CC BY
68
Деревопереработка. Химические технологии
ны, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кандидат технических наук, доцент, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Garin Vadim Anatolyevich - Associate Professor, FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Razinkov Yegor Mikhailovich - Head of Department of Mechanical Wood Technology of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», DSc in Engineering, Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Chernyshev Aleksandr Nikolaevich - Associate Professor of Mechanical Wood Technology Department of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», PhD in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
DOI: 10.12737/6288 УДК 674.047
ЭНЕРГО И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
кандидат технических наук, доцент Т. К. Курьянова1 доктор технических наук, доцент А. Д. Платонов1 кандидат технических наук, доцент А. В. Киселева1 1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»,
г. Воронеж, Российская Федерация
Потребность малых деревообрабатывающих предприятий в эффективных сушильных установках небольшой вместимости очень велика. Используемые в промышленности сушильные камеры отличаются большим разнообразием конструктивного исполнения и энергообеспечения. Учитывая то, что процессы гидротермической обработки древесины являются самыми энергозатратными в технологии деревообработки, пути решения данной проблемы весьма актуальны. Одним из перспективных и малозатратных способов является комбинированный способ сушки пиломатериала с предварительной атмосферной подсушкой древесины. Естественная сушка древесины дешевле камерной. Отсутствуют затраты на теплоноситель, являющиеся одной из главных статей расхода при камерной сушке. Одним из недостатков этой сушки является большая длительность и зависимость от метеорологических условий. Решением этой проблемы является создание побудительной циркуляции воздуха по высушиваемому материалу. Для этих целей возможно применение простых и дешевых сборных конструкций проходного или тупикового типа из щитовых материалов, оснащенных вентилятором. Данная конструкция может одновременно являться и буферным складом для хранения пиломатериалов. Предварительная подсушка древесины производится до влажности 40-45 %. Испытания такой конструкции показали её высокую эффективность. Продолжительность последующей камерной сушки в климатических условиях г. Воронежа
Лесотехнический журнал 3/2014
199
Деревопереработка. Химические технологии
снижается в среднем в 1.5 раза, что также отражается и на себестоимости высушиваемого материала. При этом производственная мощность сушильного участка предприятия увеличивается на 20-35 % в зависимости от породы, сечения материала, начальной и переходной влажности. Сокращение удельного расхода тепловой энергии на 1 кг испаряемой влаги составляет около 10 %. Просыхание древесины становится более равномерным, что способствует уменьшению усадки, снижению величины внутренних остаточных напряжений, которые являются одним из показателей качества сушки, а также повышение формоустойчивости.
Ключевые слова: комбинированная сушка древесины, усушка, коллапс, режим, остаточные напряжения, качество, энергозатраты.
ENERGY AND RESOURCE SAVING TIMBER DRYING
Ph.D. in Engineering, Associate Professor T. K. Kuryanova1 DSc in Engineering, Associate Professor A. D. Platonov1 Ph.D. in Engineering, Associate Professor A. V. Kiseleva1 1 - FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies»,
Voronezh, Russian Federation
Abstract
Need of small woodworking companies in the efficient dryers of small capacity is very high. Used in industry dryers are very diverse in types and energy. Given that the processes of hydrothermal treatment of wood are the most energy-intensive in woodworking technology, solutions to this problem are highly relevant. One of the most promising and low-cost ways is a combined method of drying timber with pre-atmospheric drying of wood. Natural wood drying is cheaper than chamber one. There are no expenses for the coolant, one of the major costs in drying chamber. One of the drawbacks of this dryer is the long duration and dependence on meteorological conditions. The solution to this problem is to create an incentive air circulation for material to be dried. For these purposes, the use of simple and cheap prefabricated elements of flow or dead-end type of shield materials, fitted with a fan, is possible. This design can also be the buffer stock for storing timber. Pre-drying of wood is made to a moisture content of 40-45 %. Tests of this design have shown its high efficiency. The duration of subsequent chamber drying in the climatic conditions of Voronezh reduces by an average in 1.5 times, which is also reflected in the cost of the material being dried. In this case, the production capacity of the drying section of the company is increased by 20-35 % depending on the species, the cross section of the material, the initial and transition humidity. Reduction of the specific heat consumption per 1 kg of evaporated moisture is about 10 %. Drying of the wood becomes more equal, which helps to reduce shrinkage, reduce the value of internal residual stresses, which are one of the indicators of the quality of drying, as well as increased dimensional stability.
Keywords: combined wood drying, shrinkage, collapse, mode, residual stresses, quality, energy consumption.
200
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
Формирование рыночных отношений положило начало реструктуризации больших лесопильно-деревоперерабатывающих предприятий и возникновению множества малых предприятий, занятых деревообработкой. Это вызвало необходимость широкого применения лесосушильных установок различной мощности, с разнообразным тепловым оборудованием, работающих на различных теплоносителях. Ввод в эксплуатацию таких установок позволит постепенно снизить дефицит сушильных мощностей и обеспечить предприятия в необходимом объеме качественно высушенным материалом.
Камерная сушка пиломатериалов -один из самых энергоемких процессов в деревообработке. Поэтому одним из решений проблемы снижения энергозатрат в процессе сушки является внедрение комбинированной двухэтапной камерной сушки древесины. Комбинированный способ сушки пиломатериала включает предварительную атмосферную подсушку древесины до переходной влажности 30-40 %, а затем камерную досушку до требуемой конечной влажности.
Работами ЦНИИМОД установлено, что атмосферное подсушивание хвойных пород сокращает продолжительность камерной сушки в 1,5-3,5 раза в зависимости от размера пиломатериала и переходной влажности. Производительность сушильных камер в фактически высушиваемом материале при комбинированной сушке увеличивается в среднем в 2,5 раза. Возрастает съём сухих пиломатериалов с 1 м3 внутреннего объема камеры. При этом дорогая энергия пара и электричества используется только во время
камерной досушки пиломатериала, когда удаляется в основном связанная влага.
Атмосферная сушка более доступна, дешевле камерной, требует намного меньше капиталовложений и эксплуатационных расходов. Отсутствуют затраты на теплоноситель, являющиеся одной из главных статей расхода при камерной сушке.
Но большая длительность атмосферной сушки, её зависимость от метеорологических условий вызывает потребность интенсифицировать этот процесс. Радикальным способом интенсификации атмосферной сушки является создание побудительной циркуляции воздуха по высушиваемому материалу. Исследования атмосферной сушки пиломатериалов при побудительной циркуляции воздуха занимался А.Я. Игумнов. Им получено уравнение зависимости скорости воздуха от породы, влажности и толщины материала, параметров воздуха и ширины штабеля.
Исследованиями А.Я. Игумнова установлено, что продолжительность побудительной циркуляции атмосферной сушки сокращается в 2-3 раза по сравнению с атмосферной. Побудительная циркуляция проводится в камерах сборной конструкции из металлического каркаса. Обшивка стен и потолка - металлические листы толщиной 1,5-2,0 мм. Пол - бетонный. Для создания циркуляции агента сушки устанавливаются вентиляторы. Характер циркуляции может быть вертикально-поперечной или горизонтально-поперечной. Конструкция камеры обеспечивает незамкнутую систему циркуляции воздуха. Свежий воздух в камеру поступает из сушильного цеха. Эти камеры должны располагаться в отапливаемом су-
Лесотехнический журнал 3/2014
201
Деревопереработка. Химические технологии
шильном цехе, так как эффективность атмосферной сушки с побудительной циркуляцией воздуха достигается при влажности воздуха ф < 0,9 и его температуре t > 5 °C.
Камеры атмосферной подсушки возможно совместить с буферным складом сырых пиломатериалов, что позволит сократить площадь сушильного цеха. Для предприятий производительностью около 13 тыс. м3 условного материала, были проведены исследования по внедрению в производство комбинированной атмосфернокамерной сушки, в климатических условиях г. Воронежа. Породный состав, подлежащей сушке - дуб, бук, ольха, береза. За расчетный материал из данной спецификации выбрана ольха сечением 32х180 длиной более 6,0 м, как наиболее быстро сохнущий и испаряющий наибольшее количество влаги в секунду.
Режим камерной сушки низкотемпературный, нормальный - 4Г. Сушка в камере проводилась в одном случае от начальной влажности WH - 90 %, в другом после побудительной циркуляции WH - 40 %, конечная влажность WK - 8 % в обоих случаях. Продолжительность камерной сушки составила соответственно - 130 ч и 85,9 ч. Сокращение продолжительности камерной сушки - 1,5 раза. Следовательно, и производительность сушильных камер в фактическом высушиваемом материале увеличилась в 1,5 раза.
При внедрении комбинированной атмосферно-камерной сушки производственная мощность сушильного цеха предприятия увеличивается на 20-35 % в зависимости от породы, сечения материала, начальной и переходной влажности. Следовательно, сокращается потребность в дорогостоящих
202
сушильных установках, что снижаются затраты паровой и электрической энергии.
Для сопоставления энергопотребления при различных способах сушки используются два критерия оценки затрат на сушку - удельный расход тепловой энергии в расчете на 1 м3 высушенных пиломатериалов и на единицу испаряемой влаги из 1 м3 древесины.
Оба показателя зависят от ряда факторов: влажности, породы, сечения материала, его назначения. Расход тепловой энергии также зависит от параметров окружающей среды, определяющие температуру и влажность древесины.
Однако удельный расход тепловой энергии в расчете на 1 м3 высушенного материала не совсем корректный, так как условия проведения сушки в зависимости от внешних условий разные. Начальная температура древесины после подсушки в среднем около +15 °С, у древесины без подсушки зимой -26 °С и среднегодовая +5,6 °С в условиях Воронежа.
Наиболее точной базой сравнения является удельный расход тепловой энергии в расчете на 1 кг испаряемой влаги для материала одной породы и одного сечения, и не дает таких больших различий в зависимости от влажности и температуры окружающей среды.
При камерной сушке от начальной
влажности WH - 90 % и до конечной WK -
3
8 %, количество испаряемой влаги из 1 м составило 302,4 кг/м3. При комбинированной сушке 134,4 кг/м3. Удельный расход тепловой энергии на 1 кг испаряемой влаги в зависимости от способа сушки составил соответственно 5549,5 кДж/кг и 5090,1 кДж/кг.
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
Сокращение удельного расхода тепловой энергии на 1 кг испаряемой влаги составило около 10 %. Следовательно, комбинированный атмосферно-камерный способ сушки является более эффективным, энергосберегающим, способствующим снижению себестоимости сушки.
Преимущество комбинированной сушки по сравнению с камерной заключается еще в том, что после предварительного подсушивания влажность материала становится более равномерной по сечению, длине и штабелю в целом. После чего при камерной досушке древесины просыхание её становится более равномерным. Это будет способствовать снижению величины внутренних остаточных напряжений, которые являются одним из показателей качества сушки.
Так в дубовых заготовках смешанной распиловки сечением 32*150 мм и длиной более 0,5 м после сушки в камере от различной начальной влажности около 70 % (свежесрубленная древесина) и 45 % (после предварительной подсушки) до конечной влажности 10 %, величина внутренних остаточных напряжений соответственно составила 7,5 МПа и 4,5 МПа. Остаточные внутренние напряжения 4,5 МПа ниже допустимых (<?доп), которые равны
,7ар , где а р - предел прочности при растяжении поперек волокон. Для дуба при влажности 10 % апрв' равна в радиальном направлении 8,4 МПа, в тангенциальном 6,8 МПа. Таким образом, при комбинированном способе сушки древесина сохраняет высокое качество - снижается процент брака по трещинам, повышается её формоустойчивость. Кроме величины
остаточных внутренних напряжений была определена усушка заготовок в зависимости от способа сушки.
При комбинированном способе сушки величина усушки дубовых заготовок была ниже, чем при камерной сушке. Так при конечной влажности 10 % усушка заготовок по толщине составила при комбинированной сушке 4,3 % при камерной сушке 6,5 %. Увеличение усушки составило около 40 %.
При сушке твердых лиственных пород, у которых хорошо развита паренхимная ткань, величина усушки зависит от условий сушки и начальной влажности древесины. Так сушка свежесрубленной древесины дуба температурой свыше 50 °С при степени насыщенности воздуха около 80 % приводит к усушке, значительно превышающей аналогичную усушку при атмосферном высушивании или при предварительной подсушке до переходной влажности 40-45 %, а затем досушки в камере.
Проведенные опытные сушки на ряде деревообрабатывающих предприятий г. Воронежа показали, что сушка в камере дубовых заготовок сечением 32*100 мм и длиной 0,5 м от свежесрубленного состояния (WH около 70 %) и после предварительного подсушивания до переходной влажности 40-45 % и конечной влажности 6 % вызвала усадку штабеля: при камерной сушке 108 мм, при комбинированной сушке - 75 мм. Увеличение усадки при камерной сушке составило 30 %.
Увеличение усадки можно объяснить развитием коллапса, то есть сплющиванием клеток и даже полного исчезновения их полостей при удалении из них свободной вла-
Лесотехнический журнал 3/2014
203
Деревопереработка. Химические технологии
ги. Одним из основных условий развития коллапса является значительное количество свободной влаги в древесине. При комбинированном способе сушки древесины, основная масса свободной влаги удаляется в процессе атмосферной сушки и при последующей камерной досушке испаряется в основном связанная влага. Этим и объясняется снижение усушки древесины.
Таким образом, комбинированный атмосферно-камерный способ сушки является энергосберегающим, сокращает расход тепловой энергии, ресурсосберегающим - повышает качество высушенного материала за счет снижения внутренних напряжений и количества трещин, повышения формоустойчивости, а также за счет снижения процента усушки древесины.
Библиографический список
1. Древесиноведение с основами лесного товароведения [Текст] : учеб. для лесотехн. вузов. - 3-е перераб. и допол. изд. / Б. Н. Уголев. - М. : МГУЛ, 2007. - 340 с.
2. Дьяконов, К. Ф. Комбинированное атмосферно-камерное высушивание дубовых заготовок [Текст] / К. Ф. Дьяконов, Т. К. Курьянова // Тезисы докладов семинара и совещания Всесоюзного координационного совета по сушке древесины. - Саласпилс. 1983. -
С. 115-116.
3. Игумнов, А. Я. Скорость и реверсирование воздушного потока при атмосферной сушке с побудительной циркуляцией воздуха [Текст] / А. Я. Игумнов // «Сб. науч. трудов ЦНИИМОД». - Архангельск, 1971. - Вып. 26.
4. Курьянова, Т. К. Исследование усадки древесины дуба в зависимости от режима сушки [Текст] : автореф. ... канд. техн. наук / Т. К. Курьянова. - М., 1981. - 24 с.
References
1. Ugolev B.N. Wood Science with the basics of forest merchandising [Ugolev B.N. Drevesi-novedenie s osnovami lesnogo tovarovedenija]. Moscow, 2007, 340 p. (In Russian).
2. Dyakonov K.F., Kuryanova T.K. Combined atmospheric and chamber drying of oak blanks [Dyakonov K.F., Kuryanova T.K. Kombinirovannoe atmosferno-kamernoe vysushivanie dubovyh zagotovok]. Tezisy dokladov seminara i soveshhanija Vsesojuznogo koordinacionnogo soveta po sushke drevesiny - Abstracts of the workshop and meeting of the All-Union Coordinating Council for Wood Drying, Salaspils, 1983, pp. 115-116. (In Russian).
3. Igumnov A.Y. The speed and reversing the airflow in the atmospheric drying with stimulating air circulation [Igumnov A.Y. Skorost' i reversirovanie vozdushnogo potoka pri atmosfernoj sushke s pobuditel'noj cirkuljaciej vozduha. Sb. nauch. trudov CNIIMOD]. Coll. scientific. TSNII-MOD works, 1971, Issue 26. (In Russian).
4. Kuryanova T.K. Investigation of shrinkage of oak wood depending on the mode of drying: Author. dis. cand. tehn. Science [Kuryanova T.K. Issledovanie usadki drevesiny duba v zavisimosti ot rezhima sushki: avtoref. kand. tehn. nauk]. Мoscow, 1981, 24 p. (In Russian).
204
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
Сведения об авторах
Курьянова Татьяна Казимировна - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кандидат технических наук, доцент, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Платонов Алексей Дмитриевич - заведующий кафедрой древесиноведения, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», доктор технических наук, доцент, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Киселёва Александра Владимировна - доцент кафедры древесиноведения, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кандидат технических наук, доцент, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Kuryanova Tatyana Kazimirovna - FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Ph.D. in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Platonov Aleksey Dmitrievich - Head of the Department of Wood Science of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», DSc in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Kiseleva Aleksandra Vladimirovna - Associate Professor of the Department of Wood Science of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Ph.D. in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
DOI: 10.12737/6289 УДК 684.04: 004.09
ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ В МУЛЬТИАГЕНТНОЙ СРЕДЕ
Д. А. Мешков1
доктор технических наук, доцент А. В. Стариков1 1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»,
г. Воронеж, Российская Федерация
Рассмотрена логическая структура технологического процесса проектирования (ТПП), выполняемого в мультиагентной среде виртуального конструкторского бюро мебели (ВКБМ), представленная набором проектных процедур, каждая из которых, в свою очередь, включает ряд проектных операций, связанных между собой. Приведено формализованное представление ТПП в виде метаграфа. Подобное формализованное представление обеспечивает возможности, упрощающие управление процессами с динамической структурой и позволяющие достигать необходимого уровня детализации их структуры при моделировании конкретной задачи проектирования.
Лесотехнический журнал 3/2014
205
