автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка рациональных режимов вакуумно-диэлектрическсй сушки дубовых заготовок

Украйгський державний л1сотвхн1чний ун1верситат

Губер Юр1й Мирославович

УДК 674.047

ОБГРУНТУВАБНЯ ПАРАМЕТР 1В I РОЗРОБКА РАЦЮНАЛШП РЕШ5М1В ВАКУУШО-ДШЕКТКЯНОГО СУШ1ННЯ ДУБОВЯХ ЗАГОТОВОК

Спец1альн1сть 05.05;07 - Машини л1сового комплексу

¿Г-¿г ¿у

Автореферат днсертацИ на здойуття наукового ступени кандидата техн1чних наук

Льв1в - 1998

Дисертац1ею е рукопис

Робота виконана в Укра1нському державному л1сотехн1чному ун1верситет1 м1н1стерства осв!ти Украйш

Науковий кер1вник: доктор техн1чних наук, професор

Б1лей Пегро Васильович

Украйгський державний л!сотехн1чний ун1верситет, зав. кафедри г1дротерм1чно! обробки деревини 1 клеених матер1ал1в

0ф1ц1йн1. опоненти:

доктор техн1чних наук, професор Ханик Ярослав Миколайович, Державний ун!верситет "Льв1вська пол1техн1ка", професор кафедри х1м1чно! 1нженер11 1 промислово! еколог11

кандидат техн!чних наук Шнчевська Олена ОлексИвна, Укра1нський науково-досл1дний Хнститут механ1чно1 обробки деревини (м.Ки1в), старший науковий сп1вроб1тник в1дд1лу суш!ння та захисту деревини

Пров1даа установа - в!дц1л "Х1м1чна 1нженер1я та промислова еколог1я" ВАТ "1нститут г1рничо-х1м1чно! промисловост1" (M.JIBBIB).

Захист дасертацП в!дбудеться " " 1998 р. о /9

на зас!данн1 спец1ал1зовано1 вчено* ради Л 04.03.01 Укра1нського державного л!сотехн1чного ун1верситету за адресою: 290057, м.Льв1в, вул. ген.Чупринки, 103.

3 дисертац1ею можна ознайомитися в науков1й б1бл1отец1 УкрДЯТУ за адресою: 290057, м.Льв1в, вул. ген.Чупринки, 101.

Автореферат роз1сланий icitmiq' 1993 р.

Вчений секретар спец1ал!зовано2 вчено!

^/tOUrtte^ Б.В.Прокопович

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн!сть теми. Суш1ння деревини е одним з основних технолог1чних процес1в деревообробки 1 сприяе п1двщенню якост1 та з01льшенню терм!н1в експлуатацИ вироб!в з деревини. В даний час, враховуючи суттевий деф1цит л1сосировинних ресурс1в, особливо деревини твердая листяних пор1д, правильне проведения процесу суш1ння в важливим фактором економИ деревини.

Один !з резерв1в вдосконалення техн1ки й технологи суш!ння пиломатер!ал!в - 1ятенсиф!кац1я цього процесу 1 п1двищення якост! матер!алу, що висушуеться. Домогтися цього можна !нтенсиф1кац!ею суш!ння у наявних камерах, розробкою конструкцМ високопродуктив-них камер, автоматизаЩею процесу сушЗння, а такок удосконаленням технологи суш!ння.

Важливим аспектом вдосконалення технолог:!* камерного суш!ння е розробка рац1ональних режим1в, при яких забезпечуеться м!н!мальна тривал1сть процесу при збереженн1 як1сних показник!в.

Вакуумно-д!електричниЯ (ВД) спос!б суш1ння дозволяв вико-ристати переваги ф1зичних властивостей розр1дженого середовща 1 е"фектиЕн1сть п1дводу теплово! енерг!! за рахунок нагр1вання в пол! струм!в високо! частота. Однак незначне поширення даного способу обумовлене малочисельн!стю проведених досл1дкень, а в даному вшадку, як для деревини дуба, в!дсутн1стю технолоПчних режим1в суш1ння. Тому завдання з обгрунтування вибору режимних параметр!в та розробки рац!ональних режнм1в суш1ння дубових заготовок у вакуумно-д1електричних камерах е своечасним 1 актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами. планами, темами.

Досл1дження проводилися в межах основних напрямк1в д1яльност! Укра1нського державного л!сотехн1чного ун1верситету як частина держбюдкетно! теми "Розробка теоретичних основ енергоощадних способ!в суш1ння деревини проглислових пор!д" (Номер держреестрац11 01950007026).

Мета I задач! досл!дження. Метою роботи в п1двщення ефективност! суш!ння дубових заготовок шляхом обгрунтування вибору режимних параметр!в, досл1дження пол!в вологост! 1 механ1чних напружень, коеф!д!ент1в татенц!алопров!дност1 1 вологов1дцач1 в процес1 ВД-суш1ння 1 розробка на дан!й основ! рац!ональних режим!в суш!ння у вакуумно-д!електричних камерах.

На.укова новизна одержаних результата. За результатами проведених експериментальних 1 теоретичних досл!джэнь:

- отримано р1вняння для розрахунку поля вологовм!сту по товщин! сортименту з використанням графо-анал1тичного методу;

- розроОлено математичну модель розвитку внутр!шн1х напружень в деревин1 дуба;

- визначено експериментальн! значения коеф!ц!ент!в потенц1ало-цров1дност1 1 вологов1дцач!, 1х математичну залежн1сть в1д величини режимних параметр!в процвсу суш!ння;

- запрогоновано алгоритм визначення в!дносно! вологост1 середовща при пониженому тиску;

-розраховано допустим! значения режимних параметр1в з умови збереження ц1л!сност1 матер!алу 1 розроблено рац!ональн1 режими ВД-суш1ння дубових заготовок;

- запропоновано методику визначення тривалост1 суш1ння дубових заготовок у вакуумно-д!електричних камерах.

Практичне значения одерканих результата. За результатами експериментальних 1 теоретичних досл!джень встановлено допустим! значения режимних параметр!в 1 розроблено рац1ональн1 режими суш!ння дубових заготовок, що дозволяе суттево 1нтенсиф1кувати процес суш!ння при збереженн1 заданих як!сних показник!в у пор1внянн1 з конвективним способом. Запропонована технолог!я 1 рац!ональн1 .режими суш1ння дубових заготовок у ВД-камерах впровадаен1 на Мукач1вському меблевому комб1нат! (Акт про впровадження в1д 11.07.1993 р.).

Особистий внесок здобтаача. Автором розроОлено методики, проведено експериментальн! досл1дження . коеф1ц!ент!в потенц!ало-пров1дност! та вологов1ддач1, отримано 2х математичн! залежност1 в1д величини режимних параметр1в процесу суш!ння; розроблено математичн1 модел1 пол1в вологост1 та внутр1шн1х напружень в деревин! дуба; проведено експериментальн1 досл!дження к!нетики ВД-суш1ння дубових заготовок; розраховано допустим! значения режимних параметр!в 1 розроблено рац!ональн1 режими суш1ння .дубових заготовок у вакуумно-д!електричних камерах.

Апробаи1я результат^ дисертаип. Матер!али досл1джень ,. допов!далися ! обговорювалися на:

Всесоюзн!й науково-техн!чн!й конференц!! "Вдосконалення сушильно! техн1ки 1 технолог!! та кооперац!я у виробництв! обладнання для суш1ння деревини" (М.Архангельск), 1990 р.;

- науково-техн!чн!й конференц!! "Науково-техн!чний прогрес в

л!сов1й 1 деревообробн1й промисловост!" (м.Ки!в), 1991 р.;

- науково-техн!чн!й конференцП молодих вчених 1 спец1ял1ст1в "Вдосконалення технолог!! 1 обладнання л1соппльно-дерэвоооробних виробництв" (М.Архангельск), .1992 р.;

- науково-техн1чних конференц!ях УкрДЛТУ в 1990-1997 рр.

Публ!кац!г. За результатами виконаних експериментальних 1 теоретичних досл1джень опубл1ковано 5 друкованих роб!т.

Структура та обсяг роботи. Дисертац!йна робота складаеться 1з вступу, чотирьох розд1л1в основного тексту, основних висновк!в, перел1ку використаних джерел 1 додатк!в. Основний матер1ал викладений на 106 стор!нках машинописного тексту, м!стить 23 рисунки, 23 таблиц!, б1бл!ограф!ю в к1лькост1 67 назв. Додатки оформлен! на 59 стор!нках.

ЗМ1СТ ТА 0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

У вступ! дана загальна характеристика роботи, обгрунтована актуальн!сть теми, визнэчена мета досл!джень, показана наукова новизна 1 практична ц1нн1сть роботи, а також сфор?яульовзн1 основн! положения, як1 виносяться на захист.

У пертому розд!л! висв!тлено стан питания в галуз! суш!ння дубових пиломатер!ал!в. Аяал!з експвриментальних та теоретичних досл!дзкень в облает! конвективного суш!ння показуе, що роботи ведуться в напрямку знаходження оптимального сп!вв1дношення м!ж тривал!стю процесу суш!ння ! як!стю висуиуваного матер!алу 1 що значного прискорення сушильного процесу досягнути не вдаеться. Одним з перспективних е вакуумно-д!електричшй (ВД) спос!б суш!ння, запропонований В.Ф.Виноградським у 1960 р. Вивченням цього способу суш!ння займалися А.А.Горяев, А.Т.Самодов, Н.Ю.Попов (ВДЦИОД, Рос!я), П.В.Б!лей, е.В.Басалига, И.В.Андрашек (УкрДЯТУ), а також спец!ал!сти США, Япон11 та !нших кра!н.

У даний час зроблено перш! спроби розробки технолог!! 1 режим1в вакуумно-д!електричного суш!ння деревини ялини та бука. Анал1зуючи ряд роб!т, мокна зробити висновок, що застосування ВД-суш1ння для деревиня дуба, дозволить !нтенсиф!кувати процес !з збереженням налекно! якост! матер!алу. Одкак, проведен! досл!дження носять розр!знений характер ! практично в1дсутн1 (не розроблен1) рекомендац!! з промислового застосування ВД-суш1ння деревини дуба. Тому необх1дн! додатков1 теоретичн! та експериментальн! досл!дження.

Розглянувши основн1 властивост! деревини дуба, як! вшшають на процес суш!ння, встановлено, що:

- застосування коеф!ц!ент!в вологоггров!дност! 1 вологов1дцач! в розрахункових р1вняннях процесу ВД-суш!ння дае значн1 похибки, тому виникае необх!дн!сть в експериментальному визначенн1 даних коефЩ1ент1в;

- оск1льки ц!л1сн1сть матер!алу в цроцес1 його всихання л1м1-туеться внутр1шн!ми напруженнями 1 границею м!цност! в танген-ц!альному напрямку, то при розрахунках доц!льно користуватися значенням коефЩ1ента всихання в тангенц1альному напрямку (3=0.28;

- для уникнення явища коллапсу при ВД-суш!нн! температура деревини дуба не повинна перевшцувати 60°С до того часу, поки волог1сть деревини не стане нижчою границ1 Пгроскоп1чност1.

За результатами анал!зу основних параметр1в процесу ВД-суш1ння деревини та ряду роб!т з досл!дкення 1х взаемозв'язк1в зроблено наступн1 висновки:

1. 3 умови промислового застосування ВД-способу суш1ння частота електромагн1тного поля приймаеться рХвною 13.56 МГц.

2. Внасл1док широкого д1апазону зм!ни напруженост1 електро-магн1тного поля (ЕМП) 1 !С1 неоднозначно! залежност! як в!д параметр1в високочастотного генератора, так 1 в1д характеристик висушуваного матер1алу вона не може бути прийнятою за режимний параметр процесу. Значенням середньо1нтегрально1 нацруженост1 ЕМП можна користуватися як допом!жним при контрол! процесу суш1ння окремих заготовок.

3. Як управляючий (режимний) параметр можна розглядати анодний струм ВЧ-генератора, але його величина буде в значн!й м1р1 залежати в!д характеристик конкретного генератора.

4. До режимних параметр1в процесу ВД-суш1ння сл!д в!днести температуру центра деревини, величину залишкового тиску середовища в камер!, в!дносну волог!сть середовща.

5. Виходячи з анал1зу режим1в суш1ння дубових гшломатер!ал1в 1 попередн1х пошукових досл!д1в, температура в центр! сортименту буде знаходитися в межах в!д 40 до 70°С.

6. Величина залишкового тиску в камер! визначатиметься термодинам1чними параметрами середовизца ! можливостями промислових вакуумних насос!в ! буде знаходитися в межах в1д 10 до 20 кПа.

7. Величину в1дносно5! вологост! середовища необх!дно п!дтримувати на р!вн1, при якому не наступить р!вноважний стан.

На основ1 анал1зу стану питания сформульовано задач1 досл1дкення.

У другому розд1л1 наведено теоретичн! основи розробки рац!ональних режш1в ВД-суш!ння.

Характер прот!каняя процесу суш!ння деревини в залежност1 в1д 11 характеристик 1 режимних параметр!в визначаеться видом пол1в вологовмЮту в матер1ал!.

Вакуумно-д1електричний спос1б суш1ння деревини характеризуемся значниш град!ентами тиску 7Р, температуря Уг 1 вологовм!сту VII. Результатом д!2 вс!х трьох град!ент1в е перем!щення вологи, отже в к1нцевому випадку дан! град1внти можна звести до одного - град1енту вологовм1сту. Для одном1рного т1ла у вид1 необмекено! пластини (яке може бути прийняте як модель висушуваного пиломатер!алу) при суш1нн1 в пол! струм1в високо! частота при пониженому тиску справедливим буде р!вняння, аналог1чне р!внянню вологопров!дност!, яке доц1льно назвати р!внянням потенц1алоцров!дност!

вЩх.г) <?ги(х,т)

= аа--Г" ' (1)

а% ах

м2/с.

де а^- коеф1ц!ент потенц1алопров1дност!,

Задов!льн! результата дозволяв отримати застосування запропонованого А.В.Люсовим графоанал!тичного методу для описания процесу суш1ння при в!домому характер! розпод!лу вологовм1сту по перетину матер1алу. Точн!сть даного методу суттево залежить в1д прийнятого характеру розпод!лу. Як показали попередн1 експериментальн1 досл!дження, процес ВД-суш1ння практично з самого початку проходить на стад!! регулярного режиму, що характеризуеться 1нтенсивнкм випаровуванням вологи по ц!лоиу перетину матер!алу. Застосування парабол1чно! схеми початкового розпод!лу вологовм!сту, що мае м!сце при конвективному суш1нн1, для деревини дуба дав значн! похибки. Нав1ть при р!вном1рному початковому розпод1л1 вологовм1сту, через незначний пром!жок часу (20-40 хв.) розпод1л вологовм!сту в дубових пиломатер!алах з найменшими в!дхиленнями можна апроксимувати кривою виду

Графоанал!тичний метод оснований на р!внянн! балансу вологи

на поверхн! матер!алу в процес! суш!ння. Швидк1сть випаровування вологи р1вна густин! потоку вологи, який п1дводиться до поверхн! матер1алу, а також швидкост! вологов1дцач1

СНГ то

---= -а^-р0-(ТО)п = «'-р0-(ип

йт

V'

(3)

де и- середн!й по об'ему т!ла вологовм!ст; то- маса т1ла в абсолютно сухому стан!; З?- площа поверхн1 т1ла. Сп!вв!дношення (3) е математичною моделлю процесу вологообм!ну на поверхн! матер1алу. Для необмежено! пластини

то/1 = Н-р0. (4)

П1сля п!дстановки (4) в (3) отримаемо р!вняння швидкост! суш!ння сортименту у вигляд1 необмежено! пластини

сШ

-И-

йт

(5)

ДиферешЦюючи прийнятий характер розпод1лу вологовм1сту всередин! матер!алу (2) по координат1 х в точц! х=й, отримуемо град!ент вологовм!сту на поверхн! сортименту

№)г

(в)

Середн1й вологовм!ст отримуемо !нтегруючи вираз (2) за координатою х в межах в1д 0 до й .и

1

и = — |их& = И J

(1С-2)-ип + 2-иц

(7)

Сум1сно розв'язуючи (7) 1 (3) п!сля цростих алгебраТчних перетворень 1 виключення ип, отримаемо диференц1йне р1вняння в!дносно вологовм1сту в центр! сортименту

йг

4

В1

<иц" V"

(8)

1С

Й

+

1нтегруючи даференц!альне р!вняння (8) при початкових умовах

иц(г=0)=ипоч' отР™Уемо

r n^'BI'Fo ,

V°= «WV6^ " —-2- * (9)

4В1 + 1С

Сп1вв1дношення для визначення вологовм!сту на поверхн! т1ла мае вигляд:

(UjjCO'it2^) + Bi-up и --- . (10)

II » о

Bi + tL/^

Поставивши (10) 1 (9) в вираз (2) п!сля перетворень отримуемо формулу для визначення локального вологовм1сту в будь-який момент часу в точц1 з координатою х

r n^'Bi'Fo -I «i'cos-аг + ^

U(x(T)=(Un04-Up)-exp[--;-г]-[-;-§-Up (И)

4Bi + 1С 4Bi + тс

Для застосуваяня р!вност! (11) в практичних розрахунках сл!д мати значения коеф!ц1ент1в иотенц1алопров1дност1 1 волого-в!ддач1, як! входять в вологообм1нн1 критерИ Bio та Фур'е, а такок р1внова;кноТ вологост! деревини.

У процес! ВД-суш!ння деревини, як правило, контролюються температури сухого 1 змоченого термометр1в, що характеризуют стан Бологого пов!тря при поникеному тиску. Зв!дти виникае завдання з визначення величини в!дносно£ вологост1 середовшца.

Автором розроблена програма на ЕСМ для розрахунку в!дносно! вологост1 пов1тря при заданому тиску на основ! в!домого теоретичного сп1вв1дношення:

ф = Рп 7 Рн * Ря ' Рн ' <12>

де р - абсолютна волог!стъ тюв1тря;. р - вологоемн1сть пов1тря, кг/м3;

Р - парц!альний тиск пари в пов!тр! при температур! t, кПа; Р - тиск cyxoi насичено2 пари при ц1й же температур! t, кПа. Для визначення тиску пари Рн (кПа) використано емп1ричну зэлежн!сть в!д температури насичення t в межах температур в!д О до 99.6°С з похибкою апроксимац!£ 3%

1098

tl U5>0

-- + 12.659-InT - 67.28J,

де Т=(273.15 +

Розрахунок в!дносно2 вологост! проводимо за алгоритмом, представленим на рис.1.

Рис.1. Алгоритм визначення в!дносно1 вологост! середовища

при пониженому тиску. Коеф1ц!енти потенц1алопров!дност1 та вологов!ддач1 можна визначити, отримавши крив! досл!дного суш!ння 1 крив! розпод!лу

вологост1 по товщин! сортименту у вигляд1 необмежено! пластини:.

а^ = И- ((Ш/сИОЛУШд, (14)

<х' = И- «Ю/<1т;)/(ип - ир), (15)

де (Уи)п= «Ю/йЬОд.

Для визначення (ТО)П необх!дно апроксимувати криву розпод!лу вологост! 1 розрахувати град!ент вологовм!сту як пох1дну в точц1 з координатою х=0.

До структури режим!в суш1ння пиломатер!ал1в ставляться загальн1 вимоги, що визначаються особливостями розвитку внутр1шн1х напрут в деревин!. При конвективному суш1нн1 в початковий пер!од суш1ння, коли волог1сть деревини велика, а 11 м!цн!сть зникена, необх!дно п1дтримувати високу волог1сть поверхн1 матер!алу. Це досягаеться п!дтриманням високо! степей! насичення сушильного агента.

У процес! ВД-суш1няя вже в початковий момент процесу, тобто 1з зниженням тиску ! прогр!ванням матер!алу йде !нтенсивний процес видалення вологи з поверхн1 сортименту. В перший пер!од суш1ння (в!д Шпоч до ) термоволог1стн1 характеристики

пиломатер!ал!в так!, що в умовах р!зко! зм1ни тиску в камер! при в1дкачуванн! пов!тря вакуум-насосом 1 одночасному нагр1ванн! деревини в пол! струм1в високо! частота в матер!ал1 може виникнути надлишковий тиск, величина якого буде б1льшою в!д границ! м1цност! деревини на розрив поперек волокон. Тому вих!д на задан1 режимы! параметри зд!йснюеться ступенево.

У другому пер!од!, при суш1нн! пиломатер!ал!в в!д границ! г1гроскоп!чност1 до к1нцево1 вологост1 основною причиною дефект!в суш!ння е деформац!йн! зм1ни в результат! всихання.

Отже при ВД-суш!нн1 найб!льш рац!онально зм!нювати режимн! параметри в ход! процесу в залежност1 в!д в!дношення м1ж внутр1шн!ми напруженнями в деревин! ! границею 11 м!цност!.

Для розрахунку внутр!шн!х напруг в матер!ал! в процес! суш1ння Суло запропоновано ряд математичних моделей, але !з-за недостатньо ч1тко поставлено! задач1, в!дсутност! правильно! уяви про механ!зм дефэрмування деревини 1 к1льк!сних характеристик 1! властивостей, розрахунков1 метода до останнього часу не дозволяли отримувати достатньо наближен1 до реальних результата.

Первопричиною утворення напрузкень е нер!вном!рн!сть роздад1лу

зв'язано! вологост! по товщин1 матер1алу4' тому перепад вологост! мокна вважати критер!ем оц1нки напруженого стану. При цьому, однак, сл1д враховувати, що не липе т1льки. перепад вологост1 визначае величину напружвнь. Разом з тим при умов! точного 1 статистично достов1рного встановлення перепаду вологост! стае можливим розрахунок внутр!шн!х напружень в матер1ал1. Цв доц!льно зд!йснити використовуючи запропонован1 Б.Н.Уголевим р!вняння цри р!шенн! статично невизначено! задач!.

Розглядаючи висушуваний матер1ал у вигляд! багатостержнево! модел1 з пост1йною товщиною стержня напруження в 1-му стержн1 в момент часу 3 визначаються за формулою

а^ = с^ + бо1> (16),

де с^ - величина напружень в 3.-му стержн! в момент часу 3-1;

бо^^ - прир!ст напружень в 1-му стержн! за пром!жок часу £3-1...о']

д 3 г <?' 6о1= р*Е1'[ ^

Р1вняння (16) сум1сно з р!внянням (11), яке описуе поле вологост!,. ? представляе собою математичну модель розвитку внутр!шн!х вацрукень в деревин! при ВД-суш!нн!.

Дана модель дозволяв з достатньою для практики точн!стю оц1нити величину внутр1шн1х напружень в дубових сортиментах в залежност! в1д режимних параметр!в процесу суш!ння.

У третьоиу розд1л1 представлена методика та результата експериментального досл1дження коеф1ц1ент!в потенц!алопров!дност! 1 вологов!ддач! деревини дуба в залежност! в1д режимних параметр!в процесу вакуумно-д!електричного суш!ння.

П!сля математично! обробки даних планових експеримент1в отримано залежн!сть коеф!ц1ента потенц!алопров!дност1 в1д режимних параметр!в у вигляд! пол!ному 2-о1 степей! в натуральних одиницях:

п 1 1 I Е Ли ь 1 1

1=1

I Е

1=1

.Л

(17)

Г(1;ц,Р)=(39.318-1.658- 1;ц+0.8984 • Р+0.0375 •

-0.01450-гц-Р-0.01678-Р2)-10"9 М2/С, (18)

де 1; - температура в центр! дубово! заготовки, °С; Р - залишковий тиск в камер1, кПа. 3 метою перев!рки правильност! визначення даного коеф!ц!ента ! надання йому ф!зичного зм!сту експериментальн! значения були апроксимован1 степеневою функц!ею :

и , р ,п

м2/с, (19)

С Та у" р 1 ^ ~ а° [ 293 } 100 ]

де Тц - температура центру деревини, °К; Р - тиск в камер!, кПа; а , т, п - коеф!ц!енти апроксимацИ. У результат! математичних розрахунк!в отримано р1вняння:

(-0.432

а^ = 2.830-10' ""

ю . ■ Тц • 17.79 ' Р •

. 293 . 100 ]

м2/с. (20)

Значения а0 в коеф1ц!ентом потенц1алопров!дност1 при температур! центру деревини 20°С 1 атмосферному тиску ! досить точно сп!впадае з середн!м значениям коеф!ц1ента вслогопров!дност! для деревини дуба при тих же умовах. Таке сп!впадання св!дчить про правильн!сть визначення даного коеф1ц!ента.

Паралельно з визначенням коеф!ц!ента потенц1алопров!дност! в процес! експеримент!в розраховувався коеф!ц1ент вологов!ддач! у в1ддов1дност! з р!внянням (15). Проте, застосування даних значень в р1внянн! (11) приводить до значних розб1кностей м1ж теретичними 1 експериментальними кривими суш1ння, а також перепадами вологост! по товщин! заготовки. Тому величина коеф1ц!ента вологсв1ддач! п!дбиралася емп!рично в кожному з досл1д!в з умови, що величина в1дхмення теоретично розрахованого перепаду вологост1 по товщин1 в р!зн! моменти часу ! загальна тривал!сть суш1ння не повинна перевищувати 10%.

П!сля математичяо! обробки експериментальних значень отримано залежн!сть коеф!Щента вологов1дцач! в1д режимних параметр!в у вигляд1 пол1ному 2-о1 степен! в натуральних одиницях

сс'= Г(гц,Р) = (156.9217-6.63450-гц+2.59990'Р+0.14170-г2-

-0.04792-гц-Р-0.01916-Рг)-10"7 м/с. (21)

Аналог1чно, як при визначенн! коеф!ц!ента а^, отримана дана залежн!сть для коеф!ц!внта вологов!ддач! в критер!альн!й форм!:

= 0.020-10'

35.65

Г Тц Г Р

[ 293 1 100

-0.767

М/с. (22)

3 метою проведения теоретичних розрахунк!в розпод1лу волорост1 по товщин1 дубових пиломатер1ал!в зПдно з р!внянням (11) на ЕОМ була реал!зована програма тойеП.Ьав. Експериментальна перев!рка п1дтвердила достатньо точне сп1впадання розрахункових 1 реальних кривих розпод!лу, хоч в окремих випадках м!ж ними е суттев! розб!кност!, викликан1 в1дхиленням початкового розпод1лу вологост! в заготовц1 в1д косинусо1дального та неоднор1дною будовою деревини.

За допомогою створено! програми тойе12.Ьаз теоретично розраховано внутр1шн! напруження у висушуваних пиломатер1алах.

Розробка рац1ональних реким1в ВД-суш!ння дубових заготовок включала в себе 2 етапи:

- знаходкення допустимих значень температуря в центр! деревини при заданому значенн! залишкового тиску в камер! з умови збереження ц1л1сно!ст! матер!алу;

визначення режимних параметр1в з умови максимально! 1нтенсивност! процесу суш1ння.

Шсля розрахунк!в на ЕОМ та анал!зу отриманих результаг1в встановлено наступи! рац1ональн! режими суш1ння дубових заготовок при значенн! в1дносно! вологост1 середовища ф < 30% :

Таблица 1.

Режими ВД-суш1ння дубових заготовок

Товщина заготовки, мм Тиск середовища в камер!, кПа Температура в центр1 деревини, °С

25 ,20 67

32 15 59

40 15 55

50 10 48

Оск!льки для заготовок товщиною 25 мм температура перевищуе граничну з умови недопущения явища коллапсу, то на початков1й стад!! процесу суш1ння до досягнення матер1алом вологост1 30 % температура в центр! деревини повинна знаходитися на р1вн1 60 °С.

У четвертому розд!л1 наведен! результата перев!рки розроблених рац!ональних режим!в у лабораторних та виробничих умовах. Виробнич! досл1дн! суш!ння проводимся в сушильному цеху Мукач1вського меблевого комб1нату, в якому знаходилися вакуумно-д!електричн1 камери типу СПВД-201.

За результатами виробничих випробувань мокна зробити наступи! висновки:

1. Розроблен! рацЮналън! режими вакуумно-д1електричного суш!ння дубових заготовок забезпечують задан! як!сн! показники матер1алу при менш1й тривалост! процесу суш1ння.

2. Процент браку в!д розтр!скування заготовок при ВД-суш1нн! не перевищуе Ъ%, що значно нижче, н!ж при конвективному суш!нн1. Основний брак припадав на торцьове розтрЮкування, що визвано високо!нтенсивним випаровуванням вологи з торЩв заготовок. Однак, торцьов! тр!шини не перевшцують припуску по довжин! 1 п!сля торцювання сортнЮть заготовок не знижуеться.

3. При застосуванн1 рац!ональних рехим!в вакуумно-д!електричного суш1ння дубових заготовок спостер1гаеться значне зменшення покоробленост! деревини у пор1внянн! з конвективним суш!нням.

4. В!дхилення к1нцево2 вологост1 заготовок в штабел! в1д середньо! знаходиться в межах ± 2.5?, що в!дпов!дае II категори якост! суш1ння.

5. В1дносна деформаЩя зубЩв силових секц1й, випиляних 1з заготовок не перевищуе 2%.

6. В!дхилення тривалост1 суш!ння у вакуумно-д1електричн1й камер! в!д тривалост! суш1ння в експериментальн1й установщ обумовлене р!зними значениями початково! та к!нцевоГ вологост!, в1дм1нною шириною та довжиною . заготовок (при висушуванн! у виробничих умовах торц1 заготовок не 1золювалися).

3 метою визначення тривалост! вакуумно-д!електричного суш!ння дубових заготовок запропоновано наступну формулу

1 = твих'Ав-Ад-Аш-Са год., (23)

де т- вих!дна тривал!сть суш!ння дубових заготовок в!дпов!дноТ

товщини рац!ональшш режимом (за вих!дну тривалЮть суш1ння прийнята теоретично розрахована для дубових заготовок шириною 150 мм з 1зольованиш торцями, висушувашк в!д початково! вологост1 65% до к1нцево! \2%), год.;

Ав - коеф!ц!ент, який враховуе початкову та к1ндеву волоПсть заготовок;

Ад - коеф1ц1ент, який враховуе довжину заготовок; Аш - коефЩ1ент, який враховуе ширину заготовок; Сг - коеф1ц1ент затримки суш1ння в штабел!. Вих1дна тривал1сть суш!ння дубових заготовок становить: для заготовок товщиною 25 мм - 20 год.; товщиною 32 мм - 49 год.; товщиною 40 мм - 103 год.; товщиною 50 мм - 154 год.'

Коеф1ц1ент Ав визначаеться в!дношенням тривалост! при даних значениях вологост! Wп 1 % до вих1дно1 тривалост! суш1ння 1 знаходиться за формулою:

Ав = 1.36>^- . (24)

т

Для виявлення впливу довжини заготовки на тривал!сть суш!ння Сули проведен1 додатков! експерименти на дубових зразках 1 отримано . формулу для визначення тривалост! суш1ння дубових заготовок р1зно1 довжини

= 32.2 + 178.786-Ь - 91.0714-Ь2 , год (25)

суш

де I - довжина заготовки, м.

Враховуючи р1вняння (25) за в!дношенням тривалост! суш1ння заготовок задано! довжини до тривалост! суш1ння заготовок з 1зольованими торцями (наближено можна прийняти Ь>1 м) складено таблицю 2 для визначення коеф1ц1ента Ад.

Таблиця 2.

Значения коеф!ц!енга Ад в залекност! в!д довжини дубових заготовок

Довжина заготовки, мм 200 400 600 800 > 1000

Коеф1ц1ент Ад 0.54 0.74 0.89 0.98 1.00

3 метою визначення коеф!ц!ента Аш проведено експеримент на дубових заготовках 1 отримано формулу для розрахунку часу суш!ння

-15в залекност1 в!д 1х гаирини

тсуш = 368-6б,в + 67.2062 , год (26)

де В - ширина заготовки, м.

Враховуючи р1вняння (26) за в1дношенням тривалост! суш1ння дубових заготовок задано! товщини до тривалост1 суш!ння заготовок шириною 150 мм складено таблицю 3 для визначення коеф1ц!ента'Аш.

Таблиця 3.

Значения коеф!ц!ента Аш в залекност! в!д ширини дубових заготовок

Ширина заготовок, мм 40 60 80 100. 120 150

Коеф1ц!ент Аш 0.67 0.73 0.79 0.85 0.91 1 .00

Коеф!ц!ент затримки суш!ння в штабел! Ст був визначений експериментально за середн!ми результатами 10 спостережень у виробничих умовах для кокно! товщини заготовок шириною 150 мм, довжиною 900 мм 1 р!вний в1дношенню реального часу суш1ння до теоретично розрахованого за формулою

Ve = WAB,A*,Aia ' год- (27)

Габаритн! розм!ри штабеля не зм!нювалися i були в!дпов1дними до рекомендованих техн1чною характеристикою ВД-камери. Значения коефШента С^ наведен1 в таблиЩ 4.

Таблиця 4.

Значения коеф!ц!ента С_ в залекност! в!д товщини дубових заготовок

Товщина заготовки, мм 25 32 40 50

Коефииент Сг 1.52 1.43 1.35 1.29

ЗАГАЛЬН1 ВИСНОВКИ

1. На основ! анал!зу попередн!х теоретичних та экспериментальных досл!джень та проведения автором пошукових експеримент!в обгрунтовано виб!р режимних параметр!в процесу вакуумро- д1електричного (ВД) суш!ння деревини.

; 2.-Оц!нку руху вологи в деревин! при ВД-суш!нн1 зд!йснено шляхом введеня поняття коеф1ц!ента потенц!алопров1ДЕОСт1. 0триман1 математико-статистичн! модел! замвшоствй коаф!ц!енг1в потенЩало-пров!даост! 1 вологов!ддач! деревини при ВД-суш!нн! дубових заготовок дозволяють теоретично описати законом!ркост1 прот!кання даного процесу. Встановлено числов! значения коефЩ1ента потенц!алопров!дност1 деревини дуба при р!зшх умовах процесу суш!ння, як! е на порядок б1лытш в!д значень коеф!ц!ент!в вологопров!дност1 при конвективному суш!нн!, що св1дчнть про суттеву 1нтенсиф!кац1ю внутр!шнього перем!щення вологи при суш!нн! в пол! струм!в високо! частоти 1 при пониженому тиску.

3. Запропоновано р!вняння для розрахунку поля вологовмЮту в процес1 ВД-суш!ння, яке достатньо точно моделюе рух вологи в деревин1 дуба !з зм!нов часу. Розяод!лення вологовм!сту в дубових пиломатер1алах апроксимуеться функЩею косинуса.

4. Розроблений алгоритм визначення в1дносно! вологост! середовища за показами сухого та змоченого термометр1в дозволяв упростити 1 прискорити процес визначення даного параметра, внасл!док чого п!двшцуеться точн!сть процесу керування вакуумно-д1електричною камерою.

5. Отримано математичну модель розвитку внутр!шн!х напружень в дубових заготовках при ВД-суш1нн1. ОЩнюючи напружений стан деревини розраховано граничн! значения режимних параметр!в ! розроблено рац!ональн1 режими ВД-суш!ння дубових заготовок. П1дтверджено експериментально в лабораториях та виробничих умовах Оезпеку ! ефективн!сть розроблених реким!в.

6. Запропонована методика 1нженерного розрахунку тривалост! суш!ння дубових заготовок у вакуумно-д1електричних камерах дае змогу визначати продуктивн!сть сушльно! камери та планувати роботу сушильного цеху.

7. Технолог!» 1 рац!ональн! режими суш!ння дубових заготовок у ВД-камерах впроваджено на Мукач!вському меблевому комб!нат1, що дозволило скоротити тривал1сть суш!ння дубових заготовок в 5-7 раз1в у пор1внянн! з конвективним способом суш1ння, а також зменшити процент браку.

Основн! положения досертацИ опубл1кован! в наступних працях:

1. Губер Ю.М. Рац!ональн! значения температур висушуваного матер1алу при вакуумно-д!електричному суш1нн1 дубових пиломатер1ал!в. В кн.: Науковий в!сник. ВипЛ. - Льв1в, УкрДЛТУ, 1994. С.87-90.

2. Губер Ю.М., Андрашек И.В. Досл1дження коеф!д1ента потенц1ало-пров1дност! деревини дуба при вакуумно-д1електричному суш1нн1. В кн.: Науковий в!сник. Вип.2. - Льв!в, УкрДЛТУ, 1994. с.70-76.

Автором розроблено методику, проведено експериментальн! досл!дження та зроблено теоретичн1 узагальнення 1з консультативною допомогою сп1вавтора.

3. Губер Ю.М. Математична модель внутр1шн1х напружень у дубових пиломатер!алах для вакуумно-д!електичного суш!ння. В кн.: Науковий Bicfflffi. Вшт.8. - Льв!в, УкДЛТУ, 1998. с.86-89.

4. Андрашек И.В., Басалига 6.В., Губер Ю.М. Досл!дкення тополоП! розпод!лу волог!сних пол!в при вакуумно-д1електричному суш!нн1 деревини. В зб.: Л1сове господарство, л!сова, паперова та д/о промислов!сть. - К.:"Буд!вельник", 1991. с.78-80.

Автором проведен! експерименти та математична обробка 1х результата.

5. Билей П.В., Губер Ю.М. Математическое описание диэлектрических свойств древесины твердых лиственных пород. В сб.: Совершенствование технологии и оборудования лесопильно-дерево-обрабатываюшдх производств: Тез.докл. к научн.-техн. конф 21-25 сентября 1992 г.- Архангельск: ЩШМОД, 1992, с.65-66.

Автором проведен! експерименти та математична обробка на ЕОМ на основ! !де¥ сп!вавтора.

АНОТАЦИ

Губер Ю.М. Обгрунтування параметр!в 1 розробка рац1ональних рекюл1в вакуумно-д1електричного суш!ння дубових заготовок.-Рукопис.

Дисертац!я на здобуття наукового ступеня кандидата техн!чних наук за спец!альн1стю 05.05.07 - машини лЮового комплексу -Украйгський державний л!сотехн!чний ун1верситет, Льв!в, 1998.

Дисертац!ю присвячено розробд! рац1ональних режим1в суш1ння дубових заготовок у вакуумно-д1електричних (ВД) камерах. Отримано математичну модель руху вологи в деревин! дуба !з зм!ною часу суш1ння, в як!й використовуються експериментально визначен! залекност! коеф!ц!ент!в потенц!алопров!дност1 та вологов!дцач! в!д

режимних параметр!в процесу. На ochobI математично! модел! розвитку внутр1шн!х напружень у матер1ал! розроблено рац1ональн! рекими суш1ння деревини дуба вакуумно-д1електричним способом. Запропоновано методики визначення в1даосно! вологост! середовища при поникеному тиску та розрахунку тривалост1 суш1ння дубових заготовок у ВД-камерах. Режими суш!ння випробуван1 та знайшли застосування у виробничих умовах.

Ключов! слова: вакуумно-д1електричне суш!ння, деревина, поле вологост1, внутр1шн! напруження, режими суш1ння.

Губер Ю.М. Обоснование параметров и разработка рациональных режимов вакуумно-диэлектрической сушки дубовых заготовок. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.07 - Машины лесного комплекса -Украинский государственный лесотехнический университет, Львов, 1998.

Диссертация посвящена разработке рациональных режимов сушки дубовых заготовок в вакуумно-дизлектрических (ВД) камерах. Получена математическая модель движения влаги в древесине дуба во время сушки, в которой используются экспериментально установленные зависимости коэффициентов датенциалопроводности и влагоотдачи от режимных параметров процесса. На основе математической, модели развития внутренних напряжений в материале разработаны рациональные режимы сушки древесины дуба вакуумно-диэлектрическим способом. Предложены методики определения относительной влажности среды при пониженном давлении и расчета продолжительности сушки дубовых заготовок в ВД-камерах. Режимы сушки испытаны и нашли применение в производственных условиях.

Ключевые слова: вакуумно-диэлектрическая суша, древесина, поле влажности, внутренние напряжения, режимы сушки.

Huber Ju.M. Parameters Basing and Elaboration of Vacuum-Dielectric Drying Rates of Oak Wood. — Manuscript.

The dissertation f or a candidate degree of technology sciences on speciality 05.05.07 -forestry complex machinery -Ukrainian State University of Forestry and Woo\l Technology. Lviv, 1998.

The dissertation is devoted to elaboration of rational drying rates of oak wood in vacuum-dielectric (VD> chambers. It was

obtained mathematical sample of moisture moving in oak timber with time alteration of drying. There tne Dependences of potential conductivity factors and moisture output from rate parameters of the process are used. hathematical model of internal stresses development in wood permitted to work out rational rates of oak wood drying by the vacuum-dielectric mode. It was also suggested methods of relative moisture determination of the midst when lower stress and duration timing of drying of oak wood in VD-chambers. The drying rates were tested and found the application in i ndustry.

Key-words: vacuum—dielectric drying, timper, moisture field, internal stresses, drying rates.