Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1 Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Анализ способов сушки круглых лесоматериалов 11
1.2 Анализ режимов сушки круглых лесоматериалов 27
1.3 Анализ процессов и явлений, имеющих место при сушке древесины 30
1.3.1 Анализ механизма процесса сушки круглых лесоматериалов 30
1.3.2 Анализ теплофизических показателей древесины 34
1.3.3 Зависимость теплопроводности и температуропроводности от физических свойств древесины 35
1.3.4 Анализ методов определения продолжительности сушки круглых лесоматериалов 43
1.4 Выводы. Цель и задачи исследования 50
РАЗДЕЛ 2 Теоретическое обоснование процесса нагрева круглых лесоматериалов 52
2.1 Анализ цикла сушки круглых лесоматериалов 52
2.2 Определение продолжительности нагрева и прогрева лесоматериалов круглого сечения в конвективных камерах 56
2.2.1 Постановка задачи нагрева круглых лесоматериалов 58
2.2.2 Решение задачи нагрева круглых лесоматериалов 60
2.2.3 Определение среднего коэффициента теплоотдачи штабеля круглых лесоматериалов 63
2.2.4 Постановка задачи прогрева круглых лесоматериалов 68
2.2.5 Решение задачи прогрева круглых лесоматериалов 69
2.3 Выводы 70
РАЗДЕЛ 3 Аналитические исследования процесса прогрева древесных сортиментов цилиндрической формы 72
3.1 Расчёт процессов нагрева и прогрева лесоматериалов цилиндрической формы 72
3.1.1 Исходные данные для расчётов 72
3.1.2 Обоснование исходных данных, относящихся к древесине 73
3.1.3 Обоснование исходных данных, относящихся к агенту сушки 76
3.2 Определение параметров теплообмена круглых лесоматериалов в начальный период прогрева при сушке 76
3.3 Определение продолжительности начального периода прогрева круглых лесоматериалов при сушке 85
3.4 Последовательность расчётов процесса прогрева круглых лесоматериалов 104
3.5 Выводы 108
РАЗДЕЛ 4 Экспериментальные исследования процесса прогрева древесных сортиментов цилиндрической формы 110
4.1 Методика экспериментального исследования 110
4.1.1 Описание экспериментальной установки 110
4.1.2 Аппаратура и инструменты 113
4.1.3 Конструкция штабеля для проведения эксперимента 116
4.1.4 Установка датчиков в контрольных сортиментах 118
4.1.5 Последовательность проведения эксперимента 120
4.2 Результаты исследований и их анализ 121
4.2.1 Исследование распределения начальной влажности по сечению контрольных образцов 122
4.2.2 Определение скорости потока воздуха в штабеле 129
4.2.3 Анализ поля температуры при скорости потока воздуха 1,0 м/с 134
4.2.4 Анализ поля температуры при скорости потока воздуха 1,5 м/с 137
4.2.5 Анализ поля температуры при скорости потока воздуха 2,0 м/с 141
4.2.6 Построение математической модели процесса прогрева оцилиндрованных брёвен 148
4.2.7 Определение продолжительности нагрева сортиментов цилиндрической формы без учёта изменения теплового состояния 153
4.3 Выводы 157
РАЗДЕЛ 5 Технико-экономичекий эффект от внедрения результатов разработок в промышленность 159
5.1 Методика расчёта технико-экономического эффекта от внедрения методики расчёта продолжительности прогрева оцилиндрованных брёвен 159
5.2 Расчёт технико-экономического эффекта от внедрения методики расчёта продолжительности прогрева оцилиндрованных брёвен 161
5.3 Выводы 164
Общие выводы и рекомендции 165
Список использованных источников 167
- Зависимость теплопроводности и температуропроводности от физических свойств древесины
- Определение среднего коэффициента теплоотдачи штабеля круглых лесоматериалов
- Определение параметров теплообмена круглых лесоматериалов в начальный период прогрева при сушке
- Исследование распределения начальной влажности по сечению контрольных образцов
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в России широко развивается деревянное домостроение с использованием оцилиндрованных брёвен. В связи с этим происходит модернизация существующих и строительство новых предприятий, ориентированных на промышленное производство готовых комплектов деревянных домов из оцилиндрованных брёвен. Кроме домов, оцилиндрованные сортименты применяют для строительства зданий социально-культурного назначения. Не смотря на относительную дороговизну таких деревянных строений, они пользуются спросом благодаря своему эстетичному внешнему виду и простоте сборки домов, обеспечивающей высокие темпы их строительства.
Как правило, все оцилиндрованные брёвна, используемые в строительстве, подвергаются атмосферной или искусственной сушке. Производство деталей для домостроения из высушенных оцилиндрованных брёвен увеличивает срок службы таких домов, сводит к минимуму осадку дома в процессе его строительства, позволяет производить пропитку деталей дома различными антисептиками и антипиренами, а также отделку фасадов домов лакокрасочными материалами.
Длительность атмосферной сушки оцилиндрованных брёвен составляет примерно 5...7 месяцев, тогда как искусственная сушка сокращает эту продолжительность более чем в три раза, позволяя уменьшить длительность производственного цикл, способствуя, тем самым, улучшению использования оборотных средств за счёт сокращения запасов брёвен в незавершённом производстве.
Наиболее распространенным в деревоперерабатывающей промышленности способом сушки, как пиломатериалов, так и оцилиндрованных брёвен, является сушка в конвективных камерах.
Анализ априорных сведений показал, что ни в литературе, ни в практической деятельности не представлено обоснование организации технологического процесса сушки оцилиндрованных брёвен и брусьев в конвективных камерах, отсутствуют сведения о порядке расчёта продолжительности прогрева и сушки брёвен и брусьев в условиях вынужденной конвекции воздуха. Задачи прогрева решались в основном для цилиндрических сортиментов при их прогреве в гидрофобных жидкостях и в среде насыщенного пара, теплофизические и термодинамические параметры которых существенно отличаются от тех же параметров воздуха, используемого в качестве агента сушки в конвективных лесосушильных камерах. Кроме того, эти задачи решались для единичных цилиндрических сортиментов и поэтому результаты таких расчётов не могут распространяться на сушильные камеры, в которых цилиндрические сортименты уложены в су-
шильные штабеля. Методика расчёта времени нагрева пиломатериалов неприменима для сортиментов цилиндрической формы.
Таким образом, разработка достоверного и эффективного метода расчёта процесса нагрева оцилиндрованных брёвен с учётом теплофизических характеристик влажного воздуха и древесины является актуальной задачей, имеющей большой научный и практический интерес.
Цель работы. Повышение эффективности конвективных сушильных камер путём сокращения времени нагрева оцилиндрованных брёвен по разработанным рациональным режимам.
Объектом исследования являются оцилиндрованные брёвна из древесины сосны.
Предметом исследования является процесс нагрева оцилиндрованных брёвен, уложенных в сушильный штабель.
Научная гипотеза. Сушильный штабель оцилиндрованных брёвен является аналогом трубного пучка коридорного типа.
Научной новизной обладают:
штабель оцилиндрованных брёвен, рассматривающийся, в отличие от сушильного штабеля пиломатериалов, как трубный пучок коридорного типа с соответствующими характеристиками, что позволило применить разработанные в теории теплопередачи методы расчёта параметров теплообмена таких пучков к штабелю оцилиндрованных брёвен.
выявленная закономерность изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля оцилиндрованных брёвен в зависимости от их диаметра и скорости обдува штабеля позволяет определять значения коэффициента расчётным путём с учётом параметров влажного воздуха и характер распределения температурного поля по сечению брёвен;
- математическая модель процесса прогрева оцилиндрованных брёвен.
Практическая значимость работы. Разработанная методика расчёта
процесса нагрева оцилиндрованных брёвен позволяет:
прогнозировать продолжительность прогрева оцилиндрованных брёвен с учётом теплофизических характеристик древесины и влажного воздуха при разработке режимов сушки;
разрабатывать программное обеспечение для моделирования процессов тепловой обработки и сушки оцилиндрованных брёвен;
используемые в методике принципы расчёта создают предпосылки для разработки автоматических систем управления процессом сушки древесины, исключающих участие человека в проектировании и реализации соответствующих режимов.
Достоверность. Достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций обеспечивается современными методами и средствами научного проникновения: применением теории расчёта трубных пучков для
исследования процесса прогрева круглых лесоматериалов; системами измерения температуры и влажности древесины, системами измерения параметров воздуха; обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математической модели; подтверждением адекватности разработанной модели и использованных методик расчёта результатами испытаний, выполненных в производственных условиях.
Теоретические, методологические и информационные основы исследования. Теоретическую базу исследования составляют основные положения теории теплопроводности и теплообмена, а также теории сушки древесины.
Исследования базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска, поверенных оборудования, приборов и средств контроля.
Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, научная, учебная и методическая литература, нормативная документация, материалы отечественных и зарубежных периодических изданий.
Основные научные и практические результаты, полученные лично автором.
Научные:
методика аналитического расчёта продолжительности прогрева оци-линдрованных брёвен, учитывающая изменение температурного поля по сечению брёвен во времени;
алгоритм аналитического расчёта среднего коэффициента теплоотдачи сушильного штабеля оцилиндрованных брёвен, представленного в виде трубного пучка коридорного типа;
методика экспериментальных исследований для определения температурного поля по сечению оцилиндрованных брёвен при прогреве.
Практи ческие:
- математическая модель процесса начального нагрева брёвен, позво
ляющая определять температуру древесины на оси оцилиндрованных брё
вен для последующего расчёта общего времени прогрева брёвен перед
сушкой.
Место проведения работы. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова на кафедре технологии лесопиления и сушки древесины.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на международных и научно-технических конференциях факультета механической технологии древесины Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова: «Развитие деревянного домостроения в России», СПб., 2001;
«Первичная обработка древесины: лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы развития», СПб., 2007; «Первичная обработка древесины: лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы развития», СПб., 2008; «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома заводского изготовления, столярно-строительные изделия», СПб., 2009; «Современные проблемы механической технологии древесины», СПб., 2010.
По итогам двух конкурсов на лучшую научную работу 2009 года среди студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов академии две статьи заняли первое и второе места.
Основные результаты апробированы в НП «Научно-образовательный центр МТД» в промышленной сушильной камере финской фирмы Текта Wood, оснащённой системами измерения температуры и влажности древесины.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 статей, в том числе 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 104 наименований. Содержит 176 страниц основного текста, 32 рисунка,74 таблицы.
Зависимость теплопроводности и температуропроводности от физических свойств древесины
Древесина - объект, характеризующийся множеством различных свойств: химических, физических, механических, технологических и эксплуатационных. Все свойства имеют большое практическое значение в технологии деревообработки.
Химические свойства древесины определяются химическим составом и зольностью, учитывающимся при химической обработке. К физическим свойствам относятся: — свойства внешнего вида древесины: цвет, блеск, текстура; — свойства, связанные с влажностью древесины и ее изменением: наличие воды или влажность, влагопроводность, водопроводность, усушка (внутренние напряжения в древесине, коробление древесины), влагопоглощение, разбухание, водопоглощение; — плотность древесины; — проницаемость древесины жидкостями и газами; — теплофизические свойства древесины: теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, тепловое расширение; — электрические свойства древесины: электропроводность, электрическая прочность, диэлектрические свойства, пьезоэлектрические свойства; — звуковые свойства древесины: звукопроводность, звукоизолирующая и звукопоглощающая способность, резонансная способность; — свойства древесины, проявляющиеся при воздействии излучений. К механическим свойствам древесины относятся прочность и деформатив-ность, ударная вязкость, твердость и износостойкость древесины, способность древесины удерживать крепления, гнуться и раскалываться [78, 79]. Высокая влажность древесины, с технологической точки зрения, — недостаток, влияющий почти на все её свойства. Для устранения данного недостатка, то есть для получения материала с требуемыми свойствами из древесины необходимо удалять воду. Воздействие тепла и влаги на древесину изменяет её физические свойства. Сушка древесины в конвективных камерах — сложный процесс, включающий тепло- и влагоперенос [67]. Каждый из процессов характеризуется теплофизическими коэффициентами, которые учитываются при определении продолжительности нагрева и сушки материалов: коэффициент теплообмена а, коэффициент теплопроводности X, коэффициент температуропроводности а, удельная теплоемкость с, коэффициент влагопроводности а (аналог коэффициента температуропроводности), удельная влагоемкость с (аналог удельной теплоемкости). При использовании перечисленных коэффициентов необходимо учитывать анизотропные свойства древесины, так как показатели, характеризующиеся коэффициентами, являются различными в трех основных направлениях: радиальном, тангенциальном и вдоль волокон [24]. Теплофизические свойства древесины исследовались многими авторами, наиболее полный обзор работ которых провели Б. С. Чудинов [26, 86, 87, 88], 77. С. Сергоеский [64, 66, 67, ], 7". С. Шубин [91, 92, 97, 98] и предложили методики их определения расчётным путём. В большинстве литературных источников описывается зависимость тепловых коэффициентов древесины от её свойств и не приводятся численные значения коэффициентов, которые предлагается определять по формулам и номограммам, построенным на основе экспериментальных данных. Теплопроводность древесины. Интенсивность перемещения тепла в материале характеризуется коэффициентом теплопроводности X. Теплопроводность древесины зависит от её физических свойств (влажности, температуры, плотности) и анатомических особенностей строения (породы, направления по тока тепла относительно волокон) [24, 67, 97]. С увеличением влажности теплопроводность древесины увеличивается вследствие большей теплопроводности воды по сравнению с воздухом и древесинным веществом [16, 17, 98]. Увеличение температуры также приводит к увеличению теплопроводности древесины в основном за счёт возрастающей доли теплопередачи через стенки клеток посредством излучения [24, 88]. Так как древесина представляет собой коллоидное капиллярно-пористое тело, то его нельзя рассматривать как сплошную среду, и коэффициент теплопроводности является условной величиной [18, 19, 78]. В связи с этим необходимо отметить, также, что теплопроводность древесины как пористого тела зависит от её плотности, а, следовательно, пористости и процента поздней древесины [8]. Следует учитывать точку зрения Б. С. Чудинова [88], что влияние породы, выражаемое анатомическим строением древесины, на теплопроводность незначительно и в основном зависит от плотности. Как пишет Б. С. Чудиное это «...даёт возможность в расчётах свести до минимума влияние такого трудно выразилюго посредством цифр фактора, как порода. Влияние породы в этом случае обусловлено лишь некоторыми несущественными особенностями анатомического строения древесины» [88]. С увеличением плотности сухой древесины теплопроводность возрастает.
Кроме того, на теплопроводность древесины влияет форма, размеры и расположение пор, откуда следует анизотропный характер теплопроводности, так как размеры пор различны в зависимости от анатомического направления древесины [87]. В своей работе [87] Б. С. Чудиное отмечает, что о соотношении теплопроводности древесины в радиальном А,ри тангенциальном ХТнаправлениях в литературе приводятся противоречивые сведения и делает вывод, что для древесины хвойных пород А,т А,р, для древесины лиственных пород с равномерным строением годовых слоев и короткими сердцевинными лучами Л,т А, а для древесины твёрдолиственных пород с большим объёмом сердцевинных лучей Хт Хр. Там же [87], Б. С. Чудиное, ссылаясь на работы других исследователей, отмечает, что большая изменчивость численных значений тепловых коэффициентов древесины объясняется «...не только различием методов определения тепловых свойств,..., но и природной изменчивостью свойств самой древесины. Изменчивость тепловых свойств имеет место не только в древесине из различных насаждений, но и в пределах одного насаэюдения и дао/се отдельно взятого ствола — в ядровой части и в заболони, в вершинной части и в комлевой». В настоящее время, для определения коэффициента теплопроводности древесины в различных направлениях применяется методика профессора П. С. Серговского [67].
Определение среднего коэффициента теплоотдачи штабеля круглых лесоматериалов
Исходные данные для проведения расчётов процессов нагрева и прогрева можно разделить на 2 группы: 1) данные, относящиеся к древесине; 2) данные, относящиеся к агенту сушки. К первой группе данных относятся все теплофизические характеристики древесины, используемые в расчётах и определяемые по известным методикам при заданной температуре. В дальнейших расчётах в качестве заданной температуры, при которой определяются теплофизические характеристики древесины, принимается средняя температура между температурой среды и температурой древесины Порода древесины. Исследование проводится на одной породе: сосне. Выбор этой породы обосновывается следующими соображениями. Сосна является основной лесообразующей породой Северо-Западного региона, объём сушки хвойных пород превосходит объём сушки лиственных пород. Сосна является наиболее используемой породой в производстве оцилиндрованных брёвен для деревянного домостроения. Геометрическая форма сортиментов. Геометрическая форма сортиментов представляет собой круглый цилиндр, форму которого имеют брёвна после их оцилиндровки. Диаметр сортиментов. В численных расчётах и экспериментальных исследованиях планируется использовать три диаметра сортиментов d: 0,20; 0,25 и 0,30 м. Принятые три значения диаметров оцилиндрованных брёвен обусловлены тем, что при исследованиях необходимо учитывать их диаметр с целью проведения сравнительного анализа. Оцилиндрованные брёвна принятых диаметров широко употребляются в строительстве деревянных домов. Расширение диапазона диаметров оцилиндрованных брёвен и их пород ведёт к увеличению трудоёмкости проведения экспериментальных исследований и их стоимости. Длина сортиментов. Длина сортиментов принимается равной 1,5 м и более. Длина оцилиндрованных брёвен обусловлена тем, что она более чем в 5...6 раз превышает наибольший из принятых для исследования диаметров, что позволяет пренебречь влиянием теплопередачи с торцов брёвен [88]. На торцы всех брёвен наносится защитное покрытие, предотвращающее испарение через них влаги. В качестве защитного покрытия используется сантехнический гер-метик устойчивый к повышенным температурам. Базисная плотность древесины. Базисная плотность древесины рб является индивидуальной характеристикой для каждой породы древесины, независящей от её влажности. По данным [79] базисная плотность для сосны равна рб =415 кг/м3. Начальная влажность древесины. Для расчётов начальная влажность древесины принимается в среднем WH = 60 % или как начальное влагосодержа-ние UH = 0,6. В экспериментальных и производственных условиях начальная влажность определяется контрольным сушильно-весовым методом и электровлагомерами различного типа. Плотность древесины при данной влажности. Плотность древесины зависит от её влажности или влагосодержания [79]. Для определения плотности при данной влажности используются следующие формулы: — при влажности древесины W 3 % [79, С. 109] Конечная влажность древесины. Конечная влажность древесины WK определяется температурно-влажностными условиями эксплуатации изделия из древесины. Конечная влажность для оцилиндрованных сортиментов в среднем принимается равной WK = 16...20 %. Такая конечная влажность древесины соответствует в среднем равновесной влажности древесины при температурно-влажностных условиях на улице в среднем в течение года при условии, что отрицательные температуры зимнего периода не учитываются. Так в диапазоне температур от 0 до 30 С и относительной влажности воздуха от 75 до 90 % равновесная влажность древесины изменяется в диапазоне от 16 до 22 % для Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Для других регионов температур-но-влажностные условия уточняются по климатологическим таблицам.
Температура тела. Температура тела t является характеристикой теплового состояния тела. В случае круглых сортиментов температура тела t характеризует среднюю по объёму сортимента температуру.
Начальная температура тела. Начальная температура тела /0 характеризует температуру тела в начальный период времени, принимаемый за точку отсчёта, причём неважно каким образом эта температура была достигнута к моменту отсчёта. Начальную температуру сортиментов можно измерять температурными датчиками. При невозможности определения температуры сортиментов измерительными устройствами за начальную температуру сортиментов можно принимать значения температуры окружающей среды при условии, что сортименты находились при этой температуре достаточно долго, то есть успело наступить тепловое равновесие между окружающей средой и материалом.
Температура на поверхности тела. Температура на поверхности тела tn характеризует температуру на поверхности оцилиндрованного бревна в процессах тепловой обработки и сушки.
Определение параметров теплообмена круглых лесоматериалов в начальный период прогрева при сушке
Система циркуляции агента сушки. Циркуляция агента сушки обеспечивается осевым вентилятором в реверсивном исполнении с диаметром ротора 800 мм, установленным непосредственно на валу электродвигателя. Угол атаки лопастей ротора вентилятора составляет а = 24. Частота вращения вала электродвигателя « = 1435 мин" . Установленная мощность электродвигателя равна N = 4,0 кВт. В системе управления работой электродвигателя предусмотрен инвертер (частотный преобразователь), обеспечивающий возможность изменения частоты вращения вала электродвигателя. Применение инвертера позволяет изменять скорость агента сушки в штабеле.
Система вентиляции. В камере предусмотрено два приточно-вытяжных канала с установленными в них поворотными заслонками. Работа заслонок осуществляется двумя серводвигателями, обеспечивающими бесступенчатое регулирование степени их открытия в канале.
Поперечное сечение каждого канала составляет 260 х 260 мм. Система увлажнения. Система увлажнения состоит из форсунок для распыления воды, насосной станции, бака для воды и трубопровода с трубопроводной арматурой. Общее количество форсунок в камере составляет 4 шт. расположенных попарно с противоположных сторон штабеля. В зависимости от направления циркуляции воздуха активными являются форсунки, обеспечивающие подачу воды так, чтобы поток распыляемой воды подхватывался и уносился потоком воздуха к входу в штабель.
Трубопроводная арматура снабжена электромагнитными соленоидными клапанами, обеспечивающими автоматическую работу форсунок увлажнения. В системе подачи воды установлены фильтры для очищения воды и счётчик воды, по показаниями которого проводится учёт израсходованной на увлажнение воды. Для удовлетворительного распыления воды рекомендуемое давление в системе от 0,3 до 0,6 МПа (от 3,0 до 6,0 бар) создаётся и поддерживается насосной станцией, оснащённой датчиком, защищающим насосную станцию от работы без воды. Система теплоснабжения. Нагревание воздуха в камере осуществляется термоэлектрическими нагревателями (ТЭН) установленной мощностью 15 кВт. Система контроля и управления. Система контроля и управления состоит из датчиков температуры и логического блока контроля, сравнения и регулирования заданных температуры и относительной влажности воздуха, выполненного на базе электроники Siemens S-7. Датчики температуры представляют собой термометры сопротивления марки РІЇ00. В камере установлено три термометра сопротивления. Два термометра расположены на противоположных стенах камеры и предназначены для измерения температуры воздуха на входе в штабель. Активность датчиков меняется в зависимости от направления циркуляции воздушного потока. Активным датчиком, то есть датчиком, показания которого учитываются системой контроля и управления, является датчик, измеряющий температуру воздуха на входе в штабель. Для измерения температуры предела охлаждения воздуха в камере установлен третий термометр сопротивления. Таким образом, система контроля относительной влажности воздуха в данной камере построена на базе психрометра. Управление работой камеры осуществляется при помощи компьютера со специальным программным обеспечением. Для определения влажности древесины контрольным сушильно-весовым методом используется следующее оборудование: 1) Электронные весы марки GM-\ 100 со следующими характеристиками: - наименьший предел взвешивания 0,1 г; - наибольший предел взвешивания 1100 г; - цена деления 0,1 г; 2) Сушильный шкаф MEMMERT UM/SM 100 с электрическим нагревом, контролем температуры и естественной циркуляцией воздуха; 3) Ручная пила для отпиливания образцов; 4) Нож с широким лезвием для раскалывания образцов; 5) Молоток. Для дистанционного определения температуры и влажности древесины сушильная камера оснащена соответствующими системами. Для определения температуры древесины используется следующее оборудование: 1) Термометры сопротивления марки РЛОО с длиной рабочей части 100 мм, диаметром рабочей части 3,0 мм в количестве 10 шт.; 2) Измеритель температуры Термодат-22М1 с десятью универсальными входами для подключения различных датчиков. Термодат-22М1 имеет возможность подключения к компьютеру через конвертер интерфейсов ARC-485 по протоколу Modbus А. Время измерения одного канала 0,5 с. Класс точности прибора 0,25. Разрешение 1 С или 0,1 С можно выбирать по усмотрению. При проведении эксперимента разрешение принято 0,1 С. Опрос датчиков температуры осуществляется в автоматическом режиме, результаты измерения температуры сохраняются в памяти компьютера в соответствующем файле; 3) Длинное сверло диаметром 3,2 мм для сверления каналов под установку термометров сопротивления в древесину; 4) Электрическая дрель с изменяемой частотой вращения шпинделя; 5) Линейка измерительная. Для дистанционного определения влажности древесины в сушильной камере используется следующее оборудование: 1) Электровлагомер кондуктометрического типа марки Brookhnis.
Исследование распределения начальной влажности по сечению контрольных образцов
По данным производства в цикле сушки прогрев древесины занимает в среднем 24 часа без учёта температуры на оси сортиментов. В результате расчётов получено, что на начальный прогрев без учёта температуры на оси сортиментов диаметром 0,20 м со скоростью обдува 2,0 м/с требуется 18,04 часа, а на прогрев с учётом температуры — 12,15 часа. Следовательно, годовая производительность и годовой расход тепла на одну камеру при начальном прогреве в каждом из случаев будут различными и представлены в таблице 5.1.
Годовая выручка от реализации продукции с учётом затрат на годовой расход тепла при различной производительности камеры определяется по формулам (5.1), (5.2) и представлена в таблице 5.2.
Внедрение разработанной методики расчёта продолжительности прогрева оцилиндрованных брёвен позволило увеличить производительность сушильной камеры и повысить эффективность процесса сушки.
Годовой экономический эффект от внедрения результатов расчёта по предлагаемой методике составляет 195 тыс. руб. на одну камеру в сравнении с производственными данными и 98 тыс. руб. в сравнении с результатами расчёта по методике без учёта температуры на оси сортиментов.
Сушильный штабель оцилиндрованных брёвен является аналогом трубного пучка коридорного типа, характеризующегося диаметром брёвен, количеством рядов брёвен по ходу потока, продольным шагом брёвен - расстоянием между осями двух соседних рядов брёвен, распложенных один за другим в направлении течения потока агента сушки и поперечным шагом, который зависит от толщины применяемых сушильных прокладок.
Теоретически обоснован и экспериментально подтверждён метод расчёта процесса прогрева круглых лесоматериалов уложенных в штабель в условиях вынужденного конвективного теплообмена при различных начальных и граничных условиях с учётом свойств влажного воздуха.
Применение аналитического метода расчёта процесса прогрева сортиментов цилиндрической формы позволяет определить температуру на оси сортиментов в конце фазы начального нагрева агента сушки в камере и общее время прогрева сортиментов перед сушкой.
Разработанный метод расчёта процесса нагрева круглых лесоматериалов позволил установить характер изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля и его влияния на интенсивность прогрева в зависимости от диаметра сортиментов и скорости агента сушки в штабеле. 5. При проведении аналитических расчётов установлено, что все точки, ха рактеризующие расчётные значения коэффициента теплоотдачи при различных условиях обдува штабеля, располагаются на одной прямой, показывающей за висимость числа Нуссельта Nu от критерия Рейнольдса Re в периоды началь ного нагрева воздуха и прогрева сортиментов, что позволяет применять форму лу (2.15) к расчётам параметров теплообмена круглых лесоматериалов. Резуль таты расчёта обобщены в зависимость (3.6), позволяющей производить анали тический расчёт среднего коэффициента теплоотдачи пятирядного штабеля оцилиндрованных брёвен при изменении их диаметров от 0,20 до 0,30 м при скоростях агента сушки в пределах от 0,5 до 2,5 м/с как на этапе начального нагрева воздуха в камере, так и на этапе прогрева оцилиндрованных брёвен. 6. Полученная математическая регрессионная модель, позволяет определять температуру на оси цилиндрических сортиментов для последующего расчёта времени прогрева брёвен в камере. 7. Применение на практике разработанных режимов позволяет сократить время прогрева брёвен перед сушкой на 1,2.. .2,5 %.
