Энергосберегающие технологии аэродинамической сушки древесины хвойных пород без искусственного увлажнения при производстве евроокон Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ ХВОЙНЫХ ПОРОД БЕЗ ИСКУССТВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЕВРООКОН

Чернышев А.Н. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)

Energosavings technologies of the aerialdynamically drying wood coniferous sorts without artificial moistening at production evrowindows

Сушка влажных материалов, или тепло- и влагообмен между высушиваемым пиломатериалом и средой, является не столько теплотехническим процессом, сколько технологическим, в котором изменяются свойства высушиваемого материала. Поэтому задача сушки состоит в том, чтобы быстро высушить материал с качеством, удовлетворяющим определённым требованиям при минимальных производственных затратах.

На кафедре МТД ВГЛТА в течение 10 лет под руководством проф. Филонова А.А. проводятся лабораторные и производственные сушки древесины различных пород в камерах периодического действия без искусственного увлажнения среды.

Отличительной особенностью сушки древесины в аэродинамических камерах любой мощности является изменение во времени температурно-влажностных параметров среды без искусственного её увлажнения. Отсутствие технологического пара на увлажнение сушильного агента вызывает дополнительные трудности поддержания режимных параметров среды с точки зрения их безопасности. Длительность процесса при этом обусловливается тепловой мощностью камеры, её герметичностью, характеристикой материала и внешними условиями сушки.

При сушке пиломатериалов в аэродинамических камерах при переменных условиях среды, когда происходит испарение влаги с постепенным углублением границы фазового перехода и увеличением критерия фазового перехода s, процесс теплоотдачи значительно уменьшается. Особенностью закономерностей механизма переноса тепла и влаги к поверхности материала является их взаимосвязь как единого комплексного процесса аэродинамической сушки при нестационарных полях температуры, влажности и скоростях в обрабатывающей среде и внутри материала. В первую очередь это связано с перегревом поверхности материала и снижением интенсивности сушки. Сухой слой поверхностной зоны материала препятствует передаче тепла во внутреннюю зону, а снижение разности между температурами среды и поверхности создаёт дополнительное сопротивление движению теплового потока, что приводит к снижению коэффициента теплообмена.

Совокупность этих явлений при сушке в аэродинамических камерах, в которых условия среды изменяются во времени, а степень насыщенности агента сушки можно изменить только за счёт влаги, испаряемой из материала, кинетика (среднее значение потенциалов переноса) процесса в значительной мере определяется физико-механическими свойствами самого материала. Изменение

локальной влажности и локальной температуры с течением времени зависит от взаимосвязанного механизма переноса влаги и тепла внутри материала и мас-со- и теплообмена поверхности материала с окружающей средой и напрямую влияет на развитие внутренних напряжений сушки. Этот механизм имеет очень сложный характер, который дополнительно осложняется тем, что одновременно с прогревом материала происходит сушка поверхностных слоёв.

Общая постановка плоской задачи термовлагопроводности в декартовых координатах заключается в определении восьми функций а2, ау, аху, в2, еу, еху, и2, иу, удовлетворяющих при отсутствии объёмных сил двум уравнениям равновесия:

^ + ^ = + ^ = 0, (1)

& ду & ду

трём соотношениям между деформациями и напряжениями, а также трём соотношениям между деформациями и перемещениями:

^ = £,гу = £е = + £> (2)

Теоретическая задача определения величины внутренних напряжений в зависимости от влажностно-температурного поля внутри ограниченной пластины как модели обрезного сортимента, подвергающегося сушке для производства окон была успешно решена. В результате были получены следующие равенства.

Обобщённая чисто влажностно-тепловая деформация, соответствующая растяжению пластины е^ выглядит следующим образом:

1 1

7,2 2 ( л л\

_ П Ж

"" I22 Ъ2 ,

(3)

12(1 + у)

Обобщённая чисто влажностно-тепловая деформация, отвечающая изгибу пластины, при искомом поле влажности определяется выражением:

ш а С ™ 1 ^

_ Ср. М

=

2А1

уЕ

1 - 2ж'г) , (4) ч Ж )

где Х^, =----изотермический коэффициент Ляме.

(1 + у)(1 - 2у)

Формулы для внутренних напряжений по толщине, ширине и длине сортимента:

кЕШ

21пг

г-1

1 -у

(£гш + -Хш ) -£

1 + у 4Хгш-г-1 ^ Л

гш л 2

1 -у

гШ^ г-1

ТП:

I у -

8 Ъ

Ъ I

2 ^ . -Т

— 81п —-

соб

= ОкЕШ;

^у =

-к^КуЕ 21п у г-1 У

1-у

(£гш + -г ^гш ) £

1 + у Л

1 -у2

Ту

(Ю$8-I у -

1 -

ъ лл

соб

=

V V

х1у1кЕ¥

8_Ъ 2

— тих

Б1П -

= ОукЕШ; (5)

4 у 2 б1п 82 (у - Ъ/~) 2 тх __

Хтг-1 /2)со8 -ТХ = ПкЕШ,

2(- 1п хг-1у- - 1)1п хг-1у-

Т-,

8Ъ

Б1п

I

2

где к - коэффициент усушки древесины; -и у, Х[ - относительные координаты;

Ш = Ш-Ш0 - приращение относительно начальной влажности 'о, %; Е = Е - Е 1 - приращение модуля упругости, МПа;

/12(1 + у)£^ -т ~

8 = у— ^ - нормальный прогиб.

Для решения задачи поиска рациональных режимов сушки был проведён расчёт продолжительности сушки при различных возможных сочетаниях параметров режима для обрезных пиломатериалов. Параметры режима следующие: сушка сосновых сортиментов с размерами поперечного сечения 95*32мм с начальной влажностью 'н=85% до конечной влажности 'к=8% при изготовлении евробруса и евроокон. Исходные данные для расчёта формул получены на основе уравнения влагопроводности. Расчётная продолжительность сушки уточнялась посредством сравнения с опытными производственными сушками.

Результатом проведённого анализа напряжённо-деформированного состояния обрезного сортимента во время его гидротермической обработки являются 4-ступенчатые режимы низкотемпературного процесса сушки сосновых пиломатериалов в аэродинамических сушильных камерах периодического действия (Таблица 1) [1].

Таблица 1 - Режимы низкотемпературной сушки сосновых пиломатериалов в аэродинамических камерах

1

х

2

1

х

I

ср. пара- номер режима

вл- метр ас1 ас2 ас3 ас4 ас5 ас6 ас7 ас8 ас9

сть, режи- толщина, мм

% ма 22 25 32 40 50 60 70 80 90

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

t,0C 66 66 66 64 64 64 62 60 58

At,°C 5 5 4 4 4 4 3 2 1

>50 ф 0,78 0,78 0,82 0,82 0,82 0,82 0,86 0,90 0,95

55 55 55 53 53 53 52 51 50

At,0C 7 7 6 6 6 5 4 3 2

50-35 Ф 0,68 0,68 0,72 0,72 0,72 0,76 0,80 0,84 0,90

t,0C 60 60 60 58 58 58 56 53 50

At,0C 10 10 9 9 9 8 7 6 5

35-25 Ф 0,58 0,58 0,61 0,61 0,61 0,65 0,68 0,72 0,75

t,0C 75 75 75 73 73 73 71 68 66

At,0C 24 24 23 23 23 21 20 19 18

<25 Ф 0,31 0,31 0,34 0,34 0,34 0,38 0,37 0,37 0,39

Выводы:

- полученные теоретические зависимости являются универсальными и позволяют использовать как одноосные модели (необрезная доска) при относительных координатах, равных единице, так и двух- (обрезная доска) и трёхосные (черновая заготовка) модели;

- анализ напряжённо-деформированного состояния обрезного сортимента во время его гидротермической обработки позволил обосновать энергосберегающий способ сушки, позволяющий снизить энергозатратность и продолжительность процесса по сравнению с режимами РТМ.

Литература

1. Патент РФ №2319915 С1 Способ сушки пиломатериалов [Текст] / А.Н. Чернышев, А.А. Филонов.- МКП7 F28 В1/00, 3/04. -№20061116335/06; Заявл.12.05.2006; Опубл. 20.03.2008, Бюл.№30. -4с.