способ сушки оцилиндрованных бревен

Формула изобретения

Способ сушки оцилиндрованного бревна, включающий циклический СВЧ-нагрев с выдержкой сердцевины бревна по полуметровым участкам с понижением градиента температуры от середины длины к торцам и конвективную термообработку обдувом поверхности бревна нагретым воздухом, отличающийся тем, что зону СВЧ-нагрева расширяют последовательно с интервалом прогрева полуметровых участков в течение 90-240 с, при этом в каждом последующем цикле максимальную температуру СВЧ-нагрева повышают на 5-10°С, а конвективную термообработку проводят влажным воздухом после каждого цикла температурой, на 7-8°С ниже предшествующей температуры СВЧ-нагрева на соответствующем полуметровом участке, и влажностью, обеспечивающей увеличение равновесной влажности на поверхности бревна на (3,5±0,5)%, а по достижении древесиной в середине длины влажности (24-28)% влажностью, обеспечивающей уменьшение равновесной влажности на поверхности бревна на (2,5±0,5)%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, к технологическим процессам сушки древесины с использованием СВЧ-нагрева и может быть использовано при производстве строительных материалов, а именно оцилиндрованных бревен.

Известен способ сушки СВЧ-энергией оцилиндрованных бревен, при котором осуществляют локальную подачу электромагнитных волн с противоположных торцов обрабатываемого лесоматериала (описание к патенту RU 2250426, МПК⁸ F26B 3/347, 21.05.2003).

Известный способ имеет ограниченную область применения и не позволяет осуществлять эффективную сушку длинномерных бревен, что обусловлено выбором соотношения между длиной волны электромагнитного излучения и диаметром лесоматериала.

Известен способ сушки древесины, включающий СВЧ-нагрев заготовки со стороны торцов и конвективную термообработку (описание к патенту RU 2151691, МПК 7 В27М 1/02, 23.03.1999).

Известный способ может быть эффективно использован только для сушки древесины из коротких заготовок (24 см), что ограничивает возможности его применения.

Известен способ сушки оцилиндрованных бревен диаметром 25 см и длиной 6 м, при котором осуществляют трехэтапный двусторонний СВЧ-нагрев с выдержкой сердцевины бревна по полуметровым участкам с понижением градиента температуры от центра к торцам и конвекционную термообработку обдувом боковой поверхности нагретым воздухом. На первом этапе нагревают бревно до температуры 35-65°С, на втором этапе нагревают пакеты до температуры 60-90°С и на третьем этапе нагревают пакеты до температуры 75-105°С, осуществляя выдержку на каждом этапе в течение 20-60 сек (описание к патенту RU 2263258, МПК 7 F26B 3/347, 9/06, 08.09.2003).

В известном способе неэффективно используется конвективная обработка поверхности обрабатываемых бревен, поскольку обдув осуществляется только с целью удаления с поверхности влаги, выдавленной в процессе СВЧ-нагрева из сердцевины. При этом вследствие неконтролируемой конвективной составляющей процесса сушки (перепад влажности по сечению бревна) и создаются условия для образования трещин.

Кроме того, при известной схеме расширения зоны нагрева бревна на стадии предварительного воздействия на участки 10-20 см мощность СВЧ-источников используется неэффективно, что снижает КПД процесса в целом.

Задача, решаемая изобретением, - создание эффективной технологии сушки оцилиндрованных бревен путем оптимизации процесса управления градиентами температуры и влажности обрабатываемого лесоматериала.

Технический результат от использования изобретения - сокращение энергозатрат, времени сушки и брака путем предупреждения образования трещин на поверхности бревна (не более 2%).

Технический результат достигается тем, что в способе сушки оцилиндрованного бревена, включающем циклический СВЧ-нагрев с выдержкой сердцевины бревна по полуметровым участкам с понижением градиента температуры от середины длины к торцам и конвективную термообработку обдувом поверхности бревна нагретым воздухом, зону СВЧ-нагрева расширяют последовательно с интервалом прогрева полуметровых участков в течение 90-240 сек, при этом в каждом последующем цикле максимальную температуру СВЧ-нагрева повышают на 5-10°С, а конвективную термообработку проводят влажным воздухом после каждого цикла температурой, на 7-8°С ниже предшествующей температуры СВЧ-нагрева на соответствующем полуметровом участке, и влажностью, обеспечивающей увеличение равновесной влажности на поверхности бревна на (3,5±0,5)%, а по достижении древесиной в середине длины влажности (24-28)% - влажностью, обеспечивающей уменьшение равновесной влажности на поверхности бревна на (2,5±0,5)%.

Осуществляют способ следующим образом.

Перед началом процесса сушки, исходя из параметров обрабатываемого бревна (порода древесины, диаметр, длина, начальная влажность), выбирают общее количество циклов СВЧ-нагрева и диапазоны изменения температур в каждом из них.

Цикл начинают СВЧ-нагревом центрального (2-х, если общее число полуметровых участков четное) полуметрового участка средней части длины бревна, попеременно направляя с противолежащих боковых поверхностей электромагнитное излучение при длине волны СВЧ-источников, равной полудиаметру бревна. Участок(-и) нагревают до максимальной температуры, выбранной для данного цикла, и после прогрева их в течение 90-240 сек зону нагрева бревна в направлении торцов расширяют. На участки, прилегающие к центральному(-ным), подают СВЧ-излучение меньшей мощности, нагревая древесину внутри участка до температуры ниже максимальной. Далее, после прогрева в течение 90-240 сек, нагревают следующую пару полуметровых участков (симметричных относительно середины длины), дробно снижая температуру на величину, пропорциональную разнице максимального и минимального значений температур выбранного диапазона в данном цикле. Таким образом, в бревне создается постепенно расширяющаяся зона избыточного давления паровоздушной смеси, которая повышает интенсивность тока свободной влаги из середины к торцам. По завершении прогрева торцевых полуметровых участков бревно в установившемся режиме дополнительно прогревают целиком в течение 120-240 сек.

Далее СВЧ-излучение снимают и начинают этап по удалению влаги с поверхности бревна в условиях равновесного баланса влажности внутри и снаружи. Для этого поверхность бревна обдувают (со скоростью 0,7-1,0 м/с) нагретым влажным воздухом в течение 120-300 сек с последующим отводом удаленной влаги из зоны обработки лесоматериала. Температуру воздуха, направленного к боковой поверхности бревна, уменьшают от середины длины к торцам. Для этого на каждом полуметровом участке температуру обдувающего воздуха устанавливают на 5-8°С ниже соответствующей температуры СВЧ-нагрева в предшествующем цикле. Влажность нагретого воздуха выбирают из условия, обеспечивающего на первых этапах увеличение равновесной влажности на поверхности бревна на (3,5±0,5)%. На заключительных этапах, по достижении древесиной в середине длины влажности (24-28)%, влажность нагретого воздуха выбирают из условия, обеспечивающего уменьшение равновесной влажности на поверхности бревна на (2,5±0,5)%. Равновесную влажность определяют по известной диаграмме равновесной влажности древесины (например, Б.Н.Уголев. «Древесиноведение с основами лесного товароведения», 2005, с.79).

Выбор параметров температуры и влажности рабочих воздушных потоков в процессе конвективной термообработки устанавливается экспериментально из условия минимизации внутренних остаточных напряжений, накапливающихся в бревне, и сокращения времени сушки. Следующие циклы СВЧ-нагрева бревна и промежуточные этапы между ними удаления влаги с боковой поверхности проводят по описанной выше схеме, увеличивая в каждом последующем цикле максимальное значение температуры СВЧ-нагрева на 5-10°С. Последний цикл СВЧ-нагрева осуществляют при максимальной температуре нагрева, не превышающей известных оптимальных значений температур внутри древесины при СВЧ-сушке - для хвойных пород 100-115°С, для березы - 80-90°С, для дуба - 70°С и т.д.

В таблице приведены примеры выбора технологических параметров при сушке оцилиндрованного бревна - сосна, диаметр 24 см, длина 6 м, начальная влажность древесины ˜80%. Процесс сушки осуществлялся в установке с герметичной сушильной камерой, оснащенной 24-мя управляемыми источниками подачи СВЧ-излучения и влажного нагретого воздуха, выполненными с возможностью дифференцированного воздействия на рабочие зоны длиной 0,5 м. Применение способа позволяет по сравнению с прототипом повысить производительность сушки оцилиндрованных длинномерных бревен в 1,3-1,5 раза, КПД использования источников нагрева - в 2-2,5 раза и получать сухие бревна без трещин (не более 2%).