Режимы отдельных операций

В Компендиуме представлена методика, использованная в системе автоматического управления ЛЕОНАРДО (Рисунок 32). Режимы всех фаз процесса сушки приводятся в Таблицах на Листе 6.

Стр.30

1. Нагрев (Таблица 1)

Ориентировочное значение начальной влажности свежей древесине (U_fre) определяется по Таблице 1 - Лист 7, а значение U_fsp - по Таблице 2.

Операция нагрева состоит из этапов, параметры которых зависят от состояния загруженного в камеру материала и определяются следующим образом:

Для того чтобы выбрать температуру нагрева необходимо соблюдать одно условие: температура в центре досок должна быть доведена как минимум до уровня, заданного для начала фазы сушки. Кроме того, необходимо учитывать, что температура свежего дерева не должна превышать соответствующую температуру испарения, которую указывает смоченный термометр психрометра, и соответствовать UEC (Лист 2 Древесина – Воздух). На практике обычно конечную температуру фазы нагрева устанавливают на уровне Tr = T1 + 10…15 °С (где Т1 = температура, установленная для начального периода фазы сушки). Как правило, в начале фазы сушки ∆Т никогда не превышает 10°С. В любом случае Tr должна быть выше температуры испарения циркулирующего воздуха во время стадии постоянной температуры (выше TU психрометра). В отношении UR (UE или ∆Т) следует различать три случая:

Пиломатериалы сырые без внутренних напряжений

Процедура нагрева проводится в 4 стадии:

- предварительный нагрев при максимальной тепловой мощности без контроля за влажностью воздуха (не следует включать систему увлажнения, особенно если древесина сырая); обычно эта стадия заканчивается, когда температура достигает значения, равного полусумме начальной наружной температуры и заданной конечной температуры (Т0 + Tr)/2;

- предварительное кондиционирование начинается после достижения заданной температуры; на этой стадии необходимо достичь выбранного для фазы нагрева значения UR (UEC или ∆Т) (Лист 6, Таблица 1);

- постепенный рост температуры до значения Tr при установленном для фазы нагрева значении UR (UEC или ∆Т) за время не менее чем определяемое величиной 1/2 см в час;

- окончательный нагрев (выравнивание TU = Tr – ∆Т по толщине), продолжительность не менее чем из расчета 1/2 см в час при постоянном заданном состоянии воздуха. ∆Т и UEC определяют соответственно по Таблице 1 на Листе 6.

Пиломатериалы с внутренними напряжениями или высоким поперечным градиентом влажности

Начальный контроль наличия внутренних напряжений и градиента влажности в поперечном сечении выполняется, как показано на Рисунке 4, с использованием секций, взятых из контрольной доски рядом с местом выпиловки контрольного образца:

- градиент влажности контролируется с помощью секций послойной влажности (Рисунок 4 В), путем последовательного определения влажности слоев весовым методом,

- наличие внутренних напряжений определяется по силовым секциям (Рисунок 4 С), исходя из характера деформаций ее зубцов (растягивающие напряжения в наружных слоях в случае D, растягивающие напряжения во внутренних слоях в случае Е).

Пиломатериалы с напряжениями и высоким градиентом влажности в поперечном сечении, которая обычно образуются при атмосферной или предварительной сушке (даже после таяния льда в древесине), должна прогреваться в соответствии с процессом начального кондиционирования. Средняя влажность древесины Ui меньше PS. Для того, чтобы определить наличие напряжений в каждом из образцов можно воспользоваться формулой U = (Uc – Up) > s. На практике этот способ применяется для древесины класса III толщины и для его реализации требуется, как уже упоминалось, две пары электродов (на 1/5 и 1/4 толщины). На производстве обычно считается, что древесина, предварительно подсушенная в атмосферных условиях или камере, имеет подобное состоянии. В этом случае температура Tcon = Tr.

Процесс нагрева проводится в две стадии:

- предварительный нагрев и начальное кондиционирование при UR (∆Т или UEC), определенной по Листу 6 – Таблице 1 и постепенном росте температуры Т до достижения Tr = T1 + 10-15° C за время не менее 1/2 s;

- нагрев и кондиционирование при выбранной UR при постоянной температуре Tr до достижения градиента влажности между двумя парами электродов в образцах Uc – Up ≤ 1/2 s (см час).

Замороженная древесина

Если температура не опускается ниже –30 °С, в древесине замерзает только свободная вода. В этом случае операции нагрева должно предшествовать размораживание, при котором температуру камеры доводят до примерно 25° С и поддерживают этот уровень до полного размораживания. При размораживании хвойной древесины температура может превышать 30°С. Желательно поддерживать UR на уровне 78-80% (UEC 15-16%, ∆Т=3°С). Впрыскивание воды необходимо прекратить и поддерживать работу вентиляторов в режиме реверсирования с соответствующими интервалами. Температура внутри древесины долго держится на уровне нуля и признаком полного размораживания является тенденция к повышению температуры во внутренних слоях выше 0° С. По окончании размораживания в наружных слоях накапливаются напряжения, поскольку их влажность очень быстро достигает уровня 15-16%, что соответствует равновесной влажности внутри камеры.

По окончании размораживания можно переходить к последующим операциям, таким же, как для древесины с внутренними напряжениями (см. выше). Увеличение продолжительности процесса размораживания сверх определенных пределов нежелательно, поскольку напряжения возрастают, и меняется их распределение. Процесс размораживания продолжителен: он зависит от влажности, размеров и температуры древесины и может продолжаться более суток. В странах с холодной зимой при сушке свежей древесины рекомендуется вставлять термометр в находящуюся внутри камеры древесину, чтобы зафиксировать момент полного размораживания. Описанный процесс применяется и для древесины, покрытой снегом и льдом. По окончании размораживания процесс нагрева проводится также как для древесины с внутренними напряжениями.

Сушка

Технология сушка базируется на ряде соотношений, к которым имеют отношение:

- механическая прочность древесины;

- климат;

- влажность древесины;

которые в свою очередь формируют ступени, составляющие основу для постепенного программирования процесса сушки:

· фаза I – Влажность древесины по всей массе выше PS; механические сопротивления минимальны, условия сушки постоянны (испарение свободной влаги с поверхности). Исходя из всего вышесказанного, правила для режима сушки можно сформулировать следующим образом: постоянные климатические условия с высокой UR и низкой Т1. Средняя влажность древесины в конце фазы I (Р1) снижается до уровня между Ui и 2/3Ui в зависимости от влагопроницаемости; для средней влагопроницаемости Р1 = 2/3Ui + 1/3 PS (Схема 7, Таблица 4).

· фаза II – влажность наружных слоев древесины ниже PS и стремится достичь значения UE, влажность внутренних слоев еще выше PS, но начинает снижаться, механическая прочность по-прежнему минимальна, начинается замедление процесса сушки. В связи с этим, правила режима сушки можно сформулировать следующим образом: Т2 = Т1 низкая и постоянная, постепенное снижение UEC, обращая внимание на то, чтобы не допустить развития больших напряжений. Среднюю влажность древесины в конце этой фазы можно рассчитать по следующей формуле: P2=2/3PS+1/3Uefr (Uefr = равновесная влажность, соответствующая состоянию воздуха в пределах от 6 до 12%). Первое изменения климата должно произойти при Р1 со второй фракцией.

· фаза III – Р2 достигает PS в центре пиломатериалов. Таким образом, влажность всех слоев опускается ниже PS, а напряжения увеличиваются, в том числе и в центре. С этого момента начинается значительное замедление процесса сушки. Правила для режима сушки: Т3 увеличивается при дальнейшем быстром понижении UR.

Значительная разница в свойствах древесины различных пород становится более заметной при сушке, поэтому невозможно составить типовую программу, подходящую для любых условий.

Разработка программы сушки осуществляется отдельно для каждого типоразмера материала, а еще лучше, для каждой отдельной партии, согласно общим положениям, изложенным выше, которые выражают суть технологии сушки (таблица в нижней части страницы).

Кроме того, процесс сушки должен проводиться с учетом характеристик отдельных древесных пород, обращая особое внимание на максимальную допустимую температуру, водопроницаемость – плотность и уровень PS (от значения PS зависит выбор Р1, Р2 и режима кондиционирования).

Обычно восприимчивость к температурам повышается при увеличении плотности, влагонепроницаемости, а также количества и размеров сердцевинных лучей (Дуб).

При работе со свежей древесиной необходимо учитывать происхождение, возраст и характеристики пиловочника, из которого были получены данные пиломатериалы.

Таблица внизу:

· Температура Т: постоянная и низкая для фазы I и II, увеличивается на фазе III.

· Относительная влажность воздуха UR: постоянная для I фазы, уменьшается на фазах II и III (UE ® > или DТ® <).

· На I критической точке произвести первое изменение режима сушки (климата).

Стр.32

На большой высоте необходимо корректировать значения температуры в связи с соответствующим изменением температуры кипения воды.

Для быстрого программирования процесса сушки пользуйтесь Таблицами 2 и 3 Листа 6, которые представляют собой краткое изложение системы режимов сушки. Пример программы, разработанной на основе данных этой схемы и вышеизложенных принципов, приводится в ПРИЛОЖЕНИИ 1. Чтобы упростить программирование началом фазы II (первого изменения климата) можно считать Р₂ = 2/3 U_i , а началом фазы III - P₂ = 25% для хвойной древесины и древесины с невыраженным ядром, и Р₂ = 20% для тяжелой древесины и древесины с выраженным ядром.

Программа может быть задана в виде непрерывной функции или в табулированной форме, с разделением процесса сушки на шаги. В начале каждого шага, которому соответствует определенное значение влажности древесины, устанавливается климатический режим (состояние воздуха), который необходимо поддерживать до наступления следующего шага. Фаза I операции предполагает постоянный режим и поэтому не делится на фракции. Две другие фазы можно разделить на фракции в пропорциональной последовательности согласно местным условиям и опыту.

В последней колонке Таблицы 2 Листа 6 приведены значения GRN, что означает «номинальный градиент сушки». Градиент сушки GR определяется как отношение между реальной влажностью древесины в диапазоне гигроскопической влажности и UEC. Практически GR показывает, насколько форсирован режим сушки: чем он выше, тем интенсивнее сушка. С 50-х годов и практически до наших дней сушка древесины проводилась при постоянном значении GR, которое поддерживалось системой автоматического управления. В настоящее время сушка ведется экспериментальными режимами, в которых GR возрастает к концу процесса в большей или меньшей степени. Этот показатель сохранился только как номинальный индекс (GRN), характеризующий степень интенсивности режима.

В ряде руководств по сушке древесины приводятся готовые программы для различных древесных пород с конкретными описаниями процедур. В памяти компьютера НАРДИ ЛЕОНАРДО содержится библиотека рекомендованных режимов сушки. Пользователю необходимо только выбрать режим, который автоматически появляется на дисплее в виде таблицы, и подтвердить свой выбор, после чего компьютер передаст эти данные в регулятор для автоматического запуска процесса.

При разработке программ были приняты во внимание последние тенденции в технологии камерной сушки сырых пиломатериалов, что повлекло за собой усложнение процедуры и повышение неуверенности в надежности управления. В связи с этим рекомендуется для непроницаемой и умеренно проницаемой древесины первое изменение параметров воздуха рассматривать как начало субфазы В (см. Рисунок 3). При автоматическом управлении сушкой с использованием датчиков влажности, следует иметь ввиду, что их показания имеют удовлетворительную точность при влажности ниже 45%. В этом случае рекомендуется отложить первое изменение параметров воздуха до этого момента.

В ПРИЛОЖЕНИИ 2 приведены 4 примера рекомендованных программ. При определении параметров ступеней в программе предусмотрено, что при начальной влажности ниже, чем влажность свежей древесины, процесс в любом случае необходимо начинать с первой ступени, как показано в левой колонке таблиц, и бысто пройти последующие ступени, пока не будет достигнута ступень, соответствующая реальной начальной влажности древесины. Следует обратить снимание, что программы приспособлены к системе электрического измерения влажности образцов, поэтому первое изменение параметров при сушке свежей древесины приходится на влажность 45%, т.е. на момент, когда измерения становятся достаточно надежными (см. стр. 42). При работе с контрольными образцами первое изменение параметров может быть сделано при достижении I критической точки, как было объяснено ранее.

В таблицах режимов значения UR указаны совместно с UEC, если используется гидрометр с деревянной (или целлюлозной) пластинкой, и вместе с DТ (психрометрическая разность), если используется психрометр. Если используется система изменения направления циркуляции воздуха в сушильной камере, то на обех сторонах камеры должны быть датчики состояния воздуха, которые активируются автоматически в соответствии с направлением воздушного потока. При регулировании состояния воздуха должны быть активированы датчики, находящийся со стороны поступления воздуха в штабели. Если датчики расположены только с одной стороны, то параметры воздуха должны чередоваться между значениями, соответствующими текущему и предыдущему периоду, когда воздух подавался в штабель со стороны, где нет датчиков. В камерах с психрометрами достаточно иметь один смоченный термометр и 2 сухих.