Форум мебельщиков
Форум мебельщиков
Привет,
Новое на сайте
Взаимодействие нагретого воздуха и древесины в процессе сушки.
на Воскресенье 26 Июль 2009
добавил: masterovoy список авторов
категория Статьи > Сушка древесины

Взаимодействие нагретого воздуха и древесины в процессе сушки.


§ Нагревание древесины


Общие сведения о нагревании древесины. Тепло, поступающее к нагреваемой древесине, передается в основном конвективным методом — от нагретого воздуха к поверхности более холодного материала.


Общий процесс нагревания материала можно расчленить на два последовательных процесса: 1) перенос тепла от воздуха на поверхность материала; 2) распространение тепла внутри материала по всему его объему.


На рис. 23, а показана схема конвективного переноса тепла из горячего воздуха при нагревании материала, а на рис. 23, б — в воздух из более теплого материала при его охлаждении. На рис. 23, а доска омывается нагретым воздухом 1 (пунктирные стрелки). При нагревании материала воздух отдает ему тепло, т. е. сам охлаждается, поэтому при конвективном потоке он опускается вниз. На схеме рис. 23,б охлаждаемый материал отдает тепло воздуху, и он, расширяясь, становится менее плотным и поднимается кверху (стрелки направлены вверх).


Схемы передачи тепла при нагревании и охлаждении материала

Рис. 23. Схемы передачи тепла при нагревании и охлаждении материала:
а — конвективное нагревание; б — конвективное охлаждение; в — кондуктивное нагревание горячими плитами; г — нагревание посредством излучения; а, б— распределенне температур в нагреваемой и охлаждаемой доске (кривые)


Совмещенно с левой пластью досок 2 и 3 нанесены оси ординат с обозначением температуры t, на оси абсцисс отложена толщина доски. Температура воздуха t1 на схеме а будет выше температуры tп на поверхности материала. Поэтому тепловой поток будет направлен от воздуха к материалу и затем внутрь его (сплошные стрелки). Величина потока пропорциональна разности температур t1- tп (воздуха t1 и поверхности мате риала tп).


Количество тепла q, воспринимаемое 1м2 поверхности доски в течение 1ч, составит

где Греческая буква Альфа - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 *K). Если t`-tп=1градус то Греческая буква Альфа=q


>

Если поверхность теплоотдачи равна F, м2, а процесс продолжается равномерно в течение т, ч, то количество перенесенного тепла Греческая буква Тау, ч, то количество перенесенного тепла



При нагревании материала внутри его возникает разность температур и, следовательно, происходит перенос тепла в более холодную, среднюю зону материала. Количество переносимого тепла вблизи поверхности материала (в тонком слое) определится по формуле


где Греческая буква Лямда - теплопроводность древесины в направлении теплового потока в слое х' - 0, Вт/(м* К); tп - t` - разность температур на обеих поверхностях слоя х` — 0.


>

Отношение (tп- t`)/(x`-0) называется градиентом температур (чем он больше, тем интенсивнее тепловой поток); знак минус показывает на понижение t` с увеличением х'.


>

Нагревание материала осуществляется симметрично с обеих его пластей. Поэтому распределение температур внутри материала будет: повышенная у нагреваемых поверхностей tп и минимальная - в центре tц материала, куда поступает тепло. Закономерность распределения температур в нагреваемом материале в определенный момент времени определится кривой линией.


>

В охлаждаемом материале (рис. 23,б) закономерности переноса тепла аналогичные, но противоположные по знаку, так же, как и кривая распределения температур. В центре материала она с максимальной ординатой tц, а на поверхности — с минимальной.


>

В лесосушильной технике тонкий материал (шпон, лыжные заготовки) нагревают иногда горячими металлическими поверхностями (рис. 23,в), а также излучением (рис. 23,г). При этом тепло воспринимается материалом интенсивнее, чем при конвективном нагреве.


Коэффициенты теплоотдачи Греческая буква Альфа. Расчет процесса нагревания пиломатериалов в многообразных производственных условиях достаточно сложен. Здесь кратко учитывается лишь внешний теплообмен материала, существенный для оценки работы лесосушильных установок.


>

Для условий нагревания образца материала применимы несложные уравнения, позволяющие установить ориентировочные значения коэффициента теплоотдачи Греческая буква Альфа с последующим использованием соотношений (31) и (32).


Величина коэффициента Греческая буква Альфа, Вт/(м2*К), при отсутствии испарения (или конденсации) влаги на воспринимающей тепло поверхности при скорости воздуха вдоль этой поверхности Греческая буква Упсилон до 5 м/с определяется по упрощенному приближенному соотношению


Так, при значении =1 м/с величина =10,4 Вт/(м2*К). При >5 м/с пользуются уравнением



Так, если = 6 м/с, получим =7,1 • 6 0,78=7,1*4,05= 28,8 Вт/(м2*К). При =5 м/с по (33) =27,2, а по (34) =24,8. Для принятых предельных условий (=5 м/с) оба эти уравнения дают близкие результаты по определению значения .


Продолжительность охлаждения больше продолжительности нагревания одного и того же материала, поскольку воздух при этом нагревается и осушается (т. е. понижается от более теплой древесины, что снижает коэффициент ). Наоборот, у поверхности нагреваемой доски воздух, отдающий тепло, т. е. понижающий свою температуру, повышает насыщенность пара, становится более влажным, что приводит к увеличению , т. е. теплоотдачи.


Расход тепла на нагревание древесины. При нагревании 1 кг влажной мерзлой древесины затрачивается теплота на подогревание льда до 0 °С, его плавление, нагревание воды и самой древесины. На рис. 24 приведена диаграмма для определения расхода тепла на нагревание 1 кг древесины с любой возможной влажностью (до 140%).

Диаграмма для определения расхода тепла на нагревание 1 кг влажной древесины

увеличить

Рис. 24. Диаграмма для определения расхода тепла на нагревание 1 кг влажной древесины


На оси абсцисс нанесены искомые расходы тепла, на оси ординат — влажность древесины. Горизонтальный отрезок АВ показывает расход тепла на подогрев до 0 °С древесины и заключающегося в ней льда с температурой -40 °С, отрезок ВС—на плавление льда, отрезок СЕ— на нагревание древесины и жидкой влаги в ней от 0 до 60 °С.


>

Линия УНК предела гигроскопичности — криволинейная, ординаты ее точек уменьшаются с повышением положительных и нарастанием отрицательных температур, отсчитываемых вправо и влево от вертикали ОНТ. Влага в древесине слева от линии КНХ — в виде льда.


Если температура древесины до нагревания положительная, то отсчет ведется в правой части (от линии ОТ) диаграммы.


Пример. Требуется определить расход топлива на нагревание 1 кг древесины влажностью 60 % от температуры -40 °С до 60 °С. По рис. 24 сумма отрезков АС+СЕ покажет потребность тепла: 147+167=310 кДж/кг. Для определения расхода тепла на нагревание 1 м3 этой древесины следует воспользоваться табл.4. Из таблицы следует, что плотность древесины (например, сосны) при заданной влажности 60 % составляет 650 кг/м3. Следовательно, для нагревания 1 м3 этой древесины потребуется тепла 310*650=202000 кДж/м3, или 202 МДж/м3, или 0,202 ГДж/м3.


Таблица 4. Зависимости плотности древесины, кг/м3 от ее влажности

Зависимости плотности древесины,  от ее влажности

Увеличить

Примечание. Древесина, имеющая плотность, приведенную справа и вниз от жирной ломаной линии, будет тонуть в воде. Так, древесина сосны будет иметь плотность более 1000 кг/м3 при влажности 147%, древесины граба — при влажности выше 55%, а легкая пихта, состоящая из тонкостенных клеток, содержащих много воздуха, замещаемого водой, утонет лишь при влажности выше 230 %.


Для ориентировочных расчетов продолжительности нагревания , ч, единичных досок, а также их штабелей при >2 м/с по методу учета теплосодержания (см. рис. 24), при одинаковой температуре на поверхности материала у всех древесных пород, приведенных в табл. 4, можно пользоваться приближенной формулой



где b - коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха по материалу; при =2.. .3 м/с коэффициент b приблизительно равным 20.


Так, для досок толщиной 50 мм (т. е. R=0,025 м) при расходе тепла 400 кДж/кг и величине b=20 продолжительность нагревания составит =20*400*0,0252 = 5,0 ч, т. е. 1 ч на 1 см толщины материала. Более плотные (например, в 2 раза) древесные породы (в кг/м3) обладают большей (примерно в 2 раза) теплопроводностью, продолжительность их нагревания возрастает не в 2 раза, а приближенно по корневой зависимости от их плотности (в рассматриваемом случае в 1,4 раза).


§ Динамика сушки (движение влаги в древесине)


Основной принцип сушки пиломатериалов. Главная трудность в осуществлении комплексного сушильного процесса заключается в извлечении, удалении влаги из средней зоны сортимента (доски, бруска), т. е. перемещении ее к поверхности. Именно в достижении интенсивного движения влаги внутри материала (из центральной зоны к его поверхности) скрываются возможности получения высоких технико-экономических показателей процесса сушки пиломатериалов.


Единственный в настоящее время используемый технический прием, стимулирующий поток влаги к поверхности материала, откуда она легко переходит в окружающий воздух, заключается в дополнительном подогреве материала. С повышением его температуры диффузия (молекулярный поток) влаги в древесине ускоряется.


Наиболее эффективный метод подогрева древесины заключается в повышении температуры воздуха по мокрому термометру психрометра (см. рис. 7), поскольку в наиболее ответственной, начальной, стадии сушки материала температура влажной его поверхности и мокрого термометра психрометра почти одинаковы (см. рис. 27). Такое состояние воздуха достигается повышением его влагосодержания за счет применения многократной его циркуляции (до 50 раз) по материалу. Возникает поэтому острая необходимость в сохранении, удержании влаги воздуха в пространстве сушильной камеры путем ее тщательной теплоизоляции и герметизации. На плохо утепленных поверхностях (дверях, перекрытиях, полах) камер происходит конденсация влаги. При этом воздух становится суше и нарушаются режимы сушки материала.


То же относится и к герметизации камер — дверей, внешних воздуховодов, отверстий в стенах для паропроводов и т.п. На практике часто прекращают даже организованный (через приточно-вытяжную систему) воздухообмен камер. Исключение составляют металлические (герметичные и паронепроницаемые) камеры, в которых при эксплуатации необходимо создавать расчетный воздухообмен, а с применением импульсной циркуляции воздуха - даже соответственно увеличенный.


Таким путем для ускорения движения влаги внутри досок (за счет их прогрева) осуществляют преднамеренную задержку, торможение испарения ее с поверхности. Для этого в первой стадии сушки поддерживают малую (всего несколько градусов) психрометрическую разность воздуха. Материал при этом дополнительно нагревается, предотвращается пересушка и растрескивание его поверхностной зоны. В этих же целях при значительных скоростях воздуха в штабелях применяют периодическое отключение вентиляторов (при сушке средних и толстых сортиментов).


Такова принципиальная особенность сушки пиломатериалов (во влажной среде), в отличие от высушивания многих других материалов и продуктов (в сухом воздухе).


Поток влаги в древесине. Известно, что при влажности выше 30% (выше предела гигроскопичности) влага перемещается в древесине в основном в виде жидкости. В гигроскопической же области, т. е. при влажности ниже 30%, она мигрирует также в виде пара и тем больше, чем суше и более нагрета древесина. Именно поэтому постоянная во времени температура в центре высушиваемого сортимента будет пониженной: здесьпроисходит образование пара, т. е. возникает расход тепла фазового перехода.


Движущими силами перемещения влаги могут быть: ускорение силы тяжести, осмотическое давление, капиллярное давление, диффузия, термодиффузия, давление пара в древесине и др.


Свойство материала перемещать внутри себя влагу называется влагопроводностью. В древесине различается влагопроводность молярная, капиллярная и диффузионная. Молярная (поточная) влагопроводность проявляется при высокой влажности древесины (например, влага вытекает из очень влажной, вертикально установленной нагретой доски). Капиллярная влагопроводность (основная) наблюдается при влажности в диапазоне примерно 110...25%. Диффузионная влагопроводность проявляется во время сушки древесины при ее локальной (местной) влажности ниже 25 %.


Кривые влажности древесины. Значительный практический, и познавательный интерес представляют кривые распределения влажности по толщине материала во время сушки - кривые влажности (рис. 25). Они показывают, что в начале процесса сушки влага испаряется с поверхностной зоны материала; здесь влажность древесины быстро снижается до предела гигроскопичности (в нагретом состоянии примерно 25%), а затем еще ниже, т. е. начинается усушка. Постепенно подсушенная поверхностная зона углубляется, одновременно у ряда древесных пород происходит молярное перетекание части свободной влаги из центра к поверхности материала, как это показано пунктирной горизонталью kd (вместо кривой kwd). Было бы весьма эффективно всемерно увеличить этот поток, эквивалентный площадям в зоне kmd и выше ее, удаляемый с небольшой затратой тепла и в короткое время.


Распределение влажности древесины по толщине материала во время сушки


Рис. 25. Распределение влажности древесины по толщине материала во время сушки:
1, 2, 3, 4, 5 - кривые влажности в последовательные периоды сушки материала; р — горизонталь
равновесной влажности древесины; пг - горизонталь предела гигроскопичности; н-m - `н — зона молярной влагопроводности




На рис. 25 нанесены кривые влажности 1,2, 3,4 и 5 последовательного, например ежесуточного, снижения содержания влаги (стрелки А — направление ее потока) по сечению плоского материала (вид с торца, без кромки). Форма этих кривых различна: выше горизонтальной линии пг (предела гигроскопичности) перемещается свободная влага, а ниже нее - гигроскопическая.

Для диффузионного потока влаги, т. е. ниже пг, коэффициент влагопроводности принимают постоянным, не зависящим от ее влажности. При этих условиях, в стадии регулярного режима, кривые влажности 4 и 5 будут квадратическими параболами. Их ординаты (текущие влажности древесины) для соответствующих абсцисс х определяются по формуле



где цп - разность влажности в центре и на поверхности материала; R — половина его толщины; х—переменное расстояние от средней плоскости материала до точки е на кривой bc.


При х=0 влажность по кривой 4 будет x=ц (точка b), при x=R получим x=п (точка с), при х=0,5R она составит до x=0,75ц +0,25п (точка е) и так далее.


Коэффициенты влагопроводности древесины. Молекулярная диффузия одного вещества в другом, в том числе влаги в древесине, описывается законом Фика



где i— величина потока влаги в единицу времени; D — коэффициент влагопроводности; /x - градиент влажности (отношение разности влажностей по ординате к x соответствующему расстоянию — по абсциссе); tg — угол наклона с осью х соответствующей касательной к кривой влажности.


Экспериментами установлено, что влагопроводность древесины каждой породы в большой мере зависит от ее температуры во время сушки. На рис. 26, а приведены значения коэффициентов диффузионной влагопроводности древесины в тангентальном направлении основных древесных пород. При сушке только заболонной или только ядровой древесины сосны вводят соответствующие коэффициенты 1,25 и 0,75 (данные П. С. Серговского).


Закономерности и значения влагопроводности древесины

Рис. 26. Закономерности и значения влагопроводности древесины:
а - средние коэффициенты диффузионной влагопроводностн: 1 - осины; 2 - ели; 3 - березы; 4 - бука; 5 - лиственницы; 6 - дуба; б - влагопроводность бука при 50°С в радиальном направлении при различных влажностях древесины


В направлении вдоль волокон древесины сосны коэффициент влагопроводности при влажности 10 % в 15 раз, а при влажности 30%—лишь в 1,2 раза больше, чем в тангентальном направлении (данные В. G. Коваля).


Кривые 2 и 3 над линией пг (см. рис. 25) характеризуют капиллярную влагопроводность. Опытным путем установлено, что капиллярная влагопроводность для сосны, ели, березы, бука и других пород при значительной влажности в несколько раз меньше диффузионной. Именно поэтому на горизонтали пг кривые влажности (например, кривые 2 и 3) приобретают излом. Касательная pn, проведенная к верхней части кривой 2 в точке р, покажет большую величину угла наклона, т. е. градиента влажности, чем касательная pg к нижней части этой кривой в той же точке р (для одного и того же потока влаги).


На рис. 26, б приведена кривая влагопроводности древесины бука в зависимости от ее влажности. Обращает на себя внимание особая закономерность молярной влагопроводности (вверху), а также максимум капиллярной влагопроводности при влажности древесины в диапазоне 30... 35 % (данные О. Кришера).


Закономерности передвижения в древесине свободной влаги остаются мало изученными, хотя на долю свободной влаги приходится более 4/5 количества всей влаги, удаляемой из древесины при ее сушке (соответственно 100...25 и 25... 10% влажности). За счет активизации свободной влаги возможна значительная интенсификация сушильного процесса.



§ Кинетика сушки (протекание процесса во времени)


Графическое построение процесса сушки. Для производственного наблюдения за скоростью уменьшения влажности древесины из просыхающей партии пиломатериалов периодически взвешивают контрольный отрезок от доски (или заготовку). По уменьшению массы высыхающей древесины с известной ее начальной влажностью строят усредненную кривую сушки, форма которой показывает фактическую закономерность протекания сушильного процесса во времени. Таким образом, кривая сушки отображает закономерность уменьшения средней влажности по сечению материала во время сушки. Типичная форма кривой сушки древесины аналогична форме кривых высушивания большинства различных других материалов.


Сначала материал прогревают в течение времени 1(рис. 27, а); при этом его влажность поддерживают неизменной, как это показано горизонтальным отрезком АВ. Затем из материала начинает испаряться часть свободной влаги; при этом влажность материала в течение времени 2 уменьшается с постоянной скоростью. Отрезком прямой ВС показан период постоянной скорости сушки. Этот период наблюдается лишь при медленном (например, атмосферном) высушивании тонких пиломатериалов. Кривая CD показывает период падающей скорости сушки — основной процесс уменьшения влажности материала в течение времени 3. Наконец, для материала ответственного назначения в течение времени 4 проводят конечную его влаготеплообработку (кривая DE).


Графическое изображение процесса сушки


Изменение температур в процессе сушки показано на рис. 26, б. Вверху нанесена температура воздуха t; нижняя пунктирная линия обозначает температуру по мокрому tм термометру психрометра; величина t - психрометрическая разность. Промежуточные кривые характеризуют температуру высушиваемой древесины на поверхности tп и в центре tц материала. Состояние воздуха, показывающее величину равновесной влажности древесины p определяют по рис.18; она уменьшается в процессе сушки.


Закономерности кривой сушки. По мере просыхания, т.е. снижения процента влажности древесины, по отдельным точкам криволинейной закономерности влажность — время (, ) строится кривая сушки. В начале процесса эта кривая круто опускается вниз (влажность интенсивно снижается), а к концу процесса она приближается к горизонтали, т. е. процесс сушки замедляется. Общая форма кривой показывает логарифмическую зависимость



где н - начальная влажность древесины, %; — текущая (уменьшающаяся) влажность древесины; А — коэффициент.

Для расчета полной продолжительности сушки вместо текущей влажности подставляется конечная влажность k.



§ Развитие внутренних деформаций в древесине при сушке


Стадийность развития внутренних деформаций. Ранее (см. рис. 19) была рассмотрена модель возникновения при сушке пиломатериалов упругих, а также остаточных деформаций. В первой стадии поверхностная зона сортимента остаточно (пластически) растягивается. Одновременно внутренняя зона будет сжиматься, уравновешивая растянутую поверхностную зону. Во второй стадии сушки, наоборот, поверхностная зона сжимается, следовательно, уравновешивающая ее внутренняя зона будет растянута. Развитие внутренних деформаций - основа сушильного процесса.


Причина перемены знака напряжений в обеих зонах сортимента по окончании первой стадии сушки заключается в остаточном удлинении поверхностной зоны с образованием растянутой «оболочки», а также остаточном сжатии (упрессовке) внутренней .зоны. Поэтому при последующем уменьшении количества гигроскопической влаги во внутренней зоне возникают растягивающие напряжения с возможностью разрыва древесины - образования пустот-раковин (см. рис. 19, д,е, ж).


На рис. 28, а графически показано постадийное развитие процессов сушки на поперечных разрезах доски: в верхнем ряду постепенное (вправо) снижение кривых влажности в начальной H, первой I, переходной П и второй II стадиях сушки, а также при влаготеплообработке В материала. Во втором ряду представлена мгновенная (в момент раскалывания) упругая деформация двух половинок образца сортимента, происходящая из-за высвобождения упругих деформаций. В третьем ряду показана остаточная деформация двух половинок образца после выдержки с целью выравнивания их влажности.


Выявление внутренних деформаций в высушиваемых пиломатериалах

Рис. 28. Выявление внутренних деформаций в высушиваемых пиломатериалах


Таким образом, в верхнем ряду даны влажностиые деформации B, определяемые по коэффициенту К усушки в направлении ширины доски и по перепаду гигроскопической влажности в ее центре ц и поверхности п



в среднем ряду упругие деформации У, создаваемые влажностными напряжениями, а в нижнем - остаточные деформации О, возникающие из упругих (релаксация) напряжений. Первопричиной всех этих деформаций является перепад гигроскопической влажности с воспрепятствованной локальной усушкой в массиве древесины. Таким образом, влажностные, упругие и остаточные деформации возникают последовательно и взаимосвязанно (одна из другой).


Методы разделки образцов. На рис. 28, б показаны способы раскалывания образца на слои для выявления деформации в разных участках сечения образца, а справа - способы выпиливания силовой секции из бруса. Первый способ (поз. 17) позволяет выявить упругие деформации в опасном по растрескиванию наружном (лицевом) слое доски; этот способ рекомендуется к широкому использованию при сушке растрескивающихся досок. Величина стрелы прогиба f, мм, деленная на квадрат ширины доски l, дм2, покажет относительную величину упругих деформаций У по формуле



Значения f и / - на рис. 28, б (поз. 16 и 17); а - коэффициент.


Пример. Замерена стрела прогиба f=4,0 мм при длине слоя (ширине доски) /=120 мм=1,2 дм. При а=1,0 находим У= 4,0/1,22=2,8.


Второй способ (поз. 18) применяется для выявления деформации в обеих наружных зонах доски. Третий способ (поз.19) - то же и в промежуточных зонах. Четвертый способ (поз. 20) — выпиливание силовой секции, пунктиром показано отклонение ее зубцов в первой +F и второй - F стадиях сушки (для брусковых сортиментов).


Метод следящей деформации. На рис. 28, в (внизу) представлена схема непрерывного измерения величины внутренних деформаций методом проявления следящей деформации в сочетании с раскалыванием образца на слои. В подлежащем высушиванию контрольном отрезке (поз. 21) по середине его длины, со стороны кромки выбирается продольный прямоугольный паз длиною до 0,4 м и глубиной до середины ширины образца (доски). Для возмещения удаленной влаги щель заполняют увлажненными опилками, а по кромке образца закрывают упругой влагоизоляцией (ею защищают и торцы образца). По середине длины щели в нее вставляют и закрепляют индикатор, измеряющий ее ширину у кромки образца во время его сушки. Принципиальная схема пружинного индикатора показана на рис. 28, в (поз. 22 и 23). Такой метод измерения упругой деформации У проверен ВНИИДМАШем на практике (ММСК-1) с положительными результатами. Регулирование процесса сушки по относительной величине упругих деформаций У [формула (40)] эффективно для совершенствования режимов сушки сортиментов средних и крупных сечений.


Взаимозависимость внутренних деформаций. На рис. 29, а нанесены кривые сушки: точками показана средняя влажность материала, сплошными линиями: верхняя - для центральной зоны, нижняя - для поверхностной зоны материала, ордината между ними показывает относительную величину влажностной деформации B, которая равна сумме деформаций упругой У и остаточной, т.е. В=У+О. Верхняя линия 1 - 3 обозначает предел гигроскопичности, а нижняя кривая - равновесную влажность, т. е. параметры воздуха.


Взаимозависимость внутренних деформаций в процессе высушивания пиломатериалов

Взаимозависимость внутренних деформаций в процессе высушивания пиломатериалов

Рис. 29. Взаимозависимость внутренних деформаций в процессе высушивания пиломатериалов:
а - совмещение В, У, О - деформаций с кривыми сушки; б - кинетика внутренних деформаций; в - закономерности реологического развития внутренних деформаций


Величину влажностной деформации В (слева на рис. 29, а) можно разделить на суммируемые переменные деформации У и О (упругие и остаточные). В этих целях используется схема рис. 28, а с деформациями второго ряда У, а для толстых сортиментов - схема рис. 28, поз. 16 (стрела прогиба f, мм), а также третий ряд (поз.11—15) с измеряемыми деформациями О, по их величине, с учетом равенства В=У+О. На рис. 29, а проводится для первой стадии сушки (до точки 4) разделительная пунктирная линия 2, 3, 4.


Во второй стадии сушки (после точки 4), т. е. после перемены знака напряжений, величина У откладывается на рис. 29,а над линией ц с получением равенства О=В+У. Таким образом, возникает тесная взаимосвязь между кинетикой (кривые сушки) и реологией высушивания пиломатериалов.


Для анализа процесса сушки деформации У и О удобнее отложить в их координатах, как это показано на рис. 29,б. На оси ординат здесь нанесены относительные деформации У и О образца, а на оси абсцисс, как и ранее, время сушки . При этом используются те же значения У и О из второго и третьего
рядов рис. 28, а, полученные в производственных условиях. Внизу (см. рис. 29) схематически показано развитие в процессе сушки упругих У (выявляются в момент раскаливания образца) и разностных остаточных О (после его выдержки для выравнивания влажности) деформаций.


Опасность растрескивания высушиваемых пиломатериалов предопределяется ординатами заштрихованной площади значений У (рис. 29, б, в). При малой величине такой опасности процесс сушки форсируется, т. е. повышается t, а возможно и t воздуха в камере.



§ Растрескивание пиломатериалов во время сушки


Основной брак сушки. В процессе высушивания пиломатериалов образуются коробление и растрескивание. Причины возникновения и меры предупреждения этих видов брака различны.

Коробление происходит вследствие анизотропного строения древесины (см. рис. 21 и 22). Радикальная мера предупреждения коробления - надежное зажатие досок и заготовок в штабеле, с тем, чтобы они высыхали в хорошо зажатом плоском состоянии (рис. 22, д). Таким образом, коробление проявляется при неправильной укладке материала в штабель, т. е. предопределяется на погрузочной площадке.


Растрескивание наблюдается при неудовлетворительном ведении и контроле процесса сушки, когда в поверхностной зоне материала возникают чрезмерные упругие деформации У. Трещины бывают торцовые и пластевые. Они всегда направлены по радиусу, т. е. перпендикулярно к годичным слоям, и образуются на торцах и на наружной пласти доски (рис. 30, а).


Растрескивание пиломатериалов при сушке

Рис. 30. Растрескивание пиломатериалов при сушке:
а - наружные трещины; б - заглубление наружных трещин и переход их в раковины; в - различная деформация клеток и сосудов древесины в сечении доски; г - утолщение досок у кромок; д, е - образование раковии у брусков; ж - прикромочные раковины в досках; з - приторцовые раковины


Торцевые трещины возникают в самом начале сушки на свежеоторцованных поверхностях. Способы их предупреждения - всемерное замедление испарения влаги с торцов, что достигается снижением психрометрической разности t воздуха в начале сушки, а также закрыванием торцов заготовок (укладка впритык по длине смежных заготовок, прикрытие торцов щитами, замазками и т. п.), и даже их специальное увлажнение.


Пластевые трещины образуются во время первой стадии сушки толстых досок и тем более твердых пород. Они возникают при значительной для данного материала психрометрической разности воздуха. Необходимо тщательно наблюдать за их появлением и не допускать развития (рис. 30, а) с начала первой стадии процесса сушки.


Раковины, т. е. внутренние пустоты, часто образуются при сушке дубовых и буковых сортиментов средних и тем более значительных толщин. Они возникают во второй стадии сушки и даже в высушенной древесине, при выравнивании влажности по сечению материала


Чем больше накопится остаточных деформаций растяжения в наружной зоне и больше упрессуется внутренняя зона в первой стадии сушки, тем значительнее опасность возникновения раковин и тем большей будет их величина во второй стадии процесса.


Таким образом, для предупреждения возникновения раковин должно быть минимальным нарастание остаточных деформаций в первой стадии сушки, а уменьшение их во второй стадии максимальным.


Не следует проводить промежуточные влаготеплообработки материала в первой стадии сушки. Желательна атмосферная подсушка сортиментов, опасных в отношении возникновения раковин.


Практические выводы из рассмотренного следующие. Рекомендуется медленное и осторожное подсушивание в камерах (при пониженных температурах) толстых сортиментов, особенно твердых пород. Желательна форсированная сушка тонких, не растрескивающихся сортиментов, у которых в таких режимных условиях будут как меньшая покоробленность, так и сниженная усадка. Следовательно, температура воздуха и его психрометрическая разность (см. рис. 27) должны находиться в обратной зависимости от толщины и плотности сушимого материала.

Поиск




Copyright © 2006
При использовании материалов сайта ссылка на mebelsam.com обязательна!
||