книги из ГПНТБ / Тюкина, Ю. П. Общая технология лесопильно-деревообрабатывающего производства учебник

влажности свежесрубленной. Так, 'влажность заболонной части сосновых бревен после сплава повышается до 150%, ядровой час­ ти бревен — до 50 % •

Как известно, древесина имеет клеточное строение. Влага в дре­ весине может заполнять полости клеток, межклеточное пространст­ во и пропитывать стенки клеток. Влага, заполняющая полости кле­ ток и межклеточное пространство, называется свободной, а пропи­ тывающая стенки клеток—■связанной, или гигроскопической.

Свежесрубленная древесина имеет как свободную, так и гигро­ скопическую влагу. При высушивании древесины сначала удаляет­ ся свободная влага, а затем гигроскопическая. Состояние древеси­ ны, при котором она содержит максимально возможное количество связанной влаги и не содержит свободной влаги, называется п р е ­

составляет примерно 28—30%.

Древесина может отдавать или поглощать пары воды из водуха (это свойство древесины называется гигроскопичностью), при этом влажность будет изменяться. Влажность, к которой стремится дре­ весина при постоянных условиях состояния воздуха, называется р а в н о в е с н о й . Равновесная влажность зависит от влажности и температуры окружающего воздуха. Поэтому древесину нужно вы­ сушивать с учетом условий, в которых будут использоваться изго­ товленные из нее изделия. Так, древесину для изготовления мебе­ ли нужно сушить до 8—10%, а для изготовления изделий, эксплуа­ тируемых на открытом воздухе,— до 16—18%.

Усушка и плотность древесины. Древесина обладает свойством изменять свои линейные размеры с изменением влажности: усыхать при уменьшении влажности и разбухать при увеличении ее. Усуш­ ка (или разбухание) начинается после того, как влажность древе­ сины достигнет точки насыщения волокна, и прекращается после достижения древесиной абсолютно сухого состояния.

Вследствие неоднородности строения древесины усушка неоди­ накова в различных направлениях. Усушка в направлении длины волокон составляет примерно 0,1%, в радиальном направлении (по радиусу ствола)— 5—8%, а в тангентальном направлении (по го­ дичным слоям) — 8—12%.

Чтобы -после сушки пиломатериалы или заготовки имели задан­ ные размеры, устанавливают припуски па усушку. Припуски на усушку даются только по толщине и ширине пиломатериалов и за­ готовок, так как припуск но длине очень мал и им пренебрегают. Величины припусков на усушку установлены после тщательных из­ мерений фактической усушки древесины разных пород и узаконены ГОСТами. Припуски на усушку можно определить для пиломатери­ алов и заготовок с любой начальной и конечной влажностью дре­

весины.

Из сказанного следует, что при выработке пиломатериалов (или заготовок) из сырой древесины их 'размеры по толщине и ширине должны быть увеличены на величину припусков на усушку.

121

Фактические размеры пиломатериалов, выпиливаемых из сырой древесины, определяют по формуле

Вф = В с -f- яу,

где В с —размер сухих пиломатериалов; Яу —величина припуска на усушку.

При использовании древесины очень важно иметь представле­ ние о ее п л о т н о с т и —■массе древесины, заключающейся в едини­ це объема. Плотность измеряется в г/см3 или в т/м3. Величина плот­ ности зависит от породы и влажности древесины.

В сушильной практике пользуются понятием у с л о в н а я п л о т ­ н о с т ь (или условная объемная масса), которая представляет со­ бой отношение плотности древесины в абсолютно сухом состоянии к объему древесины при влажности выше точки насыщения волок­ на (т. е. до усушки). Средние значения условной плотности для дре­ весины разных пород приведены в табл. 8.

Сущность физических явлений, происходящих в процессе сушки древесины. Испарение влаги с поверхности древесины в окружаю­ щую среду называется в л а г о о т д а ч е й . Интенсивность (скорость) влагоотдачи зависит от температуры и влажности воздуха, от ско­ рости воздуха, температуры и влажности древесины (чем выше температура и влажность древесины, тем больше интенсивность влагоотдачи). Если бы задача сушки состояла только в удалении влаги с поверхности древесины, то чтобы интенсифицировать про­ цесс сушки, достаточно было бы создать у поверхности древесины мощную циркуляцию горячего воздуха с низкой относительной влажностью. Однако процесс сушки значительно сложнее.

В процессе сушки влага из внутренних слоев древесины должна переместиться к ее поверхности. Скорость перемещения влаги внутри древесины во много раз меньше скорости испарения влаги с ее поверхности, поэтому поверхностные слои высыхают быстрее, чем внутренние. Высыхая ниже точки насыщения волокна, поверх­ ностные слои будут сжиматься. При этом внутренние слои, влаж­ ность которых значительно выше, усушки не имеют и, следователь­ но, растягивают поверхностные слои древесины. Если растягиваю­ щее усилие превзойдет предел прочности древесины поперек волокон, то в поверхностных слоях образуются трещины.

Во избежание повреждений древесины сушка должна вестись таким образом, чтобы скорость испарения влаги с поверхности не

122

превышала скорости продвижения влаги из внутренних слоев дре­ весины.

В продолжении всего процесса сушки имеется различие во влаж­ ности внутренних и наружных слоев древесины. За счет этой разни­

п р о в о д н о с т ь ю . Влагопроводность зависит от величины перепа­ да (разницы) влажности наружных и внутренних слоев и от темпе­ ратуры древесины. Чем выше температура древесины, тем меньше вязкость содержащейся в ней жидкости и, следовательно, больше скорость ее движения.

Влага может перемещаться в древесине и под влиянием разно­ сти температуры слоев древесины >(влага движется в направлении

влияние на продолжительность сушки оказывает влагопроводность древесины.

Напряжения и деформации, возникающие в древесине при суш­ ке. Выше указывалось, что в процессе сушки имеется перепад влажности по сечению древесины. В связи с этим связанная с влаж­ ностью усушка неодинакова. Последнее обстоятельство приводит к образованию внутренних напряжений.

На первой стадии сушки влажность поверхностных слоев быст­ ро опускается ниже точки насыщения волокна и они стремятся к усушке. Этому стремлению противодействуют внутренние слои древесины, усушка которых еще не началась. Поэтому наружные слои будут испытывать растягивающие напряжения, а во внутрен­ них возникнут сжимающие напряжения, уравновешивающие рас­ тягивающие.

Если бы древесина была идеально упругим материалом, то по­ явившиеся на первой стадии сушки внутренние напряжения в даль­ нейшем постепенно уменьшались бы и в конце сушки — в момент выравнивания влажности — исчезли бы окончательно. В действи­ тельности же внутренние напряжения исчезают на некотором про­ межуточном этапе сушки, но в конце сушки появляются снова с противоположным знаком.

Если внутренние напряжения в древесине превысят определен­ ный предел, то произойдет растрескивание материала. Так как пре­ дел прочности при растяжении поперек волокон меньше, чем при сжатии, то в начальной стадии сушки появляются поверхностные, а в конце сушки внутренние трещины.

Избежать внутренних напряжений при сушке невозможно, од­ нако при правильном режиме их величина может оставаться мень­ ше предела прочности. Кроме того, внутренние напряжения можно значительно уменьшить за счет термовлагообработки древесины. При термовлагообработке на древесину воздействуют воздухом повышенной температуры и влажности. Увлажнение поверхностных

123

слоев во время обработки вызывает возникновение в них сжимаю­ щих напряжений, которые противоположны по знаку действовав­ шим на первой стадии напряжениям, и, следовательно, снижают их влияние.

Кроме внутренних напряжений, вызываемых перепадом влаж­ ности, в древесине возникают напряжения из-за различной величи­ ны усушки в тангентальном и радиальном направлениях. Эти на­ пряжения вызывают изменения формы поперечного сечения досок.

На рис. 69 показано, как изменилась форма досок, выпиленных из разных зон древесного ствола, в процессе сушки. Доска 1, вы­ пиленная из периферийной зоны, приняла желобчатую форму, так как наружная пласть доски, направление которой приближается к тангентальному, усыхает больше, чем сторона внутренняя, направ-

ление которой приближается к радиальному. Радиальная доска 2 не покоробилась, однако ширина ее наружных сторон по сравнению с шириной средней части доски уменьшилась.

Дефекты, возникающие при сушке, и их предупреждение. К ви­ димым дефектам древесины, которые могут появиться в процессе сушки, относятся: растрескивание, коробление, выпадение сучков.

Р а с т р е с к и в а н и е . Различают следующие виды трещин: на­ ружные, внутренние, торцовые, радиальные.

Наружные трещины появляются на начальной стадии сушки. Причина их появления—’Слишком интенсивное испарение влаги с поверхности материала и возникновение в связи с этим больших растягивающих напряжений. Высокая относительная влажность воздуха в начальный период сушки позволяет предупредить появ­ ление трещин.

Внутренние трещины образуются в конце процесса сушки, если напряжения в центре древесины превосходят предел прочности. Чем больше напряжения на первой стадии сушки, тем больше они будут в конце процесса. Поэтому для предупреждения появления внутренних трещин необходимо соблюдать правильный режим суш­ ки с начала процесса. Дополнительная мера борьбы с внутренними трещинами —- промежуточная термовлагообработка древесины.

124

почный газ — в этих камерах является одновременно и сушильным агентом.

По кратности циркуляции сушильного агента различают каме­ ры с о д н о к р а т н о й и м н о г о к р а т н о й ц и р к у л я ц и е й .

По способу осуществления циркуляции (движения) сушильного агента различают камеры с е с т е с т в е н н о й и п р и н у д и т е л ь ­ ной ц и р к у л я ц и е й . В камерах с естественной циркуляцией движение воздуха происходит за счет разности плотности нагрето­ го и охлажденного воздуха. Горячий воздух как более легкий стре­ мится вверх, а холодный (более тяжелый) вниз. Таким образом направление движения воздуха в камерах с естественной циркуля­ цией вертикальное. В камерах с принудительной циркуляцией дви­

период загрузки или выгрузки материала процесс сушки прерыва­ ется.

Камеры непрерывного действия загружают непрерывно или не­ большими партиями: с одного конца камеры выгружают партию высушенного материала, с другого конца камеры, одновременно за­ гружают новую партию.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО СУШИЛЬНЫХ КАМЕР

Принципиальная схема работы сушильной камеры с однократ­ ной циркуляцией проста. Свёжий атмосферный воздух, пройдя че­ рез калорифер, нагревается, приобретая заданные параметры: температуру t\ я влажность фь Затем воздух проходит через шта­ бель древесины, испаряя из нее влагу. После этого отработавший воздух с новыми параметрами t2 и фг удаляется в атмосферу.

Всушилках с многократной циркуляцией ?в атмосферу выбрасы­ вается только небольшая часть отработавшего воздуха. Большая его часть смешивается со свежим воздухом. Эта смесь затем дово­ дится до заданного состояния и подается к штабелю.

Всушилках с однократной циркуляцией возможности регулиро­ вания состояния воздуха очень ограничены (можно изменить тем­ пературу, ноне влажность воздуха), тогда как в сушилках с много­ кратной циркуляцией можно существенно изменить состояние воз­ духа, входящего в штабель, меняя температуру нагрева воздуха з калорифере и кратность воздухообмена. Если нужно понизить или повысить влагосодержание смеси, следует увеличить или умень­ шить выброс отработавшего и впуск свежего воздуха.

Газовые сушилки имеют топку и камеру смешения, в которой смешиваются горячий топочный газ, свежий воздух и отработав­ ший газ. Затем эта смесь подается к штабелю высушиваемой дре­

126

весины и проходит через материал, испаряя влагу. Часть отрабо­ тавшего газа после этого выбрасывается в атмосферу, а другая (большая) возвращается в камеру 'Смешения.

В сушилках, работающих на перегретом «аре, перегретый пар температурой 100° С циркулирует через штабель древесины. При испарении влаги снижается температура и повышается давление пара. Чтобы давление в камере не повышалось, избыток пара вы­ брасывается в атмосферу. После этого пар пропускают через кало­ рифер и нагревают до требуемой температуры.

Рис. 71. Схемы паровых сушильных камер:

меру. В начальный период процесса сушки находящийся в камере воздух вытесняется нарами испаряющейся из древесины влаги и дальнейший процесс происходит только в среде перегретого пара. Испарительная способность перегретого пара высока, поэтому суш­ ка древесины перегретым паром очень производительна.

Схемы действия камер с естественной и принудительной цирку­ ляцией представлены на рис. 71.

В паровые камеры с естественной циркуляцией (рис. 71, а) све­ жий воздух подается по приточным каналам 4. Далее нагре­ тый калориферами 2 воздух движется в направлении, показанном стрелками. Отработавший воздух из вытяжного канала 3 через трубу 6 выходит в атмосферу. Воздухообмен регулируется шибера­ ми на вытяжной трубе. Для увлажнения воздуха в камерах вдоль боковых стен на уровне пола устанавливают увлажнительные па­ ровые трубы 5. Калориферы, приточные и вытяжные каналы распо­

127

ложены в подвальной части камеры, которая от основной части камеры отделена решетчатым полом.

В камерах с принудительной циркуляцией (рис. 71, б) поток воздуха, создаваемый осевым вентилятором 7, проходит затем че­ рез штабель пиломатериалов не в вертикальном, а в горизонталь­ ном направлении. Направление потока воздуха в этих камерах можно менять или, иначе, реверсировать (поэтому на рисунке на­ правление воздушного потока показано сплошными и пунктирны­ ми стрелками) и тем самым обеспечивать более равномерное просыхание материала по ширине штабеля.

Приведенная схема камер с естественной циркуляцией воздуха была предложена В. Е. Грум-Гржимайло. Эти камеры неэкономич­ ны. Продолжительность сушки в них очень велика, а производи­ тельность камер мала. Кроме того, качество сушки недостаточно хорошее. В настоящее время камеры с естественной циркуляцией воздуха переводят на принудительную циркуляцию.

На рис. 72 показана паровая двухпутная четырехштабельная камера периодического действия с принудительной циркуляцией ЦНИИМОД-23, предназначенная для сушки пиломатериалов на мебельных и деревообрабатывающих предприятиях. Вентиляторная установка из шести осевых вентиляторов 3 размещена в верхней части камеры над штабелями. Вентиляторы установлены на общем валу 4, который приводится в движение от электродвигателя, рас­ положенного в коридоре управления 11. По обеим сторонам венти­ ляторов находятся калориферы 8 и увлажнительные трубы 7. Вентиляторная установка от собственно сушильного помещения ка­ меры отделена ложным потолком — металлическим экраном 1.

ими в сторону калориферов. Нагретый в калориферах воздух про­ ходит поперек штабелей, поглощая из древесины влагу и охлажда­ ясь, а затем снова возвращается в зону вентиляторов. Движение воздуха реверсируется.

В мебельной промышленности широкое распространение полу­ чили камеры периодического действия с эжекционным (косвенным) побуждением циркуляции (рис. 73). Над сушильным пространст­ вом камеры устанавливается экран 1. Между экраном и потолком камеры образуется зжекционный воздуховод 2, в который насад­ ками 3 подается с большой скоростью воздух. В распределительный канал 4 воздух нагнетается из сушильного пространства центро­ бежным вентилятором. В результате создаваемого струей разре­ жения к эжектирующему воздуху, выбрасываемому из насадок, подсасывается воздух из сушильного пространства, за счет чего создается циркуляция воздуха. Направление воздуха показано стрелками. Проходя через сушильное пространство, воздух омыва­ ет штабель 5 и калорифер 6. Одновременно работает один из двух каналов 4. Подключая поочередно то один, то другой канал, можно реверсировать циркуляцию.

128

СЯ

Рис. 72. Паровая сушильная камера ЦНИИМОД-23:

Для сушки древесины перегретым паром цспользуют разные по конструкции и размерам металлические камеры, которые полностью герметизируются.

Камеры непрерывного действия строятся в .виде длинного тун­ неля, вмещающего несколько штабелей. Штабеля закатывают с од­

дух имеет максимальную температуру и минимальную влажность. Проходя через камеру и испаряя из древесины влагу, воздух на­ сыщается и температура его снижается.

43800

Рис. 74Камера ЦНИИМОД-32:

1— паровая магистраль, 2 — вентилятор, 3 — вытяжной канал, 4 — калорифер, 5 — рециркуля­ ционный канал, 6 — откидной рельс, 7 — окна, 8 — штабеля

130