авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Древесиноведческие аспекты технологических режимов и оборудование для микроволновой сушки пиломатериалов

-- [ Страница 4 ] --

При постоянной температуре, в диапазоне изменения влажности W, среднее значение жесткости определяется выражением:

, (46)

а максимальное значение:

, (47)

Предел прочности древесины ПР определяется по аналогии с жесткостью:

, (48)

где А, В, А, и В – известные коэффициенты, отражающие влияние температуры и влажности, рассчитываемые по методу Ю.Г. Лапшина.

В реальных процессах сушильные напряжения всегда меньше предела прочности. Разница между напряжениями и пределом прочности зависит от жесткости режима. Условие, отражающее влияние жесткости режима сушки запишем в виде:

П=М ПР, (49)

где М – коэффициент, определяющий жесткость режима сушки.

Из совместного решения (41 и 49), вычисляем допустимый перепад влажности WДОП в наружном стержне:

, (50)

Для сравнительной оценки различных методов расчета напряжений, возникающих в поверхностной зоне, дубовые доски толщиной 50 мм были высушены при температуре 50 °С одноступенчатым режимом. Экспериментально определенное среднее значение сжимающих напряжений, по пяти доскам составило 2,4 МПа. Напряжения в поверхностном слое рассчитывали тремя способами: используя коэффициент усушки, определяемый по линейной зависимости усушки от влажности, в которой усушка возникает при влажности 25 %; коэффициент усушки, определяемый по ломаной зависимости, без учета редуцирования (3); используя коэффициент редуцирования усушки (39). Результаты расчетов представлены в графическом виде на рис. 15. Профили влажности не привязывались к реальному времени сушки, поэтому на графике шкала времени носит условный характер.

При использовании коэффициента линейной усушки максимальные растягивающие напряжения в поверхностном стержне составили 3,7 МПа, а сжимающие в конце сушки, около 3,4 МПа. Принимая для расчетов нелинейную зависимость усушки от влажности, коэффициент усушки определяется выражением (3), получили растягивающие напряжения 3,4 МПа и сжимающие, в конце сушки, 1,95 МПа.

В расчетах напряжений, учитывающих замороженную усушку, максимальные растягивающие напряжения составили 2,9 МПа, а сжимающие 2,2 МПа, наиболее точно приблизившись к экспериментальным значениям, 2,4 МПа.

Рис. 15. Напряжения поверхностной зоны доски при сушке одноступенчатым режимом. Дуб, S=50 мм, t=50 °С

Метод расчёта напряжений, учитывающий влияние замороженной усушки, был положен в основу при разработке режимов процесса микроволновой сушки древесины.

При микроволновой сушке режимы могут строиться в зависимости от сформулированного критерия оптимальности. При быстрой сушке приходится испарять воду, в основном за счет СВЧ, поэтому такой процесс будет наименее продолжительным, но дорогим.

Режимы сушки с использованием энергии СВЧ в установках периодического действия также как и конвективные режимы, подразделяются на высоко- и низкотемпературные.

Наименьшая продолжительность процесса наблюдается при использовании высокотемпературных режимов. При этом, в отличие от конвективных режимов, процесс сушки происходит с малыми перепадами влажности по толщине материала, температура древесины не превышает 106 °С, а продолжительность ее воздействия составляет около 40 – 60 часов.

Высокотемпературный процесс сушки состоит из двух ступеней. На первой ступени, от начальной до влажности 20 % происходит выкипание свободной воды. Вторая ступень, при снижении влажности до требуемого конечного значения, незначительно отличается от третьей ступени конвективного процесса сушки.

Значение максимальной температуры сушильного агента устанавливается с учетом допустимых сушильных напряжений в случае отключения источника СВЧ. Если камера недостаточно герметична, необходимо максимальную температуру установить экспериментально, измеряя влажность при закрытых вентиляционных заслонках.

На рис. 16 приведены зависимости температуры в центральных зонах древесины tц, температуры агента сушки tс, температуры смоченного термометра tсм и влажности древесины W от времени, при интенсивной сушке березовых мебельных заготовок. Полный цикл сушки заготовок сечением 50х100мм составил 52 часа. На протяжении всей сушки, температура центральных зон поддерживалась на уровне 104 °С.

Рис. 16. Сушка березовых заготовок сечением 50х100 мм, длиной 1,8 м высокотемпературным режимом

Для низкотемпературной сушки используются стандартные режимы, при этом энергия СВЧ создает положительный градиент температуры. Также могут использоваться рекомендации ЦНИИЛ и ВЛТИ по высокочастотной сушке, в соответствии с которыми температура в центральных зонах древесины составляет для мягких, нормальных и форсированных режимов сушки, соответственно 70, 80 и 90 °С. При использовании низкотемпературных режимов для сушки березовых мебельных заготовок продолжительность процесса составляла 60- 80 часов.

Расход электроэнергии, затраченной на сушку, измерялся экспериментально, раздельными электросчетчиками. Один счетчик измерял потребление электроэнергии конвективной камерой, а другой, суммарное потребление СВЧ частью. В связи с тем, что расход электроэнергии значительно зависит от начальной, конечной влажности пиломатериалов и соотношения энергии, затраченной конвективной и СВЧ частью, анализировать энергетические затраты удобнее, пересчитывая их удельные затраты на испарение 1 кг воды.

Зависимости удельных энергетических затрат от начальной влажности древесины и отношения израсходованных конвективной и СВЧ энергии, представлены на рис.17.

Рис. 17. Удельные энергетические затраты на удаление воды (кВтч/кг) при сушке березовых пиломатериалов различной начальной влажности и соотношения расходов конвективной и микроволновой энергии.

В целом, можно отметить, что энергетические затраты на сушку твердых лиственных древесных пород при высокой начальной влажности вполне сопоставимы со стоимостью традиционной конвективной сушки. Целесообразно также разделять сушку на две стадии, когда первая ступень выполняется на установке СВЧ, а затем материал досушивается в конвективной камере.

В шестой главе приводится описание установок СВЧ, рассмотрены конструктивные решения подвода микроволновой энергии к материалам, показаны схематические и оригинальные решения, реализованные в разработанных нами конвейерной установке и сушильных установках периодического действия. Также рассмотрены вопросы измерения параметров конвективного агента сушки и температуры древесины в условиях воздействия микроволнового излучения.

Наибольший интерес представляют более экономичные комбинированные СВЧ – конвективные установки. Разработанная нами конвейерная установка состоит из двух основных частей: замкнутого воздуховода для конвективного нагревания древесины и СВЧ камеры. Для перемещения материала установка оснащена транспортным роликовым транспортером. На внутренних стенках камеры СВЧ смонтированы отражатели для равномерного облучения досок сверху и снизу, со стороны пласти. В средней части камеры находятся устройства для прохождения досок, выполненные в виде заграждающих фильтров, препятствующих выходу СВЧ энергии в окружающее пространство. Внутри микроволновой камеры материал перемещается по направляющим, изготовленным из радиопрозрачного материала. Низ камеры сделан в виде конуса, опущенного в резервуар с водой, которая поглощает энергию при отсутствии материала в камере. Конструкция камеры запатентована.

Фотография установки приведена на рис. 18.

Рис. 18. Комбинированная конвейерная лабораторно – промышленная

СВЧ установка

Для равномерного прогрева анизотропного материала с неравномерными диэлектрическими характеристиками необходимо осуществлять импульсный подвод микроволновой энергии. Протяженность импульса и паузы должно выбираться таким образом, чтобы элементы макростроения древесины, обладающие повышенными и пониженными диэлектрическими показателями и поэтому получающие различное количество энергии успевали выравниваться по температуре при отсутствии излучения.

Схема такой установки при облучении штабеля с боковой стороны представлена на рис. 19. Была использована серийная конвективная камера периодического действия ЦНИИМОД- 90.

Схема циркуляции агента сушки показана стрелками. Направление потока СВЧ показано пунктиром.

Эксперименты, выполненные при промышленной эксплуатации сушильной СВЧ установки, позволили найти технические решения для облучения штабеля пиломатериалов с боковых сторон, что обеспечивает значительное увеличение объема высушиваемого материала. Новизна метода и технического решения подтверждена патентами России.

Рис. 19. Схема комбинированной промышленной сушильной установки СВЧ периодического действия на базе камеры ЦНИИМОД-90

1-блок магнетрона; 2-источник питания; 3-блок управления источником СВЧ и сканирующим устройством; 4-система замкнутого цикла охлаждения магнетрона; 5-пульт управления камерой ЦНИИМОД-90; 6-электрокалорифер; 7-вентиляторный блок; 8-сканирующее устройство.

В установке объемом загрузки 10 м3 реализована схема облучения штабеля пиломатериалов микроволновой энергией, генерируемой одним источником СВЧ, из четырех точек. Схема облучения штабеля пиломатериалов приведена на рис. 20.

 Схема облучения штабеля-84

Рис. 20. Схема облучения штабеля пиломатериалов микроволновой энергией

Внешний вид СВЧ установки представлен на рис. 21.

Установка выполнена из утепленных металлоконструкций и имеет верхнее расположение теплового и циркуляционного оборудования – между перекрытием и ложным потолком камеры. Там же смонтирована система волноводов с тройниками, позволяющими распределять СВЧ энергию.

Рис. 21. Внешний вид СВЧ установки периодического действия для сушки пиломатериалов

Микроволновая энергия, поступающая от магнетрона по одному волноводу, разделяется на четыре равные части и поступает в отдельные волноводные трубы. Эти волноводы спускаются вниз, до середины высоты штабеля и направляют микроволны на антенны, смонтированные на боковых стенах камеры. Антенны синхронно сканируют относительно вертикальной оси, формируя перемещающиеся, возвратно – поступательно вдоль штабеля, вертикальные лучи микроволновой энергии. Блок питания, блок магнетрона и прочее оборудование смонтировано в технологическом помещении, примыкающем к камере.

Для дистанционного контроля температуры древесины, находящейся в сушильной установке СВЧ, нами, совместно с ФИРЭ и НПО «ИСТОК», г. Фрязино, был разработан многоканальный волоконно-оптический измеритель температуры (МВОИТ). Это устройство для контроля температуры в условиях воздействия мощных электромагнитных полей. Термочувствительный элемент (датчик) находится в стеклотекстолитовой трубке, диаметром 2 мм и соединен с прибором оптическим волокном. Для измерения температуры, в досках сверлят 2-х миллиметровые отверстия на нужную глубину, в которые плотно вставляют датчики.

Для измерения параметров агента сушки на установке СВЧ используется психрометр, термопреобразователями которого служат металлические термометры – сопротивления. Со стороны сушильного пространства камеры термопреобразователи экранированы металлической сеткой. Обслуживается психрометр из подсобного помещения.

Общие выводы

1. Дано новое представление о механизме усушки древесины, учитывающее роль адсорбционной и микрокапиллярной воды. Установлены сингулярные точки зависимости усушки от влажности древесины.

2. Вместо широко применяемой линейной зависимости усушки от влажности, должна быть использована криволинейная зависимость с дифференциальным коэффициентом усушки, или её аппроксимация в виде ломаной прямой. Это обеспечивает достаточную точность для инженерных расчётов.

3. Экспериментально установлено существенное влияние растягивающей нагрузки на коэффициент усушки древесины и разработан уточненный метод расчета сушильных напряжений.

4. Разработана модель расчета текущей влажности древесины при комбинированной сушке с использованием конвективного теплоносителя и микроволновой энергии и показана её адекватность с экспериментальными данными.

5. Для промышленного диапазона частот 915 и 2450 МГц получены математические зависимости для расчета диэлектрических показателей, которые позволяют рассчитывать коэффициенты потерь при различной температуре, влажности и плотности древесины.

6. Разработаны критерии, соблюдение которых обеспечивает равномерный прогрев единичного сортимента и штабеля пиломатериалов на промышленных частотах 450, 915 и 2450 МГц.

8. Разработаны режимы сушки на СВЧ – конвективных установках различного типа.

9. Определены удельные энергетические затраты на сушку в зависимости от начальной влажности древесины и соотношения затрат конвективной и микроволновой энергии.

10. Разработаны и изготовлены: лабораторная установка СВЧ для исследования воздействия микроволновой энергии на древесину, опытно – промышленная конвейерная установка СВЧ комбинированного действия, сушильная установка периодического действия с односторонним и высокопроизводительная промышленная комбинированная сушильная установка СВЧ периодического действия с облучением штабеля пиломатериалов объемом 10 м3 из четырех точек, расположенных с боковых сторон штабеля.

11. Разработано и изготовлено оптическое устройство для измерения температуры внутренних зон пиломатериалов и аппаратура для регулирования температуры и влажности агента сушки при воздействии микроволновой энергии.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

Статьи в центральных изданиях, рекомендуемых ВАК

1. Галкин В.П., Громыко В.Н. Повышение эффективности использования микроволновой энергии различных рабочих частот для сушки пиломатериалов. «Деревообрабатывающая промышленность», 1997, вып.4.- с. 20 – 21.

2. Галкин В.П. Качество пиломатериалов и продолжительность процесса сушки при использовании микроволновой энергии. Труды IV Международного симпозиума "Строение, свойства и качество древесины – 2004", II том, С-Петербург 2004, с. 478-480

3. Б.Н. Уголев, В.П. Галкин, Г.А. Горбачева. Технологические аспекты деформационных превращений древесины. Труды IV Международного симпозиума "Строение, свойства и качество древесины – 2004", II том, С-Петербург 2004, с. 539-543.

4. Б.Н. Уголев, Г.А. Горбачева, В.П. Галкин. Исправление дефектов сушки лущеного шпона. Труды II-й международной научно-практической конференции "Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)" СЭТТ – 2005, Москва 2005, Том I, с. 383-385.

5. Уголев Б.Н., Галкин В.П., Горбачева Г.А. Влияние наноструктуры древесины на сушильные деформации. Труды III-й международной научно-практической конференции "Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)" СЭТТ – 2008, Москва-Тамбов 2008, Том II, с. 144-145.

6. Галкин В.П. Особенности комбинированной сушки штабеля пиломатериалов при использовании энергии СВЧ промышленного диапазона. Труды III-й международной научно-практической конференции "Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)" СЭТТ – 2008, Москва-Тамбов 2008, Том II, с. 171-176.

7. Galkin V.P. Certain physical aspects of wood drying process using microwave radiation. 2009, IAWS, plenary meeting and conference. Saint-Petersburg, Russia, 2009, p. 45.

8. Галкин В.П., Богданов Е.С., Уголев Б.Н. Способ определения момента окончания процесса многоступенчатой камерной сушки пиломатериалов. Авторское свидетельство № 1112211, 1984 г.

9. Галкин В.П., Уголев Б.Н. Способ определения момента окончания процесса сушки древесины в штабелях. Авторское свидетельство № 1455189, 1986.

10. Галкин В.П., Громыко В.Н., Ашмарин В.Н. Патент № 2056601. Установка непрерывного действия комбинированнной сушки пиломатериалов, 1995.

11. Галкин В.П., Громыко В.Н. Патент № 2101630. Способ комбинированной сушки пиломатериалов, 1995.

12. Галкин В.П., Громыко В.Н. Патент № 2105943. Установка периодического действия комбинированной сушки пиломатериалов, 1995.

13. Галкин В.П., Серый В.С., Галкина Т.В. Патент на изобретение № 2206840. Способ камерной сушки влагосодержащих материалов, 2001.

14. Галкин В.П., Уголев Б.Н. и др. Патент на полезную модель № 83600. Устройство для камерной сушки влагосодержащих материалов. Заявка Б № 16 с приоритетом от 10.06.2009.

Статьи в сборниках трудов научно технических конференций

15. Уголев Б.Н., Галкин В.П., Расев А.И. Исследование механизма усушки древесины. Научные труды МЛТИ, 1981, вып. № 131, с.85-88.

16. Уголев Б.Н., Галкин В.П. Влияние микроструктуры и плотности древесины на ее усушку. Сб. «Рациональное использование энергетических ресурсов при усушке пиломатериалов», НПО «Силава», Саласпилс, 1983, с.94-97.

17. Галкин В.П. Некоторые закономерности усушки древесины. Научные труды МЛТИ, 1983, вып. № 141, с.11-14.

18. Галкин В.П. Основные закономерности усушки древесины. Материалы пятой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов лесопильной промышленности. Архангельск, 1983, с.149-152.

19. Уголев Б.Н., Щедрина Э.Б., Галкин В.П. Определение предела насыщения клеточных стенок древесины по ее усушке. Научные труды МЛТИ, 1981, вып. № 161, с.9-12.

20. Галкин В.П. Применение вычислительной техники для определения конечной влажности пиломатериалов по усадке штабеля. Материалы ХVI Научно-технической конференции «Основные направления ускорения научно-технического прогресса в деревообрабатывающей промышленности в 12-й пятилетке». Киев, 1986, с.181.

21. Галкин В.П. Производственные испытания макетного образца устройства дистанционного контроля влажности пиломатериалов. Материалы XVII научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности». Киев, 1989, с.105.

22. Галкин В.П., Постников И.И. Применение энергии электромагнитных СВЧ-излучений для сушки пиломатериалов. Материалы всесоюзной научно-технической конференции. Архангельск, 1990, с.127-128.

23. Галкин В.П. Устройство дистанционного контроля влажности пиломатериалов. Материалы всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития сушки древесины». Архангельск, 1990, с.165-167.

24. Галкин В.П., Филатов М.А. К вопросу о закономерности тепло- и массообменных процессов при сушке древесины в поле СВЧ. Научные труды МЛТИ, 1991, вып. № 235, с.41-45.

25. Галкин В.П., Филатов М.А. Экономические аспекты использования энергии СВЧ. Материалы XVIII научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности», Киев, 1991, с.68-69.

26. Галкин В.П., Филатов М.А. Использование электромагнитных СВЧ – излучений для конвейеризации процесса сушки пиломатериалов. Научные труды МЛТИ, 1992, вып. №240, с.42 – 46.

27. Галкин В.П. Применение энергии СВЧ-излучений для сушки черновых мебельных заготовок. Научные труды МЛТИ, 1993, вып. № 254, с.84-86.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.