Установка для ротационной сушки древесины

Изобретение относится к искусственному обезвоживанию древесины и может быть использовано при создании промышленных установок для сушки древесины, реализующих технологический процесс, основанный на действии центробежных сил. Барабан установки загружают пакетами обрабатываемых изделий и фиксируют в полости барабана. Роликовые захваты обеспечивают надежный зажим изделий. Пружинные опоры обеспечивают установку в пространстве загруженного несбалансированного вала барабана в статике в поле сил тяжести. По мере разгона центробежные силы начинают превалировать над силами тяжести. В этот момент резонансные нагрузки в первую очередь воспринимаются пружинами опор. Использование изобретения должно обеспечить эффективную сушку изделий из дерева и надежную балансировку ротационной системы. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к искусственному обезвоживанию древесины и может быть использовано при создании промышленных установок для сушки древесины, реализующих технологический процесс, основанный на действии центробежных сил.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного технического решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков.

Известна установка для сушки древесины путем удаления влаги из ее капилляров и жидкости из порового пространства, в которой с высушиваемой поверхностью контактируют электроды с внешним электрическим полем, см. а.с. СССР N 944924, F 26 B 3/34, 1982.

Недостатком такой установки является резкое падение силы тока вследствие высыхания прианодного пространства. Увеличение же разности потенциалов свыше 3000 В, что обуславливается размером древесины по длине, приводит к обугливанию торцов, а следовательно, к потерям древесины на отторцовку.

Известна установка для камерной термодиффузионной сушки штучных пиломатериалов, в которой после термодиффузионной подсушки поверхности штучного пиломатериала температуру во внутренних его зонах поднимают выше 100°С, создавая избыточное давление водяного пара, вытесняющее влагу к периферии, см. а.с. СССР № 94719, 1950.

Известна установка для обезвоживания древесных заготовок поверхностным их нагревом в поле инфракрасного излучения и окончательную сушку в вакуумной сушильной камере с подведением тепла во внутренний объем заготовки с помощью сверхвысокочастотного поля, см. патент РФ № 2139789, В 27 М 1/08, 1999.

Основным недостатком вышеуказанных установок является то, что температура испарения влаги, создающая градиент температур, вытесняющий влагу к периферии, является причиной создания тепловых напряжений в подвергаемом сушке пиломатериале, что часто приводит к разрыву внутренней структуры древесины.

Известна установка для сушки пиломатериалов, в которой реализуют поверхностный нагрев древесной заготовки в поле инфракрасного излучения, а также сушку в вакуумной сушильной камере с подведением тепла во внутренний объем заготовки с помощью сверхвысокочастотного поля, при этом нагрев заготовки в поле инфракрасного излучения и воздействие на заготовку сверхвысокочастотным полем производят одновременно в вакууме сушильной камеры, см. патент РФ №2168126. При одновременном включении генераторов инфракрасного излучения, сверхвысокочастотного излучения и вакуумного насоса обеспечивается сушка приповерхностных слоев пиломатериала с помощью инфракрасного излучения, быстрый прогрев всего объема древесины с помощью сверхвысокочастотного поля, а наличие вакуума способствует снижению температурного градиента, вызывающего нежелательные тепловые напряжения в пиломатериале, что сохраняет внутреннюю структуру древесины, подвергаемой сушке.

Указанные установки не обеспечивают достаточную интенсификацию процесса сушки.

Известны различные установки, предназначенные для осуществления преимущественно высокоинтенсивных технологических процессов в поле центробежных сил.

Известна установка для пропитки и сушку древесины, в которой пропитку, сушку и уплотнение древесины осуществляют под действием центробежных сил. Установка включает силовой агрегат, связанный с ротационной системой, которая представляет собой каркас, в котором установлены матрицы для заготовок древесины, и вал, на котором крепится пропиточная емкость, см. патент РФ №1123229. Древесину с влажностью 60-120% помещают в матрицы так, чтобы направления волокон было перпендикулярно оси вращения, включают установку и при линейной скорости вращения 6-10 м/с в течение 15-20 мин проводят пропитку заготовок древесины специальным составом, при этом происходят одновременно процессы сушки и прессования древесины.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату вышеописанное устройство для автоматической балансировки ротативных систем выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является недостаточная эффективность и длительность процесса сушки древесины, в особенности длинномерных изделий, что обусловливает ограниченную область его применения.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания конструктивно простой установки для сушки изделий из древесины, в т.ч. длинномерных, с обеспечением надежной балансировки массивной ротативной системы установки.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Установка для ротационной сушки древесины, включающая силовой агрегат, связанный с ротором, характеризуется тем, что ротор выполнен виде барабана с горизонтально ориентированной осью вращения, который снабжен средствами балансировки, выполненными в виде двух пружинных опор для вала ротора, обеспечивающих возможность изменения положения оси вала ротора в любой плоскости, а средства для передачи вращения от силового агрегата к валу ротора выполнены в виде карданного механизма, при этом установка снабжена приспособлениями для загрузки барабана пакетами обрабатываемых изделий из древесины, а барабан снабжен приспособлениями для укрепления пакетов обрабатываемых изделий из древесины в его полости.

В этом заключается совокупность существенных признаков изобретения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное изобретение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, конкретных формах его материального воплощения либо особых условиях его использования, а именно:

- приспособления для загрузки барабана пакетами обрабатываемых изделий из древесины выполнены в виде наклонных относительно оси вращения барабана направляющих для роликовых захватов пакетов обрабатываемых изделий из древесины;

- в вышеописанном варианте приспособления для укрепления пакетов обрабатываемых изделий из древесины в полости барабана выполнены в виде фиксаторов роликовых захватов;

- барабан снабжен дополнительной жесткой опорой, размещенной в средней его части и выполненной в виде укрепленных на наружной поверхности барабана совокупности роликов, взаимодействующих с внутренней поверхностью неподвижно закрепленной обоймы, выполненной с большим радиусом кривизны;

- вал барабана снабжен средствами для компенсации возможных возмущений вращательного движения барабана при разгоне и остановке, выполненными в виде демпфирующей жидкости, размещенной в полости вала барабана;

- установка снабжена средствами для дополнительного воздействия на обрабатываемые изделия из древесины, которые укреплены по торцам пакетов обрабатываемых изделий и связаны с источниками питания посредством гибких связей;

- в качестве средств для дополнительного воздействия на обрабатываемые изделия из древесины использованы магнитострикторы и/или генераторы ультразвука, и/или установки для электроосмоса;

- пакет обрабатываемых изделий снабжен слоем резины, размещенным вдоль обрабатываемых изделий;

- установка снабжена средствами для рекуперации кинетической энергии барабана;

- установка снабжена пандусом для загрузки барабана пакетами обрабатываемых изделий из древесины, угол наклона которого выбран соответствующим углу наклона относительно оси вращения барабана направляющих для роликовых захватов, к которым прикреплены пакеты обрабатываемых изделий из древесины;

- установка снабжена средствами для откачки и сбора выделяемой из обрабатываемых изделий жидкости.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в том, что связь силового агрегата с ротором посредством карданного механизма позволяет начать разгон загруженного несбалансированного барабана, на который по мере увеличения скорости разгона начинают действовать центробежные силы, гироскопический эффект, за счет чего происходит перераспределение сил и резонансные нагрузки воспринимаются в первую очередь пружинами опор, а не подшипниками вала ротора и силового агрегата, что значительно увеличивает ресурс их работы. Заявленная конструкция ротационной системы позволяет вести сушку длинномерных изделий из древесины при больших скоростях вращения, что значительно повышает эффективность процесса сушки.

Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения (карданный механизм, пружинные опоры вала, направляющие, роликовые захваты) известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид силового агрегата и карданного механизма, на фиг.2 - разрез по барабану установки с укрепленными в его полости пакетами обрабатываемых изделий из древесины.

Установка для ротационной сушки древесины включает силовой агрегат 1, средства передачи вращения на вал 2 барабана 3 с горизонтально ориентированной осью вращения. Средства балансировки барабана 3 выполнены в виде двух пружинных опор 4 для вала 2, обеспечивающих возможность изменения положения оси вала 2 в любой плоскости. Средства для передачи вращения от силового агрегата 1 к валу 2 выполнены в виде карданного механизма 5. Приспособления для загрузки барабана 3 пакетами 6 обрабатываемых изделий из древесины выполнены в виде наклонных относительно оси вращения барабана 3 направляющих 7 для роликовых захватов 8, в которых укреплены пакеты 6 обрабатываемых изделий из древесины. В полости барабана 3 установлены фиксаторы для роликовых захватов 8 (не показаны). Барабан 3 снабжен дополнительной жесткой опорой, размещенной в средней его части и выполненной в виде укрепленных на наружной поверхности барабана совокупности роликов 9, взаимодействующих с внутренней поверхностью неподвижно закрепленной обоймы 10, выполненной с большим радиусом кривизны. Вал 2 барабана 3 снабжен средствами для компенсации возможных возмущений вращательного движения барабана при разгоне и остановке, выполненными в виде демпфирующей жидкости, размещенной в полости вала 2 (не показана). Установка снабжена пандусом 11 для загрузки барабана 3 пакетами 6 обрабатываемых изделий из древесины, угол наклона которого выбран соответствующим углу наклона относительно оси вращения барабана 3 направляющих 7. Пакет 6 обрабатываемых изделий снабжен слоем резины 12, размещенным вдоль обрабатываемых изделий. Средства для дополнительного воздействия на обрабатываемые изделия из древесины (магнитострикторы, генераторы ультразвука, установки для электроосмоса) на чертежах не показаны. Установка может быть снабжена средствами для рекуперации кинетической энергии барабана, а также средствами для откачки и сбора выделяемой из обрабатываемых изделий жидкости (на чертежах не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Барабан 3 установки через пандус 11 загружают пакетами 6 обрабатываемых изделий, перемещая из с помощью роликовых захватов 8 по направляющим 7 и фиксируя в полости барабана 3. Роликовые захваты 8 обеспечивают надежный зажим изделий. Пружинные опоры 4 обеспечивают самоустановку в пространстве загруженного несбалансированного вала 2 барабана 3 в статике в поле сил тяжести. Затем приводят вал 2 ротора во вращение путем передачи крутящего момента от силового агрегата 1 через карданный вал 5. Гибкая связь с силовым агрегатом 1 позволяет начать разгон установки. Слой резины 3 позволяет уменьшить дисбаланс пакета 6 в начальный момент разгона барабана 3. Наклон направляющих 7 обеспечивает направленное движение влаги вдоль волокон древесины обрабатываемых изделий, что обеспечивает их эффективную сушку. Промежуточная опора 10 представляет собой дополнительное ребро жесткости при обработке длинномерных изделий, а в то же время она не мешает валу барабана 3 выбирать нужное положение как в статике, так и при разгоне.

По мере разгона центробежные силы начинают превалировать над силами тяжести, при этом установка начинает проходить через несколько своих резонансных частот. В этот момент резонансные нагрузки в первую очередь воспринимаются пружинами опор 4, что значительно уменьшает нагрузку на подшипники вала 2 и подшипники силового агрегата 1.

Если набор скоростей барабана выше, чем суммарный механический импеданс установки, то необходимы дополнительные компенсационные мероприятия, для чего вал 2 ротора выполняют полым и заполняют демпфирующей жидкостью, которая в момент прохождения первой резонансной частоты в докритической области скоростей участвует в восприятии резонансных нагрузок, воспринимая импульсы силы на себя, и за счет свойств текучести и несжимаемости занимает новое положение в полости вала 2 ротора. При критической скорости уравновешивающая жидкость ликвидирует дисбаланс барабана и способствует совмещению оси вала 2 ротора и оси силового агрегата 1.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в любом из пунктов формулы изобретения. Опытная установка производит сушку изделий из древесины длиной 6 м при общей загрузке барабана до 8 м³. Центробежное ускорение при разгоне барабана от 100 до 500 g, время сушки - 1 час.

Заявленная установка может быть осуществлена промышленным способом, с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает эффективную сушку изделий из дерева и надежную балансировку ротативной системы заявленной установки.

1. Установка для ротационной сушки древесины, включающая силовой агрегат, связанный с ротором, отличающаяся тем, что ротор выполнен виде барабана с горизонтально ориентированной осью вращения, который снабжен средствами балансировки, выполненными в виде двух пружинных опор для вала ротора, обеспечивающих возможность изменения положения оси вала ротора в любой плоскости, а средства для передачи вращения от силового агрегата к валу ротора выполнены в виде карданного механизма, при этом установка снабжена приспособлениями для загрузки барабана пакетами обрабатываемых изделий из древесины, а барабан снабжен приспособлениями для укрепления пакетов обрабатываемых изделий из древесины в его полости.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что приспособления для загрузки барабана пакетами обрабатываемых изделий из древесины выполнены в виде наклонных относительно оси вращения барабана направляющих для роликовых захватов пакетов обрабатываемых изделий из древесины.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что приспособления для укрепления пакетов обрабатываемых изделий из древесины в полости барабана выполнены в виде фиксаторов роликовых захватов.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что барабан снабжен дополнительной жесткой опорой, размещенной в средней его части и выполненной в виде совокупности укрепленных на наружной поверхности барабана роликов, взаимодействующих с внутренней поверхностью неподвижно закрепленной обоймы, выполненной с большим радиусом кривизны.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вал барабана снабжен средствами для компенсации возможных возмущений вращательного движения барабана при разгоне и остановке, выполненными в виде демпфирующей жидкости, размещенной в полости вала барабана.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена средствами для дополнительного воздействия на обрабатываемые изделия из древесины, которые укреплены по торцам пакетов обрабатываемых изделий и связаны с источниками питания посредством гибких связей.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в качестве средств для дополнительного воздействия на обрабатываемые изделия из древесины использованы магнитострикторы, и/или генераторы ультразвука, и/или установки для электроосмоса.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что пакет обрабатываемых изделий снабжен слоем резины, размещенным вдоль обрабатываемых изделий.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена средствами для рекуперации кинетической энергии барабана.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена пандусом для загрузки барабана пакетами обрабатываемых изделий из древесины, угол наклона которого выбран соответствующим углу наклона относительно оси вращения барабана направляющих для роликовых захватов, к которым прикреплены пакеты обрабатываемых изделий из древесины.

11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена средствами для откачки и сбора выделяемой из обрабатываемых изделий жидкости.