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 так же, 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 материала, 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 повышенном 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 сушильная камера не попала в разряд сосудов, работающих под давлением, подпадающих под действие "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением". Градиент давления, таким образом, составляет в этом случае 70 кПа.

Качество сушки зависит и от характера циркуляции сушильного агента через штабель пиломатериалов [7]. Положительное влияние на качество сушки оказывает реверсирование поперечного потока сушильного агента через штабель 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 из древесины с парами влаги, т.е. эффект "принудительного дыхания" или принудительной вентиляции пор высушиваемого материала.

Применяемые в баровакуумных агрегатах газодувки, например 1Г22-80-2В, обеспечивают максимальное давление нагнетания 80 кПа, а также максимальное разрежение 45 кПа. При этом суммарный градиент давления будет равен сумме 80+45=125 кПа. В известных сушилках вакуумного типа максимальное разрежение, а значит, и максимальный в данном случае градиент давления равны 80 кПа. Таким образом, в баровакуумных сушилках суммарный градиент давления превышает градиент давления в вакуумных сушилках в 125:80=1,56 раза, увеличивает эффект "дыхания" и эффективность удаления влаги из внутренних слоев высушиваемых материалов.

Известны, например, агрегаты для сушки пиломатериалов в баровакуумном режиме [8,9], которые включают сушильную камеру, газодувку для нагрева и циркуляции сушильного агента, создания избыточного давления и разрежения в сушильной камере, контуры циркуляции и устройство для реверсирования потока сушильного агента, средства для обеспечения баровакуумного режима и рекуперации тепла удаляемого сушильного агента.

Агрегат по патенту [9], как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому устройству, принят в качестве прототипа.

В прототипе средство 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. В агрегате для баровакуумной сушки пиломатериалов применяются серийные газодувки типа 1Г22-80-2В. Эти газодувки согласно их принципу действия и паспортным техническим характеристикам обеспечивают, как указано выше, наибольшее давление 80 кПа на нагнетательном штуцере при атмосферном давлении на всасывающем штуцере, а также наибольшее разрежение 45 кПа на всасывающем штуцере при атмосферном давлении на нагнетательном штуцере. При давлении выше атмосферного в указанных выше случаях происходит снижение максимальных рабочих параметров газодувки по давлению.

В прототипе дополнительный контур циркуляции, включая рекуператор, находится на всасывающей стороне газодувки в напорном режиме работы агрегата и на нагнетательной стороне газодувки в вакуумном режиме работы агрегата.

Сопротивление дополнительного контура циркуляции вместе с рекуператором составляет порядка 10 кПа. Ровно на эту же величину снижается развиваемое газодувкой давление на нагнетательном штуцере в напорном режиме (70 кПа вместо паспортных 80 кПа), а также развиваемое газодувкой разрежение на всасывающем штуцере в вакуумном режиме (35 кПа вместо 45 кПа).

Снижение давления на нагнетательном штуцере газодувки снижает, соответственно, и температуру, до которой разогревается сжимаемый воздух за один проход через газодувку (до 70°С вместо 80°C), а также снижается градиент давления в сушильной камере, являющийся важным элементом в механизме баровакуумной сушки пиломатериалов.

Из сказанного очевидно, что наличие дополнительного контура циркуляции с рекуператором не только усложняет технологическую обвязку и конструкцию агрегата в целом, но и ухудшает рабочие параметры агрегата, что в свою очередь снижает градиент давления и температуру сушильного агента и, следовательно, эффективность процесса сушки.

Устранение указанного недостатка прототипа возможно только путем исключения сопротивления на всасывающем штуцере газодувки в напорном режиме и сопротивления на нагнетательном штуцере газодувки в вакуумном режиме, а это значит - исключением дополнительного контура циркуляции сушильного агента с входящим в этот контур рекуператором, с обеспечением рекуперации тепла удаляемого сушильного агента иным техническим решением.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы и упрощение конструкции агрегата для баровакуумной сушки в целом.

Поставленная задача решается за счет того, что в агрегате, включающем сушильную камеру, газодувку для нагрева и циркуляции сушильного агента, создания избыточного давления и разрежения в сушильной камере, контур циркуляции и устройство для реверсирования потока сушильного агента, а также средство для обеспечения баровакуумного режима и рекуперации тепла удаляемого сушильного агента, упомянутое средство включает в себя установленные на всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки четырехходовые переключатели потока сушильного агента, в каждом из которых одна пара смежных штуцеров соединена, соответственно, с контуром циркуляции и газодувкой, а вторая пара смежных штуцеров - с атмосферой, при этом штуцера, диаметрально противоположные соединенным с газодувкой, снабжены дроссельными устройствами, а поворотные заслонки в упомянутых переключателях потока снабжены с двух сторон теплопроводящими ребрами.

В результате полностью исключается имеющийся в прототипе дополнительный контур циркуляции и рекуператор, как самостоятельная единица оборудования, а функции рекуператора выполняют четырехходовые переключатели потока сушильного агента с оребренными поворотными заслонками. При этом давление на всасывающем штуцере в напорном режиме равно атмосферному, а давление на нагнетательном штуцере в вакуумном режиме также равно атмосферному, что обеспечивает работу газодувки с максимальными рабочими параметрами по давлению, а также температуре нагрева сушильного агента.

Применяемая в агрегате газодувка при соответствующих положениях четырехходовых переключателей потока сушильного агента является и средством циркуляции сушильного агента, и средством его нагрева, и средством создания избыточного давления и разрежения в сушильной камере. Таким образом, отпадает необходимость применения электрокалориферов или парогенераторов, вентиляторов и вакуум-насосов, 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 и переключателей потока сушильного агента в положении, соответствующем напорному режиму работы агрегата;

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

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

на фиг.7 изображен четырехходовой переключатель потока в увеличенном масштабе;

на фиг.8 - продольный разрез четырехходового переключателя потока (В-В) по фиг.7.

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.

Средством циркуляции сушильного агента с созданием избыточного давления и разрежения, а также нагрева сушильного агента служит газодувка 9.

С сушильной камерой газодувка соединена контуром циркуляции, включающим воздуховоды 10 и 11, а также 12 и 13. На нагнетательной линии 10 установлен переключатель потока сушильного агента 19, предназначенный для реверсирования его в сушильной камере.

На всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки 9 установлены четырехходовые переключатели потока 14 и 15. Каждый переключатель потока содержит плоскую поворотную заслонку 16 (см. фиг.7) с ребрами 17 с двух сторон, установленную на оси с возможностью поворота на 90° в цилиндрическом корпусе 18. Четырехходовые переключатели потока 14 и 15 имеют по четыре штуцера, из которых одна пара смежных штуцеров соединена, соответственно, с контуром циркуляции и газодувкой, а вторая пара смежных штуцеров - с атмосферой, при этом штуцера, диаметрально противоположные соединенным с газодувкой, снабжены дроссельными устройствами 20 и 21.

Переключатели потока 14 и 15 при работе агрегата могут находиться в положениях, изображенных на фиг.4 (напорный режим), на фиг.5 (переходный режим) и на фиг.6 (вакуумный режим).

В качестве приводов упомянутых переключателей потока могут быть использованы, например, пневмоцилиндры.

Дроссельные устройства 20 и 21 регулируются и фиксируются в процессе наладки в напорном и вакуумном режимах следующим образом:

- в напорном режиме дроссельное устройство 21 регулируется таким образом, чтобы оно обеспечивало сопротивление выходу воздуха из контура циркуляции, при котором на нагнетательном штуцере газодувки и, следовательно, в сушильной камере возникнет избыточное давление 80 кПа;

- в вакуумном режиме дроссельное устройство 20 регулируется таким образом, чтобы оно обеспечивало сопротивление входу воздуха в контур циркуляции, при котором на всасывающем штуцере газодувки и, следовательно, в сушильной камере возникнет разрежение 45 кПа.

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 2 закрывается.

1. Напорный режим.

В напорном режиме работы агрегата переключатели потока 14 и 15 находятся в положениях, изображенных на фиг.4.

При включенной газодувке 9 воздух циркулирует по контуру циркуляции - через сушильную камеру, воздуховоды 10, 11, 12, 13 и переключатели потока 14, 15 и 19. Воздух засасывается из атмосферы через свободный штуцер переключателя потока 15, затем через переключатель потока 14 поступает в сушильную камеру и далее через переключатель потока 15 и дроссельное устройство 21 удаляется в атмосферу. Выбранное при наладке живое сечение дроссельного устройства 21 препятствует свободному выходу воздуха через него в атмосферу и обуславливает рост давления в сушильной камере до 80 кПа, а также рост температуры от его сжатия. При повышении температуры воздуха происходит нагрев пиломатериалов в сушильной камере и начинается испарение влаги с их поверхности. При этом горячий воздух под избыточным давлением проникает в пористую структуру пиломатериалов, нагревая их по всему сечению. Переключатель потока 19 с заданной частотой занимает поочередно положения, показанные на фиг.4, что обуславливает вход воздуха в сушильную камеру то по воздуховоду 12 и выход его по воздуховоду 13, то наоборот, т.е. происходит реверсирование потока сушильного агента через штабель пиломатериалов.

Горячий воздух с парами влаги проходит из воздуховода 11 вдоль оребренной заслонки переключателя потока 15, нагревая ребра 17. Тепло по ребрам 17 передается в противоположную полость переключателя потока 15, через которую противотоком проходит засасываемый атмосферный воздух, отбирает тепло нагретых ребер заслонки и возвращает это рекуперированное тепло в контур циркуляции сушильного агента.

Удаляемый через дроссельное устройство 21 горячий воздух, отдавший часть своего тепла через оребренную заслонку, попадает из области избыточного давления перед дроссельным устройством 21 в область атмосферного давления после дроссельного устройства 21, расширяется, а его температура при этом падает ниже температуры исходного атмосферного воздуха.

В напорном режиме, как было указано выше, происходит нагрев сушильного агента и пиломатериалов и при достижении заданной технологическим режимом сушки температуры происходит переключение агрегата на переходный режим работы.

2. Переходный режим.

В переходном режиме работы агрегата переключатели потока 14 и 15 находятся в положениях, изображенных на фиг.5. При этом контур циркуляции не связан с атмосферой, подсоса атмосферного воздуха и удаления горячего влажного воздуха не происходит, а весь горячий воздух находится в контуре циркуляции и сушильной камере под избыточном давлении. Газодувка 9 работает в этом случае в режиме вентилятора, давление до и после нее одинаковое. Горячий воздух циркулирует по замкнутому контуру, равномерно нагревая весь объем пиломатериалов, насыщаясь при этом влагой.

Переходный режим необходим, как правило, в начальный период работы агрегата для равномерного прогрева пиломатериалов и поддержания при этом температурно-влажностного режима. Переходный режим может определенное число раз чередоваться с напорным режимом. После достижения предусмотренных технологией сушки температурно-влажностных параметров агрегат переводится на вакуумный режим работы.

3. Вакуумный режим.

В вакуумном режиме работы агрегата переключатели потока 14 и 15 находятся в положениях, изображенных на фиг.6. При этом горячий влажный воздух, находящийся после предыдущего режима в контуре циркуляции и в сушильной камере под избыточным давлением, удаляется через переключатель потока 14 в атмосферу, давление в сушильной камере падает до атмосферного, а затем начинается подсос атмосферного воздуха через дроссельное устройство 20.

Небольшое живое сечение дроссельного устройства 20, установленное в наладочном режиме, создает сопротивление входу воздуха через него, что обуславливает создание разрежения в циркуляционном контуре и сушильной камере.

Переключатель потока 19, как и в предыдущем режиме работы, занимает поочередно положения, показанные на фиг.4-6, обеспечивая реверсирование потока сушильного агента.

В вакуумном режиме влага начинает активно выходить из внутренних слоев древесины на ее поверхность в направлении более низкого давления, испаряется и переходит в контур циркуляции сушильного агента. За счет испарения температура воздуха и пиломатериалов снижается.

Горячий влажный воздух, проходя после газодувки вдоль оребренной заслонки переключателя потока 14, удаляется вместе с парами влаги в атмосферу, нагревает при этом оребренную заслонку и тепло по ребрам заслонки передается в противоположную полость переключателя потока 14, через которую газодувка противотоком засасывает через дроссельное устройство 20 холодный атмосферный воздух, который в свою очередь отбирает тепло нагретых ребер заслонки и возвращает это рекуперированное тепло в контур циркуляции сушильного агента.

Реверсирование потока сушильного агента с помощью переключателя потока 19 происходит, как и в предыдущих режимах.

По окончании работы агрегата в вакуумном режиме переключатели потока 14 и 15 снова переводятся в положение, соответствующее напорному режиму. Чередование напорного и вакуумного режимов происходит многократно до достижения заданной влажности высушиваемых материалов, а продолжительность этих режимов и общего цикла сушки определяются технологией сушки в зависимости от влажности и породы высушиваемой древесины.

При баровакуумной сушке при создании избыточного давления в сушильной камере горячий воздух проникает (нагнетается) внутрь пористой структуры пиломатериалов, а каждый раз при создании разрежения в сушильной камере этот воздух отсасывается из толщи пиломатериалов и выносит на их поверхность свободную и парообразную влагу, обеспечивая, таким образом, равномерное удаление влаги из всего объема и по всему сечению пиломатериалов, а знакопеременное изменение давления в сушильной камере исключает возникновение внутренних напряжений в древесине, приводящих к короблению и растрескиванию ее.

Градиент давления (разница между давлением внутри и снаружи пиломатериалов) является одной из основных движущих сил удаления влаги из внутренних слоев высушиваемой древесины. В описанном агрегате для баровакуумной сушки пиломатериалов за счет большего градиента давления (в 1,56 раза, чем в известных сушилках), а также большей при избыточном давлении теплоемкости сушильного агента обеспечивается большая, чем в известных сушилках, скорость нагрева пиломатериалов и большая скорость удаления влаги из нее, т.е. большая эффективность работы агрегата. Исключение дополнительного контура циркуляции и рекуператора, как отдельного аппарата, значительно упрощает конструкцию агрегата в целом.

По окончании сушки пиломатериалов их охлаждение перед выгрузкой происходит при непродолжительной работе агрегата в вакуумном режиме. После этого газодувка выключается и после выравнивания давления внутри сушильной камеры и вне ее поворотная крышка сушильной камеры открывается и тележка 3 со штабелем высушенного пиломатериала выкатывается из сушильной камеры под разгрузку и загрузку новой партии пиломатериалов.

Источники информации:

1. Заявка №96121694/06, F26В 5/04, БИ №З, 1999 г., ч.II, с.296.

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

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

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

5. Патент №2128811, F26В 7/00 от 10.04.99.

6. Патент №2129244, F26В 5/04 от 11.08.99.

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

8. Патент №2194228, F26В 9/06, 7/00, 21/04 от 12.10.2000.

9. Патент №2246081, F26В 9/06, 5/04 от 10.09.2004.

Изобретение относится к области переработки древесины, в частности сушки пиломатериалов. Агрегат включает сушильную камеру, газодувку для нагрева и циркуляции сушильного агента, создания избыточного давления и разрежения в сушильной камере, контур циркуляции и устройство для реверсирования потока сушильного агента, а также средства для обеспечения баровакуумноного режима и рекуперации тепла удаляемого сушильного агента. Последнее выполнено в виде установленных на всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки четырехходовых переключателей потока сушильного агента. Эти переключатели снабжены четырьмя штуцерами каждый. Одна пара смежных штуцеров соединена с контуром циркуляции и газодувкой, а вторая пара смежных штуцеров - с атмосферой, при этом штуцера, диаметрально противоположные соединенным с газодувкой, снабжены дроссельными устройствами, а поворотные заслонки в упомянутых переключателях снабжены с двух сторон теплопроводящими ребрами. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы агрегата за счет использования в процессе сушки полного потока сушильного агента с максимальными параметрами по давлению и температуре, обеспечиваемыми газодувкой, а также упрощение конструкции агрегата в целом за счет исключения дополнительного контура циркуляции сушильного агента, а также рекуператора. 8 ил.

Агрегат для баровакуумной сушки пиломатериалов, включающий сушильную камеру, газодувку для нагрева и циркуляции сушильного агента, создания избыточного давления и разрежения в сушильной камере, контур циркуляции и устройство для реверсирования потока сушильного агента, средства для обеспечения баровакуумного режима и рекуперации тепла удаляемого сушильного агента, отличающийся тем, что средство для обеспечения баровакуумного режима и рекуперации тепла удаляемого сушильного агента включает в себя установленные на всасывающей и нагнетательной сторонах газодувки четырехходовые переключатели потока сушильного агента, в каждом из которых одна пара смежных штуцеров соединена соответственно с контуром циркуляции и газодувкой, а вторая пара смежных штуцеров - с атмосферой, при этом штуцера, диаметрально противоположные соединенным с газодувкой, снабжены дроссельными устройствами, а поворотные заслонки в упомянутых переключателях потока снабжены с двух сторон теплопроводящими ребрами.