Способ сушки древесины и установка для его осуществления

 

Способ и устройство предназначены для применения в сушке пиломатериалов твердых пород древесины. Установка содержит вакуумную камеру, загрузочную тележку, наборы термостатированных нагревательных элементов со средствами подвода и отвода греющей среды, охлаждаемые панели для конденсации выделяющихся паров влаги, средства контроля температуры высушиваемого материала, греющей и охлаждающей сред, создания требуемого давления в камере и регулирования указанных параметров в процессе сушки, щиты, закрывающие штабель высушиваемого материала. Способ сушки древесины включает ступенчатый нагрев древесины с помощью термостатированных нагревательных элементов до требуемой температуры, выдержку на каждой ступени нагрева, периодическую обработку древесины вакуумом в процессе сушки и отвод из камеры конденсата выделившихся из древесины паров влаги, кроме того, в процессе нагрева древесины и выдержки на каждой ступени нагрева в установленном режиме дополнительно обеспечивают направленную циркуляцию атмосферы камеры в замкнутом ее объеме через штабель древесины к охлаждаемым панелям. Изобретение позволяет ускорить процесс сушки древесины без ухудшения качества высушенного материала. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии и оборудованию для сушки пиломатериалов преимущественно твердых пород древесины, например паркетной заготовки, предназначено для использования в деревообрабатывающей промышленности и направлено на повышение производительности процесса без ухудшения качества высушиваемого материала.

В технике известны различные способы сушки древесины с использованием вакуумных камер. Известен, в частности, способ сушки древесины путем ее обдува нагретым воздухом в замкнутом объеме (камер) с отводом подаваемого воздуха и выделяющихся из древесины паров влаги, вакуумированием и охлаждением древесины, при котором перед обдувом древесину предварительно выдерживают под вакуумом 10 кПа, а затем обдув ведут при температуре воздуха 50-60^oC с отводом воздуха и паров сначала при 30 кПа, а затем при 20 кПа, и при скорости воздуха соответственно 2,75-3,25 м/с и 3,0-3,5 м/с, а охлаждение ведут воздухом с температурой 4-20^oC под вакуумом, сначала равным 15 кПа, а затем - 10 кПа, и при скорости воздуха соответственно 3,5-4,0 м/с и 4,0-5,0 м/с (I). Этот известный способ позволяет высушить древесину с влажностью от 80-95% до 6,0-6,2% за 5,25-5,0 час, однако такая скорость сушки достигается в ущерб качеству высушиваемого материала. Удаление выделяющихся паров влаги с такой большой скоростью ведет к поверхностной сушке древесины, при которой находящаяся в средней части заготовок влага не успевает поступать к поверхностным слоям, вызывая появление в древесине внутренних напряжений различной интенсивности и растрескивание поверхностных слоев, что снижает качество высушиваемого материала, а нередко приводит к образованию брака, значительным материальным потерям.

Наиболее близким к заявляемому по техническому существу (прототипом) является известный способ сушки древесины путем сухого нагревания и вакуумирования, при котором сухое нагревание древесины ведут с помощью плоских термостатированных элементов, располагаемых между слоями древесины, при рабочей температуре в пределах 20-120^oC с последующей обработкой древесины вакуумом при снижении рабочего давления ниже величины упругости насыщенного водяного пара, соответствующего температуре внутренней части заготовок, достигнутой при нагревании на соответствующей стадии сушки, причем вакуумную обработку ведут в течение времени, при котором температуру внутренней части заготовок поддерживают большей, чем температура, соответствующая упругости насыщенного водяного пара. При этом сухое нагревание осуществляют при снятии вакуума, а вакуумирование - при отсутствии нагревания, с многократным нагреванием и вакуумированием в чередующейся последовательности. (2). Этот известный способ сушки древесины реализуется на установке, содержащей вакуумную камеру, загрузочную тележку для формирования штабеля высушиваемой древесины, наборы термостатированных нагревательных элементов со средствами подвода и отвода греющей среды, охлаждаемые панели для конденсации части выделяющихся из древесины паров влаги, средства контроля температуры высушиваемого материала, греющей и охлаждающей сред, создания требуемого давления в камере и регулировки указанных параметров в процессе сушки древесины. Промышленная реализация этого известного способа сушки древесины (2) на указанной установке обеспечивает более высокое качество высушенного материала, хотя не исключает появление брака, особенно при сушке твердых пород древесины, и продолжительность сушки материала составляет значительно больше суток. Последнее связано с тем, что неподвижное состояние атмосферы в камере в процессе нагрева древесины ведет к созданию динамического равновесия между количеством испаряющейся влаги и количеством конденсирующихся на поверхности материала паров, которое несколько смещается в сторону увеличения испарения влаги только за счет хаотического теплового перемещения водяных паров и их конденсации на охлаждаемых панелях. Это обстоятельство замедляет процесс сушки древесины и снижает производительность.

Изобретение имеет целью устранить этот недостаток и ускорить сушку древесины без ухудшения качества высушенного материала, особенно из твердых пород древесины.

Поставленная цель достигается тем, что при реализации известного способа сушки древесины путем сухого ступенчатого ее нагрева с помощью термостатированных нагревательных элементов до требуемой температуры, выдержки на каждой ступени нагрева, периодической обработки древесины вакуумом в процессе сушки и отвода из камеры конденсата выделяющихся из древесины паров влаги, - в соответствии с изобретением в процессе нагрева древесины и выдержки на каждой ступени нагрева в установленном режиме дополнительно обеспечивают направленную циркуляцию атмосферы камеры в замкнутом ее объеме через штабель древесины к охлаждаемым панелям.

Достижению поставленной цели способствует укладка заготовок на термостатированных нагревательных элементах поперек загрузочной тележки с промежутками между ними в пределах толщины заготовок и ограничение скорости потока направленной циркуляции атмосферы камеры в пределах 0,1-0,5 м/с.

Поставленная цель достигается также и тем, что установка для сушки древесины заявляемым способом, содержащая вакуумную камеру, загрузочную тележку, наборы термостатированных нагревательных элементов со средствами подвода и отвода греющей среды, охлаждаемые панели для конденсации выделяющихся из древесины паров влаги, средства контроля температуры высушиваемого материала греющей и охлаждающей сред, создания требуемого давления в камере и регулирования указанных параметров в процессе сушки, - в соответствии с изобретением дополнительно оборудована щитами (ширмами), закрывающими штабель высушиваемого материала с торцов и сверху, перфорированным щитом, закрывающим штабель с одной боковой стороны и примыкающим к смежным с ним кромкам торцевых и верхнего щитов, а также вентилятором с приводом, установленным в камере между одним из ее днищ и торцевым щитом на уровне середины штабеля по высоте и обеспечивающим горизонтальную подачу потока в сторону перфорированного бокового щита, при этом охлаждаемые панели расположены только против одной открытой боковой стороны штабеля высушиваемого материала. При этом один из закрывающих штабель высушиваемого материала торцевых щитов выполнен по всей высоте камеры, несколько превышает ширину штабеля и установлен симметрично относительно его продольной оси у заднего днища камеры, вентилятор с приводом установлены между этим щитом и днищем, а собственно вентилятор размещен по оси отверстия в вертикальной перегородке между упомянутым торцевым щитом и днищем, второй торцевой щит одинаковой с первым ширины имеет высоту по максимальной высоте штабеля и смонтирован непосредственно на загрузочной тележке, перфорированный боковой щит установлен вертикально на сегментных опорах, закрепленных на стенке камеры, одна из которых расположена примерно в одной с первым торцевым щитом плоскости и выполнена с перфорацией, а вторая выполнена сплошной и расположена в зоне второго торцевого щита при установке загрузочной тележки в камере, верхний лист уложен непосредственно на штабель высушиваемого материала, при этом перфорация в боковом щите выполнена только в пределах высоты штабеля, а на обращенных к этому щиту кромках торцевых и верхнего щита закреплены козырьки из упругого материала, перекрывающего зазоры между названными щитами при установке загрузочной тележки в камеру.

Действительно, создание направленной циркуляции атмосферы камеры в замкнутом ее объеме через штабель древесины к охлаждаемым панелям ведет к ускорению конденсации выделяющихся из древесины паров влаги и к смещению динамического равновесия процесса в сторону ускорения выпаривания влаги - т.е. к ускорению процесса сушки и повышению ее производительности. При этом указанные расположение заготовок высушиваемого материала и ограничение скорости перемещения направленного потока создают условие для равномерной сушки материала в объеме каждой заготовки без появления в ней внутренних напряжений, приводящих к растрескиванию поверхностных слоев заготовок. Иными словами, заявляемый способ сушки наряду с ускорением процесса обеспечивает и повышение качества высушиваемого материала.

Осуществление указанного способа сушки древесины обеспечивается дополнительным оборудованием известной установки для сушки древесины с щитами, полностью закрывающими штабель высушиваемого материала с его торцов и сверху и частично - с одной боковой стороны перфорированным щитом, а также вентилятором с приводом, обеспечивающим направленную подачу потока атмосферы камеры к боковому перфорированному щиту и далее через слой высушиваемого материала к охлаждаемым панелям, установленным только с открытой боковой стороны штабеля. При этом наилучшие результаты обеспечиваются при организации ограничительного канала подачи направленного потока среды к штабелю высушиваемого материала с максимальным ограничением возможности перетечек и шунтирования потоков среды, минуя штабель высушиваемого материала, например, путем выполнения дополнительных элементов указанной (заявляемой) конструкции, указанными их расположением, закреплением и стыковкой между собой.

Таким образом, заявляемые способ сушки древесины и установка его осуществления обеспечивают достижение цели изобретения в общей совокупности его существенных признаков.

Поскольку заявляемые объекты по сравнению с их прототипами имеют указанные выше отличительные признаки их следует признать соответствующими критерию изобретения "новизна". Отсутствие сведений из доступных источников информации об известности использования отличительных признаков заявляемых объектов для решения аналогичных задач позволяет признать их соответствующими критерию изобретения "изобретательский уровень". Наконец, отсутствие препятствий технического, технологического или иного порядка делает заявляемые объекты соответствующими критерию изобретения "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже описания конкретных примеров его осуществления, которые не исключают и других вариантов его осуществления в пределах формулы изобретения, и чертежи, на которых представлены - на фиг.1 - заявляемая установка для сушки древесины в продольном осевом разрезе, показывающая конструкцию и взаимное расположение ее основных дополнительных элементов (не показаны: вентилятор с приводом, оборудование, размещенное снаружи корпуса камеры, и средства подключения термостатированных нагревательных элементов к источнику греющей среды); - на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1, уточняющий конструкцию и взаимное расположение отдельных элементов установки в корпусе; - на фиг.3 - вид Б на фиг.1 с условно снятым задним днищем, поясняющий конструкцию стационарного заднего торцевого щита и сопряженных с ним элементов; - на фиг.4 - вид В по фиг.1 (со снятой крышкой); - на фиг. 5 - разрез Г-Г по фиг.4, показывающий фрагмент стационарного бокового щита с перфорацией; - на фиг.6 - устройство в продольном осевом горизонтальном разрезе, на котором стерелками показано движение потока среды при сушке.

Заявляемый способ сушки древесины может быть реализован на существующих установках после их доработки в соответствии с данным изобретением.

Заявляемая установка для сушки древесины, как и известная (прототип), содержит (см. фиг.1) цилиндрическую вакуумную камеру 1 с днищами 2 и 3, одно из которых служит крышкой камеры (3) и имеет с ней фланцевой соединение. Камера 1 снабжена опорными элементами 4. Внутри камеры 1 смонтированы рельсовый путь 5 для опорных катков 6 загрузочной тележки 7, охлаждаемая панель 8 со средствами подвода и отвода охлаждающей среды (не показаны), средства подвода и подключения греющего теплоносителя (не показаны) к плоским термостатированным нагревательным элементам 9, располагаемым на нагрузочной тележке 7 между слоями заготовок 10 при формировании штабеля подлежащего сушке материала. Особенностью заявляемой установки является наличие дополнительных щитов, закрывающих штабель высушиваемого материала и ограничивающих каналы для обеспечения направленной циркуляции потока атмосферы в замкнутом объеме камеры 1, создаваемого вентилятором 11 с приводом 12 (см. фиг. 3). При этом щит 13, закрывающий задний торец штабеля из заготовок 10 при установке загрузочной тележки 7 в камере 1, выполнен по всей высоте камеры, несколько превышает ширину всего штабеля заготовок 10, установлен симметрично относительно вертикальной оси камеры в ее сечении (см. фиг. 3) вблизи заднего днища 2 и соединен с камерой I своими верхней и нижней криволинейными кромками и вертикальной перегородкой 14, соединенной с днищем 2 и со щитом 13 и снабженной обечайкой (или фланцем) 15 для установки вентилятора 11. Привод 12 вентилятора 11 смонтирован на опоре 16, закрепленной на перегородке 14. Щит 17, закрывающий передний торец штабеля заготовок 10, смонтирован на переднем торце загрузочной тележки (см. фиг. 1, фиг. 4). Щит 18, закрывающий одну боковую сторону штабеля из заготовок 10, закреплен в камере 1 вертикально на сегментных опорах 19 и 20 (см. фиг. 2, фиг. 4) и может быть соединен со стенкой камеры 1 своими верхней и нижней кромками. Щит 18 выполнен перфорированным, при этом перфорация выполнена только в пределах высоты штабеля заготовок 10 от его нижней границы до максимального верхнего уровня (см. фиг. 5). Перфорированной выполнена и сегментная опора 19 бокового щита 18, расположенная у заднего днища 2 (см. фиг. 1, фиг. 3) со стороны подачи потока атмосферы камеры при работе вентилятора 11. Щит 21, закрывающий штабель из заготовок 10 сверху, укладывается непосредственно на штабель после скончания его формирования. Для перекрытия щелей на стыках указанных выше щитов 13,17,18 и 21 и исключения (или значительного ограничения) образования шунтирующих потоков среды при работе вентилятора 11, у трех кромок щита 21 и у боковой кромки щита 17 со стороны щита 18 закреплены выступающие за пределы этих щитов козырьки 22 из упругого материала, входящие в контакт со смежными щитами при установке загруженной тележки 7 в камеру I. Аналогичный козырек 22 может быть установлен, при необходимости, и на стыке щитов 13 и 18.

Другие элементы заявляемой установки - раздающий и собирающий коллекторы для подвода греющей среды в термостатированные элементы 9, вакуумный насос с приводом, бойлер с нагревательным элементами и водяным насосом для прокачивания греющей среды, радиатор с вентилятором для охлаждения вода, циркулирующей через охлаждаемые панели 8, а также пульт управления - анологичны названным элементам прототипа и в чертежах для их упрощения не показаны, поскольку на особенность конструкции установки и заявляемого способа сушки древесины влияния не оказывают.

Работа заявляемой установки для сушки древесины, как аналогичных известных, включает формирование штабеля высушиваемого материала на загрузочной тележке, установку тележки в камеру с подключением термостатированных элементов к раздающему и собирающему коллекторам греющей среды, установку датчиков технологических параметров, собственно процесс сушки с поддерживанием установленных параметров на каждой стадии сушки, охлаждение высушенного материала в камере и за ее пределами, разгрузку штабеля и складирование готовой продукции. Особенность конструктивного выполнения заявляемой установки определяют, главным образом, особенностью протекания процесса, влияющую на скорость сушки материала и составляющую сущность заявляемого способа сушки древесины.

При формировании штабеля из подлежащих сушке заготовок 10 тележка 7 находится на загрузочной площадке вне камеры 1 на продолжении рельсового пути 5 (на чертежах на показаны). На тележку 7 последовательно укладывают плоской термостатированный элемент 9 по всей площади штабеля, затем в два слоя заготовки 10, которые располагают в один или несколько рядов поперек продольной оси тележки с расстоянием 15-20 мм между заготовками и 15-30 мм между их рядами, хотя между рядами заготовок промежутков может и не быть. Далее на слой заготовок 10 укладывают такой же термостатированный нагревательный элементы 9 или несколько элементов по ширине загрузочной тележки 7, снова укладывают аналогично 2 слоя заготовок 10, термостатированные элементы и т. д. до полного заполнения штабеля. Верхними в штабеле должны остаться термостатированные элемент 9, поверх которых укладывают щит 21 таким образом, чтобы один из козырьков 22 на его кромках был прижат к переднему торцевому щиту 17 на тележке 7, перекрывая зазор между ними на стыке, а два других выступали за габарит штабеля. Тележку 7 с подготовленным штабелем из заготовок 10 вкатывают в камеру 1 до упора, обеспечивая плотное прилегание козырька 22 на боковой кромке верхнего щита 17 к боковому перфорированному щиту 18, а козырька 22 на второй торцевой кромке щита 17 к заднему торцевому щиту 13. При этом аналогичный козырек 22 на боковой кромке щита 17 будет отжат щитом 18 и окажется прижат к этому щиту. После подключения термостатированных нагревательных элементов 9 к раздающему и собирающему коллекторам греющей среды (не показаны) и датчиков технологических параметров камеру 1 герметизируют соединением днища 3 и камеры 1 по фланцам на их торцах и начинают процесс сушки. Особенность процесса сушки в соответствии с данным изобретением состоит в том, что при нагреве древесины и выдержки под вакуумом на каждой стадии процесса включают вентилятор 11, который отсасывает газообразную среду из одной части полости камеры 1 (см. фиг.6) и подает ее через отверстие в перегородке 14 в полость, ограниченную указанной перегородкой 14, частью заднего торцевого щита 18. Через перфорацию в опоре 19 среда поступает в другую полость, ограниченную частью стенки камеры 1, перфорированным боковым щитом 18 и передней его опорой 20. Из этой полости среда через перфорацию в боковом щите 18 поступает к штабелю из заготовок 10 и по промежуткам между заготовками 10 в каждом их слое между термостатированными нагревательными элементами 9 перемещается под действием перепада давления, создаваемого вентилятором 11, на другую сторону штабеля, увлекая выделяющиеся из заготовок 10 пары влаги. Далее поток среды движется вдоль охлаждаемых панелей 8 к заднему днищу 2 и вентилятору 11. При этом пары влаги конденсируются на панелях 8, конденсат с поверхности панелей 8 стекает в нижнюю часть камеры 1 и периодически удаляется. К вентилятору 11 поступает среда, в значительной степени освобожденная от паров влаги. При работе вентилятора 11 такая направленная циркуляция атмосферы камеры в замкнутом ее объеме продолжается непрерывно, обеспечивая ускоренную конденсацию паров влаги и ускоряя процесс сушки на каждой ступени нагрева заготовок 10, что ведет к общему сокращению процесса сушки и повышению производительности установки. Для ограничения растрескивания поверхностных слоев древесины или полного его исключения путем ограничения внутренних напряжений в материале заготовок скорость потока циркулирующей среды в объеме камеры 1 поддерживают в пределах 0,1-0,5 м/с. Это насколько снижает возможное увеличение производительности подобных установок, но обеспечивает необходимое качество готовой продукции без брака.

После завершения сушки заготовок 10 предлагаемым способом прекращают подачу греющего теплоносителя в термостатированные элементы 9, оставляя включенным вентилятор 11. При этом будет продолжаться конденсация паров влаги на охлаждаемых панелях 8 из потока циркулирующей среды, а штабель из заготовок 10 начнет постепенно охлаждаться за счет охлаждения осушенным охлажденным потоком среды. После заданного снижения температуры заготовок 10 в штабеле 11 давление в камере 1 поднимают до атмосферного, камеру открывают, отсоединяют термостатированные элементы 9 от раздающего и собирающего коллекторов, отключают датчики технологических параметров, устанавливают в рабочее положение промежуточную секцию рельсового пути 5 (на чертежах не показано) и тележку 7 выкатывают на загрузочную площадку для окончательного охлаждения. Разгрузку охлажденного штабеля из заготовок 10 осуществляют в обратном порядке, при этом одновременно осуществляют сортировку и выбраковку высушенной древесины.

Заявляемые способ сушки древесины и установка для его осуществления при их промышленной реализации позволяет сократить длительность процесса сушки до 50% при прочих равных условиях и одновременно повысить качество высушиваемого материала, сводя брак по сушке практически до нуля.

В АО осуществлена опытная проверка экспериментальной установки для сушки древесины, которая подтвердила, что вакуум в 10 кПа практически не влияет на создание циркулирующего потока среды в замкнутом объеме. В настоящее время ведутся работы по созданию промышленной установки для сушки древесины заявляемым способом на основе данного изобретения.

Источники информации, принятые во внимание: 1. Авт. свид. СССР N 1067319, МКИ F 26 B 3/04, F 26 B 5/04, приоритет от 30.04.82 г.

2. Авт. свид. СССР N 295280, MКИ F 26 B 5/04, приоритет 18.07.68 г. - прототип.

Формула изобретения

1. Способ сушки древесины, преимущественно пиломатериалов из твердых пород дерева, путем сухого ступенчатого ее нагрева с помощью термостатированных нагревательных элементов до требуемой температуры, выдержки на каждой ступени нагрева, периодической обработки древесины вакуумом в процессе сушки, отличающийся тем, что в процессе нагрева древесины и выдержки на каждой ступени нагрева в установленном режиме дополнительно обеспечивают направляющую циркуляцию атмосферы в замкнутом ее объеме через штабель древесины к охлаждаемым панелям, причем направленную циркуляцию атмосферы камеры в замкнутом ее объеме обеспечивают со средней скоростью потока в пределах 0,1 - 0,5 м/с, при этом заготовки на термостатированных нагревательных элементах укладывают поперек загрузочной тележки с промежутками между ними в пределах толщины заготовок в один или несколько рядов по ширине тележки, при этом производят отвод из камеры конденсата выделившихся из древесины паров влаги.

2. Установка для сушки древесины, содержащая вакуумную камеру, загрузочную тележку, наборы термостатированных нагревательных элементов со средствами подвода и отвода греющей среды, охлаждаемые панели для конденсации выделяющихся из древесины паров влаги, средства контроля температуры высушиваемого материала, греющей и охлаждающей сред, создания требуемого давления в камере и регулирования указанных параметров в процессе сушки, отличающаяся тем, что она дополнительно оборудована щитами (ширмами), закрывающими штабель высушиваемого материала с торцов, сверху, и перфорированным щитом, частично закрывающим штабель с одной боковой стороны и примыкающим к смежным с ним кромкам торцевых и верхних щитов с созданием канала для направленной циркуляции среды, а также вентилятором с приводом, установленным в камере между одним из ее днищ и торцевым щитом и обеспечивающим создание горизонтального потока среды в сторону бокового перфорированного щита, при этом охлаждаемые панели расположены только против одной открытой боковой стороны штабеля высушиваемого материала и на некотором удалении от него.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что один из закрывающих штабель высушиваемого материала торцевых щитов, выполненный по всей высоте камеры, несколько превышает ширину штабеля и установлен симметрично его продольной оси у заднего днища камеры, вентилятор с приводом установлены между этим щитом и днищем, а собственно вентилятор размещен по оси отверстия в вертикальной перегородке между упомянутым торцевым щитом и днищем, второй торцевой щит одинаковой с первым ширины имеет высоту по максимальной высоте штабеля и смонтирован непосредственно на загрузочной тележке, перфорированный боковой щит установлен вертикально на сегментных опорах, закрепленных на стенке камеры, одна из которых расположена примерно в одной с первым торцевым щитом плоскости и выполнена с перфорацией, вторая выполнена сплошной и расположена в зоне второго торцевого щита, при установке загрузочной тележки в камере, а верхний щит уложен непосредственно на штабель высушиваемого материала, при этом перфорация в боковом щите выполнена только в пределах высоты штабеля и на кромках верхнего и торцевых щитов закреплены козырьки из упругого материала, перекрывающие зазоры между названными щитами при установке тележки в камере.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6