Древесина является весьма важным и ценным производственным сырьем. Трудно назвать какую-либо отрасль промышленности или строительства, где не использовалась бы древесина в виде пиломатериалов, фанеры, различных плит и пр.

Однако древесина отличается серьезным недостатком - повышенной влажностью. В срубленном дереве влага играет отрицательную роль, ухудшая технические свойства древесного материала. Такая древесина подвержена загниванию, вызываемому разными грибами, разрушающими ее структуру.

Изделие, изготовленное из влажной древесины, непрочно. Оно рассыхается, растрескивается, коробится и выходит из строя намного раньше срока. Поэтому, влага является серьезной помехой и должна быть удалена из древесины предварительно, до употребления по назначению. С этой целью древесину сушат до определенной степени влажности, соответствующей условиям эксплуатации сооружения или изделия.

Сушка древесины представляет собой обязательное и очень важное звено в технологическом процессе механической обработки древесины.

За последние 15 лет в лесоперерабатывающем комплексе произошли коренные изменения. Монополия государства по распределению лесных ресурсов закончилась, лесные богатства стали переходить в частные руки.

Объем глубокой переработки древесины увеличился в несколько раз, так как бурными темпами стало расти жилищное и промышленное строительство, которое предъявляет все возрастающие требования на пиломатериалы, в том числе на сухие.

В последнее время произошли значительные изменения в организации, технике и технологии сушки древесины. Если раньше основной объём сушки древесины приходился на крупные деревообрабатывающие и лесопильные предприятия, где сооружались большие сушильные цеха, то сейчас основная масса древесины перерабатывается на малых предприятиях, потребность которых может быть обеспечена одной-двумя камерами небольшой загрузочной ёмкости. Многие малые фирмы пытаются реконструировать устаревшие камеры или даже создают самодельные простейшие сушильные устройства, которые не могут обеспечить качественной сушки материала. Вместе с тем, рынок предъявляет всё более жёсткие требования к качеству изделий из древесины.

Низкое качество сушки древесины, обусловленное неудовлетворительным техническим состоянием сушилок и слабой технологической подготовкой обслуживающего персонала, приводит к скрытому браку - неравномерному распределению конечной влажности, который долгое время может оставаться незамеченным и сказаться тогда, когда изделие уже находится в эксплуатации.

Современные лесосушильные камеры как отечественного, так и зарубежного производства позволяют достичь высокого качества сушки древесины. Они оснащены системой автоматического управления процессом и являются сложным комплексом оборудования, требующим квалифицированного обслуживания.

В наше время в деревообрабатывающей промышленности используются и разрабатываются различные способы сушки древесины. По методам передачи тепла выделяются 4 вида сушки : конвективная, кондуктивная, радиационная и электрическая (диэлектрическая и индукционная). Разновидностями конвективной сушки древесины являются: газопаровая (камерная), атмосферная, жидкостная, ротационная, вакуумная и конденсационная.

В настоящее время самым распространенным способом сушки древесины является камерная сушка в конвективных камерах. Этот способ постоянно совершенствуется, путем создания новых, более качественных и экономичных камер или путем модернизации (замены устаревшего оборудования- новым, более производительным) камер.

Камерная сушка.

Процесс сушки происходит в конвективных камерах. Эти камеры классифицируются по следующим признакам: принципу действия, устройству ограждения, виду теплоносителя, циркуляции агента сушки.

По принципу действия различают камеры периодического действия и непрерывного. Камеры периодического действия представляют собой помещения, в которые загружается определённый объём материала, высушивается, а затем выгружается. Режимы сушки здесь изменяются с течением времени в зависимости от влажности древесины. На период загрузки и выгрузки камеры процесс сушки прекращается.

В источнике /1/ предложен способ сушки древесины в сушильной камере с из­мерением температуры и влажности древесины в процессе сушки и использованием полученных данных для внесения в технологи­ческий процесс необходимых изменений с целью его оптимизации. Установка включает в себя сушильную камеру, инжектор, нагре­ватель для нагрева воздуха внутри камеры, систему подачи воз­духа в камеру, устройство для вывода отработанного воздуха из камеры, систему измерений температуры и влажности древеси­ны.

Объединением "Киевлес" (Украина) /2/ предлагаются лесосушильные камеры мобильные КСПЕ-22Н, КСПЕ-2НУ. Камеры предназначены для сушки пиломатериалов хвойных, мяг­ких и твердых лиственных пород в паровоздушной среде до конеч­ной влажности 7-8% с автоматическим поддержанием в камере заданной температуры и влажности. Приводится техническая ха­рактеристика сушильных камер.

В литературе /3/ предлагается способ сушки древесины (брусьев). Устройство представляет собой сушильную камеру, противоположные торце­вые стенки которой имеют отверстия одно для впуска теплоно­сителя, другое — для выпуска смеси отработанного теплоносителя и пара. Внутри камеры помещается платформа с размещенными на определенном расстоянии друг от друга П-образными опорами, на верхнюю горизонтальную связь которых укладыва­ются концы брусьев. Между опорами над брусьями расположен механизм создания прогиба брусьев. В стойках опор устанавлива­ется механизм, с помощью которого осуществляется поворотное относительно продольной оси брусьев движение на 90°. После загрузки платформу устанавливают в камеру и задают програм­му сушки. Отличительные особенности предлагаемых способа и устройства заключаются в том, что в процессе сушки брусьям придаются изгибающие нагрузки, вызывающие их допускаемый прогиб с интенсивностью 1-30 прогибов в минуту. Кроме того, в процессе сушки брусья поворачиваются относительно продоль­ной оси по режиму 0 ^о -90^о-180°-90^о-0° с интервалом 10-30 мин.

Фирма Lauber GmbH (Германия) сообщает /4/ о разработанных сушильных установках. Программа производства фирмы включает установ­ки, предназначенные для применения на промышленных пред­приятиях и столярных мастерских с использованием для сушки древесины продольных и поперечных потоков свежего и отрабо­танного воздуха. Су­шильные установки с продольным движением потоков воздуха предназначены для скоростной сушки древесины на предприя­тиях малой и средней мощностей. В сушилках подача свежего воздуха и отвод отработанного осуществляется через патрубки, установленные в одной из торцевых стенок. В этой же зоне уста­навливаются радиальные вентиляторы и нагреватели, поставля­емые в виде смонтированного на алюминиевой плите общего бло­ка. Сушилки поперечного движения потоков воздуха выпускаются вместимостью в пределах 10—35 м³ уложенных в штабель пилома­териалов, оснащены фундаментными плитами Способы загруз­ки — различные. Функционируют в режиме программного упра­вления посредством системы MP 902. Характеризуются высоким качеством сушки, что обусловлено регулярной сменой направле­ния поперечных потоков воздуха, сниженным потреблением элек­троэнергии.

В источнике /5/ предлагается способ высокотемпературной сушки древесины. Способ реализуется путем выполнения ряда последовательных операций: предварительного нагрева и увлажнения материала. сушки материала при температуре испарения воды; постепенного нагрева материала; стабилизации температуры в диапазоне 150-240°С при регулировании давления и постепенное охлаждение и увлажнение материала. Такой способ в отличие от известных устраняет возникновение дефектов в обработанном древесине та­ких как растрескивания, приводящие к снижению эффективности использования древесины.

Основными элементами таких сушилок являются: циркуляционное оборудование (вентиляторы), система нагрева (калориферы), система управления (регуляторы).

Вентиляторы должны обеспечивать необходимую скорость и равномерность распределения сушильного агента по материалу для различных пород с целью получения высшего качества и оптимальной продолжительности процесса сушки древесины. Для побуждения циркуляции сушильного агента используют осевые и, в отдельных случаях при большом сопротивлении, центробежные вентиляторы. К этому оборудованию должны предъявляться жёсткие требования по его надёжности при эксплуатации в среде с высокими температурой и влажностью.

В литературе/6/ сообщается об исследовании влияния скорости вращения вен­тилятора, а следовательно, скорости воздушного потока, на суш­ку пиломатериалов из древесины дуба и сосны в штабеле в су­шильной камере. Приводятся характеристики материала и скоро­стей вращения вентилятора, измерительной системы, методика исследования, результаты опытов и их анализ, на основании ко­торого даны практические рекомендации. Установлено, что сни­жение скорости вращения вентилятора уменьшает скорость воз­душного потока и расход электроэнергии. Совершенствование ре­жима сушки пиломатериалов предусматривает целесообразность снижения скорости вращения вентилятора до 50 и 75% в заключи­тельной стадии сушки, что не увеличивает продолжительность процесса сушки

В /7/ приведена статья, в которой описывается разработанная фирмой «Экстра класс» печь- калорифер ЭК-503 тепловой мощностью 60-100 кВт. Была построена кирпичная сушилка по типу СПМ-1К с двумя осевыми нереверсивными вентиляторами, оснащенная системой воздухообмена. Для увлажнения сушильного агента был разработан электрический парогенератор мощностью до 30 кВт. Были модернизированы камеры Урал-72 с переводом на теплоснабжение от печи- калорифера. Представлена схема такой камеры. Приводятся данные полученные врезультате анализа эксплуатации лесосушильных камер с печью- калорифером.

В /8/ сообщается о системе увлажнения в сушильной камере для суш­ки древесины, имеющей обычно прямоугольную форму и раздвиж­ные двери для загрузки и разгрузки пиломатериалов, уложенных в штабели на полу камеры. Система включает в себя диск диа­метром около 254 мм и толщиной 0,5 мм со специальным по­крытием и радиальными прорезями, установленный на валу двигателя (электрического, гидравлического или пневматического) с числом оборотов примерно 3600 в мин , трубопровод, систе­му регулирования подачи воды. Вода из трубопровода поступает на вращающийся диск и разбрасывается по камере мельчайшими каплями диаметром от 5 до 20 мкм.

Камеры непрерывного действия представляют собой помещения, туннели, в которых постоянно находится древесина, перемещаемая на вагонетках. Материал высушивается по мере прохождения им туннеля, от сырого конца к сухому. Режимы сушки изменяются по мере продвижения материала по длине камер.

В источнике /9/ описано использование импульсных режимов, обеспечивающих высокое качество сушки дубовых пиломатериалов в камерах непрерывного действия.

Камеры непрерывного действия применяются обычно на крупных предприятиях при массовой сушке товарных пиломатериалов до транспортной влажности, а также для сушки хвойных пиломатериалов, берёзы и осины, идущих на столярно-строительные изделия, тару, сельхоз- и вагоностроение.

По устройству ограждения камеры подразделяются на стационарные и сборные. Стационарные камеры строятся на месте их эксплуатации из строительных материалов, а сборные, как правило, металлические, изготавливаются заводским способом и собираются на месте их эксплуатации.

По теплоносителю камеры различаются на паровые, электрические, водяные, газовые. В первых трёх агентом служит влажный воздух или перегретый пар, а в последнем - смесь воздуха и топочных газов.

По циркуляции воздуха различают камеры с естественной и принудительной циркуляцией. Газовые и электрические бескалориферные камеры (аэродинамические) имеют только принудительную циркуляцию.

Естественная циркуляция создаётся за счёт разности плотности нагретого и охлаждённого воздуха: горячий, более лёгкий воздух стремится вверх, а охлаждённый, тяжёлый - вниз. Поскольку воздух в силу этого циркулирует вертикально по штабелю, пиломатериалы укладываются со шпациями. Камеры с естественной циркуляцией давно устарели, хотя продолжают эксплуатироваться на ряде предприятий. Продолжать эксплуатировать такие камеры нерационально, так как они малопроизводительны, качество сушки в них низкое из-за большой неравномерности распределения конечной влажности по штабелю.

Принудительная циркуляция воздуха или газа достигается при помощи вентиляторов. Побуждение циркуляции может быть прямое когда перемещение воздуха осуществляется непосредственно вентилятором, или косвенное (эжекционное) когда побудителем циркуляции служит энергия струй сушильного агента, вытекающих с большими скоростями из сопл эжекторов. Эжекционные камеры были распространены в 50-60-х гг., теперь же эта конструкция устарела. Но несмотря на большие энергозатраты на циркуляцию, большую неравномерность сушки, эти камеры продолжают эксплуатироваться.

По кратности циркуляции сушильного агента камеры могут быть с однократной и многократной циркуляцией. При однократной циркуляции сушильный агент после прохождения через штабель полностью выбрасывается в атмосферу; при многократной - воздух постоянно циркулирует по штабелю в течение всего процесса сушки и только часть его выбрасывается. В современных лесосушильных камерах используется только многократная циркуляция воздуха.

Современные лесосушильные камеры имеют прямое побуждение воздуха, создаваемое осевыми или центробежными вентиляторами.

В зависимости от направления движения сушильного агента различают камеры с вертикальным или горизонтальным кольцом циркуляции. Вентиляторные установки в камерах с вертикальным кольцом циркуляции расположены в верхней части над штабелями, а с горизонтальным - за штабелем.

В области сушки древесины конвективным способом проводятся различные исследования с целью улучшения сушильных камер, улучшения свойств высушиваемых пиломатериалов и совершенствованием процессов, проходящих в камерах.

В /10/ приведена статья, в которой рассматриваются результаты исследовательской рабо­ты, проведенной на факультете Fakultat fur Holztechnologie, Landwirtschaftliche Universitat zu Warschau (Польша) с целью определения конструктивных и технологических особенностей паровых сушилок древесины, применяемых в 19 веке. Все сушиль­ные камеры 19 века характеризуются повышенным потреблением тепла с целью выпаривания влаги из древесины и работали по принципу конвекции — в сушилку подавался пар, перемещавший­ся в продольном или поперечном направлении, проходил через штабели древесины по системе циркуляции и удалялся из су­шилки в виде мокрого пара. Внутренние поверхности стенок сушильных камер выполнялись из материала, имеющего во­доотталкивающие свойства или минимально абсорбирующего. Загрузка и выгрузка древесины осуществлялась посредством ручных тележек.

Однако сейчас все разработки и исследования направлены на снижение энергозатрат, снижение себестоимости сушки древесины и улучшения контроля и регулирования режимов сушки.

В источнике /11/ отмечены различия в технологии конвективной сушки в воз­душно-паровых средах и жидкостях; да­на экономическая и производственно-техническая сравнительная оценка этих процессов

В /12/ рассмотрены свойства сушильных агентов, применяемых для сушки древесины, процессы изменения состояния воздуха. Даны основные сведения о механизме процессов сушки, характере раз­вития сушильных напряжений. Приведены конструкции сушиль­ных камер для пиломатериалов. Большое внимание уделено тех­нологии камерной сушки пиломатериалов и качеству сушки. До­полнительно даны основные сведения по сушке шпона, измельчен­ной древесины, древесноволокнистых плит. Изложены принципы контроля и регулирования режимов сушки.

В настоящее время получили распространение различные комбинированные способы сушки пиломатериалов

В НПФ «Веполь» исследована возможность сушки пиломатериалов в конвективно-микроволновой сушилке. В статье /11/ приводятся описание и основные технические данные сушилки. Сушка пиломатериалов до требуемой конечной влажности осуществляется в две стадии. Предложенный порядок проведения технологического процесса сушки позволяет создавать в объеме штабеля пиломатериалов оптимальные градиенты температуры, влажности и давления (обеспечивающие выравнивание скоростей миграции влаги из внутренних слоев древесины к наружным и ее удаление с поверхности пиломатериалов), а также обеспечивает более мягкие режимные условия(4).

В /13/ приведена статья, в которой сообщается, что лаборатория университета Chonnam (Корея) разработала схему комбинированной установки и эффективный способ сушки пиломатериалов. Для сушки на опытной установ­ке использованы бруски корейской красной сосны толщиной 25 и 50 мм, длиной 200 мм и шириной 100 мм. Применены микровол­новый нагрев и конвекционная сушки потоками горячего возду­ха. Микроволновая печь мощностью 700 Вт с частотой 2450 Гц! оснащена центробежным вентилятором подачи горячего воздуха температурой 100°С. Продолжительность сушки 89.5-186,5 ча­сов. Предусмотрено автоматическое регулирование параметров процесса сушки. Влажность досок снижена с 93,7 до 7,7%. Обес­печена равномерная сушка пиломатериалов с минимальным рас­ходом энергии.

Так как комбинированные способы сушки пиломатериалов используются в деревообработке, то для них проводят различные иссле­дования.

В источнике /14/ представлены результаты расчётно-экспериментальных иссле­дований распределения тепловой мощности сушильного агента (паровоздушной смеси) при сушке штабеля условного материала в вакуумно-конвективной лесосушильной камере конструкции ФГУП ЦНИИ « Буревестник» , направленных на снижение энергоемкости технологии сушки древесины с учетом тепловых по­терь через ограждения.

В /15/ сообщается, что лаборатория технологического университе­та УкрГЛТУ (Киев, Украина) исследовала особенности процесса сушки древесных материалов. Для опытов использованы пило­материалы из дуба, бука, березы, ели, сосны, пихты, кедра и других деревьев. Применён комбинированный способ с исполь­зованием сушки в атмосферных условиях я в сушильной камере Атмосферная сушка досок толщиной 32-60 мм проведена до рав­новесной влажности 20-22% при коэффициенте влагопроводности 1,24×10 см² /с. Применение комбинированной сушки позволило в 4 раза уменьшить расход тепла на сушку древесины. Метод ре­комендовано использовать при проектировании сушильных цехов деревообрабатывающих предприятий

В статье/16/ рассматриваются результаты исследования различных спосо­бов временного контроля за процессом сушки древесины. Приводятся характеристики методов контроля, методика исследования, анализ результатов исследования, на основании которого даны рекомендации о применении в процессе сушки лиственной древесииы комбинированного способа, который может быть использован в автоматическом способе контроля.

Наряду с традиционными конвективными камерами определённое распространение получили вакуумные и конденсационные сушилки.