Сушка пиломатериалов: повышение эффективности

Термобаллон регулятора помещают в магистраль горячей воды, а сам регулятор с вентилем устанавливают на паровой магистрали, подающей пар в теплообменник. Зона нечувствительности такого регулятора составляет ±3°С. Однако регулировать температуру сушильного агента напрямую подобным прибором невозможно. Это связано с неразвитой поверхностью теплообмена термобаллона, хрупкостью соединительного капилляра и другими причинами.

Конструктивное упрощение и замена соединительного капилляра и термобаллона единым термодатчиком с хорошо развитой поверхностью теплообмена может устранить эти недостатки и приспособить прибор для непосредственного регулирования температуры сушильного агента в любой камере без промежуточной водяной системы. Кроме того, это может существенно повысить чувствительность прибора.

На рис. 2 представлен манометрический автостабилизатор температуры прямого действия, установленный на паропроводе в коридоре управления. Устройство настройки здесь смонтировано на существующем паровом клапане, а термобаллон и соединительный капилляр заменены термодатчиком в виде трубки из нержавеющего металла, размещенной по всему внутреннему периметру сушильной зоны камеры. На корпусе 1 с выступающим штоком клапана 2 навинчен хомут исполнительного механизма 3. К штоку клапана посредством муфты 4 присоединен плунжер 5, входящий сквозь сальник 6 в гидроцилиндр исполнительного органа 7. В него входит настроечный шток 8 через верхний сальник 9. Верхней нарезанной частью шток ввинчен сквозь резьбу в головку регулятора 10 со шкалой температуры на ее поверхности. На конце штока закреплена рукоятка со стрелками 11. Сбоку с гидроцилиндром 7 соединен термодатчик 12, пропущенный сквозь стену камеры в зону сушки, заполненный термоактивной жидкостью и загерметизированный пробкой 13. Прибор настраивают на требуемую температуру поворотом рукоятки 11 по шкале на головке регулятора 10.

В процессе работы при случайном изменении температуры сушильного агента рабочая жидкость в термодатчике расширяется или сжимается и воздействует через плунжер и муфту на клапан. В зависимости от того, падает или растет температура, клапан перекрывается или приоткрывается, объем подачи пара в калориферы меняется, и температура стабилизируется на заданном уровне.

Термодатчик такой конструкции имеет очень развитую площадь поверхности нагрева. При ничтожно малой тепловой инерции погрешность прибора сводится почти к нулю.

Регулятор температуры и влажности сушки

Одной из главных проблем при сушке пиломатериалов является автоматизация конвективной сушки в паровоздушных камерах периодического действия.

Существующие системы регулирования температуры, которые содержат исполнительный орган, усилительно-преобразующее устройство и датчик температуры, предназначены лишь для поддержания температуры на заданном уровне, но не способны автоматически изменять ее и перенастраивать прибор на другие температуры или влажности. Это сложное и дорогостоящее оборудование, требующее квалифицированного обслуживания и постоянного технического надзора.

Для автоматического управления сушкой в паровых камерах периодического действия разработан автооператор, который способен:

– прогревать материал паром до температуры начала сушки;

– прекращать подачу пара в камеру и завершать прогрев;

– подавать пар в калориферы на сушку;

– проводить сушку в самоуправляемом режиме;

– прекращать подачу пара в калориферы и завершать сушку;

– вручную перенастраивать температуру на более низкий уровень;

– впускать пар в камеру на кондиционирующую обработку древесины;

– кондиционировать древесину.

Автооператор сушки (рис. 3) сделан из нержавеющего металла и вмонтирован в паровую магистраль 1. В корпусе 2 просверлены входное отверстие и два выходных: для подачи пара в калорифер (на нагрев сушильного агента) и в рабочую зону сушки (на его увлажнение). Плунжер 3 с длинной штангой пропущен сквозь паровой клапан 4 с ползуном 5 и двумя параллельными собачками 6. В носики собачек упирается штанга плунжера 3. В зазор между собачками сквозь пружину сжатия 7 входит верхний настройщик температуры 8 с хвостовиком, ввинченным в головку хомута 9. На конец хвостовика насажена рукоятка 10. К нижнему гидроцилиндру 11, привинченному к корпусу, присоединен обоими концами термодатчик 12 в виде тонкой длинной трубки из нержавеющего металла. Снизу в гидроцилиндр сквозь сальник 13 входит нижний настройщик температуры 14. Он ввинчен в нижнюю головку 15 своим хвостовиком со шкалой температуры на лыске и с рукояткой 16.

За настройку параметров отвечают несколько приборов:

– настройщик температуры конца прогрева и начала сушки (14);

– стабилизатор температуры технологического пара в калорифере (4);

– настройщик температуры сушильного агента в конце процесса (8);

– настройщики соотношения подачи пара в камеру и калориферы (3, 5).

С помощью нижнего настройщика устанавливается начальная температура сушильного агента, с помощью верхнего настройщика – температура прогрева материала (на 8–10OС выше температуры начала сушки).

Включается подача пара, и при нагреве калориферов, сушильного агента и термодатчика термоактивная жидкость, расширяясь, воздействует на плунжер, который штангой приподнимает ползун с клапаном. Пар поступает в зону сушки на прогрев материала. Когда материал прогреется до заданной температуры и ползун с верхним клапаном поднимется вверх, верхний настройщик раздвинет собачки в стороны, и тогда под действием пружины ползун с клапаном соскакивают вниз, на гнездо отверстия подачи пара в зону сушки, плотно закрыв его. Прогрев закончен. Далее пар подается только в калориферы нижним настройщиком при заданной температуре, которая поддерживается на одном уровне до конца сушки.

После этого температуру необходимо снизить. Штанга плунжера опускается ниже собачек, и процесс увлажнения паром для кондиционирования автоматически повторяется.

Шаг нижнего регулировочного винта принят равным 5 мм с расчетом изменения температуры на 5OС при его повороте на один оборот.

Таким образом, ход плунжера при изменении температуры на 1OС составит 1 мм. При диаметре плунжера 3 см объем изменения термоактивной жидкости при изменении ее температуры на 1OС составит 0,707 см3, рабочий объем термобаллона – 1178 см3. Чтобы регулировать температуру в диапазоне 60–100OС, требуется ход нижнего настроечного винта 40 мм.

Программный регулятор температуры сушки

Повысить эффективность конвективной сушки можно с помощью еще одного устройства – программного авторегулятора температуры манометрического типа (рис. 4). В подобном приборе на центральной оси корпуса 1 смонтирован диск 2, вся площадь которого покрыта внешним и внутренним электродами с замкнутой программной дорожкой 3 на нейтральном поле между ними. На кронштейне со шкалой скорости вращения диска 4 смонтирован ползунок со стрелкой 5 на ходовом винте 6. Сбоку к корпусу прикреплен приводной механизм 7 с валиком квадратного сечения 8, параллельным центральной оси и плоскости диска. На валик насажен по ходовой посадке фрикционный ролик 9, прижимаемый к диску. Снизу к корпусу прикреплен червячный редуктор. Его приводной червяк 10 вращается от реверсивного привода и сцеплен с червячным колесом 11, навинченным на шток настройщика температуры 12. Шток способен перемещаться вверх-вниз (без вращения) в плоских направляющих 13. Они прикреплены к гидроцилиндру 14, с которым соединен термодатчик 15 и корпус исполнительного механизма 16. В гидроцилиндр сквозь сальник 17 входит плунжер клапана 18, который перекрывает подачу пара из паровой магистрали 19 в калориферы.

На подготовительном этапе полость гидроцилиндра и термодатчика заполняют дистиллированной водой и плотно герметизируют.

В процессе работы диск совершает один полный оборот в течение всего периода сушки пиломатериалов с постоянной, заданной по шкале скоростью. При этом электрод на конце настройщика (в точке К) находится на программной дорожке между внешним и внутренним электродами диска, их не касаясь.

При дальнейшем вращении диска, когда происходит соприкосновение внешнего программного электрода с электродом на настройщике, возникает сигнал на включение привода червячного редуктора, и при повороте червячного колеса шток приподнимается, увеличивая объем полости цилиндра и повышая температуру.

Контакт прерывается, и привод червяка останавливается. При контакте с внутренним программным электродом червяк вращается в обратную сторону и понижает температуру. Внедрение такого регулятора не требует привлечения высококвалифицированных специалистов и позволит повысить эффективность за счет сокращения временных затрат.

Программный измеритель влажности пиломатериалов

Для бездефектной сушки необходимо знать среднюю влажность пиломатериалов в штабеле в течение всего сушильного процесса.

Наиболее рациональным способом ее измерения признан весовой метод. Подобный прибор для влагометрии пиломатериалов основан на взвешивании штабеля в специальной гидравлической системе (рис. 5). На отрезках рельсов в определенном положении фиксируются все колеса подштабельной тележки со штабелем пиломатериалов. Под отрезками рельсов установлены гидравлические мембранные датчики, в которых создается давление жидкости, пропорциональное массе штабеля.

Усредненное давление от датчиков передается по трубопроводу на электрический преобразователь. Его сигнал регистрируется измерительным прибором. Вычисление текущей влажности штабеля (W, %) производится, как и при способе контрольных образцов, по формуле: W = 100 (М — МС) / МС, где M – текущая масса пиломатериалов в штабеле, периодически фиксируемая по шкале измерительного прибора, а МС рассчитывается как 100 МН (WН + 100), где МН – начальная масса пиломатериалов в штабеле, а WН – средняя начальная влажность пиломатериалов в штабеле.

Высокая погрешность в определении средней начальной и текущей влажности пиломатериалов в штабеле ограничивает применение подобного прибора. Более надежное и точное устройство основано на рычажном массовлагомере, настраиваемом по массе сухой древесины в штабеле иным путем (рис. 6).

Прибор оборудован командной электрической системой подачи сигнала на включение-выключение калориферов в камере путем замыкания двух контактных электродов в цепи управления. Подштабельная платформа 1 с фартуком 2 опирается на рычажную систему 3, подвешенную через тягу 4 к короткому плечу коромысла 5 массовлагомера, закрепленного на фартуке в шарнире 6. На длинное плечо коромысла со шкалой массы навинчен противовес 7. На фартуке смонтирован часовой механизм 8, обеспечивающий медленное вращение горизонтального винта 9 с контакт-стрелкой 10 на нем. К тяге прикреплен съемный планшет с контакт-программой 11.

Противовес устанавливают по шкале на длинном плече коромысла на массу сухой древесины в штабеле, равную произведению объема пиломатериалов в штабеле на их базисную плотность. Затем настраивают часовой механизм на требуемую скорость движения контакт-стрелки, приводят ее в левое крайнее положение начала сушки, подводят планшет с контакт-программой к контакт-стрелке, закрепляют его на тяге и включают часовой механизм. При отходе контакт-стрелки от контакт-программы включается система нагрева сушильного агента и начинается процесс сушки пиломатериалов. По мере снижения массы штабеля контакт-программа поднимается и, коснувшись контакт-стрелки, прерывает нагрев калориферов или снижает его интенсивность.

Регулировка сушки по средней текущей влажности позволяет повысить качество сушки. Контроль влажности пиломатериалов в штабеле по его массе и программное ведение сушки наиболее целесообразны для использования в сборно-металлических камерах.

Напольный программный регулятор сушки

Группа специалистов Московского государственного университета леса разрабатывает более совершенный регулятор сушки, основанный на том же принципе (рис. 7). На полу сушильной камеры уложены четыре призмы 1. На них через два промежуточных коромысла 3 опирается рельсовая платформа с двумя длинными призмами 2. Коромысла опираются о ролик 4 на центральную призму 5 через центральное коромысло 6. Оно сцеплено длинным плечом через тягу 7 с коротким плечом коромысла массовлагомера 8 на оси кронштейна 9, прикрепленного к стене 10. На длинном плече коромысла нанесена равномерная шкала массы абсолютно сухой древесины в штабеле. На плечо навинчен противовес 11, уравновешивающий массу сухой древесины в штабеле. К тяге массовлагомера прикреплена контакт-стрелка 12. Рядом на полу смонтирован электрочасовой механизм 13 с надеваемым на его шпиндель цилиндром, на поверхности которого навита контакт-программа 14. Электрочасовой механизм 13 снабжен настройщиком скорости вращения цилиндра 15 с контакт-программой. Сушильный штабель загружается в камеру на рельсовую платформу на вагонетке 16.

Противовес устанавливают по шкале на длинном плече коромысла на массу сухой древесины в штабеле, равную произведению объема пиломатериалов в штабеле на их базисную плотность. Затем настраивают часовой механизм на требуемую скорость вращения цилиндра с контакт-программой, в зависимости от требуемой продолжительности сушки. Контактстрелку передвигают в начальное положение, закрепляют на тяге и включают часовой механизм. В процессе сушки, по мере снижения влажности пиломатериалов, контакт-стрелка медленно перемещается вверх. При разрыве контактов подается сигнал на выключение калорифера для замедления сушки, а при смыкании контакт-программы с контакт-стрелкой – сигнал на включение калориферов и ускорение сушки, соответственно.

Устройство для сушки на подштабельном стенде

При сушке узких обрезных пиломатериалов, укладываемых в штабель со шпациями, в камерах с естественной циркуляцией сушильного агента наблюдается продольное коробление. Это связано с тем, что пиломатериалы имеют разную толщину. Автор разработал запатентованное устройство для сушки узких обрезных пиломатериалов на подштабельном стенде. Здесь сушильный штабель сформирован без шпаций между досками, они высушиваются в зажатом состоянии как по толщине, так и по ширине. Штабель сформирован на сварном стенде на поперечных прокладках под углом 45O к горизонту. Это предотвращает продольное коробление всех досок, кроме верхних в ряду.

Однако при такой технологии пиломатериалы сохнут неравномерно по ширине ряда. Проблемы коробления и неравномерной сушки решает укладка пиломатериалов без шпаций в реверсивный контейнер.

На рис. 8 показано поперечное сечение такого сушильного устройства с дренаж-отводом, калориферами и контейнером со штабелем, сформированном на прокладках под углом 45O.

Новый метод заключается в том, что калориферы размещены по центральной оси сушильного устройства непосредственно над дренаж-отводом конденсата, а контейнер со штабелем на прокладках под углом 45O выполнен в виде платформы с приваренными к ней стойками из швеллеров полками внутрь для фиксации в них концов прокладок. Контейнер способен периодически поворачиваться на 90O с одновременным смещением центра штабеля из точки А в точку Б, на другую сторону от оси калориферов, и наоборот, из точки Б в точку А, обеспечивая смену местоположения крайних досок в ряду и реверсирование циркуляции сушильного агента. Контейнер со штабелем плотно укрывают тентом, либо загружают в камеру или автоклав.