Установка для сушки и пропитки древесины

Изобретение относится к области деревообработки, в частности к конструкциям вакуум-импульсных установок, включающих две камеры, соединенные при помощи трубопроводов рассчитанного диаметра, со смонтированными на них быстродействующими клапанами с ресивером, вакуумный насос, емкости для пропитывающей жидкости, связанные при помощи трубопроводов с каждой сушильно-пропиточной камерой, в которых смонтированы распылители, теплообменники. Каждая сушильно-пропиточная камера связана с атмосферой трубопроводом рассчитываемого диаметра со смонтированным на нем быстродействующим клапаном и дополнительным трубопроводом с клапаном, соединяющим сушильно-пропиточную камеру с ресивером, причем диаметр дополнительного трубопровода, по крайней мере, в три раза меньше диаметра рассчитываемого трубопровода. Осевые вентиляторы сушильно-пропиточной камеры снабжены выносными за пределы полости камеры электродвигателями, оси которых перпендикулярны продольной оси сушильно-пропиточной камеры и плоскости теплообменника. Изобретение должно обеспечить необходимое качество сухой и пропитанной древесины. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к деревопереработке, в частности к конструкциям вакуумных установок для сушки и пропитки древесины различных пород, используемой, например, в мебельной промышленности, при изготовлении строительных конструкций, деревянном домостроении и др.

Сушка древесины с использованием вакуум-импульсной технологии представляет собой многоциклический процесс удаления влаги из древесины как за счет фазового перехода - испарения, так и без фазового перехода жидкости - отжима. Сушка в сочетании с пропиткой древесины улучшает ее физико-механические свойства, обеспечивает снижение внутренних напряжений, повышает равномерность влажности по толщине древесины различных сортаментов, в зависимости от состава пропиточного раствора повышает стойкость древесины против гниения, воздействия высоких температур и открытого пламени.

Одним из основных способов пропитки древесины, применяемых в деревообрабатывающей промышленности, является автоклавный с использованием и воздействием на древесину в определенной последовательности вакуума или избыточного давления до 14 кг/см².

Известно устройство для сушки и пропитки древесины, содержащее автоклав, в котором осуществляются процессы сушки и пропитки древесины, маневренный цилиндр и систему циркуляции пропиточного масла, включающую циркуляционный насос. См. а.с. СССР №512064, М.кл. В 27 К 3/10, 1976 г. Процесс удаления влаги из древесины осуществляется при помощи перегретой гидрофобной жидкости (масла). Такой пиломатериал имеет ограниченное применение и не может удовлетворять требованиям, предъявляемым к древесине для мебели, столярно-строительных изделий и др.

Известно более совершенное устройство для сушки и пропитки древесины, состоящее из двух вакуумных сушильно-пропиточных аппаратов, связанных с емкостью для пропиточной жидкости, средств внутренней циркуляции теплоносителя, образованных расположенным вдоль внутренней стенки аппарата направляющим кожухом и осевым вентилятором с выносным электродвигателем. См. патент РФ №2037395, М.кл. В 27 К 3/10, 1995 г. Сушильно-пропиточные аппараты снабжены теплообменной рубашкой и содержат узел герметизации и уплотнения вала привода осевого вентилятора, состоящего из армированных манжет, а корпус узла заполнен тугоплавкой консистентной смазкой.

Недостатком известного устройства является большое количество пропиточной жидкости, которая заполняет сушильно-пропиточный аппарат, полное погружение древесины в пропитывающий раствор и системы циркуляции этого объема пропиточной жидкости.

Наиболее близким техническим решением предложенной установки для сушки и пропитки древесины - прототипом является установка, используемая для сушки древесины по патенту РФ №2213309, М.кл. F 26 В 9/06, 5/04, 2003 г. Установка содержит две герметичные вакуумные сушильные камеры, соединенные при помощи трубопровода с быстродействующими клапанами с ресивером, который по объему равен свободному объему одной сушильной камеры после заполнения ее древесиной. Ресивер снабжен шлюзовой камерой и связан с ней при помощи трубопровода и клапана. Трубопроводы, соединяющие сушильные камеры с ресивером, установлены по отношению к ресиверу тангенциально, диаметр трубопровода, соединяющего каждую сушильную камеру с ресивером, выполнен расчетным по математической формуле.

Древесину загружают в сушильную камеру, плотно закрывают и нагревают. Одновременно в ресивере при помощи вакуумного насоса создают вакуум, после чего проводят резкий сброс - импульс давления в сушильной камере путем открывания быстродействующих клапанов и тангенциального соединения ресивера с камерой сушки. После этого древесину в камере сушки подвергают статическому вакуумированию - выдержке при создавшемся вакууме в течение определенного времени. Затем при закрытых быстродействующих клапанах, соединяющих при помощи трубопровода сушильную камеру с ресивером, и при остаточном вакууме древесину вновь нагревают до заданной температуры. Указанные операции повторяют многократно до достижения заданной влажности древесины.

Однако данная установка имеет ограниченные возможности. Она не может быть использована для массовой пропитки древесины, а используется только для сушки.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей установки.

Поставленная задача достигается тем, что установка снабжена емкостью для пропитывающей жидкости, связанной при помощи трубопровода с каждой сушильно-пропиточной камерой, в которой смонтированы распылители, при этом каждая сушильно-пропиточная камера связана с атмосферой трубопроводом рассчитываемого диаметра со смонтированным на нем быстродействующим клапаном и дополнительным трубопроводом с клапаном, соединяющим сушильно-пропиточную камеру с ресивером, причем диаметр дополнительного трубопровода, по крайней мере, в три раза меньше диаметра рассчитываемого трубопровода.

В полости сушильно-пропиточной камеры, в торцевых полуцилиндрических стенках, смонтирован, по крайней мере, один осевой вентилятор, направленный перпендикулярно оси сушильно-пропиточной камеры.

Осевые вентиляторы сушильно-пропиточной камеры снабжены выносными за пределы полости сушильно-пропиточной камеры электродвигателями, оси которых перпендикулярны продольной оси сушильно-пропиточной камеры и плоскости теплообменника.

Каждая торцевая полуцилиндрическая стенка сушильно-пропиточной камеры снабжена теплообменником, смонтированным вдоль продольной оси сушильно-пропиточной камеры.

Конструктивные признаки установки, выраженные в том, что установка снабжена емкостью для пропитывающей жидкости, связанной при помощи трубопровода с каждой сушильно-пропиточной камерой, в которой смонтированы распылители, при этом каждая сушильно-пропиточная камера связана с атмосферой трубопроводом рассчитываемого диаметра со смонтированным на нем быстродействующим клапаном и дополнительным трубопроводом с клапаном, соединяющим сушильно-пропиточную камеру с ресивером, причем диаметр дополнительного трубопровода, по крайней мере, в три раза меньше диаметра рассчитываемого трубопровода, являются признаками новыми, неочевидными и неожиданными, позволяющими решить поставленную изобретением задачу расширения технологических возможностей установки с одновременным получением высококачественной готовой сухой и пропитанной древесины.

Неожиданность получения результата проявляется в сочетании особенностей выполнения рассчитанного диаметра трубопровода с быстродействующим клапаном и диаметра дополнительного трубопровода, выполненного, по крайней мере, в три раза меньше диаметра рассчитанного трубопровода, соединяющего камеру с ресивером, позволяющих при быстром соединении каждой сушильно-пропиточной камеры с атмосферой за время выравнивания давления в сушильно-пропиточной камере с атмосферным давлением полноценно впитать древесиной распыленную пропиточную жидкость, а при помощи дополнительного трубопровода, соединяющего сушильную камеру с ресивером, провести сушку пропитанной древесины, не извлекая из древесины впитавшуюся перед этим пропиточную жидкость.

Признаки монтажа в полости сушильно-пропиточной камеры на торцевых полуцилиндрических стенках, по крайней мере, одного осевого вентилятора, направленного перпендикулярно оси сушильно-пропиточной камеры, раскрывают конкретное выполнение конструктивных элементов установки, связанных с достижением положительного результата, являющегося задачей настоящего изобретения. При установке двух осевых вентиляторов появляется возможность изменения давления потоков теплоносителя и распыленной пропиточной жидкости в полости каждой сушильно-пропиточной камеры.

Снабжение осевых вентиляторов сушильно-пропиточной камеры выносными за пределы сушильно-пропиточной камеры электродвигателями, оси которых перпендикулярны продольной оси сушильно-пропиточной камеры и плоскости теплообменника, позволяет обеспечить более надежную работу электродвигателей, которые не подвергаются температурному и многократному импульсному воздействию вакуума и пара жидкости, как в прототипе, когда электродвигатели находятся в камере.

Монтаж теплообменников вдоль продольной оси сушильно-пропиточной камеры в каждой торцевой полуцилиндрической стенке позволяет уравновесить по сторонам, направляемые вентиляторами потоки теплоносителей и менять их направления в соответствии с заданными режимами сушки и пропитки.

На чертеже схематично представлена предлагаемая установка сушки и пропитки древесины.

Установка для сушки и пропитки древесины состоит из двух сушильно-пропиточных камер 1 и 2, связанных трубопроводами 3 и 4 рассчитываемого диаметра, с ресивером 5. Дополнительный трубопровод 6 меньшего диаметра, чем рассчитываемые, с клапаном 7 на входе трубопроводов 3, 4 в каждую сушильно-пропиточную камеру связывает каждую сушильно-пропиточную камеру 1, 2 с ресивером 5. В установке для сушки и пропитки древесины используются два вида трубопроводов. Один вид, диаметр которых рассчитывается, имеет быстродействующие клапана, другой вид - это трубопроводы, выполненные по диаметру меньше, по крайней мере, в три раза, чем диаметры трубопроводов 3, 4, рассчитанные по математической формуле прототипа. На трубопроводах 3 и 4 сушильно-пропиточных камер 1 и 2 установлены пневматические быстродействующие клапана 8 и 9. Каждый вход трубопроводов 3, 4 в сушильно-пропиточные камеры 1, 2 снабжен трубопроводом 10 с диаметром, равным диаметру трубопроводов 3 и 4, и быстродействующими клапанами 11, соединяющими каждую сушильно-пропиточную камеру с атмосферой. Вакуумный насос 12 при помощи трубопровода 13 с краном 14 соединен с ресивером 5. Шлюзовая камера 15 соединена с ресивером 5 при помощи трубопровода и пневматического клапана 16. Шлюзовая камера 15 имеет пневматический клапан 17 для соединения с атмосферой и пневматический клапан 18 для слива жидкости. Компрессор 19 через пульт управления 20 обеспечивает систему управления клапанами сжатым воздухом. Каждая сушильно-пропиточная камера 1 и 2 имеет кран 21 для соединения трубопровода 22 с распыливающим устройством 23 внутри объема сушильно-пропиточных камер и соединения с емкостью 24 с пропиточной жидкостью. Кран 25 для слива жидкости из сушильно-пропиточных камер 1 и 2 смонтирован в нижних точках пола каждой сушильно-пропиточной камеры. В торцевых полуцилиндрических стенках сушильно-пропиточных камер смонтированы калориферы 26 и осевые вентиляторы 27 с выносными электродвигателями 28. Система распределения потоков теплоносителя и распыленной пропитывающей жидкости (тумана) 29 смонтирована вдоль боковых стенок сушильно-пропиточных камер 1 и 2.

Предлагаемая установка для сушки и пропитки древесины работает следующим образом.

Пиломатериал - древесина, предназначенная для сушки и пропитки, укладывается штабелем на выдвигаемые из сушильно-пропиточных камер тележки, которые вместе с древесиной закатываются во внутреннюю полость каждой сушильно-пропиточной камеры 1 и 2. Сушильно-пропиточные камеры 1 и 2 в загруженном состоянии холодные, двери и быстродействующие клапана 8, 9, 11 и краны 7, 21, 25 герметично закрыты. В емкость 24 залита пропиточная жидкость.

Включением вакуумного насоса 12 при открытом клапане 14 в ресивере 5 начинает создаваться вакуум до 1-40 мм рт.ст. Одновременно с вакуумным насосом 12 включаются компрессор 19 и вентиляторы 27 в каждой дверце, а также калориферы 26 одной из сушильно-пропиточных камер, например сушильно-пропиточной камеры 1, и производится набор давления в ресивере компрессора до 5-6 атм и равномерный нагрев древесины по всей длине штабеля до температуры 40-95°С, в зависимости от вида и породы древесины. Нагрев древесины во второй сушильно-пропиточной камере и проведение последующих операций сушки и пропитки осуществляются с интервалом в 30 минут.

После достижения заданной температуры древесины в первой сушильно-пропиточной камере 1 через пульт управления 20 открывают быстродействующий пневмоклапан 8, соединяющий ресивер 5 с сушильно-пропиточной камерой 1. При резком воздействии вакуума на древесину температура последнего уменьшается на 15-30 градусов. При этом свободная влага начинает выходить из древесины в виде высокодисперсной жидкости и скапливаться в шлюзовой камере 15. Выдержку древесины под создавшимся вакуумом делают в течение 15-30 минут, после чего быстродействующий пневмоклапан 8 закрывают, отсоединив тем самым сушильно-пропиточную камеру от ресивера 5. После закрытия быстродействующего пневмоклапана 8 в ресивере вновь создают прежний уровень вакуума в 1-40 мм рт.ст., а древесину в сушильно-пропиточной камере выдерживают при остаточном вакууме в течение 15-60 минут, постоянно подогревая древесину до температуры в 80-98°С. Затем вышеописанные операции с древесиной в сушильно-пропиточной камере 1 повторяют несколько раз до остаточной влажности 18-32% в зависимости от структуры и вида древесины.

После удаления свободной влаги приступают к удалению связанной. Для этого вновь проводят нагрев древесины при закрытых кранах 7, 21, 25 и закрытых быстродействующих клапанах 8, 9, 11 до температуры 80-110°С. За время нагрева в ресивере 5 создается вакуум в 1-40 мм рт.ст. После достижения указанного давления и температуры приступают к вакуумному воздействию на древесину. Для этого за время 0,1-0,5 сек с помощью быстродействующего клапана 8 производят соединение сушильно-пропиточной камеры 1 с ресивером 5, при этом за время 0,5-5 сек производится сброс давления в сушильно-пропиточной камере 1 до давления ниже равновесного давления насыщенного пара для данной температуры при открытом клапане 8 и делают выдержку в создавшемся вакууме в течение 15 минут. Время выдержки под вакуумом определяется скоростью понижения температуры древесины, причем это время для различных пород древесины различно. Указанное время в 15 минут определено для древесины из сосны, в частности для доски с размерами (50×200×6000) мм. При сушке твердых пород древесины - дуба, бука время выдержки в вакууме при остаточном давлении возрастает с 15 до 30 минут, а общее время сушки с 10 часов до 136 часов от начальной влажности 55% до конечной 10%.

При сушке толстого бруса или круглых бревен, когда в результате естественного процесса сушки влажность в верхних слоях становится меньше влажности свежеспиленного дерева, т.е. меньше, чем в сердцевине, производят подачу острого пара в предварительно отвакуумированную и нагретую сушильно-пропиточную камеру и нагревают древесину за счет конденсации пара на 15-20°С, при этом влажность древесины на поверхности становится равной влажности в сердцевине. В дальнейшем указанные циклы, включающие вышеперечисленные операции, повторяют до достижения необходимой влажности древесины.

После достижения заданных значений влажности одну из сушильно-пропиточных камер, например 1, переводят в режим пропитки, для чего при включенной системе внутренней циркуляции при остаточном вакууме и при закрытом быстродействующем клапане 8 открывают кран 21 и через распыливающее устройство 23 подают дозу пропиточной жидкости из емкости 24. При этом теплообменник 26 отключают. После распыливания пропиточной жидкости открывают быстродействующие клапана 11, соединяющие сушильно-пропиточную камеру с атмосферой, до достижения в сушильно-пропиточной камере атмосферного давления, затем быстродействующие клапана 11 закрывают и переводят в режим послепропиточной сушки, для чего включают теплообменник 26 и открывают кран 7, соединяющий сушильно-пропиточную камеру 1 с ресивером 5. Ввиду малого диаметра трубопровода 6 он, по меньшей мере, в три раза меньше диаметра трубопровода, на котором смонтированы быстродействующие клапана, вакуумирование происходит медленнее и медленнее осуществляется досушка древесины в вакууме с испарением растворителя пропитывающей жидкости и концентрацией пропитывающей жидкости на стенках капилляров древесины. Глубина пропитки и количество пропитывающего раствора в древесине определяются количеством циклов пропитки и послепропиточной досушки.

После окончания полного цикла пропитки и досушки открывают быстродействующий клапан 11, соединяющий сушильно-пропиточную камеру 1 с атмосферой, выравнивая тем самым давление в сушильно-пропиточной камере с атмосферным. Отключают калориферы 26 и вентиляторы 27. Открывают полу цилиндрическую дверь и выкатывают тележку с сухой и пропитанной древесиной.

Сушильно-пропиточная камера 2 работает со сдвигом по циклу. Если в сушильно-пропиточной камере 1 идет пропитка, то в сушильно-пропиточной камере 2 - досушка, если в сушильно-пропиточной камере 1 идет послепропиточная вакуумная сушка, то в сушильно-пропиточной камере 2 пропитка и т.д.

В зависимости от потребностей, обе сушильно-пропиточные камеры могут работать либо в режиме сушки или в режиме пропитки.

Для обеспечения равномерности нагрева, сушки и пропитки древесины по всему объему сушильно-пропиточной камеры на боковых стенках сушильных камер предусмотрена система распределения потока теплоносителя и распыленной пропиточной жидкости.

Опытная промышленная установка для сушки и пропитки древесины была изготовлена с двумя сушильно-пропиточными камерами с объемом загрузки по 7,5 м куб. древесины каждая. Общее время сушки и пропитки доски сосны толщиной 50 мм составило 16,5 часов, в том числе время пропитки древесины сосны на глубину 5 мм по периметру доски за один цикл составило 30 минут.

Предложенная установка не вызывает трудностей при ее изготовлении и при промышленном ее использовании. Входящие в нее стандартные узлы и агрегаты серийно изготавливаются, не стандартные могут быть изготовлены промышленностью.

Качество сушки и пропитки древесины соответствует требованиям, предъявляемым к выполняемым при помощи предлагаемой установки технологическим операциям в деревообрабатывающей промышленности.

1. Установка для сушки и пропитки древесины, включающая две камеры, соединенные при помощи трубопроводов рассчитанного диаметра, со смонтированными на них быстродействующими клапанами с ресивером, вакуумный насос, отличающаяся тем, что установка снабжена емкостью для пропитывающей жидкости, связанной при помощи трубопровода с каждой сушильно-пропиточной камерой, в которой смонтированы распылители, при этом каждая сушильно-пропиточная камера связана с атмосферой трубопроводом рассчитываемого диаметра со смонтированным на нем быстродействующим клапаном и дополнительным трубопроводом с клапаном, соединяющим сушильно-пропиточную камеру с ресивером, причем диаметр дополнительного трубопровода, по крайней мере, в три раза меньше диаметра рассчитываемого трубопровода.

2. Установка для сушки и пропитки древесины по п.1, отличающаяся тем, что в полости сушильно-пропиточной камеры в торцевых полуцилиндрических стенках смонтирован, по крайней мере, один осевой вентилятор, направленный перпендикулярно оси сушильно-пропиточной камеры.

3. Установка для сушки и пропитки древесины по п.2, отличающаяся тем, что осевые вентиляторы сушильно-пропиточной камеры снабжены выносными за пределы полости сушильно-пропиточной камеры электродвигателями, оси которых перпендикулярны продольной оси сушильно-пропиточной камеры и плоскости теплообменника.

4. Установка для сушки и пропитки древесины по п.2, отличающаяся тем, что каждая торцевая полуцилиндрическая стенка сушильно-пропиточной камеры снабжена теплообменником, смонтированным вдоль продольной оси сушильно-пропиточной камеры.