3. Виды сушки дерева

В деревообрабатывающей промышленности применяют различные способы сушки древесины: атмосферную, камерную, контактную, сушку в жидкостях (петролатумную), в поле токов высокой частоты, индукционную, ротационную и радиационную, сушку в камерах ПАП.

Атмосферная сушка древесины производится на открытых складах или под навесами.

Воздух при низкой температуре обладает малой способностью поглощать пары влаги, и поэтому атмосферная сушка протекает медленно, а в зимние месяцы практически прекращается.

Атмосферную сушку широко используют для подсушки экспортных пиломатериалов на заводах с сезонной отгрузкой продукции {в морских портах). Целесообразно применять ее в качестве этапа, предшествующего сушке древесины в камерах.

Камерная сушка древесины, получившая наиболее широкое распространение в промышленности, осуществляется в специально построенных и отапливаемых помещениях — сушильных камерах. Процесс ведется в газообразной среде: в нагретом воздухе {смеси топочных газов с воздухом) или в перегретом паре при атмосферном давлении.

Камерная сушка протекает независимо от внешних атмосферных и климатических условий, отличается гораздо меньшей продолжительностью по сравнению с атмосферной. Процесс камерной сушки поддается регулированию и позволяет получить материал с любой конечной влажностью.

Контактной сушке подвергаются тонкие плоские материалы в форме листов, например шпон, фанера, которые зажимаются между двумя нагретыми поверхностями в прессе. Тепло к высушенному материалу передается от нагретой плиты путем непосредственного их контакта, откуда и происходит название этого способа.

Сушка в жидкостях (например, в петролатуме) заключается в следующем. Влажную древесину погружают в ванну с маслянистым веществом, нагретым выше 100°С. Влага в древесине быстро нагревается до точки кипения, и образовавшийся пар, имеющий упругость выше атмосферного давления, будет стремиться выйти из древесины в воздух, преодолевая сопротивление слоя масла. На этом и основан способ сушки древесины в ваннах с петролатумом.

Петролатум — смесь парафинов и церезинов с высоковязким очищенным маслом, получается при химической переработке нефти. При температуре петролатума 120—130°С сушка в нем происходит в 5—7 раз быстрее, чем в сушильных камерах. Существенным недостатком этого способа является то, что петролатум проникает в древесину. Загрязнение древесины петролатумом затрудняет ее механическую обработку, препятствует ее склеиванию и качественной отделке лаками. Поэтому петролатумную сушку применяют на небольших предприятиях для сортиментов, не подвергающихся дальнейшей механической обработке (шпалы, детали инженерных сооружений). Наличие пропитанного маслом слоя является иногда и полезным, так как защищает древесину от увлажнения.

Сушка в электрическом поле токов высокой частоты (ТВЧ) отличается высокой интенсивностью.

Древесина — плохой проводник электрического тока. Будучи помещенной в электрическом поле ТВЧ между обкладками высокочастотного конденсатора, она обнаруживает способность быстро нагреваться. На этом свойстве и основана диэлектрическая сушка, или сушка ТВЧ.

Процесс сушки ТВЧ характеризуется значительной скоростью прогрева материала и интенсивным испарением из него влаги. Однако из всех известных способов сушки этот способ наиболее дорогой при современных отпускных ценах на электроэнергию и требует очень сложного оборудования. Поэтому он не получил промышленного применения.

Индукционная сушка основана на использовании свойства ферромагнитных металлов нагреваться в переменном электромагнитном поле внутри соленоида. Если на нагретый таким образом металлический элемент поместить древесину, то благодаря контакту с ним она нагревается и сохнет.

Для индукционной сушки ряды досок укладывают на прокладки и сетки из ферромагнитного металла и штабель помещают внутрь каркаса, обмотанного электропроводом большого сечения, который образует соленоид, питаемый током промышленной частоты. Сетки, представляющие в данном случае сердечник соленоида, интенсивно нагреваются, передавая тепло доскам. Качество пиломатериалов, высушенных индукционным способом, оказывается очень низким, а себестоимость сушки значительно выше, чем в обычных камерах за счет низкого косинуса «фи» электроустановки.

Способ может применяться в частных случаях при малых объемах сушки, при отсутствии других источников энергии, кроме электрической.

Ротационная сушка основана на использовании центробежной силы. Штабель пиломатериалов, уложенных на прокладках, устанавливается на платформе карусели, устроенной внутри отапливаемого помещения. При вращении карусели центробежная сила, направленная вдоль досок, способствует перемещению свободной влаги внутри древесины к торцам и наружным поверхностям досок. При этом создается интенсивное направленное движение нагретого воздуха внутри штабеля, что способствует равномерному просыханию загруженного пиломатериала в сроки более короткие, чем в обычных камерах. Мощность привода карусели незначительна и оказывается меньше, чем мощность привода вентиляторов.

Однако из-за громоздкости конструкции и неудобства блокировки карусельные камеры в промышленности не применяются. При радиационной сушке тепло подается к материалу только прямым лучеиспусканием от сильно нагретого тела. Источниками тепла служат специальные электрические лампы или плиты (керамические или чугунные, нагреваемые до.красного каления). Лучистая теплота, представляющая собой поток инфракрасных лучей, распространяется прямолинейно и задерживается любыми экранами и телами, находящимися на пути потока. Поэтому высушивать лучистой теплотой можно только предметы, которые открыты для непосредственного облучения со стороны источника тепла.

Исследования советских ученых показали, что лучистая теплота легко проникает в древесину на глубину 10—12 мм. Таким образом, при двустороннем обогреве в течение нескольких десятков минут можно высушить доски хвойных пород толщиной 20—25 мм. Это в десятки раз быстрее камерной сушки древесины. Однако при этом пришлось бы сушить доски в свободном незажатом состоянии,.что привело бы к неизбежному их короблению. Это обстоятельство и служит препятствием для применения радиационой сушки тонких пиломатериалов.

Сушка в камерах ПАП.

За последнее время проводились опыты по сушке пиломатериалов в бескалориферных рециркуляционных металлических камерах с аэродинамическим подогревом типа ПАП.

В качестве генератора тепла и одновременно для перемещения воздуха в этих камерах использован ротор центробежного вентилятора с лопатками специального профиля. При вращении ротора, создающего поток воздуха в замкнутом контуре, значительная доля механической энергии, затраченной в вентиляторе, переходит в тепловую, нагревая воздух до высоких пределов. Температура нагрева может регулироваться за счет изменения мощности воздушного потока. Нагретый воздух передает свою теплоту высушиваемому материалу чисто конвективным путем при высокой скорости циркуляции.

Сушильная камера на основе холодильного оборудования

Сушильные камеры на основе холодильного оборудования отличаются от других камер тем, что сушильная изолирована от окружающей среды. Сушка древесины происходит за счет круговорота энергии благодаря холодильному агрегату, установленному внутри камеры. Котел при таком процессе требуется только в первый день для начального прогрева.

На схеме показана сушильная камера, оборудованная агрегатом конденсационной сушки древесины. Такие сушильные камеры интересны тем, что внутри протекает круговорот энергии, изолированный от окружающей среды.

Процесс сушки протекает следующим образом. Камера сушки древесины вместе с уложенным внутри пиломатериалом прогревается. Влага из древесины начинает испаряться. Далее влажный воздух проходит через холодный теплообменник сушильного агрегата, где влага конденсируется, а энергия переносится компрессором на горячий теплообменник. Сухой холодный воздух, проходя через горячий теплообменник, подогревается и опять возвращается в сушильную камеру, подогревать древесину. Камера сушки пиломатериала устроена таким образом, что все источники энергии (вентиляторы продува штабеля) добавляют температуры внутрь сушильного объема.

В настоящее время существует два типа агрегатов:

Для сушки мягких пород древесины, при температуре до +45 0 С

Для сушки твердых пород древесины, при температуре до +60 0 С

Рис. 3.2. Влияние отношения толщин слоев цементобетона ( h1) и асфальтобетона ( h2) на коэффициент интенсивности напряжений (К1): L -длина трещины; а - напряжение; Е1 = 35000 МПа.; Е2 = 1000 МПа ; Е3 = 35 МПа

Как следует из приведенных на рис. 3.2 графиков, при фиксированной толщине слоя асфальтобетона и постоянных напряженных вдали от трещины уменьшение толщины цементобетона приводит к снижению безразмерного коэффициента интенсивности напряжений (при постоянной относительной длине трещины L/ M) и тем самым - к увеличению критической длины трещины и повышению долговечности покрытия.

Этот вывод в определенной степени согласуется с результатами теоретических и экспериментальных исследований Ленинградского филиала СоюздорНИИ в части рекомендуемого принципа равенства толщин верхних слоев или слоев усиления из асфальтобетона толщине грунта цементного основания - или усиливаемого цементобетонного покрытия, полученного, правда, на иных расчетных предпосылках [ 1].

Практически важными вопросами являются метод для расчета усталостной долговечности (число циклов приложения нагрузок до разрушения) асфальтобетонных слое на многослойных конструкциях с поверхностной или центральной трещиной и исследование влияния на это число циклов геометрических параметров (толщина слоев, размер и местоположение начальной трещины) и физико-механических свойств материалов слоев.

За последние годы предложено около 40 различных полуэмпирических формул для определения скорости роста усталостных трещин, предполагающих знание от 2 до 6 различных констант материала [ 5]. Отметим, что одной из наиболее общих формул для оценки скорости роста усталостных трещин при умеренных частотах нагружения является [ 14].

, (3.4)

где l - длина трещины;

N - число циклов нагружения;

K1 max и K1 min - максимальное и минимальное значения коэффициента интенсивности напряжений Ki в течение цикла нагружения (величина К зависит от длины начальной трещины, действующих напряжений и конфигурации элемента конструкции [ 7];

Р - постоянная материала;

K1 fc - циклическая вязкость разрушения (критическое значение коэффициента интенсивности напряжений K1 при усталости).

Способ оценки параметров циклической трещиностойкости асфальтобетона был разработан А.Б. Каплуном [ 6]. Предложенный им алгоритм оценки реализован в виде ФОРТРАН - программы. Исходные данные по скорости трещины получены обработкой результатов экспериментов для мелкозернистого асфальтобетона (модуль упругости Е = 1500,0 МПа). В результате расчета по приведенной методике получено для указанного асфальтобетона: β = 3,16·10-4 см./цикл.; K1 fc = 115 кг./см3/2. Эти значения были использованы для расчета скорости усталостной трещины dl/ dN no формуле (3.4) при K1 min = 0 и сравнения расчетных значений dl/ dN с экспериментальными. Результаты расчета и сравнения приведены в таблице 3.1 .

Скорости роста трещин в асфальтобетоне

K1max , кг / см 3/2

Скорость роста трещины dl / dN · 10 см./цикл.

Относительная ошибка %

Полученные результаты позволяют рекомендовать метод для использования в расчетах с целью определения параметров циклической трещиностойкости, которые могут быть использованы для расчетной оценки долговечности асфальтобетонных покрытий и слоев усиления при усталостном нагружении.

Билет 21.