Сушка в поле токов высокой частоты.

Сушка является одной из основных и самых слож­ных операций технологического процесса при использо­вании древесины. Ее проводят для повышения удельной прочности древесины, предохранения от загнивания, пре­дупреждения коробления деревянных элементов при экс­плуатации, а также для улучшения склеивания, пропит­ки и отделки древесины. В результате сушки древесина из природного сырья превращается в промышленный материал.

Сушкой называется удаление влаги из древесины. При этом одновременно протекает несколько процессов:

теплообмен—передача тепла древесине от агента суш­ки или источника тепловой энергии; теплопроводность— перемещение тепла внутри материала; влагоотдача—ис­парение влаги с поверхности древесины.

По методу передачи тепла различают конвективную и электрическую сушку пиломатериалов. Конвективная сушка происходит вследствие передачи тепла древесине конвекцией от нагретой газообразной или жидкой среды. К основным способам конвективной сушки относятся:

атмосферная сушка на складах или под навесами; ка­мерная или газообразная сушка в газообразной среде (воздух, топочные газы, перегретый пар) при атмосфер­ном давлении; сушка в нагретых гидрофобных жидко­стях или солевых водных растворах.

Способ сушки выбирают в зависимости от назначения древесины, ее конечной влажности и требований к каче­ству древесины.АТМОСФЕРНАЯ СУШКА ДРЕВЕСИНЫ: Атмосферную сушку древесины производят в штабе­лях на складах или под навесами, где происходит омывание пиломатериалов атмосферным воздухом без подогрева. Состояние атмосферного воз­духа зависит от климата данной местности, сезона и по­годы. На складе вследствие испарения из древесины большого количества влаги создается свой микрокли­мат. На его территории воздух имеет пониженную тем­пературу и повышенную влажность. Регулировать атмо­сферную сушку можно плотностью укладки пиломате­риалов в штабеле и рациональным расположением штабеля на складе в зависимости от климатических условий района.

Правила атмосферной сушки регламентируются ГОСГ 3808.1—80 для древесины хвойных пород и ГОСТ 7319—80 для древесины твердых лиственных пород. Для проведе­ния атмосферной сушки вся территория СССР разделена на четыре климатические зоны: 1 — северная (северные области европейской части РСФСР, север Урала и Си­бири); 2 — северо-западная (Карелия, западные обла­сти европейской части РСФСР); 3 — центральная (При­балтика, центральные области европейской части РСФСР, Белоруссия, Южная Сибирь); 4 -— южная (юж­ные области РСФСР, Украина, Кавказ, Средняя Азия).

Штабели на складе рекомендуется располагать по отношению к господствующим ветрам последовательно в зависимости от толщины пиломатериалов: до 25 мм— с наветренной стороны, свыше 50 мм — в середине, от 25 до 50 мм — с подветренной стороны. Плотность ук­ладки пиломатериалов в штабели зависит не только от размеров прокладок в вертикальном направлении, но и от расстояний между элемента­ми в горизонтальном ряду (шпаций).

Размеры шпаций зависят от ширины пиломатериалов и климатических зон.Атмосферную сушку древесины постоянно контроли­руют — систематически определяют влажность пилома­териалов весовым способом и визуально наблюдают за видимыми дефектами сушки. При появлении растрески-вания торцов или пластей досок, что свидетельствует об интенсивности процесса сушки, ограничивают доступ воздуха в штабель установкой у его боковых стенок щи­тов.

К недостаткам атмосферной сушки относятся боль­шая продолжительность и сезонность процесса. Она может происходить только в активные сезоны года (весна, лето, начало осени) и ограничивается влажностью 18— 22 %. Большая продолжительность атмосферной сушки свя­зана с недостаточной циркуляцией воздуха в естествен-. ных условиях. Воздух движется в штабеле с малой ско­ростью, быстро насыщается, при этом его способность испарять влагу снижается, в результате замедляется сушка. Атмосферную сушку можно интенсифицировать установкой осевых вентиляторов между штабелями на складах, которые обеспечивают равномерную циркуля­цию воздуха в штабеле.

Атмосферную сушку, благодаря ее низкой себестои­мости и возможности получать пиломатериалы без потери прочности и цвета древесины, рекомендуетсяиспользовать на деревообрабатывающих заводах как за­конченный процесс сушки пиломатериалов до транспорт­ной влажности и предназначенных для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе.

Применение комбинированного (атмосферного и ка­мерного) способа сушки позволяет не только снизить себестоимость процесса, но и повысить качество продук­ции благодаря подаче в камеры пиломатериалов одинаковой начальной влажности, что позволяет использовать высокопроизводительные сушильные камеры, отрегули­рованные на автоматический режим.

КАМЕРНАЯ СУШКА ДРЕВЕСИНЫ: Конвективная газопаровая сушка осуществляется в лесосушильных камерах различных конструкций, куда пиломатериалы загружают штабелями. Сушка проис­ходит в газообразной среде, которая конвекцией пере­дает тепло древесине. Для нагревания и циркуляции сушильного агента камеры снабжают нагревательными и циркуляционными устройствами.

Сушильным агентом может быть: воздух, газ или пе­регретый пар. По принципу действия различают каме­ры периодического и непрерывного действия. Работа ка­меры периодического действия состоит из полной загруз­ки камеры материалом, технологического процесса суш­ки и выгрузки материала из камеры. Камеры непрерыв­ного действия выполняют в виде длинного туннеля, вме­щающего несколько штабелей. По мере продвижения штабеля в камере происходит сушка древесины. С про­тивоположного конца камеры выгружают пиломатери­алы, высушенные до требуемой влажности.

Для высококачественной сушки пиломатериалов, при которой не допускается появление внутренних напряже­ний в материале, рекомендуется применять воздушные сушильные камеры периодического действия, обеспечива­ющие равномерную циркуляцию сушильного агента по всему объему штабеля.

Режимом сушки называется расписание во времени основных параметров сушильного агента в зависимости от породы, начальной и заданной конечной влажности древесины, категории сушки и размера пиломатериалов. Определяющими параметрами сушильного агента явля ется температура t, степень насыщения φ и психрометрическая разность.

Степень насыщения воздуха водяным паром опреде­ляют отношением парциального давления пара Рп к давлению его насыщения при данной температуре

Если Рп==Рн и φ=1, то воздух содержит максимально возможное при данной температуре количество пара. Степень насыщения φ может быть определена по психрометрическим диаграммам, полученным эксперимен­тально, которыми пользуются в процессе сушки для установления ее режимов. При этом необходимо знать температуру предела охлаждения tп.о.

Температурой предела охлаждения называется тем­пература, при которой воздух, испаряя влагу, достигает насыщения. Она измеряется психрометром. Психро­метр — это прибор, который состоит из обычного сухого термометра и термометра, у которого чувствительный элемент — шарик обернут тканью, смачиваемой в воде.

В зависимости от требований к качеству древесины пиломатериалы можно высушивать раз­личными по температурному уровню режимами.

Мягкие режимы (t=40°С, tс<58°С) обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов без снижения прочности и изменения цвета, рекомендуются для пило­материалов высших сортов, в том числе для пиломате­риалов, идущих на изготовление клееных конструкций.

Нормальные режимы (tм=67°С, tс<100°С) обеспе­чивают бездефектную сушку пиломатериалов при пол­ном сохранении прочностных показателей древесины с незначительными изменениями ее цвета.

Форсированные режимы (tм=75°С, tс<11О°С) обес­печивают бездефектную сушку пиломатериалов при сох­ранении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при возможном снижении (до 20 %) прочно-ети на скалывание и раскалывание и потемнении древе­сины. Применяются для пиломатериалов, предназначен­ных для элементов, работающих с большим запасом прочности.

Высокотемпературная сушка (tм==100°С, tс≤130°С)или сушка перегретым паром в паровых камерах обес­печивает незначительное снижение прочности на стати­ческий изгиб, растяжение и сжатие, но заметно снижает прочность (до 30—35 %) на скалывание и раскалывание и вызывает потемнение древесины.

Технологический процесс камерной сушки состоит из нескольких операций — начального прогрева древесины, собственно сушки по выбранным режимам, влаготеплообработки и кондиционирования материала.

Сырую древесину прогревают в среде сушильного аген­та со степенью насыщения 0,98—1 и при температуре, которая на 5 °С выше температуры выбранного режима сушки. Длительность прогрева для пиломатериалов хвойных пород составляет 1—1,5 ч на каждый сантиметр их толщины.

Режимы (температура и степень насыщения сушиль­ного агента) собственно сушки устанавливают в зависи­мости от породы, начальной влажности, размеров и тре­буемого качества высушиваемых пиломатериалов. Во

время сушки периодически контролируют текущую влаж­ность весовым способом и внутрен­ние напряжения в древесине.

Для контроля за внутренними напряжениями в шта­бель закладывают образцы длиной 1—1,2 м. Торцы об­разцов изолируют масляной краской. Регулярно от них отпиливают торцовые срезы толщиной 10 мм, из которых вырезают на ленточнопильном станке силовой образец. О знаке и примерной величине напряже­ний судят по направлению и величине изгиба зубцов. Изгиб зубцов наружу свидетельствует о наличии рас­тягивающих, а изгиб внутрь — сжимающих напряжений в поверхностных слоях пиломатериалов.

Тепловлагообработку проводят для снятия или умень­шения остаточных внутренних напряжений (см. § 2.4) после.достижения древесиной заданной средней конечной влажности. Температура сушильного агента на 10 °С вы­ше последней ступени сушки, степень насыщения 0,98— 1, продолжительность в среднем 2,5—2 ч на каждый сан­тиметр толщины пиломатериалов.Кондиционирующую обработку древесины проводят для выравнивания влажности как по объему штабеля, так и по толщине пиломатериалов.

Камерная сушка позволяет высушить древесину до любой заданной конечной влажности, требуемого каче­ства. Срок сушки зависит от породы, размеров, началь­ной и конечной влажности пиломатериалов и колеблется от десятков часов до нескольких суток. Стоимость суш­ки 1 м³ приблизительно 10 руб. Сушка поддается на­дежному регулированию; в настоящее время имеются высокопроизводительные отечественные автоматические сушильные камеры: СПМ-2К или СПВ-62М, а также за­рубежные камеры, например «Больман», «Термак».

Сушка в поле токов высокой частоты: Древесина обладает высокими диэлектрическими свойствами (ее удельное сопротивление равно 10⁸— 10¹⁷ Ом*см) и способна прогреваться в поле токов высо­кой частоты за счет диэлектрических потерь. Способ удаления влаги из древесины, основанный на этом принципе, получил название диэлектрической сушки. Он принципиально отличается от конвективной сушки, так как прогрев осуществляется внутри материала равно­мерно по его объему, а не подводится извне.Установка для диэлектрической сушки состоит из трансформатора, выпрямителя, высокочастотного гене­ратора и колебательного контура с рабочим конденсато­ром, между обкладками которого размещают высушива­емую древесину.

Температура и влажность на поверхности древесины в результате испарения и тепловых потерь оказывается

ниже температуры и влажности внутренних слоев пило­материалов. При диэлектрической сушке имеют место положительные градиенты температуры и влажности, вследствие этого движение влаги путем влаго- и термо-влагопроводности направлено изнутри на поверхность материала. Чем выше влажность, тем до более высокой температуры прогревается древесина, и если температу­ра будет превышать температуру точки кипения воды, то внутри материала возникает избыточное давление. Благодаря равномерному нагреву по всему объему, воз­никновению положительного перепада температуры и избыточного давления внутри древесины продолжитель­ность диэлектрической сушки в 50—60 раз меньше конвективной и составляет 2—4 ч. Тем не менее из-за слож­ности оборудования, большого расхода электроэнергии этот способ не находит широкого применения.

Более эффективно применение комбинированных способов сушки, например камерно-диэлектрического. В этом случае к штабелю, размещенному в камере, с по­мощью электродов подводят высокочастотную энергию от специального генератора ТВЧ для создания положи­тельного перепада температур (2—5°С) по сечению ма­териала. Комбинированная сушка позволяет сократить срок сушки по сравнению с камерной в 2—3 раза и по­лучить пиломатериалы высокого качества благодаря не­большому перепаду влажности по толщине материала.