегата.

Источники информации

1. Заявка №96121694/06 F 26 В 5/04, БИ №3, 1999, ч.II, c.296.

2. E.С.Богданов, В.А.Козлов, Н.Н.Пейч. Справочник по сушке древесины. М.: Лесная промышленность, 1981, с.39.

3. Деревообрабатывающая промышленность, №3, 1998, с.3.

4. Деревообрабатывающая промышленность, №1, 1995, с.28.

5. Патент №2128811, F 26 В 7/00 от 10.04.99.

6. Патент №2129244, F 26 В 5/04 от 11.08.99.

7. Деревообрабатывающая промышленность, №2, 1998, с.15.

8. Патент №2194228, F 26 В 9/06, 7/00, 21,04 от 12.10.2000.

9. Патент №2246081, F 26 В 9/06, 5/04 от 10.09.04.

Изобретение относится к области переработки древесины, в частности сушки пиломатериалов. Агрегат для баровакуумной сушки пиломатериалов включает сушильную камеру, газодувку, контуры циркуляции сушильного агента, рекуператор, а также устройства для реверсирования потока сушильного агента и обеспечения баровакуумного режима. В качестве устройства для обеспечения баровакуумного режима применено два установленных на всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки четырехходовых переключателя потока сушильного агента, в каждом из которых три штуцера соединены, соответственно, с газодувкой, основным и дополнительным контурами циркуляции, а четвертые - с атмосферой, при этом четвертый штуцер переключателя потока на всасывающей стороне газодувки снабжен регулируемым дроссельным устройством, а упомянутые контуры циркуляции выполнены пересекающимися по отводящему воздуховоду после сушильной камеры с рекуператором в месте их пересечения. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции агрегата, обусловленное уменьшением количества регулируемых дросселирующих устройств. 7 ил.

Агрегат для баровакуумной сушки пиломатериалов, включающий сушильную камеру, газодувку, рекуператор, основной и дополнительный контуры циркуляции сушильного агента, а также устройства для реверсирования потока сушильного агента и обеспечения баровакуумного режима, отличающийся тем, что в качестве устройства для обеспечения баровакуумного режима применено два установленных на всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки четырехходовых переключателя потока сушильного агента, в каждом из которых три штуцера соединены соответственно с газодувкой, основным и дополнительным контурами циркуляции, а четвертые - с атмосферой, при этом четвертый штуцер переключателя потока на всасывающей стороне газодувки снабжен регулируемым дроссельным устройством, а упомянутые контуры циркуляции выполнены пересекающимися по отводящему воздуховоду после сушильной камеры с рекуператором в месте их пересечения.