Способ сушки древесины в свч лесосушильной камере резонансным методом

Изобретение относится к способам контроля процесса сушки древесины, определения текущей влажности древесины и может найти применение в деревообрабатывающей промышленности. Техническим результатом является повышение точности определения влажности различных пород древесины, упрощение аппаратной реализации способа. Для реализации способа штабель древесины помещают в замкнутую металлическую полость - резонатор лесосушильной камеры; размеры резонатора выбирают много больше длины волны λ питающего генератора СВЧ, так что обеспечивается возможность возбуждения в ненагруженном состоянии в полости множества колебаний различной пространственной структуры, измеряют температуру древесины до начала сушки и температуру после взаимодействия электромагнитного поля многих мод, и по разности температур калориметрическим способом определяют поглощенную мощность; по функции затухания резонатора сушильной камеры производят измерение влажности древесины, и осуществляют контроль сушки древесины по градиентам влажности и температуры регулировкой выходной мощности генератора РГ, которая в функции затухания нагруженного резонатора dH является изменяемым параметром. 4 ил.

 

Изобретение предназначено для совершенствования процесс СВЧ-сушки древесины путем применения резонансного метода стоячей волны, контроля энергии, подводимой в резонатор лесосушильной камеры посредством первичного измерительного преобразователя (ПИП) резонатора СВЧ-сушильной камеры, и может быть использовано в деревообрабатывающей отрасли промышленности.

Известен СВЧ-способ определения влажности твердых и жидких материалов, основанный на методе свободного пространства [см. Берлинер М.А. Измерение влажности / М.А. Берлинер. - М.: Энергия, 1973. - 345 с.]. Данный способ можно разделить на две модификации:

- с использованием проходящей волны;

- с использованием отраженной волны.

В обеих модификациях измеряемой характеристикой служит коэффициент передачи или коэффициент отраженной волны.

Недостатком способа является невозможность контроля текущей влажности материала в процессе СВЧ-сушки древесины.

Известен резонаторный способ контроля влажности материала [см. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. - М.: Машиностроение, 1995. - 487 с.], при котором исследуемый образец определенного размера помещают в полость объемного резонатора (ОР), возбуждают электромагнитное поле (ЭМП) определенной пространственной структуры. В ОР цилиндрической формы с волной типа Е010 образец в виде цилиндрического стержня малого диаметра помещают вдоль оси резонатора; в цилиндрическом ОР с колебанием Н011 образцы большего диаметра и с большими потерями, имеющими форму цилиндра, катушек, пучков нитей и т.п., устанавливают вдоль оси резонатора, а образцы в виде тонких плоских дисков располагают перпендикулярно оси. Выходными величинами первичного измерительного преобразователя (ПИП) служат вызванные введением в полость ОР исследуемого материала изменения параметров резонатора: резонансной частоты Δf=f-f0 и добротности ΔQ=Q-Q0, где f0 и Q0 - значения собственных (ненагруженных) параметров резонатора.

Недостатком данного способа является то, что для измерения влажности материала необходимо применять образец строго определенной формы и размера; образец необходимо помещать точно в определенное место ОР, так как структура поля определенного типа строго определена и неравномерна в пространственной полости резонатора, возможно перепутывание основного типа колебаний с другими, что вызывает дополнительную погрешность измерения, а применение фильтров снижает добротность основного типа колебаний и усложняет конструкцию первичного измерительного преобразователя; аппаратная реализация способа достаточно сложна из-за наличия вентилей, циркуляторов, детектора, смесителя, измерителя добротности, частотомера, управляемого по частоте генератора СВЧ для изменения Δf. Рассматриваемое решение не может быть применено для оперативного контроля текущей влажности состояния штабеля пиломатериалов в микроволновой сушильной камере в процессе сушки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ сушки дубовых заготовок в СВЧ-лесосушильной камере [патент RU №2125691, МПК F26B 3/347], включающий укладку заготовок в штабель, СВЧ-нагрев с одновременным обдувом воздухом, поступающим из системы охлаждения СВЧ-генераторов, перед началом сушки штабель укрывают влагонепроницаемой пленкой и при мощности СВЧ-генераторов 15 кВт осуществляют прогрев заготовок до температуры сушки, равной 58-60°C, затем удаляют пленку и при мощности СВЧ-генератора 5 кВт сушат заготовки до влажности 30%, при мощности СВЧ-генератора 4 кВт сушат до влажности 20%, при мощности СВЧ-генератора 3 кВт сушат до влажности 12% и при мощности СВЧ-генератора 2 кВт сушат заготовки до требуемой влажности. Этот способ принят за прототип.

Недостатком способа является отсутствие возможности постоянного непрерывного измерения текущей влажности древесины в микроволновой камере для осуществления контроля технологического процесса сушки посредством оперативного изменения градиентов влажности и температуры, отсутствие измерителя влажности, основанного на первичном измерительном преобразователе (ПИЛ) СВЧ-резонатора сушильной камеры древесины, а ступенчатое осуществление выбора выходной мощности генератора не обосновано и не способствует поддержанию равномерного изменения режима сушки по функциональной зависимости.

Решаемой задачей изобретения является совершенствование процесса СВЧ-сушки путем непрерывного измерения и контроля влажности древесины в СВЧ-камере при одновременном непрерывном контроле параметров процесса сушки, градиентов температуры и влажности, на основе энергетических характеристик резонатора лесосушильной камеры - добротности Q и затухания d - по функциональной зависимости этих параметров резонатора и упрощение аппаратной реализации способа.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе контроль влажности древесины осуществляется постоянно в течение процесса сушки. Высушиваемые пиломатериалы, уложенные в сушильный штабель, помещаются в замкнутую металлическую полость - резонатор, которым является лесосушильная камера. Генератором возбуждается СВЧ электромагнитное поле, размеры замкнутой металлической полости выбирают много больше длины волны λ питающего генератора СВЧ, так что обеспечивается возможность возбуждения в ненагруженном состоянии в полости множества колебаний разной пространственной структуры при постоянной мощности питающего генератора и фиксированном времени взаимодействия исследуемого влажного материала с полем многих мод (мода - наибольшее значение функции распределения случайной величины); измеряют температуру подвергающегося воздействию электромагнитной энергии материала до помещения в замкнутую металлическую полость и температуру после воздействия электромагнитного поля многих мод, по разности температур определяют калориметрическим способом поглощаемую мощность Рпогл.

Основываясь на энергетических параметрах резонатора, добротности Q и затухания d, величине обратной добротности d=1/Q, находим затухание резонатора, исходя из энергетического соотношения

Q = ω p W P П

где ωр - резонансная угловая частота; W - энергия, запасенная в колебательной системе; РПΣ - мощность потерь холостого хода в резонаторе; Q - добротность ненагруженного резонатора (холостого хода), при этом нагрузкой является влага, содержащаяся в древесине.

Если резонатор нагружен, то к средней мощности потерь в резонаторе РПΣ=PГ следует прибавить среднюю мощность, отдаваемую резонатором в нагрузку РНпогл. Выражение для добротности нагруженного резонатора можно записать:

Q H = Q 1 1 + P H / P Г

соответственно для затухания нагруженного резонатора: d н = 1 Q н = d ( 1 + P Н / P Г ) , где PНпогл - мощность нагрузки, расходуемая на нагрев древесины в сушильной камере, РГ - мощность генератора, d - затухание ненагруженного резонатора. По приведенному соотношению для затухания нагруженного резонатора dН с учетом того, что находят интегральное значение средней влажности материала в сушильной камере, вычисленное по формуле для поглощенной мощности Рпогл калориметрическим способом, и поскольку влажность древесины пропорциональна потерям передаточной функции, т.е. вносимому в резонатор затуханию АВН при отсутствии согласования в тракте передачи

A В Н = P Н P Г

Величина влажности древесины W устанавливается по функции затухания нагруженного резонатора dН калибровкой измерителя, учитывая, что

W%=(М-М0)/М0·100%,

где М - масса влажной древесины; М0 - масса абсолютно сухой древесины.

Поскольку особенностью сушки древесины резонансным методом стоячей волны является рассогласование нагрузки с генератором вследствие уменьшения мощности удельных потерь нагрузки в технологическом процессе сушки и, как следствие, увеличение добротности резонатора сушильной камеры, необходимо с заданной дискретностью времени уменьшать мощность генератора Рг в соответствии с соотношением для затухания нагруженного резонатора dН.

Для осуществления контроля процесса сушки древесины необходимо выполнить алгоритм процесса сушки для функции затухания ПИП, вычисляя мощность СВЧ-генератора Рг и влажность материала на каждом дискретном шаге с соответствующей регулировкой мощности.

Примеры реализации предлагаемого способа

Пример 1. При фиксированной мощности питающего генератора СВЧ (PВЫХ=15 кВт) задается время взаимодействия t высушиваемой древесины с полем многих мод в резонансной камере. Измеряя температуру исследуемого материала перед помещением в замкнутый объем Т1°C, а затем температуру Т2°C материала после взаимодействия по разности температур ΔТ=Т21, используя калориметрический способ измерения поглощенной мощности

P п о г л = с ν Δ T 0.24 t 4.18 10 3 ν t Δ T

где ν - объем жидкости, с - удельная теплоемкость, t -время.

Для энергетического параметра - затухания нагруженного резонатора dН - получаем график зависимости затухания, откалиброванного в единицах влажности древесины.

d н = 1 Q н = d ( 1 + P Н / P Г )

В функцию подставляются значения: добротность нагруженного резонатора Q=1/d сушильной камеры на холостом ходу, можно принять Q=Qxx≈100 (точное значение можно получить методом экстраполяции функции dн), поэтому для подведенной мощности магнетрона, равной 15кВт

d Н = 1 Q Н = W = 0.01 ( 1 + P Н / 15 ) 100 %

Здесь (РНпогл) - переменная, а РГ - параметр, который в процессе высушивания материала уменьшается в соответствии с изменением влажности.

Градуировочная характеристика (ПИП) для измерителя влажности после калибровки затухания резонатора сушильной камеры по формуле

W%=(М-М0)/М0·100% приведена на Фиг.1.

Например, при шаге измерения влажности 10% получим характеристику при регулировке мощности в процессе контроля технологического процесса сушки, Фиг.2.

Пример 2. При подведенной мощности генератора Р1=1 кВт при начальной влажности древесины 100%, применяя колориметрический способ измерения поглощенной мощности, для энергетического параметра - затухания нагруженного резонатора dН - получаем график зависимости затухания, откалиброванного в единицах влажности, Фиг.3. Процесс идет идентично примеру 1.

d н = 1 Q Н = d ( 1 + P П О Г Л / 1 )

Тогда в процессе сушки при шаге измерения влажности 10% параметр, которым является подведенная мощность генератора Р1, принимает соответственно значения 1,0; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1. Получим характеристику процесса сушки древесины для выходной мощности сушильной установки один киловатт, откалиброванную на 100% влажности при максимальной поглощаемой мощности, Фиг.4.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет осуществлять способ контроля процесса сушки древесины в микроволновой лесосушильной камере резонаторного типа резонансным методом стоячей волны и обеспечить высокое качество высушиваемой древесины разных пород.

Способ сушки древесины в СВЧ лесосушильной камере резонансным методом, заключающийся в том, что штабель пиломатериалов помещают в лесосушильную камеру, выполненную в виде замкнутой металлической полости, являющейся резонатором, отличающийся тем, что контроль за процессом сушки производится путем измерения начальной влажности и температуры древесины и температуры после взаимодействия электромагнитного поля многих мод, и по разности температур калориметрическим способом определяют поглощенную мощность РН; по функциональной зависимости затухания нагруженного резонатора сушильной камеры d H = 1 Q H = d ( 1 + P Н / P Г ) осуществляют определение влажности древесины, предварительно производя калибровку измерителя, приняв значение РН за переменную, и осуществляют контроль процесса сушки древесины по градиентам влажности и температуры регулировкой выходной мощности генератора PГ, которая в функциональной зависимости затухания нагруженного резонатора dH является изменяемым параметром, вычисляя влажность материала на каждом дискретном шаге, где dH - затухание нагруженного резонатора, QH - добротность нагруженного резонатора, d - затухание ненагруженного резонатора, РH - поглощенная материалом мощность, PГ - мощность генератора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу предварительного нагрева настилаемого на бесконечную непрерывно циркулирующую формовочную ленту ковра прессуемого материала в процессе изготовления древесно-стружечных плит.

Изобретение относится к области подготовки товарной нефти и может быть использовано на производствах нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности для создания аппаратов сверхвысокочастотной (СВЧ) обработки водонефтяных смесей.

Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки теплоизоляционных материалов и может быть использовано для изготовления строительных блоков. .

Изобретение относится к технике СВЧ-нагрева и может использоваться в сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства, например для обработки семян сельскохозяйственных культур.

Изобретение относится к установкам для сушки различных материалов и может найти применение в химической и нефтехимической промышленности для проведения процесса сушки дисперсных систем в пастообразном состоянии и сыпучих материалов.

Изобретение относится к технике сушки, комбинированной обработке дисперсных материалов и может быть использовано в химической, парфюмерной, пищевой и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к СВЧ-устройствам, предназначенным для нагревания диэлектрических материалов с высокой скоростью, и может быть применено для стерилизации медпрепаратов в ампулах, мясопродуктов в диэлектрической таре, разогрева сосисок в оболочке или порционных материалов в потоке с дискретным заполнением области нагрева, а также для стерилизации фруктовых соков и других жидких материалов в потоке.

Изобретение относится к устройствам для СВЧ-обработки продуктов и может быть использовано при сушке гранулированных материалов и продуктов, при термообработке жидких продуктов.

Изобретение относится к оборудованию для непрерывной сушки сыпучих и гранулированных материалов. Агрегат содержит раму с приводом и передачей, горизонтально установленный вращающийся барабан с внутренним радиусом r=(0,5…6)λ, где γ - длина СВЧ волны в свободном пространстве.

Изобретение относится к оборудованию для сушки плодов и овощей и может быть использовано в пищевой промышленности. В комбинированной СВЧ-конвективной сушилке, содержащей СВЧ-камеры с поочередно расположенными камерами охлаждения, новым является то, что корпус сушилки имеет форму спирального короба, выполненного по винтовой линии, внутри короба расположены сообщающиеся между собой камеры: камера загрузки, последовательно чередующиеся СВЧ-камеры и камеры охлаждения, камера выгрузки, причем на внутренней боковой стенке каждой СВЧ-камеры установлен магнетрон, нижняя часть камер охлаждения соединена с помощью воздуховода с вентилятором, а их верхние части - с вытяжным диффузором для отвода отработанного теплоносителя, через все камеры проходят два параллельных цепных транспортера, на которых шарнирно закреплены перфорированные лотки, привод цепных транспортеров обеспечивает циклично-непрерывное движение перфорированных лотков с периодическими выстоями, над камерой загрузки установлен загрузочный бункер с питателем, а под камерой выгрузки -разгрузочный бункер с ленточным транспортером.

Изобретение относится к оборудованию для сушки крупномерных лесоматериалов и может быть использовано в лесной и деревообрабатывающей промышленности для сушки оцилиндрованных и строительных бревен при изготовлении срубов жилых домов.
Изобретение относится к технологии лесного семеноводства, а именно сушке шишек деревьев хвойных пород с целью дальнейшего извлечения из них семян, предназначенных для выращивания саженцев деревьев.

Изобретение относится к способу сушки и предварительного конденсирования импрегнатов, образованных пропитанным синтетической смолой пленочным материалом в виде полотнища.

Изобретение относится к технике сушки зерна, послеуборочной и предпосевной обработке семян, обеззараживания зерновых материалов и кормов и может использоваться на предприятиях по производству зерна, элеваторной и хлебопекарной промышленности, в животноводстве и птицеводстве.

Изобретение относится к усовершенствованным устройству и способу изготовления в промышленных масштабах подвергнутых вакуумной СВЧ-обработке пищевых продуктов. .

Изобретение относится к технике сушки, в частности к устройствам проведения тепло- и массообменных процессов, а именно к комбинированной сушке дисперсных материалов, и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и смежных с ними областях промышленности.

Изобретение относится к сушильной технике, а именно к технологическим процессам и установкам для СВЧ-сушки длинномерных древесных материалов. .

Изобретение относится к оборудованию для сушки шпона и может быть использовано в лесной и деревообрабатывающей промышленности. СВЧ-камера непрерывного действия для шпона содержит сушильную камеру проходного типа, состоящую из цилиндрического корпуса с размещенными на нем с четырех сторон СВЧ-устройствами с волноводами, расположенного на обрезиненных роликах, установленных на неподвижной раме, согласно изобретению, корпус вместе с волноводами и СВЧ-устройствами вращается на обрезиненных роликах от привода через клиноременные передачи, а высушиваемый шпон непрерывно перемещается через корпус камеры при помощи роликового транспортера. Применение данного устройства обеспечит повышение производительности, качества сушки шпона и снижение продолжительности сушки. 3 ил.

Изобретение относится к способам контроля процесса сушки древесины, определения текущей влажности древесины и может найти применение в деревообрабатывающей промышленности. Техническим результатом является повышение точности определения влажности различных пород древесины, упрощение аппаратной реализации способа. Для реализации способа штабель древесины помещают в замкнутую металлическую полость - резонатор лесосушильной камеры; размеры резонатора выбирают много больше длины волны λ питающего генератора СВЧ, так что обеспечивается возможность возбуждения в ненагруженном состоянии в полости множества колебаний различной пространственной структуры, измеряют температуру древесины до начала сушки и температуру после взаимодействия электромагнитного поля многих мод, и по разности температур калориметрическим способом определяют поглощенную мощность; по функции затухания резонатора сушильной камеры производят измерение влажности древесины, и осуществляют контроль сушки древесины по градиентам влажности и температуры регулировкой выходной мощности генератора РГ, которая в функции затухания нагруженного резонатора dH является изменяемым параметром. 4 ил.

Наверх