Актуальность работы. Сушка древесины является весьма ответственным этапом технологического процесса любого из деревообрабатывающие производств. Своевременность и качество сушки в значительной мере определяет долговечность и качество изделий сооружений из древесины в целом. о.
В настоящие время вырабатывается более 100 млн. м пиломатериалов в год, из которых 70−75% требуют обязательной сушки. Поэтому проблема сокращения время и повышения объема и качества сушки древесины относится к числу важнейших проблем лесопильно-деревообрабатывающей промышленности. Одним из путей решения этой проблемы является разработка принципиально новых способов удаления влаги из древесины, отличающихся, малой энергоемкостью и-высокой интенсивностью.
Снижение энергоемкости процессов сушки приобретает большое значение в. связи с напряженным балансом энергоресурсов. Перспективным, в этом отношении являются механические способы обезвоживания материалов в поле центробежных сил в комбинации с тепловыми способами сушки. Применение центробежного способа обезвоживания длинномерных бревен стало возможным только после того, как группой ученых во главе с заслуженным деятелем науки и техники Р. Ф, д.т.н. В. И. Патякиным, к.т.м. В. И. Шаплыкой, ЭЛ. Полесским было создано, конструктивное решение самобалансирующейся-, центрифуги, не имеющей аналогов в отечественной и зарубежной практике.
Цель работы. Основные целидиссертационной работы состояли в изучении особенностей и закономерностей процессов механического удаления свободной влаги в центробежном поле для создания условий благоприятных сохраненшо качества обезвоженной древесины при хранении, в снижении границы конечной влажности за счет введения в центробежное поле теплового поля: повышение эффективности сушки за счет механического удаления влаги. Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследований: провести анализ научных работ по способам сушки древесины, выяснить их энергоемкость и сроки сушкипровести анализ особенностей строения водопроводящих путей древесины хвойных и лиственных породэкспериментально исследовать модель капиллярно-пористой структуры древесиныразработать теоретические основы удаления свободной влаги из единичного капилляра и капиллярно-пористой системы древесиныобъяснить теоретически и подтвердить экспериментально причини сохранения качества обезвоженной древесины при храненииопределить технико-экономическую эффективность центробежно-конвективной сушки бревеннайти техническое решения для реализации указанного способа в промышленности.
Объекты исследования: Лесоматериалы различных пород — бревна. Научную новизну имеют: Теоретические основы удаления влаги из единичных капилляров и системы капилляров — древесиныпараметры обезвоживания, угловая скорость, пределы обезвоживания, характер распределения оставшейся в древесине влаги, скопления её в конце пути движения при обезвоживанииперспективные центробежно-конвективные способы обезвоживанияпричин сохранения качества обезвоженной древесины при хранении бревен. Новое техническое решение самобалансирующейся установки (на карданном подвеске).
Значимость работы для науки и практики: Для теории имеют значения: Теоретические модели удаления свободной влаги из капилляра и капиллярно-пористой структуры древесины, закономерности распределения влаги по длине обезвоженного образца и влияния скопления влаги в торцевой части обезвоженного бревна на качестве древесины при хранении, закономерности обезвоживания, определяющиеся комплексным показателям — фактором обезвоживания, объединяющем размеры бревна и угловую скорость вращения. Все это углубляет понятие об обезвоживания и расширяет теорию науки о лесе. Практическое значение имеют результаты экспериментальных исследований, проведенных в производственных условиях на экспериментально-промышленном оборудовании, методика и результаты определения параметров капиллярно-пористой структуры древесных пород.
Кроме того, имеет большое значения рекомендации по обработке древесины перед хранением.
Научные положения выносимые на защиту: математическая модель процесса обезвоживания единичного капилляра, и системы капилляров в центробежно-тепловом полемодель капиллярно-пористой структуры древесиныметодика определения и параметры капиллярно-пористой структуры древесинырежимы обезвоживания длинномерных бревен перед длительным хранениемрезультаты экспериментальных исследований в центробежном и центробежно-тепловом полеДостоверность полученных результатов подтверждается адекватностью математических моделей, относительной погрешностью результатов, не превышающей допустимой значение 5%, результатами математической обработки экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрения на заседании кафедры, научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПБГЛТА в 20 062 008 годах.
Промышленная проверка разработанных режимов обезвоживания и хранения бревей проводилась в условиях Васкеловской лаборатории ЦНИИлесосплава и производственной базы НПО «Центр» Белоруссия.
По результатам научных исследований опубликовано 3 печатные работы, в изданиях рекомендованных ВАК Минобразования РФ.
Структура и объем работы диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводоврекомендаций, списка литературы.
— 115-ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Главной задачей повышения эффективности лесозаготовительного производства, является более полное освоение отводимого в рубку лесосечного фонда за счет вовлечения в комплексную переработку лиственной, лиственничной и низкокачественной древесины, а также доставка древесного сырья потребителям с минимальными трудозатратами, без количественных и качественных потерь.
В процессе теоретических и экспериментальных исследований получены приведенные ниже результаты, из которых сделаны выводы и рекомендации.
1. Используя теорию движения жидкости по капилляру и установленные в диссертации параметры капиллярно-пористой структуры древесины, определяющие движение свободной влаги, разработаны теоретические основы обезвоживания единичного капилляра и древесины, как системы капилляров в поле центробежных сил.
2. Установлена закономерность интенсивности процессов изменения плотности древесины при центробежном обезвоживании: которая гласит, что интенсивность процессов прямо пропорциональна потенциалу капиллярной влагоемкости и обратно пропорциональна времени течения процесса.
3. Основными параметрами капилляр но-пористой структуры древесины являются: количество и размеры водопроводящих элементов, плотность в абсолютно-сухом состоянии, объемная и поверхностная пористость, процент поздней древесины. Каждая.
Р = РпРо+(Рн-РпРо)е Г.
1677 агс — коэффициент сопртивлния. древесная порода, несмотря на значительные колебания, характеризуется вполне определенными средними значениями этих параметров, которые отражают особенности макрои микростроения.
4. При повышении дефицита влажности окружающего воздуха влажность древесины уменьшается в результате увеличения интенсивности транспирационного удаления влаги из ствола. Каждому фенологическому сезону с характерным для него состоянием водного баланса деревьев, наступающему при определенной температуре воздуха, соответствует определенное значение плотности.
Годовой минимум плотности древесины растущих деревьев наступает в летний период, годовой максимум у хвойных пород — в зимний, а у лиственных пород — в весенний период (апрель-май).
5. Колебания плотности древесины отдельных бревен или частей ствола растущих деревьев подчиняются законам нормального распределения. Размах колебания в зависимости от породы и о периода заготовки составляет: березы — 150−220 кг/м — осины — 2103 3 3.
320 кг/м и сосны — 300 кг/м — ели — 350 кг/м .
6. При удалении влаги из древесины коэффициент капиллярной влагопроводности зависит от коэффициента диффузии водяного пара, величины парциального давления, относительной влажности и температуры окружающего воздуха, соотношения объема продольных и поперечных капилляров и их размеров, характеризующих породу.
7. Наиболее эффективным способом повышения потребительских свойств является обезвоживание древесины в поле центробежных сил.
Коэффициент интенсивности центробежного обезвоживания древесины прямо пропорционален квадрату, угловой скорости, квадрату эквивалентного радиуса капилляра, плотности жидкости и.
— 117обратно пропорционален вязкости жидкости.
Предельная плотность в конце обезвоживания зависит от силы поверхностного натяжения, меры смачиваемости, плотности жидкости, угловой скорости и радиуса вращения, минимального радиуса обезвоживаемого капилляра. Показатели эффективности процесса:
— конвективной — 1,6−3,0 кВт. ч;
— кондуктивный — 1,25−1,45кВт.ч;
— центробежный — 0,015 кВт.ч.
8. Распределение влаги по длине и диаметру обезвоженного бревна характеризуется наличием влажных зон в приторцевых частях за счет оставшихся столбиков жидкости в капиллярах и относительно малым содержанием и ровным распределением влаги в центральной части бревна, распределение влаги по диаметру бревна имеет синусоидальный характер — пониженную влажность в поверхностных слоях (в зоне крупных капилляров) и повышенную влажность в центральной части сечения, особенно в концевых сечениях бревна.
9. Критерием достижения конечной плотности при центробежном обезвоживании бревен различной длины является фактор обезвоживания, который равен удвоенной линейной скорости движения торца бревна Р0−2соК = соЬ. Величина фактора обезвоживания зависит от породы, начальной плотности древесины и конечной плотности, которую необходимо получить после обезвоживания, длины.
10. Для достижения конечной плотности, при которой уже не происходит столь существенного обезвоживания, фактор обезвоживания (при температуре жидкости в древесине 10−30°С) для хвойных — 230−250 м/с. При этом время вращения составляет для хвойных — 900−1200 с. Вращение в этих режимах обеспечивает снижение плотности для лиственной древесины 15−20% и для хвойной — 35−40. При этом достигается влажность в конце обезвоживания круглых лесоматериалов 50−60% и пиломатериалов -35−40%.
11. Производственная и лабораторная проверка показала, что полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований обладают достоверностью, вычисленные значения по установленным зависимостям к полученным в производственных или лабораторных условиях отличаются не более, чем на ±3%.
12. Ожидаемый экономических эффект от внедрения научно-обоснованного комплекса организационно-технических мероприятий обезвоживание древесины в поле центробежных сил, составит более 162 млн руб.
13. Основными направлениями расширения областей применения найденного технического решения самобалансирующейся центрифуги и проведенных исследований в других подотраслях лесной и деревообрабатывающей промышленности являются: разработка новых технологических процессов и создание оборудования для механического и физико-механического обезвоживания древесины до транспортной влажностиразработка технологических процессов и средств комплексной механизации обработки древесины в поле центробежных сил с целью повышения технологических и потребительских свойств лиственной и низкокачественной древесины, а также получение новых видов материала.
