CC BY
51
45 3 2.5 2 1 ! !
1
--i
H
4 1 1 1
.......................:........
: .......................1....................... —-------
.......................!..............
1.5 г т ""!.....
.......................т....................... ....................... .......................1....................
1
Лы*
I
\
1.5 1 0 \
........................ ....................... ...............JV---
i
я «t 0 » ЮТ ЮТ год 25 00 ЭООО 35 ГО *5
Рис. 7. Графики изменения давления в емкости (автоклаве) при использовании регулятора давления: «Нз» - задание линейного нарастания давления;«Н» - изменение давления;«- расход воздуха
На графике видно, что давление в автоклаве «Н» повторяет кривую задания давления «Нз» и, когда значение «Н» в емкости выходит на отметку 4 атм., видно незначительное сглаживание кривой давления в автоклаве. График расхода «О» повторяет график расхода, показанный в предыдущей модели (см. рис. 4).
Таким образом, на примере реализации закона линейного нарастания давления в автоклаве показано, что система управления давлением может быть достаточно гибкой. Линейный закон является наиболее предпочтительным, но возможны и другие, которые определяются требованиями технологического процесса.
Библиографический список
1. Гоппе Г.Г., Киргин Д.С. Математическая модель управления давлением газовых сред в автоклаве для вулканизации резиновых изделий // Вестник ИрГТУ. 2011. №11. С. 15-20.
2. Гоппе Г.Г. Математическая модель расхода потоков жидкостей в трубопроводах как звено САР // Автоматизация
химических производств / НИИТЭХИМ. М., 1973. №4. С. 3243.
3. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Ма^аЬ 6.0. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.
УДК 621.314.632
СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВОЗДУХА В КАМЕРЕ
А.А.Михеев1, М.П.Дунаев2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Для устранения основных недостатков камер с естественной циркуляцией предлагается способ сушки древесины с комбинированной циркуляцией. Снижение продолжительности процесса сушки возможно с помощью применения осциллирующих режимов. Сущность осциллирующего режима заключается в том, что общее время сушки по ступеням режима делится на циклы прогрева материала и его охлаждения по нормативной их продолжительности. Температурный разрыв между циклами прогрева и охлаждения принят в пределах 10-15 оС. Для увеличения скорости прохождения воздуха через штабель предлагается использование вентилятора, производящего периодический продув камеры согласно установленной программе.
1Михеев Алексей Александрович, аспирант, тел.: 89086411111. Mikheev Aleksei, Postgraduate, tel.: 89086411111.
2Дунаев Михаил Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры электропривода и электрического транспорта, тел.: (3952) 405128.
Dunaev Mikhail, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Electric Drive and Electric Transport, tel.: (3952) 405128.
Ил. 4. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: сушильная камера; комбинированная циркуляция; осциллирующие режимы сушки.
METHOD OF WOOD DRYING WITH COMBINED CIRCULATION OF AIR IN KILN A.A. Mikheev, M.P. Dunaev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article proposes a method of wood drying with combined circulation in order to eliminate the main shortcomings of kilns with natural circulation. The use of oscillating regimes enables to reduce the duration of drying. The essence of the oscillating regime is as follows: the total drying time by regime stages is divided into cycles of material heating and material cooling according to their standard duration. The thermal gap between heating and cooling cycles is set in the range of 10 -15°C. To speed up the passage of air through the pile the authors propose to use the fan producing a periodic blowing of the kiln according to the specified program. 4 figures. 6 sources.
Key words: drying kiln; combined circulation; oscillating drying schedules.
Введение. В деревообработке одним из самых энергозатратных технологических процессов является камерная сушка пиломатериалов. При этом разукрупнение деревообрабатывающей промышленности, произошедшее в период рыночных реформ, потребовало создания простых, недорогих и надежных в эксплуатации лесосушильных камер сравнительно небольшой производительности (от 500 до 3000 м3 условного пиломатериала в год). В связи с этим разработка энергосберегающей технологии сушки пиломатериалов в камерах малой мощности на основе научнообоснованных решений является актуальной научно-технической проблемой. Радикальным методом снижения энергозатрат на камерную сушку является применение естественной циркуляции сушильного агента.
К преимуществам камер с естественной циркуляцией воздуха можно бесспорно отнести следующее:
1. Простота конструкции.
2. Относительно более низкая стоимость самой камеры и соответственно более низкий уровень амортизационных затрат.
3. Отсутствие затрат электроэнергии на привод вентиляторных узлов и их обслуживание.
Наряду с указанными преимуществами камеры с естественной циркуляцией имеют и существенные недостатки:
1. Неравномерное высыхание материала по высоте штабеля (низ штабеля несколько «отстает»).
2. Низкий коэффициент заполнения штабеля пиломатериалом вследствие необходимости укладки со шпациями.
3. Относительно большая продолжительность процесса сушки.
Постановка задачи. Согласно сложившемуся мнению [1-3] причины недостатков камер с естественной циркуляцией воздуха кроются в крайне низкой скорости циркуляции (в пределах 0,2 м/с). Действительно, с увеличением скорости циркуляции воздуха по материалу сокращается продолжительность сушки и увеличивается производительность камер, но возрастают эксплуатационные расходы. При малой скорости движения воздуха доски просыхают неравномерно, наблюдается перепад влажности материала, лежащего у входа воздуха в штабель и выхода из не-
го. Проходя через штабель, воздух увлажняется. При малой скорости движения часть пути он проходит в насыщенном состоянии и поэтому не может захватывать с собой влагу из досок, лежащих относительно дальше от входа в штабель. Если скорость воздуха сравнительно большая, то благодаря большому количеству его и быстрому прохождению по материалу, каждое место штабеля равномерно омывается воздухом. Также на поверхности древесины вследствие ее шероховатости образуется слой покоящегося воздуха, который задерживает переход влаги из древесины в окружающую среду. Для перемещения насыщенного слоя и замены его более сухим необходимо увеличить скорость циркуляции воздуха. Этого можно добиться путём установки вентилятора.
Теоретическое обоснование. Наиболее экономичным для процессов сушки является применение дискретной (прерывистой) циркуляции сушильного агента [4-6]. Продолжительность циклов циркуляции и пауз в работе вентилятора зависит от породы древесины, геометрических размеров, сечений и влажности пиломатериалов. При этом переменному тепло- и массообменному воздействию подвергается лишь тонкий, поверхностный слой материала. Возникают затухающие тепловые волны, совершающие гармонические колебания от поверхности внутрь материала. Чем труднее просыхает материал (толще сортимент, плотнее древесина, ниже текущая влажность) и выше скорость воздуха, тем больше относительное время пауз. Процесс миграции влаги из средних зон материала продолжается непрерывно и при периодически отключенном вентиляторе. Это позволяет достичь:
- двух- четырехкратного сокращения расхода электроэнергии при сушке большинства сортиментов (больше для трудносохнущих сортиментов и материалов, при повышенных требованиях к качеству сушки, до более низкой конечной влажности, а также в теплое время года);
- гибкого регулирования приведенной средней скорости воздуха в штабеле на протяжении всего процесса сушки; например, в условиях применения регулируемого электропривода (1500 - 1000 - 750 об/мин) потребляемая мощность изменяется как 8; 3,4; 1;
- более равномерного просыхания древесины по объему штабеля, т.е. повышения качества сушки за
счет высоких абсолютных скоростей воздуха по материалу с прерывистой циркуляцией по сравнению с линейными скоростями при непрерывной циркуляции при сравнимых удельных расходах энергии;
- сокращения продолжительности процесса сушки.
Снижение продолжительности сушки также возможно осуществить с помощью применения осциллирующих режимов.
Сущность циклового (осциллирующего) прогрева заключается в том, что общее время сушки по ступеням режима делится на циклы прогрева материала и его охлаждения по нормативной их продолжительности. Температурный разрыв между циклами прогрева и охлаждения принят в пределах 10—150С (рис.1).
Сначала температура в камере повышается, повышая тем самым температуру верхних слоев древесины. При последующем понижении влажности и температуры воздуха в камере наружные слои древесины начинают отдавать влагу, в результате чего их температура становится ниже температуры внутренних слоев. В этом и заключается основной смысл применения осциллирующих режимов, так как продвижение влаги происходит от более нагретых слоев к менее нагретым. Таким образом, главное преимущество режима заключается в ускорении сушки. Помимо этого, усушка происходит равномернее, так как периодическое увлажнение наружных слоев приводит к устранению опасных напряжений.
Установка представляет собой камеру с естественной циркуляцией, где воздух нагревается посредством ТЭНов (теплоэлектронагревателей). К камере подключен осевой вентилятор с автоматической системой управления на основе преобразователя частоты ОапЮзБ РС-202. Периодически, согласно текущим значениям параметров сушильного агента, контролируемого с помощью датчиков, вентилятор включается на продув камеры, при этом синхронно открываются впускной и выпускной клапаны. Таким образом, под действием избыточного давления внутри камеры увлажненный воздух удаляется в окружающую среду и одновременно с этим штабель охлаждается.
По достижении заданных значений температуры и влажности вентилятор автоматически отключается и продолжается сушка с естественной циркуляцией.
Режим сушки контролируется с помощью программируемого логического контроллера, встроенного в преобразователь частоты.
Комбинированный режим представляет собой совокупность сушки с естественной циркуляцией с циклическим нагревом-охлаждением штабеля и промежуточным открытием выпускного канала (которая является наиболее эффективной для этого типа камер) и принудительной циркуляцией. Пример простейшего комбинированного режима приведен на рис. 2.
Помимо нагрева до определенной температуры требуется ее поддержание на заданном уровне в течение временных отрезков соответствующих режимов
Время, час
Рис. 1. Структура осциллирующего режима сушки в камере с естественной циркуляцией
На рис. 1 обозначено: ^ - начальная температура, 0С; ^.о. - температура циклового охлаждения, 0С; -температура циклового нагрева, 0С; тпр. - продолжительность первоначального прогрева, ч; тц. - продолжительность циклового прогрева, ч; тцо. - продолжительность циклового охлаждения, ч; то - продолжительность открытия вытяжного канала, ч; тохл. - продолжительность конечного охлаждения, ч; А ^ - амплитуда осциллирования температуры, С.
Экспериментальная установка. В лаборатории В-113 Иркутского государственного технического университета смонтирована экспериментальная установка, моделирующая лесосушильную камеру с комбинированной системой, работающую с применением осциллирующих режимов сушки.
сушки. Для этого предлагается использование автоматики на каждой «ступени» сушки. Алгоритм и график такого режима представлены на рис. 3 и 4.
«Верхняя ступень» - нагрев и поддержание температуры штабеля около верхнего температурного предела осцилляции без использования вентилятора.
«Нижняя ступень» - охлаждение штабеля и поддержание нижнего температурного предела осцилляции с включенным вентилятором.
Таким образом, реализуются:
- увеличение скорости прохождения воздуха по штабелю;
- прерывистая циркуляция агента сушки;
- осциллирующие режимы (нагрев штабеля - с помощью теплоэлектронагревателей - ТЭНов, охлаждение - за счет обдува вентилятором).
Рис. 2. Пример простейшего комбинированного режима сушки
начало
-£Т ВКЛ. нагрев
нет | ДЗ
_,4 ВЫКЛ нагрев
нет К40С
нет
Рис. 3. Алгоритм усовершенствованного комбинированного режима сушки
С использованием современной автоматики и контроля текущих параметров внутри камеры с помощью датчиков температуры и влажности возможна реализация практически любой последовательности прогрева, охлаждения и продува согласно требованиям заданной категории качества и скорости сушки.
Для создания более мягкого режима сушки потребуется либо снизить скорость воздуха при продуве, либо уменьшить время продува. Возможно исключить работу вентилятора из «нижней ступени», сделав кратковременный продув камеры непосредственно в
Рис. 4. График усовершенствованного комбинированного режима
заключение каждого цикла. Это позволит снизить энергозатраты на привод вентилятора.
Выводы, которые можно сделать с учетом изложенного выше, сводятся к следующему:
1. Для устранения основных недостатков камер с естественной циркуляцией предлагается способ сушки древесины с комбинированной циркуляцией.
2. Снижение продолжительности процесса сушки возможно с помощью применения осциллирующих режимов.
Сущность циклового (осциллирующего) режима заключается в том, что общее время сушки по ступеням режима делится на циклы прогрева материала и его охлаждения по нормативной их продолжительно-
сти. Температурный разрыв между циклами прогрева и охлаждения принят в пределах 10-150С.
3. Для увеличения скорости прохождения воздуха через штабель предлагается использование вентилятора, производящего периодический продув камеры согласно установленной программе.
Таким образом, организуется периодическая принудительная вентиляция, при которой насыщенный влагой воздух удаляется из камеры. Одновременно с этим происходит более интенсивное охлаждение штабеля, что положительно сказывается на продолжительности процесса сушки. Благодаря ускорению прохождения воздуха через штабель снижается неравномерность распределения конечной влажности в пиломатериале.
Библиографический список
1. Селюгин Н.С. Сушка древесины. М.: Гослестехиздат, 1940.
2. Кречетов И.В. Сушка пиломатериалов. М.: Гослестехиздат, 1946.
3. Альтшулер И.С. Расчет сушильных камер для древесины. М.: Гослесбумиздат, 1953.
4. Кречетов И.В. Сушка древесины. М.: Лесная промышленность, 1977.
5. Кречетов Н.В. Эффективность режимов сушки пиломатериалов с прерывистой циркуляцией воздуха // Рациональное использование энергетических ресурсов при сушке пиломатериалов. Саласпилс, 1983.
6. Дунаев М.П., Михеев А.А. Сушка пиломатериалов в камерах с естественной циркуляцией // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы МНПК. Иркутск, 2010. С. 50-54.
