< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Експериментальні дослідження процесу сушіння круглих лісоматеріалів

Для проведення експериментальних досліджень кінетики сушіння круглих сортиментів, оперативного контролю та спостереження за зміною поточної вологості було розроблено та запатентовано спосіб та пристрій для її контролю [126, 163].

На початковому етапі сушіння поверхневий шар матеріалу досить швидко досягає рівноважної вологості і температура поверхневого шару приблизно дорівнюватиме температурі агента сушіння. Отже, вимірюючи А 1№ двома вологомірами: першим, встановленим на поверхні сортименту і другим, вмонтованим в центр сортименту, можна регулювати перепад вологості, тим самим забезпечуючи оптимізацію процесу з урахуванням напружень, що виникають при видаленні вологи з матеріалу.

На рис. 3.12 приведено блок схему розробленого методу контролю та регулювання процесу сушіння колод за допомогою неперервного контролювання вологості деревини на поверхні та в центрі сортименту [163].

Блок схема методу контролю та регулювання процесу сушіння колод

Рис. 3.12. Блок схема методу контролю та регулювання процесу сушіння колод

До початку сушіння на колоді встановлюють електроди 1, 2 та 3. Електрод 1 підключають до входу вимірювальної схеми, виконаної у вигляді логарифмічного підсилювача А1. Електроди 2 і 3 почергово з'єднують через перемикач К1.1 із загальним дротом ("землею") вимірювальної схеми. При підключенні електрода 2 через перемикач К.1.1 до загального дроту ("землі"), на електроді 1 одержуємо електричні сигнали пропорційні вологості поверхневого шару лісоматеріалу. Аналогічно, підключивши електрод 3 до загального дроту схеми, одержуємо на електроді 1 електричні сигнали пропорційні вологості лісоматеріалу по перетину. Різницю сигналів використовуємо для керування режимом сушіння деревини. При перевищенні різниці вологості вище припустимої по технологічному режиму, зменшуємо температуру сушильного агента або збільшуємо його вологовміст.

Для автоматизації процесу сушіння допустиму різницю сигналів задають задатчиком Рзад. за показниками індикатора які підключені до мікроконтролера А2. Сигнали з виходу вимірювальної схеми А1 подають на вхід мікроконтролера, що видає сигнали керування на реле К1 для перемикання електродів 2 і 3 контактами К1.1 і сигнали керування на виконавчі механізми зволожувача та нагрівача сушильного агента сушарки. Корегування технологічного процесу сушіння шляхом зволоження лісоматеріалу чи припинення його нагрівання в процесі сушіння за допомогою пропонованого способу дозволить запобігти розтріскування деревини та вести технологічний процес максимально інтенсивно при високій якості сушіння.

Для практичної реалізації запропонованого методу сушіння колод було розроблено на базі сучасної мікропроцесорної техніки відповідний пристрій [126], який складається з наступних елементів (рис. 3.13): два кондуктометричних датчика вологості деревини, які мають електроди: Датчик 1, Датчик 2, "Земля"; підсилювачі 1 та 2, диференціальний підсилювач 3, модуль абсолютного значення сигналу 4, компаратор 5,

Пристрій для сушіння колод

Рис. 3.13. Пристрій для сушіння колод

задатчик допустимої різниці сигналів 6, регулятор, датчик температури повітря ("сухий") Тс, датчик температури повітря ("змочений") Тм, зволожувач, калорифер та вентилятор.

В схемі пристрою чутливі елементи датчиків вологості виконані у вигляді шурупів - електродів (Датчик 1, Датчик 2, "Земля"); підсилювачі реалізовані на мікросхемах А1 та А2 (типу 544УД1), резисторах Я1-Я6 та діодах УБ1, УБ2; диференціальний підсилювач виконано на мікросхемі А3 (типу МА740), та резисторах 117-116; модуль абсолютного значення сигналу виконано на мікросхемах А4, А5 (типу МА740), діодах УБ3, УБ4 (типу КД503) та резисторах 1111-1115; компаратор виконано на мікросхемі А6 (типу МА740); задатчик допустимої різниці сигналів виконано на потенціометрі Ю6; регулятор виконано на базі мікропроцесорного контролеру типу МПР 51. Зволожувач, калорифери та вентилятори підбираються з серійно виготовлених під необхідний об'єм камери.

По периметру поверхні лісоматеріалу симетрично встановлюють чутливі елементи датчиків вологості (шурупи - електроди: Датчик 1, Датчик 2, "Земля") які підключені до підсилювачів 1 та 2. Задатчиком 6 встановлюють нульове значення на виході компаратора 5. Після включення регулятора, вентиляторів, калорифера і зволожувача регулятор приймає сигнали від датчиків температури Тс, Тм і видає керуючі сигнали для регулювання режимів роботи калорифера і зволожувача. Регулятор, типу МПР 51, дозволяє реалізувати необхідні режими сушіння деревини за заданим технологічним графіком. В процесі висушування деревини, в ній утворюються ділянки з різним вмістом вологи. Нерівномірність вологи по перетину призведе до відхилення початкової різниці опору між електродами, (Датчик 1 - "Земля", Датчик 2 - "Земля"). Зміна опору призведе до збільшення різниці потенціалів напруги на входах підсилювачів 1 і 2. На виході диференціального підсилювача 3 при цьому з'явиться посилена напруга різниці сигналів сЮ = ІІ1 - ІІ2, яка пропорційна різниці у вологості окремих ділянок деревини лісоматеріалу. Оскільки полярність різниці сигналів може бути різною, пристрій доповнено модулем абсолютного значення сигналу 4, з виходу якого, сигнал сЮ = П1-П2, завжди позитивної полярності поступає на вхід компаратора 5, в якому порівнюється з сигналом задатчика 6 допустимої різниці сигналів датчиків вологості. При перевищенні різниці сигналів датчиків вологості допустимого заданого значення (сСЮ > ІІзад.) з виходу регулятора подається сигнал на включення зволожувача і (або) вимкнення калорифера. Цей сигнал подається в разі вимкненого зволожувача чи включеного калорифера, які працюють за основним поточним технологічним режимом.

Корегування основного технологічного процесу сушіння (зволоження лісоматеріалу чи припинення його нагрівання в процесі сушіння) за допомогою запропонованого пристрою дозволить запобігти розтріскування деревини, та вести технологічний процес максимально інтенсивно при високій якості сушіння.

Експериментальні дослідження проводилися в лабораторному сушильному пристрої (рис. 2.6). Дослідні зразки діаметром 14 см, що не були обкоровані висушувалися імпульсним режимом з розрахунку: 12 год - за постійної температури ґс=60 °С, потім нагрів виключався і матеріал вистигав протягом 12 год у замкненому пристрої. Протягом фази сушіння постійно підтримувалось значення температури сушильного агента, відносну вологість повітря не коригували, лише реєстрували значення температури змоченого термометра, яке змінювалося в межах 50 °С < ґм < 58 °С Вибір такого режиму пояснюється не лише складністю слідкування за процесом в нічний період, але й релаксацією виникаючих напружень після зняття теплового навантаження, тобто зниження температури обробки.

Відомо, що наявність серцевинної трубки сприяє розтріскуванню круглого сортименту, а у випадку імпульсної подачі теплоти перерозподілення вологи за перетином протягом "відпочинку" - сприяє зволоженню поверхневих зон і зменшенню поверхневих розтягуючих напружень [168-171].

Для перевірки ефективності роботи імітаційної моделі було проведено сушіння дослідних колод в сушильній камері, з використанням описаного вище пристрою контролю вологості матеріалу. Результати досліджень приведені на рис. 3.14-3.16.

Залежність внутрішніх напружень ад та Ог від вологості сортименту на його поверхні 1¥п, та всередині 1¥ц, під час сушіння

Рис. 3.14. Залежність внутрішніх напружень ад та Ог від вологості сортименту на його поверхні 1¥п, та всередині 1¥ц, під час сушіння

(зразок 1)

Обчислення значень вологості на зразках проводилось між точками 11-21(^иі), 11-31(^и2) та 21-31(^с) (рис. 2.10) колоди.

Залежність внутрішніх напружень ад та Ог від вологості сортименту на його поверхні 1¥п, та всередині 1¥ц, під час його сушіння

Рис. 3.15. Залежність внутрішніх напружень ад та Ог від вологості сортименту на його поверхні 1¥п, та всередині 1¥ц, під час його сушіння

(зразок 2)

Залежність внутрішніх напружень ад та Ог від вологості сортименту на його поверхні Уп, та всередині УЦ, під час його сушіння

Рис. 3.16. Залежність внутрішніх напружень ад та Ог від вологості сортименту на його поверхні Уп, та всередині УЦ, під час його сушіння

(зразок 3)

Бачимо, що протягом сушіння круглих сортиментів змінюється знак напружень аналогічно розвитку внутрішніх напружень під час сушіння пило продукції. Між експериментально виміряними значеннями вологості сортименту (на поверхні Уп та в центрі г¥ц) та розрахованими величинами внутрішніх напружень - Од ,ог згідно запропонованої імітаційної моделі сушіння існує кореляційна залежність. Значення коефіцієнтів кореляції наведені в табл.3.3.

Таблиця 3.3. Значення коефіцієнтів кореляції між вологістю сортименту та внутрішніми напруженнями

Значення коефіцієнтів кореляції між вологістю сортименту та внутрішніми напруженнями

У зразків №2 і №3 отримані розрахункові величини тангенціальних о> і радіальних аг напружень не перевищують межі міцності, оскільки перепад вологості А У між центром УЦ і поверхнею Уп був незначним. Так, у зразка 2 він становив А г¥=1 % в кінці процесу, а у зразка №3 - А г¥=0,6 %. Відповідно, в цих випадках зразки були висушені без тріщин - рис. 3.17.

Зразок №1 мав поверхню частково очищену від кори, тому вона швидше висихала. Перепад вологості за перетином був значним на протязі сушіння і в кінці процесу дорівнював АгУ=10 %, що призвело до виникнення значних розтягуючих напружень на поверхні, які майже вдвічі були більшими за межу міцності. Це призвело до утворення тріщини - рис. 3.18.

Зразки № 2 (зліва) і №3 після висушування до середньої вологості Wсер = 22 %

Рис. 3.17. Зразки № 2 (зліва) і №3 після висушування до середньої вологості Wсер = 22 %

Зразок№1 після висушування до середньої вологості Wсер = 21 %

Рис. 3.18. Зразок№1 після висушування до середньої вологості Wсер = 21 %

Отже, застосовуючи запропонований спосіб вимірювання вологості та розрахунку внутрішніх напружень можна досягти бездефектного сушіння круглих лісоматеріалів .

Підсумовуючи теоретичні та експериментальні дослідження сушіння круглого лісу можна зробити висновок, що розроблена імітаційна модель сушіння круглого лісу, дозволить оперативно розраховувати величину сушильних напружень та прогнозувати їх розвиток за різних початкових умов, а її реалізація - визначити вплив кожного з досліджуваних факторів без натурних експериментів і вибирати оптимальні режими оброблення, які б забезпечували задану якість сушіння.

Запропонований метод контролю внутрішніх напружень в круглих лісоматеріалах шляхом контролю поверхневої вологості сортименту та вологості в його центрі дозволить проводити дослідження впливу різних способів і режимів сушіння для забезпечення бездефектного проведення процесу. Для практичної реалізації запропонованого методу сушіння колод було розроблено на базі сучасної мікропроцесорної техніки пристрій, що дозволяє запобігти розтріскуванню деревини та вести технологічний процес максимально інтенсивно.

Експериментальна перевірка запропонованої моделі сушіння круглих сортиментів підтвердила її адекватність, а саме можливість досягнення якісного сушіння круглих сортиментів у разі проведення процесу з незначним перепадом вологості за перетином.

Отримані результати можуть бути використані для подальшої розробки технології та режимів сушіння круглих сортиментів різних порід деревини, які б дозволяли отримати якісно висушений матеріал.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >