3430

12

Контроль состояния агентов обработки. Технологические принципы контроля агентов обработки. Измерение скорости движения газов. Анемометры и микроманометры. Измерение параметров состояния (давление, температура, степень насыщенности) жидкостей и газов. Конструкции термометров и психрометров. Системы контроля параметров агентов обработки.

Результаты гидротермической обработки в значительной мере определяются надежностью контроля и регулирования процессов. Поэтому необходимо изучить приборы и устройства для измерения и регулирования параметров (температуры, давления и степени насыщенности среды).

Магистр должен иметь четкое представление о способах регулирования параметров обрабатывающей среды.

Надо знать классификацию автоматических регуляторов и их основных узлов, а также системы автоматического регулирования процессов гидротермической обработки древесины.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие термометры применяются в лесосушильной технике? Особенности

иусловия их применения.

2.Как изготовить переносный психрометр?

3.Почему надо подбирать парные термометры для психрометра?

4.Что за прибор пирометр? Как он действует?

5.Что за приборы анемометры? Каковы пределы их действия?

6.Как измеряется влажность древесины в производственных условиях?

7.Какие приборы и оборудование должны быть в сушильной лаборатории?

3.4. Свойства древесины, имеющие значение при ее гидротермической обработке

Основные вопросы этого раздела

Вопросы, рассматриваемые в этом разделе, уже частично изучались в курсе древесиноведения.

Свойства древесины, имеющие значение при ее гидротермической обработке. Классификация влажных тел. Формы и связи воды с материалом. Роль тепловых и электрических свойств древесины при ее гидротермической обработке. Тепловые и влажностные деформации древесины. Закономерности развития влажностных деформаций при сушке. Изменение физико-

13

механических свойств и деформативность древесины при ее гидротермической обработке.

Для усвоения курса необходимо повторить некоторые разделы курса древесиноведения, в частности макро- и микростроение древесины, виды влаги в древесине, гигроскопичность, предел насыщения и предел гигроскопичности, равновесная влажность, методы определения влажности древесины, усушка, разбухание, плотность, базисная плотность.

Заканчивается этот раздел курса изучением тепловых и электрических свойств древесины.

Примеры:

1.Древесные сортименты, не подвергавшиеся камерной сушке, с начальной влажностью: одни 40 %, другие 8 % длительное время хранятся в помещении с температурой воздуха 15 0С и относительной влажностью 0,65. Определить конечную влажность сортиментов.

Ответ: 13,8 %; 11,3 %.

2.Определить по диаграмме равновесной влажности предел гигроскопичности древесины при температуре 20 ºС, 50 ºС, 100 ºС.

Ответ: 30 %, 27 %, 21 %.

3.После камерной сушки древесина с влажностью 8 % должна храниться в помещении при температуре +5 ºС. Какова должна быть относительная влажность воздуха, чтобы древесина не изменяла влажность, равную 8 %?

Ответ: φ = 0,52.

4.Используя рис. 1 и табл. 5, определить для древесины дуба базисную плотность

(ρб), плотность при влажности 40 % (ρw) и максимальную влажность (Wmax).

Ответ: 560 кг/м3; 790 кг/м3; 115 %.

Вопросы для самоконтроля:

1.В чем проявляется гигроскопичность древесины?

2.При какой влажности древесина гигроскопична?

3.Что обозначают термины «равновесная влажность древесины» и «предел гигроскопичности»?

4.Почему защитная пленка покрытия будет более стойкой на металлической поверхности, чем на деревянной?

5.От чего зависит максимально возможная влажность древесины?

6.В чем заключаются упругие и пластические свойства древесины?

7.Каковы общие для всех пород закономерности усушки древесины?

8.Что произойдет со столярным стулом, креслом и т. п. в условиях их эксплуатации, если они были изготовлены из недосушенной древесины?

14

9.Почему нагели и шканты в угловых соединениях древесины должны быть пересушены (по сравнению с влажностью соединяемых деталей)?

10.В чем различие между усушкой и усадкой древесины?

11.Почему возникают деформации древесины по окончании сушки, в том числе в готовых изделиях?

3.5.Физические закономерности процессов нагревания и оттаивания

Основные вопросы этого раздела

Физические закономерности и расчет процессов нагревания и оттаивания древесины. Явления тепло-массообмена при нагревании древесины. Особенности и расчет конвективного нагревания древесины без изменения агрегатного состояния влаги. Расчет процессов оттаивания древесины. Использование вычислительной техники для расчета нагревания и оттаивания. Особенности и закономерности кондуктивного, радиационного и диэлектрического нагревания древесины.

Процессы гидротермической обработки древесины основаны на физических явлениях переноса, в частности, на явлениях теплообмена и влагообмена. Магистр должен получить ясное представление о физической сущности явлений теплообмена и влагообмена, а также приобрести навыки расчета конвективного нагревания и оттаивания древесины.

Физические закономерности и процессы нагревания, при которых не происходят агрегатные изменения влаги и не изменяется ее количество в древесине, характеризуются уравнениями классической теории теплопроводности. На их основе и выведены расчетные уравнения.

При изучении этой главы необходимо стремиться к четкому пониманию основных физических зависимостей рассматриваемых процессов. К ним относятся основные дифференциальные уравнения переноса тепла, выражения главнейших критериев подобия, коэффициентов тепло-массообмена. Необходимо усвоить методику графо-аналитического расчета оттаивания и нагревания.

Примеры:

1. Определить, используя рис. 1, коэффициенты удельной теплоемкости древесины березы при влажности 80 % и температуре 20 ºС, 100 ºС.

Ответ: 2,95 кДж(кг·˚С); 3,35 кДж(кг·˚С).

15

2. Определить коэффициент температуропроводности поперек волокон древесины сосны при влажности 100 % и температуре 50 ºС.

Ответ: 1, 62 · 10 7 м2 /c.

3.Определить критерий Фурье для широкой сосновой доски толщиной 50 мм (R = 0,025 м) при нагревании в течение 1 часа.

Характеристики древесины взять из предыдущего примера.

Ответ: F0 = 0,93.

4.Определить температуру в центре длинных ольховых чураков диаметром 30 см, имеющих влажность 80 % и начальную температуру 20 ºС. Чураки нагреваются в течение 6 часов в воде при температуре 60 ºС.

Пояснение: для определения коэффициента температуропроводности температуру

ратура воды, t0 начальная температура чураков. Затем вычислить критерий F0 и по номограмме (рис. 20, учебник [1], с. 44) определить безразмерную температуру (θ). Безраз-

мерная координата заданной точки равна Rx = I .

Ответ: 37 ºС.

5. Длинные буковые чураки с начальной температурой tо = 15 ºC, диаметром 36 см и начальной влажностью 70 % провариваются в воде при температуре 70 ˚С в течение 2,5 часов. Определить, на какую глубину произойдет при этом оттаивание материала.

Пояснение: необходимо определить удельный расход тепла на оттаивание, расчетный коэффициент теплопроводности древесины в зоне оттаивания (т.е. при t = 0 ºC) и определить из уравнения продолжительности процесса критерий глубины оттаивания Φ. По номограмме (рис. 24, учебник [1], с. 54) отыскиваем диаметр оттаивания, чем и определяется искомая величина.

Ответ: Диаметр оттаивания d = 22 см, глубина оттаивания (от поверхности чурака)

δ = 7 см.

Вопросы для самоконтроля:

1.Какими физическими явлениями обусловлено нагревание древесины?

2.Перечислите способы нагревания древесины.

3.Что такое градиент?

4.Какая древесина имеет большую теплопроводность – сухая или сырая?

5.Почему в процессе оттаивания температура в центральной части древесины длительное время равна 0 ºС?

6.Укажите области применения кондуктивного нагревания древесины.

7.Поясните, почему процесс оттаивания ядровой древесины ограничивается только еѐ заболонью.

3.6.Технология и оборудование тепловой обработки древесины

16

Основные вопросы этого раздела

Технология и оборудование тепловой обработки древесины. Промышленные способы тепловой обработки (обработка в открытых бассейнах, проваривание, пропаривание) и их применение в различных деревообрабатывающих производствах. Технология и режимы тепловой обработки. Основы безопасности и охрана труда при их обслуживании. Экологические особенности цехов и участков тепловой обработки древесины.

В этом разделе рассматриваются производственные процессы нагревания и оттаивания древесины, основное оборудование тепловой обработки, правила его технологического и теплового расчета, а также принципы построения рациональных режимов и проведения процессов нагревания и оттаивания.

Вопросы для самоконтроля:

1.Укажите промышленные способы тепловой обработки на основе конвективного теплообмена.

2.Какими факторами определяется пропускная способность отепленного бассейна?

3.Укажите преимущества и недостатки мягких и жестких режимов проваривания древесины.

4.Перечислите оборудование для проваривания древесины.

5.Назначение проваривания и пропаривания древесины.

6.Поясните назначение тепловой обработки древесины.

7.Как рассчитать потребное число установок?

3.7. Физические закономерности процессов сушки древесины

Основные вопросы этого раздела

Физические закономерности процессов сушки древесины. Классификация способов сушки древесины. Явления, определяющие процесс сушки. Особенности тепло-влагообмена и влагопереноса при сушке древесины. Закономерности и механизм низкотемпературных и высокотемпературных процессов сушки. Сушильные напряжения в древесине, закономерности их образования и развития. Контроль напряжений. Уравнения напряженнодеформативного состояния древесины при сушке на их основе. Применение вычислительной техники для анализа процессов сушки.

17

При изучении данного раздела следует стремиться понять физическую сущность уравнений и суметь логично и последовательно их объяснить. Однако уравнения влагопереноса и расчетные уравнения продолжительности сушки нужно знать. При изучении процесса сушки особое внимание следует уделить рассмотрению механизма перемещения влаги в древесине и развития напряжений в материале. Четкое усвоение причин и особенностей возникновения и развития в древесине внутренних напряжений имеет первостепенное значение для понимания последующих разделов курса, относящихся к оборудованию и проведению процесса сушки пиломатериалов.

Изучение теоретических основ курса дает ключ к глубокому инженерному пониманию характера физических явлений, лежащих в основе процессов сушки древесины.

Примеры:

1. Определить коэффициент влагопроводности древесины дуба (ядро) в радиальном направлении при температуре 50 0С. Объем сердцевинных лучей в древесине составил 16 %.

Пояснение: для определения коэффициента необходимо использовать рис. 34 и уравнение (88), учебник [1], с. 81.

Ответ: а΄ = 2,9 · 10 6 см2 /c.

2. Определить средний коэффициент влагообмена древесины при температуре 90 ºС и степени насыщенности 0,5. Скорость движения воздуха 2 м/с.

Пояснение: при решении необходимо использовать рис. 38, учебник [1], с. 90.

Ответ: α ' = 3,7 · 10 6 см /c.

3. Определить продолжительность сушки березовых дощечек радиальной распиловки, сечением 16х100 мм от начальной влажности 28 % до конечной 10 %. Скорость циркуляции агента сушки 2 м/с, температура 70 ˚С и степень насыщенности 0,6.

Пояснение: при определении продолжительности сушки используется уравнение

(95), учебник [1], с. 89.

Определяются коэффициенты влагопроводности a΄ и влагообмена α ' . И величина равновесной влажности при t = 70 ºC и φ 0,6.

Ответ: τ = 11,88 часа.

4. Определить продолжительность сушки досок из древесины ясеня (заболонь) тангенциальной распиловки сечением 32х220 мм в воздухе температурой 60 ºС и степенью насыщенности 0,6 от начальной влажности 55 % до конечной 12 %. Скорость циркуляции агента сушки 1,75 м/с.

Пояснение: приближенно задача может быть решена по уравнению (99), учебник

[1], с. 91.

Ответ: τ = 48,31 часа.

18

5. Березовые заготовки сечением 40х100 мм высушиваются от начальной влажности 70 % до конечной 8 % в среде перегретого пара температурой 115 ˚С при скорости циркуляции 2 м/с. Определить продолжительность сушки.

Пояснение: решение задачи требует последовательного применения двух уравнений (102), (104) учебник [1], с. 93 и для двух этапов процесса:

первый этап от начальной влажности до переходной; второй этап от переходной влажности до конечной.

Ответ: τ = (τ1 + τ2∙)с∙τ = (25 +16)∙0,78 = 32 часа.

Вопросы для самоконтроля:

1.В каких условиях происходит выпадение росы на внутренней поверхности стен, перекрытий и дверей сушильных камер?

2.Как при этом изменяется влагосодержание воздуха в камере?

3.В каком виде (жидком или парообразном) перемещается влага по толщине высушиваемого материала?

4.Что такое перепад влажности по толщине досок?

5.Что такое градиент влажности и как он определяется?

6.Что такое влагопроводность древесины?

7.Каково содержание понятий о молярной, капиллярной и диффузионной влагопроводности?

8.Что называется кинетикой сушки и динамикой сушки?

9.Каковы основные закономерности кривой сушки? Ее сущность?

10.Как изменяется во время сушки влажность на поверхности и в центре сечения пиломатериалов?

11.В чем заключается исходная причина возникновения внутренних деформаций при сушке материала?

12.Как избежать торцового и пластевого растрескивания древесины?

3.8. Классификация, принципиальные схемы и детали оборудования конвективных сушилок

Основные вопросы этого раздела

Классификация и принципиальные схемы конвективных сушилок. Классификация сушильных устройств. Основные варианты сушильного процесса при сушке воздухом, топочными газами и перегретым паром. Типовые,

19

принципиальные схемы конвективных сушилок и графики процесса в них. Расход энергии на сушку и пути его снижения.

Промышленная практика отработала и выдвигает применительно к различным условиям большое количество различных сушильных установок. Необходимо разобраться в них и уметь их классифицировать по основным, наиболее существенным признакам (по принципу действия, по применяемому агенту сушки, по характеру его циркуляции и т.д.).

Надо запомнить основные типы и разновидности сушилок, используемых в деревообрабатывающей промышленности.

При сушке древесины газообразными сушильными агентами основные особенности процесса достаточно полно характеризуются принципиальной схемой устройства и графиком изменения состояния среды на Id и Idα диаграммах.

Необходимо знать варианты этих графиков для основных типов воздушных и газовых сушилок, достоинства и недостатки однократной и многократной циркуляции сушильного агента.

Вопросы для самоконтроля:

1.Почему сушильные установки для пиломатериалов применяют рециркуляционные?

2.Какие технические требования предъявляются к лесосушильным установкам?

3.Что положено в основу классификации сушильных установок?

4.Какие сушилки более гибки в регулировании процесса?

3.9.Тепловое и циркуляционное оборудование сушилок

Основные вопросы этого раздела

Системы теплоснабжения паровых и газовых сушилок. Системы циркуляции в сушилках. Основы расчета теплового и циркуляционного оборудования.

Надо разобраться в принципах работы и устройстве элементов теплового и циркулярного оборудования; знать основные требования, предъявляемые к этому оборудованию (калориферам, водоотводчикам, увлажнительным трубам, топкам, вентиляторам, эжекторам), овладеть методами их выбора и расчета.

20

Вопросы для самоконтроля:

1.В каких условиях работы топки на древесном топливе получаются бездымные топочные газы?

2.Что такое калорифер? Для чего он предназначен?

3.Почему недопустима задержка конденсата в калориферных трубах?

4.Как должен монтироваться калорифер из ребристых труб, чтобы в них не застаивался конденсат?

5.Почему недопустима задержка конденсата в паропроводных и конденсатных трубах? Что такое гидравлический удар?

6.Какова конструкция пластинчатого калорифера?

7.В чем заключаются преимущества и недостатки калорифера, монтируемого из ребристых труб?

8. То же — пластинчатого калорифера? Условия его применения.

9.Изложите принцип действия поплавкового конденсатоотводчика.

10.Изложите принцип действия термостатного конденсатоотводчика.

11.То же — термодинамического.

12.Каковы последствия от неисправности конденсатоотводчиков при эксплуатации сушильной установки?

13.Изложите принцип действия центробежного вентилятора.

14.То же — осевого вентилятора.

15.Что такое аэродинамическая характеристика вентилятора?

3.10.Лесосушильные камеры

Основные вопросы этого раздела

Лесосушильные камеры. Классификация и общие принципы устройства лесосушильных камер. Технико-экономические показатели камер различных типов и области их применения. Пути совершенствования и рационализация конструкций сушильных камер.

Познакомившись ранее с классификацией сушильных камер, в этой главе необходимо изучить виды конструкции ограждений (фундаментов, полов, стен, перекрытий, дверей) и принципы их устройства.

Затем необходимо детально изучить типы сушильных камер по группам: воздушные камеры периодического и непрерывного действия; газовые камеры; камеры, действующие перегретым паром и др.

Необходимо изучить оборудование и механизмы, применяемые при транспортных и погрузо-разгрузочных работах, твердо усвоить технологию и организацию этих работ.