Архив / 2001 / №1(19) / Опыт применения

Регулирование процесса сушки пиломатериалов приборами 2ТРМ1 и УТ24

Древесину обычно сушат в виде пиломатериалов, то есть досок или заготовок. Камерная сушка пиломатериалов в деревообработке относится к категории наиболее ответственных и дорогих процессов. В зависимости от начальной влажности древесины, породы, размеров сечения и требуемого качества сухих пиломатериалов назначается режим сушки. Под режимом сушки обычно понимают расписание значений температуры и влажности воздуха, агента сушки, циркулирующего через штабель пиломатериалов. Для повышения эффективности процесса и сохранения качества древесины, состояние агента меняется в зависимости от текущей влажности материала. Влажность определяется отношением массы воды в древесине к массе самой древесины и выражается в процентах. Начальная влажность древесины может достигать значений больших 100%. Конечная влажность должна соответствовать эксплуатационным условиям готового изделия и для мебели, например, составляет около 7%.

Разработка режимов сушки связана с решением ряда достаточно сложных динамических задач по определению полей влажности, внутренних напряжений и деформаций.

Содержащуюся в древесине влагу разделяют на связанную (удерживаемую силами физического взаимодействия) и свободную (занимающую полости в строении древесины). Максимальное содержание связанной влаги, при отсутствии свободной, называют пределом насыщения. Для древесины значение указанного предела составляет около 30%. При уменьшении влажности древесины ниже 30%, возникает уменьшение объема, называемое усушкой.

В связи с тем, что сушка сопровождается градиентами влажности, возникающими в массивном материале, а, следовательно, внутренними напряжениями, может снижаться качество древесины. Чтобы гарантировать требуемое качество сухих материалов, необходимо выдерживать режимные значения агента сушки.

Рис. 1
Рис. 1

Сушильные камеры можно разделить на два основных типа: периодического и непрерывного действия.

Камеры периодического действия предусматривают весь цикл сушки без перемещения материала в камере, а характеристики агента сушки, практически одинаковы по всему объему. Технология сушки в этих камерах предусматривает скачкообразное изменение параметров агента сушки. На рис. 1 приведена диаграмма изменения температуры сухого (tс) и влажного (tм) термометров в зависимости от временной (t) стадии процесса для наиболее сложноного процесса сушки:

- начальный прогрев 0 - t1;
- первая ступень режима сушки t1 - t2;
- вторая ступень режима сушки t2 - t3;
- промежуточная влаготеплообработка для снятия внутренних напряжений t3 - t4;
- третья ступень режима сушки t4 - t5;
- конечная влаготеплообработка для снятия внутренних напряжений t5 - t6;
- конечная подсушка до требуемой влажности t6 - t7.

Продолжительность начального прогрева 0-t1 регламентируется температурой в центральных зонах высушиваемого материала. При отсутствии возможности прямого измерения температуры, используют расчетный метод. Для пиломатериалов мягких хвойных пород, температура среды задается режимом начальной обработки. При прогреве пиломатериалов из древесины твердой лиственницы tс поддерживают на 5оС, а для мягких лиственных пород на 8оС выше температуры первой режимной ступени сушки. Психрометрическую разность Dt = tс - tм поддерживают на уровне 0,5-1,5оС.

Параметры агента на трех ступенях сушки, соответственно, t1-t2; t2-t3; t4-t5, регламентируются режимом сушки. На конечной стадии процесса подсушки t6-t7, параметры сушильного агента поддерживают равными третьей ступени сушки. Окончание ступеней сушки и конечной подсушки определяют по влажности материала.

Для снятия или уменьшения остаточных внутренних напряжений, возникающих в древесине при сушке, проводят промежуточную t3-t4 и конечную t5-t6 обработку древесины в среде повышенной температуры и влажности, называемую влаготеплообработкой. Температуру среды поддерживают на 8оС выше температуры предшествующей ступени сушки. Психрометрическая разность при промежуточной обработке составляет 1,5-2оС, а при конечной обработке 0,5-1,0оС. Продолжительность влаготеплообработок определяют экспериментально по пробам, силовым секциям, выпиливаемым из досок или по рекомендованной, ориентировочной продолжительности.

Камеры непрерывного действия, относящиеся к второму типу, иногда называют туннельными. Такие камеры рассчитаны на сушку штабелей древесины с различной влажностью. Когда конечная влажность первого, наиболее сухого штабеля достигла требуемого значения, его выкатывают из камеры, все последующие штабели смещают на освобождаемые места, а на место бывшего последнего штабеля, закатывают новый. В соответствии с влажностью древесины, находящейся в камере, принято назвать въездной портал камеры мокрым, а выездной сухим. Агент сушки циркулирует последовательно через все штабели и увлажняется за счет влаги испаряемой из древесины. Циркуляция организована таким образом, что наиболее сухой воздух попадает в первый штабель, а наиболее насыщенный влагой в последний. Параметры агента сушки должны регулироваться, точнее, быть стабильными, на входе в первый штабель. Требуемых параметров агента сушки в последнем штабеле достигают путем настройки камеры, изменяя скорости циркуляции воздуха. Некоторые камеры, предназначенные для наиболее трудно сохнущих пород древесины, дополнительно оснащают регуляторами параметров агента в зоне последнего штабеля.

Разновидностью камер непрерывного действия, являются камеры с позонной циркуляцией. Такие камеры разделены на несколько зон, обычно 5 или 6. В каждой зоне агент сушки циркулирует по замкнутому пространству и имеет свои характеристики. Регулирование параметров агента сушки сводится к поддержанию требуемых характеристик в каждой зоне.

Для нагрева агента сушки используют различные теплообменные аппараты и калориферы. В качестве теплоносителя может применяться пар, вода или электроэнергия.

Влажность в камерах увеличивают путем пуска пара или воды в камеру при закрытых вентиляционных каналах. Влажность сушильного агента снижают путем открытия задвижек на вентиляционных каналах. При этом происходит замена части влажного воздуха, удаляемого из камеры, более сухим, поступающим из окружающего пространства.

Рис. 2
Рис. 2

Сушильные камеры могут оснащаться различными по сложности и удобству эксплуатации электронными приборами. В камерах периодического действия, достаточно использовать двухканальный измеритель-регулятор 2ТРМ1. На рис. 2 приведена схема управления камерой периодического действия. Вентиляционное, тепловое и аэродинамическое оборудование могут работать в автоматическом или ручном режиме. Камера работает на горячей воде или паре в прерывистом или непрерывном режиме. Периодичность работы камеры задается двухканальным реле времени УТ24. Калорифер работает в двухпозиционном режиме, для чего использован один из каналов прибора 2ТРМ1. Сухой канал, управляющий температурой сушильного агента, используется для включения электрических нагревателей или двухпозиционного управления регулирующим клапаном. Влажный канал, для которого удобно использовать разность температур, управляет исполнительными механизмами вентиляционных заслонок и регулирующим клапаном пуска пара в сушильную камеру или запорным электромагнитным клапаном для пуска воды в форсунки. При этом используется двухпозиционный закон регулирования. При снижении влажности агента сушки закрываются вентиляционные задвижки, дается задержка по времени и подается пар в камеру или вода в форсунки. Вода в форсунки подается импульсами, чередующимися с паузой. Один канал реле управляет задержкой пуска пара или воды в сушильную камеру, а второй канал управляет импульсами. С целью экономии энергии увлажнение чередуется с паузой.

Приборы 2ТРМ1 можно использовать в качестве трехпозиционного регулятора для управления запорно-регулирующими клапанами. Клапан будет приводиться в движение, если значения температуры в камере будут отличаться от промежуточного значения между уставками первого и второго каналов. К достоинствам измерителей-регуляторов данного типа следует отнести простоту программирования и эксплуатации, а также сохранение работоспособности при падениях напряжения питающей сети.

Следует отметить, что сушка лиственницы и твердых пород древесины требует в загрузочном конце камеры высокой влажности агента сушки. Разница между показаниями сухого и влажного термометров составляет всего 1-2оС. При регулировании параметров агента сушки по разнице температур сухого и влажного термометров можно использовать программный задатчик-регулятор МПР51, а для управления камерами непрерывного действия с позонной циркуляцией агента сушки удобно использовать многоканальные измерители-регуляторы ТРМ34 или ТРМ38. Достоинством всех этих приборов является возможность регистрации хода технологического процесса на компьютере по стандартному интерфейсу через адаптер сети АС2. Протоколирование параметров агента сушки в реальном масштабе времени обеспечивает выполнение апостериорного анализа выбранных технологом режимов, что позволяет устранить возможные нарушения технологии в дальнейшем.

Галкин В.П.