способ сушки древесных заготовок и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ конвейерной сушки древесных заготовок путем их нагрева в высокочастотном электрическом поле между горизонтально ориентированными пластинчатыми электродами рабочего конденсатора в сушильной камере с одновременной подачей воздуха в камеру и вытяжкой его из верхней части камеры, отличающийся тем, что заготовки устанавливают торцевыми поверхностями перпендикулярно вектору напряженности электрического поля, причем заготовки размещают так, что их нижние торцевые поверхности расположены выше уровня поверхности конвейерной ленты, при этом осуществляют принудительный обдув заготовок подогретым воздухом, подаваемым под нижние торцы заготовок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подают воздух, подогретый до температуры 80 - 110^oС.

3. Установка для осуществления способа по п. 1 или 2, включающая ВЧ генератор, сушильную камеру с помещенными в ней верхним и нижним пластинчатыми электродами рабочего конденсатора, конвейерную ленту для перемещения древесных заготовок через сушильную камеру между электродами, систему подвода воздуха в сушильную камеру и по меньшей мере одно отверстие для вытяжки воздуха, расположенное в верхней части сушильной камеры, отличающаяся тем, что установка содержит размещенные на конвейерной ленте контейнеры прямоугольной формы для установки в них заготовок в вертикальном положении, имеющие боковые стенки и ряд прямоугольных перегородок, перегородки и параллельные им боковые стенки контейнера снабжены горизонтальными боковыми выступами, расположенными выше опорной поверхности контейнера и образующими опорные площадки под краевые участки нижних торцов заготовок, одна из стенок контейнера, перпендикулярная вертикальным перегородкам, имеет в нижней части щелевой проем, выполненный по длине стенки на высоту, соответствующую уровню расположения горизонтальных боковых выступов, система подвода воздуха выполнена в виде калорифера с вентилятором, соединенных посредством трубопровода с трубчатыми распределителями, установленными по длине конвейерной ленты выходными отверстиями внутрь камеры на уровне, обеспечивающем проход воздуха сквозь щелевые проемы в стенках контейнеров, при этом контейнеры размещены на конвейерной ленте так, что их щелевые проемы обращены к выходным отверстиям трубок распределителей воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области деревообработки, а именно к технологии конвейерной сушки древесных заготовок в высокочастотном (ВЧ) электрическом поле, в том числе к сушке предварительно уплотненных древесных заготовок.

В настоящее время известны способы сушки древесины, основанные на нагреве древесных заготовок в ВЧ электрическом поле в конвейерных сушильных камерах. ВЧ-нагрев обеспечивает интенсификацию процесса сушки древесины по сравнению с широко применяемой технологией сушки древесных заготовок в потоке теплоносителя.

Известны способ конвейерной ВЧ-сушки катушечных заготовок из древесины и установка для его осуществления, в которых регулируют процесс сушки путем изменения междуэлектродного промежутка рабочего конденсатора, при этом обеспечивают одинаковые для всех заготовок условия сушки за счет организации их укладки в один слой в желобе конвейера с помощью автоматического питателя [а.с. СССР N 100924, кл. 82 а, 8].

Известны способ и установка ВЧ-сушки древесных заготовок с одновременной циркуляцией воздуха через конвейерную сушильную камеру и автоматической регулировкой скорости подачи высушиваемого материала в зависимости от его свойств [Ж. Деревообрабатывающая промышленность, N 3, 1963 г., с. 33]. Указанные способ и установка позволяют высушивать древесные заготовки, имеющие значительные линейные размеры в поперечном и продольном направлениях.

В качестве ближайших аналогов заявляемых способа и устройства авторы выбрали способ и установку ВЧ-сушки [Сб. Металлорежущие и деревообрабатывающие станки, автоматические линии, режущий и контрольно-измерительный инструмент, 1965 г., в.3, НИИМАШ, с. 21-23].

Согласно указанному способу осуществляют по специальной программе ВЧ-нагрев древесных заготовок, в частности досок, между горизонтально ориентированными пластинчатыми электродами рабочего конденсатора в сушильной камере, для чего последовательно воздействуют на помещенные на конвейерную ленту заготовки несколькими ВЧ-полями, обеспечивающими различные температурные параметры. При этом регулируют микроклимат в сушильной камере путем подачи воздуха в пространство под нижним электродом и отвода воздуха вместе с парами воды из верхней части камеры. Высушиваемые заготовки укладывают на конвейерную ленту горизонтально таким образом, что их торцевые поверхности ориентированы вдоль вектора напряженности электрического поля рабочего конденсатора.

Установка для размещения данного способа включает ВЧ-генератор, сушильную камеру с помещенными в ней нижним заземленным и верхним высоковольтным, разделенным на несколько секций, пластинчатыми электродами, между которыми расположена конвейерная лента для перемещения заготовок. Секции верхнего электрода установлены относительно нижнего электрода каждая на определенной высоте в соответствии с программой сушки. Под нижним электродом помещен воздухораспределительный лист, под которым установлено устройство впуска воздуха. В верхней части камеры имеется вентиляционное отверстие для выпуска воздуха и выделяющихся из древесины паров влаги.

Указанные способ и устройство обеспечивают качественную сушку для ограниченного круга заготовок.

Размещение древесных заготовок на конвейерной ленте так, что их торцевые поверхности ориентированы вдоль вектора напряженности электрического поля рабочего конденсатора, приводит к созданию неодинаковых условий нагрева для заготовок, высота которых в поперечном сечении изменяется по ширине заготовки, например, в случае сушки заготовок, имеющих в поперечном сечении форму круга, шестиугольника. В этом случае из-за того, что толщина слоя древесного материала в направлении вектора напряженности электрического поля неодинакова, величина напряженности поля в материале оказывается различной для различных участков заготовки. Это приводит к неравномерному нагреву материала в объеме заготовки, и, как следствие, к короблению, растрескиванию древесины, ухудшению качества сушки.

Задачей заявляемых способа и устройства является создание технологии ВЧ-сушки, пригодной для древесных заготовок с различной формой поперечного сечения, в том числе для предварительно уплотненных заготовок.

Указанная задача решается тем, что в способе конвейерной сушки древесных заготовок путем их нагрева в ВЧ электрическом поле между горизонтально ориентированными пластинчатыми электродами рабочего конденсатора в сушильной камере с одновременной подачей воздуха в камеру и вытяжкой его из верхней части камеры согласно изобретению заготовки устанавливают торцевыми поверхностями перпендикулярно вектору напряженности электрического поля, причем заготовки размещают таким образом, что их нижние торцевые поверхности расположены выше уровня поверхности конвейерной ленты, при этом осуществляют принудительный обдув заготовок подогретым воздухом, подаваемым под нижние торцы заготовок.

Наиболее эффективным является подача воздуха, нагретого до температуры от 80^oС до 110^oС.

Указанная задача решается также тем, что установка для осуществления способа, включающая ВЧ-генератор, сушильную камеру с помещенным в ней верхним и нижним пластинчатыми электродами рабочего конденсатора, конвейерную ленту для перемещения древесных заготовок через сушильную камеру между электродами, систему подвода воздуха в сушильную камеру и по меньшей мере одно отверстие для вытяжки воздуха, расположенное в верхней части сушильной камеры, согласно изобретению содержит размещенные на конвейерной ленте контейнеры прямоугольной формы дня установки в них заготовок в вертикальном положении, имеющие боковые стенки и ряд прямоугольных перегородок, перегородки и параллельные им боковые стенки контейнера снабжены горизонтальными боковыми выступами, расположенными выше опорной поверхности контейнера и образующими опорные площадки под краевые участки нижних торцов заготовок, одна из стенок контейнера, перпендикулярная вертикальным перегородкам, имеет в нижней части щелевой проем, выполненный по длине стенки на высоту, соответствующую уровню расположения горизонтальных боковых выступов, система подвода воздуха установки выполнена в виде калорифера с вентилятором, соединенных посредством трубопровода с трубчатыми распределителями, установленными по длине конвейерной ленты выходными отверстиями внутрь камеры на уровне, обеспечивающем проход воздуха сквозь щелевые проемы в стенках контейнеров, при этом контейнеры размещены на конвейерной ленте таким образом, что их щелевые проемы обращены к выходным отверстиям трубок распределителей воздуха.

Особенностью предлагаемого способа является воздействие на высушиваемые заготовки ВЧ-поля в сочетании с принудительным обдувом их подогретым воздухом, при этом важное значение имеет положение заготовок в процессе сушки относительно пластин рабочего конденсатора.

При вертикальном положении заготовок между горизонтально ориентированными пластинчатыми электродами рабочего конденсатора обеспечивается одинаковая толщина слоя нагреваемого материала в направлении вдоль вектора напряженности электрического поля конденсатора при любой форме поперечного сечения заготовки. Тем самым достигается одинаковая величина напряженности электрического поля в материале заготовки, и, соответственно, мощности, выделяющейся в единице объема материала, за счет чего обеспечивается равномерный нагрев заготовок и высокое качество сушки.

Установка заготовок с зазором относительно поверхности конвейерной ленты позволяет организовать подвод подогретого воздуха под нижние торцы заготовок, при этом за счет обдува заготовок снизу восходящим потоком подогретого воздуха ускоряется процесс сушки.

В то же время подача подогретого воздуха в указанную область обеспечивает прогрев конструктивных элементов установки, расположенных в непосредственной близости от нижних торцов заготовок, в частности конвейерной ленты, что предотвращает образование конденсата на поверхностях указанных элементов конструкции установки.

При сушке древесины, особенно при сушке предварительно уплотненных заготовок, возможно выделение капель влаги из древесного материала и стекание их вниз, что может привести к искрению и электрическим пробоям в междуэлектродном пространстве при накапливании влаги. За счет подвода потока подогретого воздуха под нижние торцы заготовок ускоряется процесс испарения капель влаги и предотвращается их накапливание.

Благодаря вытяжке подогретого воздуха из верхней части сушильной камеры обеспечивается наряду с обдувом заготовок восходящим потоком воздуха подогрев верхнего электрода, тем самым предотвращается образование конденсата на его поверхности.

Экспериментально установлено, что наибольшая эффективность способа достигается при подаче воздуха, нагретого до температуры от 80^oС до 110^oС.

Заявляемая установка обеспечивает реализацию описываемой технологии сушки древесины.

Необходимое согласно способу расположение заготовок между пластинами рабочего конденсатора обеспечивается за счет помещения заготовок в контейнеры специальной конструкции, в которых имеется ряд вертикальных перегородок. Имеющиеся на перегородках и параллельных им стенках контейнера боковые горизонтальные выступы образуют опорные площадки под краевые участки нижних торцов заготовок. При этом за счет того, что указанные боковые выступы расположены выше опорной поверхности контейнера, нижние торцы заготовок оказываются выше уровня поверхности конвейерной ленты.

Для принудительной подачи подогретого воздуха в сушильную камеру служат размещенные вдоль конвейерной ленты трубчатые распределители, соединенные трубопроводом с калориферами и вентилятором. При этом для подвода подогретого воздуха под нижние торцы заготовок в контейнерах имеется щелевой проем, выполненный в нижней части одной из стенок. Для свободного прохода воздуха под торцами всех заготовок, установленных рядами между соседними вертикальными перегородками, щелевой проем выполнен в стенке, расположенной перпендикулярно указанным перегородкам. При этом высота щелевого проема соответствует расстоянию, на которое опорные площадки под заготовки подняты над уровнем опорной поверхности контейнера, а обращенные к щелевым проемам контейнеров выходные отверстия трубчатых распределителей установлены на уровне расположения указанных щелевых проемов.

За счет размещения вентиляционного отверстия в верхней части камеры обеспечивается создание в ней восходящего потока воздуха, подаваемого под нижние торцы заготовок.

Способ осуществляют следующим образом.

Сушку древесных заготовок осуществляют в сушильной конвейерной камере, соединенной с ВЧ-генератором, подающим напряжение на горизонтально ориентированные пластинчатые электроды рабочего конденсатора.

Влажные неуплотненные или предварительно уплотненные древесные заготовки фиксируют определенным образом на конвейерной ленте так, что торцевые поверхности заготовок ориентированы перпендикулярно вектору напряженности электрического поля конденсатора, а нижние торцы заготовок расположены выше уровня поверхности конвейерной ленты.

Перемещают зафиксированные указанным образом заготовки в сушильной камере между пластинчатыми электродами, при этом происходит нагрев заготовок в ВЧ электрическом поле конденсатора. Одновременно с перемещением заготовок осуществляют нагнетание подогретого воздуха в сушильную камеру и вытяжку его из верхней части камеры, при этом воздух подают под нижние торцы заготовок.

Следует подавать воздух, подогретый до температуры (80-110)^oС.

Параметры ВЧ-поля, определяющие температуру нагрева заготовок в процессе сушки, и скорость перемещения конвейерной ленты, определяющую длительность процесса сушки, задают в зависимости от размеров заготовок, их начальной влажности, а также степени уплотнения в случае сушки уплотненных заготовок.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Осуществляли сушку заготовок из березы, прошедших стадию предварительного уплотнения. Степень уплотнения заготовок составляла 1,25. Начальная влажность заготовок составляла 31%. Заготовки имели форму правильных призм с основанием в виде шестиугольника. Длина заготовок - 400 мм, расстояние между противоположными сторонами - 70 мм.

Заготовки фиксировали на конвейерной ленте вертикально с зазором 30 мм между нижними торцами заготовок и поверхностью ленты.

Осуществляли перемещение зафиксированных на конвейерной ленте заготовок между пластинами конденсатора, установленными на расстоянии 520 мм друг от друга. Рабочая частота генератора и напряжение на его выходе составляли, соответственно, 13,56 МГц и 7,2 кВ. Скорость движения конвейерной ленты была равна 0,9 м/ч, температура нагнетаемого в сушильную камеру воздуха поддерживалась в диапазоне от 80^oС до 110^o С.

Время сушки составило 6 ч 40 мин.

Влажность заготовок по окончании сушки была равна в среднем 9,8%.

Высушенные заготовки сохранили первоначальную форму, не содержали трещин. Боковые поверхности заготовок имели ровный белесый цвет, что свидетельствовало о равномерности высушивания заготовок по их длине.

Пример 2.

Осуществляли сушку предварительно уплотненных заготовок из ольхи. Степень уплотнения заготовок - 1,25, начальная влажность заготовок - 29%. Заготовки имели форму цилиндра. Длина заготовок - 400 мм, диаметр заготовок - 100 мм.

Заготовки фиксировали на конвейерной ленте, как описано в примере 1. Расстояние между пластинами конденсатора, величины рабочей частоты генератора и напряжения на его выходе, а также температура нагнетаемого в сушильную камеру воздуха были такими же, как в примере 1. Скорость движения конвейерной ленты составляла 0,82 м/ч.

Время сушки составило 7 ч 19 мин.

Влажность заготовок по окончании сушки была равна в среднем 11%.

Высушенные заготовки сохранили первоначальную форму, не содержали трещин. Боковые поверхности заготовок имели ровный слегка желтоватый цвет, что свидетельствовало о равномерном высушивании заготовок по длине.

На фиг.1 представлен общий вид установки, предназначенной для реализации заявляемого способа (вид спереди); на фиг.2 - то же (вид А-А на фиг.1); на фиг.3 - то же (вид Б-Б на фиг.2 с поворотом на 90^o).

Установка включает в себя ВЧ-генератор 1, сушильную камеру 2, оснащенную транспортером, включающим конвейерную ленту 3, которая перемещается между верхним секционированным высоковольтным электродом 4 и нижним заземленным электродом 5. Отрытые боковые участки камеры 2 экранированы с помощью волноводных фильтров-патрубков 6 прямоугольной формы. Секции электрода 4 снабжены механизмами вертикального и наклонного перемещения (на чертеже не показаны).

Установка включает систему нагнетания подогретого воздуха в камеру 2, которая содержит электрокалорифер 7 с вентилятором 8, трубопровод 9, связанный с трубчатыми распределителями 10, установленными внутри камеры 2 по длине конвейерной ленты 3. В верхней части камеры 2 расположены вентиляционные отверстия 11, подсоединенные к системе вытяжной вентиляции.

Установка также содержит контейнеры 12 прямоугольной формы для фиксации высушиваемых заготовок 13 на конвейерной ленте 3.

Контейнеры 12 выполнены из радиопрозрачного материала, например фторопласта. На двух противоположных стенках контейнеров 12 закреплены вертикальные перегородки 14, имеющие поперечное сечение в форме перевернутой буквы "Т". Перегородки 14 имеют высоту, меньшую, чем высота стенок контейнера 12, за счет чего между перегородками 14 и опорной поверхностью контейнера 12 имеется зазор. На стенках контейнера 12, параллельных перегородкам 14, имеются боковые горизонтальные планки 15, размещенные на высоте, согласованной с уровнем расположения горизонтальных выступов перегородок 14.

Одна из стенок контейнера 12, перпендикулярная перегородкам 14, имеет в нижней части щелевой проем 16 для прохода воздуха под торцы заготовок 13. Контейнеры 12 установлены на ленте 3 таким образом, что их щелевые проемы 16 расположены напротив выходных сопел трубчатых распределителей 10, а сами трубчатые распределители 10 установлены в камере 2 на уровне, соответствующем половине высоты щелевого проема 16 контейнеров 12.

Установка снабжена схемой управления приводом 17 транспортера. Указанная схема включает влагомеры 18 и 19, установленные соответственно на входе в камеру 2 и на выходе из нее, и подсоединенные к устройству 20 обработки сигналов, выходной сигнал которого управляет скоростью привода 17.

Установка работает следующим образом.

При включении ВЧ-генератора 1 на высоковольтный электрод 4 камеры 2 подается высокое напряжение.

Заготовки 13 помещают в контейнеры 12 рядами между перегородками 14, устанавливая их вертикально на опорные площадки, образованные боковыми выступами перегородок 14 и планками 15. Контейнеры 12 устанавливают на ленте 3 так, чтобы их щелевые проемы 16 были обращены навстречу соплам трубчатых распределителей 10.

Включают систему вытяжной вентиляции, а также систему нагнетания подогретого воздуха.

Включают привод 17, задавая первоначальную скорость движения ленты 3 в ручном режиме.

Далее в процессе сушки скорость движения ленты 3 регулируется автоматически по показаниям влагомеров 18 и 19, причем сигнал от влагомера 18 задает скорость ленты 3, соответствующую начальной влажности материала высушиваемой партии заготовок 13, а по сигналу от влагомера 19 корректируются скорость ленты 3 по результатам сушки.

Заготовки 13 в контейнерах 12 перемещаются в камере 2 между электродами 4 и 5, подвергаясь воздействию ВЧ-поля, а также воздействию восходящего потока подогретого воздуха, нагнетаемого в камеру 2. По окончании сушки контейнеры 12, прошедшие через камеру 2, перемещаются на приемный стол (на чертеже не показан), где по остывании заготовок происходит разгрузка контейнеров 12.