2.2 Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в условном материале, м³ усл./год, определяется по формуле

, (2.13)

где Е_у - вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, м³/усл;

п_у – число оборотов камеры в год при сушке условного материала.

Вместимость камеры в условном материале, м³/усл., находится по формуле

, (2.14)

где Г – габаритный объем всех штабелей в камере, м³;

β_у – коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом.

Габаритный объем штабелей вычисляется по выражению

, (2.15)

где n – число штабелей в камере;

l, b, h – соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м.

Число штабелей в камере n = 14.шт.

Габаритная длина штабеля l = 6,6 м .

Габаритная ширина штабеля b = 1,8 м .

Габаритная высота штабеля h = 3,0 м .

м³

Число оборотов камеры в год (число загрузок), об./год, определяется по выраже­нию

, (2.16)

где 335 – время работы камеры в году, суток;

τ_{об. у} - продолжительность оборота камеры для условного материала, суток.

Продолжительность оборота камеры для условного материала τ_{об. у} =3,4 суток.

,об./год

В конечном виде формулу для определения годовой производительности камеры в условном материале можно записать

. (2.17)

2.3 Определение необходимого количества камер

Необходимое количество камер , определяется по формуле:

, (2.18)

Принимается блок из 5 сушильных камер.

2.4 Определение производственной мощности лесосушильного цеха

Производственная мощность лесосушильного цеха , , определяется по формуле:

, (2.19)

3 Тепловой расчет камеры

Производится с целью определения затрат тепла на сушку, расхода теплоноси­теля, выбора и расчета теплового оборудования камер и цеха (калориферов, трубопроводов).

3.1 Выбор расчетного материала

За расчетный материал принимаются самые быстросохнущие доски или заготовки из заданной спецификации. В этом случае камеры обеспечат сушку любого другого материала из этой спецификации. При проектировании универсальных лесосушильных камер за расчетный материал принимаются, как правило, сосновые обрезные доски толщиной 25 мм, шириной не менее 180 мм, начальная влажность около 80 %, конечная – в зависимость от целевого назначения.

В данной курсовой работе за расчетный материал принимаем сосновые обрезные доски толщиной 32 мм, шириной 210 мм, начальная влажность 80%, конечная– 10 %.

3.2 Определение массы испаряемой влаги

3.2.2 Масса влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов

Массу влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов, кг/м³, определяют по формуле

, (3.1)

где ρ_б – базисная плотность расчетного материала, кг/м³;

W_н, W_к – соответственно начальная и конечная влажность расчетного мате­риала, %.

Базисная плотность для древесины сосны ρ_б = 400 кг/м³ [ ].

Начальная влажность расчетного мате­риала W_н = 80 %.

Конечная влажность расчетного мате­риала W_к = 10 %.

кг/м³

3.2.2 Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры

Массу влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, кг/оборот, опреде­ляют по формуле

, (3.2)

, (3.3)

где Е – вместимость камеры, м³;

Г – габаритный объем всех штабелей в камере, м³;

β_ф – коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом.

м³;

кг/оборот

3.2.3 Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду

Массу влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с, определяют по формуле

, (3.4)

где τ_{соб.суш} – продолжительность собственно сушки, ч.

Продолжительность собственно сушки τ_{соб.суш} = 93,7 ч.

кг/с

Продолжительность собственно сушки, ч, определяют по формуле

, (3.5)

где τ_суш – продолжительность сушки расчетного материала, ч;

τ_пр – продолжительность начального прогрева материала, ч;

τ_{кон. ВТО} – продолжительность конечной влаготеплообработки, ч.

Продолжительность сушки расчетного материала τ_суш = 103 ч.

Продолжительность начального прогрева материала τ_пр = 7,3 ч [ ].

Продолжительность конечной влаготеплообработки τ_{кон. ВТО} = 2 ч [ ].

,

ч

где τ_суш-общая продолжительность сушки расчетного материала, ч;

n_шт- число штабелей по длине камеры непрерывного действия.

3.2.4 Расчетная масса испаряемой влаги

Расчетную массу испаряемой влаги, кг/с, определяют по формуле

, (3.6)

где k – коэффициент неравномерности скорости сушки.

Коэффициент неравномерности скорости сушки k = 1,0 .

кг/с.

3.3 Выбор режима сушки

Режим сушки выбирается в зависимости от породы и толщины расчетного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины.

В данной курсовой работе режим дан в задании, для этого варианта – это нормальный (Н), категория качества – II.

Таблица 3.1 - Параметры агента сушки

Средняя конечная влажность древесины, %	Параметры режима	Толщина пиломатериалов
		32-40 мм
Нормальные режимы (Н)
	t, оС	94
10-12	Δt, оС	25
	φ	0,35
	∆t2 >50%	5
	∆t2<50%	8

3.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

3.4.1 Агент сушки – влажный воздух

По выбранному режиму назначаются расчетная температура t₁ и относительная влажность воздуха φ₁ со стороны входа в штабель. Для камер непрерывного действия с противоточной циркуляцией они соответствуют параметрам в сухом конце камеры (t₁; φ₁ ).

Влагосодержание d₁, теплосодержание I₁, плотность ρ₁ и приведенный удельный объем υ_пр.1 определяются по Id – диаграмме.

Параметры агента сушки на входе в штабель приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2 - Параметры агента сушки на входе в штабель

Параметры	t1, оС	φ1	d1, г/кг	I1, кДж/кг	ρ1, кг/м3	υпр 1, м3/кг
Значение	94	0,35	261	792	0,83	1,49

3.5 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

1. Объем циркулирующего агента сушки

Объем циркулирующего агента сушки, м³/с, определяют по формуле

, (3.7)

где υ_шт – расчетная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с;

F_{ж.сеч.шт} - живое сечение штабеля, м².

Расчетная скорость циркуляции агента сушки через штабель υ_шт=2,5м/с

V_ц = 2,5·8,71= 21,77 м³/с

Живое сечение штабеля, м², определяют по формуле

, (3.8)

где n – количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки;

l, h – длина и высота штабеля, м;

β_в – коэффициент заполнения штабеля по высоте.

Количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки n = 1.

Коэффициент заполнения штабеля по высоте β_в = 0,56.

F_{ж.сеч.шт} = 1·6,6·3,0∙(1-0,56)= 8,71м²

2. Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги

Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг, опреде­ляют по формуле

, (3.9)

где υ_пр.1 – приведенный удельный объем агента сушки на входе в штабель, м³/кг;

Приведенный удельный объем агента сушки на входе в штабель υ_{пр. 1} =1,49 м³/кг [ ].

кг/кг

3.5.3 Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля в сыром конце камер непрерывного действия (t₂, φ₂, d₂, I₂, ρ₂, υ_пр.2) определяются с помощью построения теоретического процесса сушки, т.е. линия I₁=I₂=const . Для этого производится построение теоретического процесса испарения влаги.

Сначала на Id – диаграмму по выбранному режиму с параметрами t₁ и φ₁ (на входе в штабель) наносится точка I. Затем из точки 1 проводится линия I₁, парал­лельно основным линиям I = const. На оси влагосодержаний находится величина d₂. На пересечении линий I₁ и d₂ находится точка 2, характеризующая параметры воздуха на выходе из штабеля.

Рисунок 2 – Схема построения теоретического процесса сушки на Id – диаграмме

Влагосодержание на выходе из штабеля, г/кг, определяют по формуле

, (3.10)

г/кг

Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля приведены в

таблице 3.3

Таблица 3.3 - Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля

Параметры	t2, оС	φ2	d2, г/кг	I2, кДж/кг	ρ2, кг/м3	υпр.2, м3/кг
Значение	79	0,65	271,26	792	0,87	1,42

3.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

3.6.1 Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги

Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг, опреде­ляют по формуле

, (3.11)

где d₀ – влагосодержание свежего воздуха, г/кг.

Влагосодержание свежего воздуха d₀ = 10 г/кг.

кг/кг

3.6.2 Объем свежего воздуха, поступающего в камеру

Объем свежего воздуха, поступающего в камеру, м³/с, определяют по формуле

, (3.12)

где υ_пр.0 – приведенный удельный объем свежего воздуха, м³/кг.

Приведенный удельный объем свежего воздуха υ_{пр 0} = 0,87 м³/кг [ ].

м³/с

3.6.3 Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры)

Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры), м³/с, определяют по формуле

, (3.13)

где υ_пр.2 – приведенный удельный объем отработанного (на выходе из штабеля) воздуха, м³/с.

Приведенный удельный объем отработанного (на выходе из штабеля) воздуха υ_пр2 =1,42 м³/с.

м³/с

3.6.4 Расчет приточно-вытяжных каналов камеры

Площадь поперечного сечения приточного канала, м², определяют по формуле

, (3.14)

где V₀ – объем свежего воздуха, м³/с;

м²

Площадь поперечного сечения вытяжного канала, м², определяют по формуле

(3.15)

где V_отр – объем отработанного агента сушки, м³/с.

Объем отработанного агента сушки

м²

В камерах с нереверсивной циркуляцией, в том числе в противоточных камерах непрерывного действия, приточно-вытяжные каналы принимаются с разными размерами.

Примем приточно-вытяжные каналы круглой формы. Зная f_кан, легко установить размеры каналов.

Примем диаметр приточно-вытяжного канала 0,27 м.

Рисунок 3.1 – Схема приточно-вытяжных каналов

3.7 Определение расхода тепла на сушку

Расход тепла на сушку складывается из затрат тепла на прогрев материала, испа­рение влаги из него и на теплопотери через ограждения камеры. Затраты тепла на прогрев охлаждений, технологического и транспортного оборудования учитываются введением поправочных коэффициентов. Расчет ведется для зимних и среднегодовых условий.

3.7.1 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

Для зимних условий расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, кДж/м³, определяют по формуле

, (3.16)

где ρ_{W –} плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности W_н, кг/м³;

ρ_б – базисная плотность древесины расчетного материала, кг/м³;

W_н – начальная влажность расчетного материала, %;

W_г.ж – содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги, %;

γ – скрытая теплота плавления льда ,кДж/кг;

с_(-), с₍₊₎ – средняя удельная теплоемкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг·^оС);

t_о – начальная температура для зимних условий, ^оС;

t_пр – температура древесины при ее прогреве, ^оС

Плотность древесины сосны при заданной начальной влажности ρ_W =720 кг/м³ [ ].

Содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги W_г.ж=13,5% - рисунок 2.3[1] для =-38 ;

Скрытая теплота плавления льда γ = 335 кДж/кг- с.37[1];

Средняя удельная теплоемкость при отрицательной температуре с_(-) = 1,9кДж/(кг·^оС) - рисунок 13[5] для и W=80 %;

Средняя удельная теплоемкость при положительной температуре с₍₊₎ =3,03 кДж/(кг·^оС) - рисунок 13[5] для и W=80 %;

=69 - с.38[1] для камеры непрерывного действия с противоточной циркуляцией при нормальном режиме сушки;

=-38 - таблица 2.5[1] для Иркутска;

2) Для среднегодовых условий

, :

, (3.22)

где - среднегодовая темература древесины, .

Принимается =3,01 - рисунок 13[5] для и %;

=-1,3 - таблица 2.5[1] для Иркутска.

3.7.2 Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги

Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги определяют по формуле

, (3.18)

- для зимних условий

кДж/кг

- для среднегодовых условий

кДж/кг

3.7.3 Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве

Для камер непрерывного действия общий расход тепла на камеру при началь­ном прогреве, кВт, определяют по формуле

, (3.19)

где τ_пр – продолжительность прогрева, ч; [формула (3.6)].

Е_пр –объем одновременно загружаемого и прогреваемого материала, м ³ .

Общий расход тепла подсчитывается для зимних и среднегодовых условий.

- для зимних условий

кВт

- для среднегодовых условий

кВт

3.7.4 Определение расхода тепла на испарение влаги

Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с много­кратной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг, определяют по формуле

, (3.20)

где I₂ – теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг;

I₀ – теплосодержание свежего (приточного) воздуха, кДж/кг;

d₂ – влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг;

d₀ – влагосодержание свежего (приточного) воздуха, г/кг;

с_в – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг· ^оС);

t_пр – температура нагретой влаги в древесине, ^оС.

кДж/кг

Общий расход тепла на испарение влаги, кВт, определяют по формуле

, (3.21)

Q_исп = 2565·0,15 = 384 кВт

3.7.5 Потери тепла через ограждения камеры

Теплопотери тепла через ограждения камеры в единицу времени (секунду), кВт, определяют по формуле

, (3.22)

где ΣF_ог – суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м²;

k – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м²·^оС);

t_с – температура среды в камере, ^о С;

t₀ – расчетная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий, ^оС.

Рисунок 3.2 – Схема к расчету потерь тепла через ограждения камеры

На рисунке 3.2 схематично показана камера периодического действия с внутренними размерами L (длина), В (ширина) и Н (высота) и размерами одностворчатой двери шириной b и высотой h. Расчет теплопотерь производится отдельно для наруж­ной боковой стены, торцовой стены, выходящей в коридор управления, торцовой стены, выходящей в траверсный коридор, двери, перекрытия и пола камеры. Это вы­звано тем, что материал и толщина ограждений различны, а температура наружной среды неодинакова. Потери тепла через междукамерные боковые стены в расчет не принимаются.

Температура наружной среды для всех ограждений, кроме пола, берется одина­ковой (15÷20 ^оС). Для пола можно брать наружную температуру по среднегодовым условиям (8÷12 ^оС).

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений, Вт/(м²·^оС), определяется по формуле

, (3.23)

где α_вн – коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м²·^оС);

α_н – коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м²·^оС);

δ₁, δ₂,…, δ_n – толщина слоев ограждений, м;

λ₁, λ₂,…, λ_n – коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений, Вт/(м²·^оС).

Коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений α_вн=25 Вт/(м²·^оС) [ ].

Коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений α_н=9 Вт/(м²·^оС) [ ].

Толщина слоев ограждений δ₁=0,12 м, δ₂ =0,14 м, δ₃ =0,12 м.

Коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений λ₁=58 Вт/(м²·^оС), λ₄=0,07 Вт/(м²·^оС), λ₅ = 58 Вт/(м²·^оС).

Коэффициент теплопередачи пола, Вт/(м²·^оС), определяется по формуле

, (3.24)

Ограждения сборных камер изготовляются в виде щитов с каркасом из про­фильной стали, с двусторонней обшивкой их листовым металлом ( с внутренней сто­роны - нержавеющим) и заполнением теплоизоляцией (шлаковата, стекловата, асбест и т.п.). Толщина металлических щитов составляет 120 – 150 мм для всех ограждений (торцовые и боковые стены, перекрытия и двери). С целью облегчения конструкции дверей их толщина может быть несколько меньшей (80 – 100 мм). В этом случае пре­дусматривается дополнительная теплоизоляция (например, слой листового асбеста).

Температура среды для камер непрерывного действия t₁ -температура t₂ Расчет поверхности ограждений камеры выполнен в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Расчет поверхности ограждений камеры

Наименование ограждений	Формула	Площадь, м2
1. Наружная боковая стена		204,77
2. Торцовая стена со стороны траверсного пути без учета площади дверей		14,89
3. Торцовая стена со стороны траверсного пути без учета площади дверей		14,89
4. Перекрытие		249,9
5. Пол		249,9
6. Дверь		25,262

Расчет потерь тепла через ограждения приведен в таблице 3.5

Таблица 3.5 - Расчет потерь тепла через ограждения

Наименование ограждений	Fог, м2	kог, Вт/(м2·оС)	tс, оС	t0, оС	tс – tо, оС	Qог, кВт
1. Наружная боковая стена	204,77	0,43	86,5	38	48,5	4,3
2. Торцовая стена со стороны коридора управления	14,89	0,43	86,5	38	48,5	0,31
3. Торцовая стена со стороны траверсного пути без учета площади дверей	14,89	0,43	86,5	38	48,5	0,31
4. Перекрытие	249,9	0,43	86,5	38	48,5	5,2
5. Пол	249,9	0,21	86,5	10	76,5	1,5
6. Дверь	25,262	0,43	86,5	38	48,5	1,05
Итого						12,67

По данным таблицы суммарные теплопотери увеличиваются в 1,5 раза.

Удельный расход тепла на потери через ограждения, кДж/кг, определяют по формуле

, (3.25)

где ΣQ_ог – суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт.

кВт

3.7.6 Определение удельного расхода тепла на сушку

Удельный расход тепла на сушку, кДж/кг, определяется по формуле

(3.26)

где с₁ – коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др.; принимается в зави­симости от условий процесса от 1,1 до 1,3.

- удельный расход тепла на сушку для зимних условий

q_суш = (1041,5 + 2565,9 + 21,2)·1,2 =4430 кДж/кг

- удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий

q_суш = (544,12 + 2565,9 +21,2)·1,2 = 3757,32кДж/кг

3.7.7 Определение расхода тепла на 1 м³ расчетного материала

Расход тепла на 1 м³ расчетного материала для среднегодовых условий, кДж/м³, определяют по формуле

q_{суш 1 м} = q_суш· m_{1 м} (3.27)

q_{суш 1 м} = 3757,32· 280 = 1052049,6 кДж/м³

3.8 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

3.8.1 Выбор типа калорифера

Из всего многообразия серийно выпускаемых калориферов (основное название – воздухонагреватель по ГОСТ 7201 – 80) для лесосушильной техники следует реко­мендовать калориферы КСк3 №12

Рисунок 5 – Схема размещения калориферов в циркуляционном канале

3.8.2 Тепловая мощность калорифера

Тепловая мощность калорифера, то есть количество передаваемой им в единицу времени тепловой энергии, кВт, определяется расходом тепла на сушку в единицу времени для зимних условий в камерах периодического действия по формуле

Q_к = (Q_пр +Q_исп+ ΣQ_ог)·с₂, (3.28)

где с₂ – коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку, принимается 1,1…1,3

Q_к = (286,3+ 384,88+12,67)·1,1 = 752,235кВт

3.8.3 Расчет поверхности нагрева калорифера

Поверхность нагрева калорифера, м², определяют по формуле

, (3.29)

где k – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м²·^оС);

t_т – температура теплоносителя, ^оС;

t_с – температура нагреваемой среды в камере, ^оС;

с₃ – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калори­фера.

Температуру среды ориентировочно можно вычислит по формуле

t_с = (t₁ + t₂)/2, (3.30)

где t₁, t₂ – соответственно температуры агента сушки на входе в штабель и вы­ходе из штабеля, ^оС.

t_с = (94+79)/2=86,5⁰С

В формуле 3.31 неизвестен коэффициент теплопередачи калорифера, k. Для его определения в камерах с принудительной циркуляцией надо знать скорость агента сушки через калорифер υ_к, которую можно подсчитать, если известно живое сечение калорифера F_{ж. сеч. к.}

Однако еще не известна требуемая поверхность нагрева F_к, чтобы по числу труб определить F_{ж. сеч. к}

Для расчета F_{ж. сеч. к} на схеме камеры предлагается в масштабе произвести пред­варительную компоновку калориферов, размеры которых должны быть такими, чтобы их можно было разместить в соответствующих каналах с учетом подвода и от­вода теплоносителя, а также простоты обслуживания (чистка калориферов, замена прокладок фланцевых соединений и в целом замена калорифера).

Скорость агента сушки через калорифер, м/с, определяется по формуле

, (3.31)

Площадь свободную для прохода воздуха, м², определяют по формуле

, (3.32)

Предположительно 3

м²

м/с

_{f ( )} (3.33)

f (0,83*7,06)=5,95

Принимаем коэффициент k = 40 Вт/(м²·^оС)[ ]k

м²

Требуемое количество биметаллических труб определяют по формуле

, (3.34)

где f_тр – поверхность нагрева одной биметаллической трубы.

=5штук

Принимаем 5 калориферов КСк3, № 12.

3.9 Определение расхода горячей воды

3. 9.1 Расход горячей воды на 1 м³ расчетного материала

Расход горячей воды на 1 м³ расчетного материала, т/м³, определяют по формуле

, ( 3.35)

где q_суш – суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых усло­вий, кДж/кг;

т/м³

4 Аэродинамический расчет

Современные лесосушильные камеры проектируются и строятся только с прину­дительной циркуляцией агента сушки, осуществляемой центробежными или осевыми вентиляторами. Конечной целью аэродинамического расчета является выбор типа и номера вентилятора, а также определение теоретической мощности вентилятора и ус­тановленной мощности электродвигателя вентиляторной установки.

4.1 Расчет потребного напора вентилятора

Полный напор вентилятора, Па, определяют по формуле

Н_в = h_ст + h_д (4.1)

где h_ст – статический напор, Па;

h_д – динамический напор, Па.

Центробежный или осевой вентилятор с приводом и системой подключения к нему воздуховодов принято называть вентиляторной установкой.

Вентиляторная установка может иметь незамкнутую (работающую на выхлоп) или замкнутую систему воздуховодов.

Во всех камерах, кроме эжекционных, вентиляторные установки имеют замкну­тую систему воздуховодов.

В замкнутой системе величину h_д можно не учитывать. В этом случае вентиля­тор приводит в движение всю массу агента сушки в системе только при пуске. В дальнейшем необходим только статический напор h_ст, т.е. напор на преодоление всех сопротивлений в системе циркуляции (Н_в = h_ст).

Статический напор, Па, определяют по формуле

(4.2)

где ρ – плотность агента сушки, кг/м³;

υ – скорость циркуляции агента сушки на участках системы, м/с;

l – длина участка (канала), м;

d_эк – эквивалентный диаметр, м;

ξ – коэффициент трения о стенки каналов и воздуховодов;

ζ – коэффициент местных потерь (сопротивлений).

Первое слагаемое в формуле (4.3) представляет собой сумму сопротивлений на трение на всех прямых участках сети, второе – сумму местных сопротивлений на всем пути циркуляции.

В замкнутых системах циркуляции сумма местных сопротивлений – основная величина.

Эквивалентный диаметр, м, определяют по формуле

, (4.3)

где f – площадь сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, м²;

u – периметр канала в той же плоскости, м.

4.2 Аэродинамический расчет

4.2.1 Составление аэродинамической схемы камеры

Составляется и вычерчивается развернутая схема циркуляционной системы камеры с последовательной нумерацией всех ее участков.

Схема циркуляционной системы приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема к аэродинамическому расчёту камеры типа СП-5КМ-3

Номера и наименование участков приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1 – участки циркуляции агента сушки в камере СП-5КМ-3

Номер участков	Наименование участков
1	Вентилятор
2 ,4	Калорифер
3	Прямой канал
5,6,44,45	Повороты под углом 900
7, 10,13, 16,19,22,26,29,32,35,38,41	Вход в штабель (внезапное сужение)
8,11 14, 17,20,23,27,30,33,36,39,42	Штабели
9, 12, 15,18,21,24,28,31,37,40,43	Выход из штабеля (внезапное сужение)
25,46	Боковые каналы

4.2.2 Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке

Для определения сопротивления каждого участка подсчитывается скорость циркуляции агента сушки на каждом участке.

Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке, м/с, определяют по формуле

, (4.4)

где f_i – площадь поперечного сечения канала, в плоскости перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, м² (площадь для прохода агента сушки).

Для определения υ_i, как видно из формулы (4.5), надо знать f_i.

Участок 1. Вентилятор

(4.5)

где D_в – диаметр ротора вентилятора, м;

n_в – число вентиляторов в камере.

Предварительно принимается D_в =1,2 м, число вентиляторов в камере n_в=3.

м²

Участок 2,4. Калориферы КСк3

f_2,4 = 5*1,028 =5,14 м² (4.6)

Участок 3. Прямой канал

^, м² (4.7)

где Н₁ – высота циркуляционного канала, м;

L – внутренний размер камеры по длине, м.

Участок 5,6,44,45. Повороты под углом 90⁰

Принимается сечение канала до и после поворота. Рекомендуется принимать меньшее из сечений.

F₅ = f₆= f₄₄ = f₄₅=L∙B,

F₅ = f₆= f₄₄ = f₄₅=6,8∙2,4 =15,84 м²

Участок 7, 10,13, 16,19,22,26,29,32,35,38,41 .Вход в штабель (внезапное сужение)

f₇ = f₁₀=f₁₃ = …..=f₄₁= F_{ж. сеч. шт.}

f₇ = f₁₀=…..= f₃₈=f₄₁=8,7 м²

Участок 8,11 14, 17,20,23,27,30,33,36,39,42. Штабеля

F₈ = f₁₁=……. = f₃₉=f₄₂= F_{ж. сеч. шт.}

F₈ = f₁₁=….. = f₃₉=f₄₂=8,7 м²

Участок 9, 12, 15,18,21,24,28,31,34,37,40,43. Выход из штабеля (внезапное расширение)

F₉ = f₁₂=…….. = f₄₀=f₄₃= F_{ж. сеч. шт.}

F₉ = f₁₂=……. = f₄₀=f₄₃= 8,7 м²

Участок 25,46. Боковые каналы

^, м²

где b_ср – средняя ширина канала, м;

L – внутренний размер камеры по длине, м.

Таблица 4.2 – Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке

Номера участков	1	2,4	3	5,6, 44,45	7, 10,13, 16,19,22 , 26,29, 32,35,38,41	8,11 14, 17,20,23, 27,30 , 33,36,39,42	9, 12,15,18 , 21,24,28, 31,34,37 , 40,43	25,46
fi, м2	2,4	5,14	64,26	15,84	8,7	8,7	8,7	14,28
υi, м/с	9,07	4,2	0,33	1,37	2,5	2,0	2,5	1,5

4.2.3 Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке

Производится в соответствии с методикой п. 4.1

Расчет сопротивлений движению агента сушки на каждом участке приведен в таблице 4.3

Таблица 4.3 – Подсчет сопротивлений

Номера участков	Наименование участков	ρ, кг/м3	υi, м/с			Сопротивление участков, Δhi, Па
				ζi
1	Вентилятор	0,85	9,07	0,8		17,5
2,4	Калориферы КСк3		4,2			68
3	Прямой канал		0,33		0,045	0,002
5,6,44,45	Повороты под углом 900		1,37	1,1		3,5
7, 10,13, 16,19,22,26,29, 32,35,38,41	Вход в штабель		2,5	0,21		6,7
8,11 14, 17,20,23,27 30,33,36,39,42	Штабели		2,0	15,2		310,08
9, 12, 15,18,21,24 28,31,34,37,40,43	Выход из штабеля		2,5	0,36		11,5
25,46	Боковые каналы		1,5	0,028		0,03
Σhi=hст	417,312

4.3.1 Выбор вентилятора

Вентилятор выбирается по производительности, м/с, и напору, Па,

, (4.8)

где n – число вентиляторов в камере.

Для выбора вентилятора пользуются их индивидуальными и безразмерными характеристиками. Характеристики – это графики, взаимосвязывающие основные аэродинамические параметры вентиляторов.

Характеристики составлены для так называемого «стандартного воздуха» при температуре t=20 ^оС, относительной влажности φ=0,5 и плотности ρ_ст=1,2 кг/м³.

(4.9)

Па

При выборе вентиляторов по безразмерным характеристикам определяется безразмерная производительность и безразмерный напор

, (4.10)

, (4.11)

где D_в – диаметр ротора вентилятора, м (принимается предварительно);

n_в- частота вращения ротора вентилятора, мин^-1 (принимается предварительно).

4.3.2 Определение мощности и выбор электродвигателя

Максимальная теоретическая мощность вентилятора, кВт, определяется в зависимости от его напора, производительности и КПД

(4.12)

Мощность электродвигателя для привода вентиляторов, кВт определяют по формуле

, (4.13)

где k_з – коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

k_t – коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры передачи.

η_n – КПД передачи

кВт

Выбираем электродвигатель 4А160М8У3 с мощностью 11 кВт, частотой вращения ротора 750 мин^-1, масса 93 кг.

5 Описание технологического процесса сушки в проектируемом цехе.

Технологический процесс сушки пиломатериалов в непрерывных камерах типа СП-5КМ-3 производится следующим образом :

Пиломатериал в виде обрезных досок поступает на площадь формирования штабеля, который формируется с помощью линии ПФЛ-3, непосредственно на подштабельных тележках. Далее сформированный штабель подаётся на направляющие пути перед камерой. Штабель с помощью механизма подачи закатывается в камеру , далее за счет своего веса и небольшого наклона пола штабель перемещается по камере в процессе всей сушки и останавливается с помощью упоров в необходимых зонах камеры.

После сушки штабель подается на линию расформировки штабеля которой служит линия ОКА-207. после расформировки штабеля доски подаются в цеха на дельнейшую обработку.

5.1 Расчет оборудования для формирования сушильных штабелей

Количество оборудования для формирования и разборки штабелей определяется по формуле

, (5.1)

где V_суш – объем высушиваемых пиломатериалов, м³;

П_год – годовая производительность оборудования для формирования и разборки штабелей, м³/год.

Годовая производительность оборудования для формирования и разборки штабелей ПФЛ-3 равна 150 тыс.м³ в год условных высушиваемых пиломатериалах, при одно сменной работе.

Для расчета производительность оборудования для формирования и разборки штабелей ПФЛ-3 условных высушиваемых пиломатериалах используют формулу с расчетами на объём условных материалов и условной производительности линии.

(5.2)

=1 линия

Для разборки штабелей принимаем линию ОКА 207, ёе производительность определяем по формуле:

252*160*1*0,87=37000,4

=2 линии

5.2 Расчет площадей буферных запасов

Объем пиломатериалов высушиваемых в сутки, м³/сутки определяется по формуле

(5.4)

где V_год - объем высушиваемых пиломатериалов за год, м³;

τ – число дней в году, τ = 365 дней.

м³/сутки

Объем пиломатериалов, уложенных в штабель, м³, определяется по формуле

(5.5)

где l, b, h – соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м

м³

Количество штабелей, загружаемых в камеру в течение суток определяется по формуле

(5.6)

=5шт./сутки

Количество штабелей перед камерами определяется по формуле

(5.7)

штабелей.

Количество штабелей за камерами определяется по формуле

(5.8)

штабелей

Площадь буферного участка перед камерами, м³, определяется по формуле

(5.9)

м³

Площадь буферного участка за камерами, м³, определяется по формуле

(5.10)

м³

6 Индивидуальное задание

Влаготеплообработка для снятия остаточных напря­жений осуществляется, как и начальный прогрев, подачей в ка­меру пара через увлажнительные трубы. Различают конечную обработку, проводимую при достижении древесиной заданной конечной влажности, и промежуточную обработку, назначае­мую при переходе на последнюю ступень режима сушки. Конеч­ной влаготеплообработке подвергают пиломатериалы, высуши­ваемые в камерах периодического действия и подлежащие точ­ной механической обработке. При влаготеплообработке в ка­мере поддерживают температуру на 8 °С выше, чем по послед­ней ступени режима (но не более 100 °С), и психрометрическую разность 0,5—1 °С.

Промежуточной влаготепло-обработке подвергают пиломате­риалы, при сушке которых воз­можно образование внутренних трещин. Температуру среды под­держивают на 8 °С выше, чем по ступени режима сушки, пред­шествующей обработке, при пси­хрометрической разности 1,5- 2 °С. Общая продолжительность конечной и промежуточной обработок.

Необходимая продолжительность влаготеплообработки опре­деляется многими переменными факторами (параметрами внеш­ней среды, теплопроводностью и герметичностью ограждений камеры, давлением пара и др.).

В камерах непрерывного действия существующих конструк­ций влаготеплообработка не проводится. Для тех случаев, ко­гда она необходима, разработан проект специальных камер для влаготеплообработки. Камера, имеющая герметич­ные, хорошо теплоизолированные ограждения, снабжена ка­лорифером небольшой тепловой мощности и увлажнитель­ными трубами, расположенными в четырех углах. Циркуля­ция осуществляется за счет эжектирующего действия струй пара, выходящего из отверстий увлажнительных труб. Одновременно работают две трубы в диагонально противоположных уг­лах. При включении второй пары труб и выключении первой циркуляция реверсируется.

Остаточные напряжения в древесине могут быть сняты не только традиционным способом влаготеплообработки паром, но также воздействием на нее нагретой воды температурой 40—60 °С в течение 2—10 мин. Это уменьшает остаточные напря­жения в 2—3 раза. Полного снятия напряжений в воде добиться трудно, так как увеличение продолжительности выдержки вы­зывает сильное увлажнение древесины. При обработке водой весьма существенно сокращаются затраты времени и расход теплоносителя (пара) по сравнению с таковыми при обычной влагообработке. Когда допустимо неполное снятие напряжений, этот способ может найти широкое применение.

В камерах непрерывного действия существующих конструк­ций влаготеплообработка не проводится, но в данной камере имеется специальный отсек влаготеплообработки. Продолжительность влаготеплообработок в зависимости от породы и толщины пиломатериалов для данной спецификации.

ВТО для сосны толщиной 50мм- составляет 6 часов, толщиной 32мм- 2 часа, для ели толщиной 50мм-6 часов . В случаях проведения промежуточной и конечной ВТО, на первую используется до 1/3, а на вторую остальная часть указанного времени.

Для расчетного материала данной спецификации это сосна толщиной 32мм промежуточная ВТО составляет 0,66 часа ,а конечная ВТО составляет 1,32 часа.

Так как пиломатериалы по данной спецификации высушиваются до эксплуатационной влажности по II категории качества подвергаются ВТО.

Заключение.

В данном курсовом проекте были проведены технологический, тепловой и аэродинамический расчёты лесосушильной камеры “СП 5КМ-3”, а также приведен расчет погрузочно-разгрузочного оборудования . В работе был произведен выбор калориферов и вентиляторов с приводами.

Спроектировали план цеха на формате А1.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Акишенков С. -И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие. Л.: ЛТА, 1992.-87 с.

2. Серговский П. С; Расев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Учебник для вузов. 4-е издание., переработка. и дополнения. М.: Лесная промышленность, 1987. 360 с.

3. Богданов Е.С., Козлов В.А., Мелехов В.И. Справочник по сушке древесины. – М.:1990. – 304 с.

4. Богданов Е.С. Сушка пиломатериалов. – М.: Лесная промышленность, 1988. – 248 с.

5. Ермолина Т.В., Кротова Л.Л., Силин В.В., Очирова Л.А. Лесосушильные камеры и оборудование: Атлас. – Красноярск: СибГТУ, 2002. – 64 с.