CC BY
8
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 674.047 Проф. П.А. Бехта, д-р техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв;
ст. наук. ствроб. О. О. Штевська, канд. техн. наук -Нащональний аграрний умверситет, м. Kuïe
ПРОГНОЗУВАННЯ ЯКОСТ1 СУШ1ННЯ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В У КАМЕРАХ З ВОДЯНИМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯМ
Встановлено, що прогнозування якост сушшня за юнуючим алгоритмом розра-хунку розсiювання кшцево'1' вологосп пиломатерiалiв у камерах з водяним теплопос-тачанням не вiдповiдаe експериментальним даним, що пов'язано з вщсутшстю тем-пературно'1' складово'1' у рiвняннi для математичного сподiвання. Запропоновано описания процесу сушшня з врахуванням термовологопровщносп, на пiдставi якого от-риманi рiвняння кiнетики сушiння пиломатерiалiв рiзних порiд, якi використано для розрахунку можливого середнього квадратичного вщхилення кшцево'1' вологостi пи-ломатерiалiв за умови висушування в камерах з рiзними аеродинамiчними характеристиками.
Prof. P.A. Bekhta - NUFWT of Ukraine, L'viv;
Senior research officer O.O. Pinchevska -NAUof Ukraine, Kyiv
The prognosis of drying quality sawn timbers in water-supply
heating chambers
Were determined, that prognosis of drying quality by Feller's algorithm of calculation final moisture content dispersion in water-supply heating chambers don't correspond to experiments. Such result is concerning with absence the temperature component in the equation for mathematical expectation. Are proposed the description of drying process with the register of thermo-moisture permeability and adequate equations of different wood species drying kinetic, witch used for prognosis of sawn timbers final moisture content dispersion during drying in chambers with different aerodynamic characteristics.
Яюсть сушшня ииломатер1ал1в традицшно визначають шсля прове-дення процесу, тобто за фактом, коли ютотна змша наслщюв потребуе додат-кових енерговитрат. Вироби, зроблеш з неяюсно висушеноï деревини, мо-жуть руйнуватися, змшювати свою форму вже в процес експлуатаци, що призводить до незворотних втрат такого цшного продукту, як деревина. Тому розроблення мехашзму прогнозування якост сушшня пиломатер1ал1в позба-вить споживача вщ незапланованих втрат та гарантуе яюсть сушшня в камерах за певною категор1ею якосп сушшня.
Одним з показниюв якосп сушшня пилопродукци е р1вном1ршсть роз-подшення бажаноï кiнцевоï вологосп в парти висушеного матер1алу. Ïï прийнято оцшювати за величиною середнього квадратичного вщхилення в межах ±2SWk [1, 2]. Отже, юнцева волопсть пиломатерiалiв WK е випадковою величиною з гаусовим розподiленням [3].
Досягнення окресленоï вимогами КТМ величини ±2SWk залежить вiд багатьох факторiв, в тому числi i вщ iнших випадкових величин - початковоï
вологосл, теплофiзичних властивостей деревини, розподшення аеродинамiч-них полiв у сушарцi. Тобто процес сушшня пиломатерiалiв мае стохастичний характер.
Щоб розрахувати можливе вiдхилення кшцево! вологост окремих до-щок в парти ±2£^к, слiд розв'язати задачу динамжи сушiння пиломатерiалiв з випадковими граничними та початковими умовами. М.Н. Феллер [4, 5] побу-дував таку стохастичну модель сушшня необмежено! пластини i склав рiв-няння для момент1в першого та другого порядку. 1х розв'язком е алгоритм розрахунку дисперси кшцево! вологостi пиломатерiалiв за умови уявлення випадковими таких величин - початково! та рiвноважно! вологостi пиломате-рiалiв, коефiцiента вологообмшу.
Розрахунки за отриманим алгоритмом та !х експериментальна перевiр-ка показали задовiльнi результати у разi застосування технологи сушшня з попередшм на^ванням пиломатерiалiв у насиченому середовищi за шдви-щено! температури сушильного агента. За умови висушування пиломатерь алiв у сушарках з водяним теплозабезпеченням, коли вщтворення описаного початкового про^вання матерiалу е економiчно невигiдним, спостер^алася значна розбiжнiсть мiж експериментальними та розрахунковими даними роз-сiювання кшцево! вологостi.
Рис. 1. Кривi сушшня соснових пиломатерiалiв товщиною 50 мм:
Жрозр, розрахована за р1внянням вологопров1дност1, Жекс„, отримана тд час сушшня в камерах 1з водяним теплопостачанням у виробничих умовах, Жрозр - Wекс„, р1зниця м\ж розрахунковою та експериментальною кривими
Аналiз кшетики сушшня в цих камерах показав, що змша в час поточно! вологост вщбу-ваеться не за експоненщальною залежшстю, а мае складний характер, обумовлений нестащонар-ним тепловим полем, що впли-вае на перерозподш вологи в де-ревиш. Застосування рiвняння вологопровiдностi для описання кшетики про-цесу дае значну похибку (рис. 1), особливо на початку процесу сушшня.
Така рiзниця мiж розрахунковими та експериментальними даними мо-же бути апроксимована виразом:
Аи = (ио - ир)[Ае"аг- Ве~вт], (1)
де а, в, А, В - коефщенти.
Рiвняння (1) вiдповiдае введенню додаткового джерела зволоження у вираз для визначення математичного сподiвання змши вологостi в штабелi
■с 20.0
15.0
10,0
протягом сушшня, яке змшюеться за експоненцiальним законом. Тому для врахування температурно! складово! на процес перерозподiлу вологи в необ-меженiй пластинi було використано рiвняння, яке iмiтуе вплив температур-них полiв шляхом введення джерела вологи у виглядг
и = и 'ов~кт, (2)
де: и о - максимальна потужнiсть джерела; к - постiйна, яка враховуе вщнос-ну швидкiсть змши питомо! потужностi джерела.
Уявлення процесу сушшня пиломатерiалiв у лiсосушарках iз водяним теплопостачанням, як результат комплексно! ди явища вологопровiдностi та термовологопровщност з внутрiшнiм джерелом вологи, перетворюе задачу динамiки змiни вологостi, тобто першого моменту, на рiвняння:
ди , д2и и0е
-= а —— +
дт
' „~кт
дх 2
сро
за початкових
и (х, 0) = и0 - сот1
ди (0,т)
дх
= 0
i граничних умов
-а тм + г - и (К, т)П = о.
дх
(3)
(4)
(5)
(6)
Розв'язок ще! задачi з використанням зворотних методiв теплопровщ-ностi та масообмiну [6-8], дав змогу отримати рiвняння кшетики сушiння [9, 10] для пиломатерiалiв рiзних порiд та розмiрiв за товщиною. Знайденi рiв-няння змши математичного сподiвання вологостi пиломатерiалiв протягом часу в камерах з водяним теплозабезпеченням дають змогу шдрахувати роз-сiювання кiнцево! вологостi пиломатерiалiв з врахуванням флуктуацш поточно! вологост^ що виникають пiд час змши параметрiв режиму:
= ±
1
' - жрп) л2 уг&р-1 -
(7)
де: п - iндекс етапу режиму; 'пер - значення перехщно! вологостi на п-ому етапi режиму; ЖПер"1) - значення перехiдно!' вологост на попередньому етапi режиму, для початкових умов ИПер(п-1) = W0; }у0 - початкова вологiсть матерь алу; Wр(■n) - рiвноважна волопсть на п -ому етапi режиму; d<(n') - дисперсiя
рiвноважно! вологост на п-ому етапi режиму; d)(n-1) - дисперсiя поточно! во-логостi на (п - 1)-ому етапi режиму, при п = 0 дорiвнюе дисперсi! початково! вологост dWо.
Для проведення розрахункiв за виразом (7) необхщно мати дат про дисперсш початково! вологостi висушуваного матерiалу та дисперсiю рiвно-важно! вологостi, яка зумовлена розсiюванням теплових та аеродинамiчних полiв сушарки. Проведет дослщження [11] дали змогу визначити аналiтичнi залежностi мiнливостi температурних полiв вiд мiнливостi аеродинамiчних полiв камер протягом процесу сушшня пиломатерiалiв, як дають змогу за ре-
зультатами експериментально визначеного розсшвання швидкост1 циркуля-ци сушильного агента в штабел1, шдрахувати дисперсш р1вноважно! воло-гост деревини d¡W на кожному еташ змши режимних параметр1в.
Розрахунки очшуваного розсшвання кшцево! вологост пиломатерь ал1в хвойних та листяних порщ 8^озр було проведено з використанням режи-м1в, за якими вони були висушеш у виробничих умовах ВАТ "ВидубичГ. По-р1вняння !х з даними фактичного розсшвання кшцево! вологост 8факт показало, що розрахунков1 крив1 змши розкиду вологост пиломатер1ал1в в штабе-л1 мають задовшьний зб1г з експериментальними даними (рис. 2).
З метою визначення впливу розкиду аеродинам1чних пол1в сушарок на яюсть сушшня пиломатер1ал1в, були проведет розрахунки очжуваного розсь ювання кшцево! вологост пиломатер1ал1в за умови сушшня в р1зних камерах, а саме, в камерах, де проводився експеримент, та в будь-яких з шшими аеродинам1чними параметрами. Розрахунки проводилися для пиломатер1ал1в з р1зними, за величиною розсшвання, початковими умовами. На рис. 3 наведет крив1 розкиду б1жучо! вологост 8рзр за умови сушшня в камерах з р1з-
ними характеристиками аеродинам1чних пол1в - Тегшо^по (у = 0.85 м/с, V = 31,6%) та Сорса1 (у = 0.47 м/с, V = 72,1%), де V- швидюсть циркуляци
сушильного агента в штабел1 пиломатер1ал1в; - коефщ1ент И вар1аци.
10 70
9 • \Урозр,%
W+2Sw Сорса]
7 X __I__—■— \V-2Sw Сорса!
Ш . —и— W+2Sw Тепло 1е§по
о ——
W-2Sw Тегто1е$по
5
—•— Sw факт,"4 —■— розр,%
0 10 20 30
Тривалкть сушшня, Д1б
Рис. 2. Кривi змши розсЮвання вологостi дубових пиломатерiалiв товщиною 50 мм
10 15
Трившпсть суппння, Д10
Рис. 3. Розрахунковi кривiрозсювання
поточно'1 вологостi соснових пиломатерiалiв товщиною 50 мм за умови сушшня в рiзних камерах
Видно, що камера Тегшо^по, що мае вдв1ч1 бшьшу р1вном1ршсть розподшення швидкост циркуляци сушильного агенту в штабел^ забезпечуе менше розсшвання вологост в обсяз1 матер1алу. Для парти пиломатер1ал1в, вщбраних за р1внем початково! вологоси, що 1 висушувалися режимом з вщ-носно невеликим град1ентом сушшня, спостер1гаеться тдвищення розсь ювання поточно! вологост1, на початку процесу, внаслщок прших аеродина-м1чних характеристик сушарки. У пиломатер1ал1в з1 значною нер1вном1ршс-
тю початково! вологостi висушуваного матерiалiв вплив конструкци камери на якiсть сушiння е меншим.
Зменшити величину розсiювання кшцево! вологостi в парти пиломате-рiалiв пiсля висушування в камерах зi значною нерiвномiрнiстю аеродинамiч-ного поля, можна шляхом вибору вщповщного режиму, який забезпечить не-обхiдну яюсть сушiння. Проведенi розрахунки за рiвнянням (7) показали, що якiсно висушувати пиломатерiали всiх порiд з невеликим розкидом початково! вологосл, в камерах з кращими аеродинамiчними показниками, дозволяе режим з будь-яким градiентом сушшня. При цьому можна очжувати, що якiсть сушiння буде вщповщати першiй категорi! якостi. Отже, визначальним фактором в такому випадку буде мшмальний термiн сушiння (табл. 1).
Проведет дослщження дали змогу сформулювати загальнi рекомен-дацi! щодо прогнозування якост сушiння пиломатерiалiв у камерах з водя-ним теплозабезпеченням:
• для сушарок з р1вном1рним розкидом швидкост циркуляци агента сушшня в штабел1 пиломатер1ал1в - Уу < 25% будь-який режим забезпечуе яшсне сушшня за I категор1ею, нав1ть для пиломатер1ал1в з1 значною диспершею початково! вологостц
• для сушарок 1з задовшьним розкидом аеродинам1чного поля -26% < Уу < 40%, яшсного сушшня (за II категор1ею якост1) можна досягти шляхом пом'якшення режиму сушшня та, ввдповвдно, збшьшення тривалос-т процесу;
• сушарки з нер1вном1рним швидкшним полем Уу > 40% потребують модер-тзаци аеродинам1чно! схеми.
Табл. 1. Прогнозування розкиду ктцевоХ вологостi пиломатерiалiв _з втьхи товщиною 50 мм заумови сушшня рiзними режимами
Початкова волопсть, Wпоч, % Диспершя початково! вологоси, dwп Режим Уатсек Режим 1з постшним град1ентом Ог=2,3 Режим 1з рос-тучим град1ентом Ог=2,3-3,1 Режим 1з па-даючим гра-д1ентом Ог=2,3-1,8
Камера Тегшо^по
43 26,21 ±0,90 17* ±1,17 15 ±1,14 15 ±1,02 16
50 200,76 ±1,29 20 ±2,29 17 ±2,67 16 ±2,85 16
Камера Сорса1
43 26,21 ±2,20 17 ±2,41 15 ±2,18 15 ±2,20 16
50 200,76 ±2,32 20 ±3,05 17 ±3,29 16 ±3,91 16
ПримШка: * - термш сушшня в добах
Отже, запропонований метод розрахунку середнього квадратичного вдаилення кшцево! вологост пиломатерiалiв, який можна використовувати для прогнозу розкиду кшцево! вологост в парти пиломатерiалiв, що висушу-ватимуться в камерах рiзних конструкцш, дае змогу дослiдити як вплив не-рiвномiрностi початкових умов - розкиду початково! вологост пиломатерь алiв, так i граничних умов - розкиду аеродинамiчних i теплових полiв люосу-
шарок на яюсть сушшня nanoMaTepianiB i вжити вщповщних заходiв для от-римання висушених пилoмaтepiaлiв i3 заданими показниками якостт
Л1тература
1. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. -Архангельск: ЦНИИМОД, 1985. - 143 с.
2. Кер1вн1 техшчш матер1али з технологи камерного сушшня пиломатер1ашв/ За ред. Бшея П.В. - Льв1в: РВЦ УкрДЛТУ, 2003. - 72 с.
3. Шнчевська О.О. Нормашзащя оцшки якост сушшня// Наук. вюник НАУ: Зб. наук. праць. - К.: НАУ. - 2006, № 103. - С. 346-352.
4. Феллер М.Н. Бесконечномерные эллиптические уравнения и операторы типа П. Ле-ви// Успехи математических наук. - 1986, т.41, вып. 4(250). - С. 97-140.
5. Феллер М.Н., Пинчевская Е.А. О прогнозе качества сушки в конвективных лесосу-шилках// Оборудование и инструмент для профессионалов. - 2004, № 1. - С. 54-55.
6. Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Гостехиздат. - 1952. - 392 с.
7. Темкин А.Г. Обратные методы теплопроводности. - М.: Энергия. - 1973. - 464 с.
8. Сажин Б.С., Гудим Л.И., Реутский В.А. Гидромеханические и диффузионные процессы. - М.: Легпромбытиздат, 1968. - 200 с.
9. Пинчевская Е.А. Построение кривых кинетики сушки пиломатериалов при низкотемпературном процессе// Научные труды Грузинского государственного сельскохозяйственного университета. - Тбилиси: ГГСХУ. - 2007, ХХХХ1. - С. 80-84.
10. Пинчевская Е.А. Влияние термовлагопроводности на процесс сушки низкотемпературными режимами пиломатериалов лиственных пород// Annals of Warsaw University of Life Sciences, Forestry and Wood Technology. - 2007, № 62. - С. 130-135.
11. Шнчевська О.О. Щодо мшливосп aepoдинaмiчних та теплових пoлiв люосушарок// Свгт мeблiв i деревини. - 2005, № 4. - С. 40-42._
УДК 630.37 Проф. €.М. Лютий, д-р техн. наук; доц. Л.О. Тисовський,
канд. фЬ.-мат. наук; асист. 1.М. Рудько - НЛТУ Украти, м. Львiв
СТАТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК КАНАТ1В СПАРЕНИХ П1ДВ1СНИХ СИСТЕМ, ЗАВАНТАЖЕНИХ ВЛАСНОЮ ВАГОЮ
Запропоновано загальний пщхщ до моделювання та побудовано удосконалеш мoдeлi спарених тдвюних установок. На цш oснoвi розроблено метод розрахунку основних пapaмeтpiв несних канатив. Визначено оптимальну довжину каната поперечно! установки та розроблено рекомендацп щодо розрахунку пapaмeтpiв несних канатсв при виконанш проектних та експлуатацшних розрахунюв.
Prof. E.M. Lutyj; Assoc. prof. L.O. Tysovskyj; assist. I.M. Rud'ko -NUFWTof Ukraine, L'viv
Static calculation of ropes of the coupled pendant systems loaded by the body weight
The general approach to modelling is offered and the advanced models of the coupled pendant plant are constructed. On this basis the method of calculation of key parameters of bearing ropes is developed. The optimum length of a rope of cross-section plant is certain and recommendations to performance of design and operational calculations of parameters of bearing ropes are developed.
У сучасних умовах за шдвищених еколопчних вимог до виробничих процеЫв використання шдвюних транспортних систем у piзних сферах еко-номжи стае дедал бшьш актуальним i фшансово обгрунтованим. Зокрема, на
