Введение

Сушка – обязательная часть технологического процесса выработки пиломатериалов.

Непросушенные пиломатериалы не могут считаться готовой продукцией, подлежащей реализации, а технологический процесс их изготовления законченным. Влажные пиломатериалы подвержены грибковым заболеваниям и непригодны для дальнейшей механической обработки и производства из них готовых изделий.

В настоящее время увеличение объёмов камерной сушки пиломатериалов происходит за счёт разработки, организации серийного производства и строительства новых лесосушильных камер, модернизации действующих устаревших конструкций и интенсификации работы камер, а также за счёт упорядочения технологической дисциплины в лесосушильных цехах и реализации мероприятий по улучшению качества сушки. Большое влияние на увеличение мощности камерной сушки пиломатериалов оказывает строительство новых камер непрерывного действия как отечественных, так и импортных.

Современные лесосушильные камеры – сложный комплекс оборудования, требующий квалифицированного обслуживания. Уже появились на лесозаводах комплексные линии сушки (например, финской фирмы «Валмет»), включающие участки формирования штабелей, буферные склады со стороны загрузки и выгрузки пиломатериалов, транспортные средства, конвейерные линии возврата прокладок и подштабельных тележек.

Целью данной работы является выполнение технологического, теплового и аэродинамического расчётов лесосушильной камеры.

1. Описание камеры

Термовакуумная камера ТВК 1 эл предназначена для сушки пиломатериалов и заготовок из древесины в заданных режимах температур и давлений в паровоздушной среде.

Регулирование процессом сушки производится управлением работы электродвигателей, вентиляторов и вакуумного насоса включением и отключением нагревателей теплового агента (воды в ёмкости увлажнителя) с пульта управления, ручной регулировкой положения органов управления трубопроводной арматурой на панели управления, а также открытием и закрытием патрубков приточно-вытяжной вентиляции при работе в режиме конвективной сушки.

Регулировка температуры теплового агента в камере производится в ручном режиме, предназначенном для единичных нагревов теплового агента до необходимой температуры, и в автоматическом режиме для подаержания заданной температуры теплового агента. Ручной режим регулировки температуры теплового агента производится включением кнопок подачи напряжения на ТЕНы при включении переключателя в положение температуры цифрового (сухой) и при нажатии кнопки М (мокрый). Контроль температуры объекта сушки проводится оператором по показаниям измерителя температуры цифрового при нажатии кнопки О.

Камера состоит из следующих составных частей: корпус; система нагрева; система вакуумирования; система увлажнения; система кондиционирования; система управлении и измерения и агрегатной транспортировки. Корпус ТВК представляет собой полый цилиндр, на одном конце имеется дверь, другой глухой. Корпус и дверь изготовлены из алюминиевого сплава. Дверь установлена на шарнирном навесе. Поджатие двери в камере осуществляется прижимами. Система нагрева ТВК предназначена для нагрева теплового агента и включает в себя три группы электродвигателей типа ТЭН. Система воздухораспределения включает в себя три вентилятора с электродвигателями, воздушный коллектор, газораспределитель, приточно-вытяжную вентиляцию. Эта система предназначена для обеспечения достаточного объема тепла от ТЕНов тепловым агентом и равномерного его распределения по всему объему высушиваемого материала, а также для отвода испаряющейся влаги с поверхности материала. Система увлажнения предназначена для доведения агента до соответствующей необходимой влажности. Система включает в себя: емкость, ТЕНы (6 штук), датчики для определения температуры среды в емкости увлажнения. Система вакуумирования ТВК предназначена для отвода влаги, создания в камере разряжения. Система включает в себя: насос вакуумный водокольцевой, трубопровод. Система конденсирования предназначена для выделения влаги из теплового агента, сбору и отводу приточной вентиляции. Система управления включает в себя пульт управления и блок датчиков.

2. Технологический расчёт камер и цеха

2.1 Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объём условного материала

Объём высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации пересчитывается в объём условного материала , по формуле:

, (2.1)

где - объём высушенных или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации,;

- коэффициент пересчёта.

Принимается 1500 , 1200 ; 1400 – по заданной спецификации пиломатериалов.

Определение коэффициент пересчёта:

, (2.2)

где - коэффициент продолжительности оборота камеры;

- коэффициент вместимости камеры.

Коэффициент вместимости камеры

, (2.3)

где - коэффициент объёмного заполнения штабеля условным материалом;

- коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим материалом;

Коэффициенты иопределяются по формуле:

, (2.4)

где - коэффициент заполнения штабеля по высоте;

- коэффициент заполнения штабеля по ширине;

- коэффициент заполнения штабеля по длине.

Принимается =0,9 – таблица 1.1 [1] для обрезных пиломатериала, уложенного без шпаций;

=0,85 – с. 8 [1] – для условного материала.

Все расчёты по определению коэффициентов и сведены в таблице 2.1.

Определение коэффициента заполнения штабеля по высоте:

, (2.5)

где S – номинальная толщина высушиваемого материала, мм ;

- толщина прокладок, мм ;

Принимается 32 мм, 25 мм, 19 мм– по заданной спецификации пиломатериалов;

=25 мм – с. 9 [1] – для условного материала;

Определение коэффициента заполнения штабеля по длине

:, (2.6)

где l – средняя длина досок в штабеле, м ;

- габаритная длина штабеля, м .

Принимается 6 м, 5 м, 4,5 м– по заданной спецификации пиломатериалов;

=6 м – для камеры ТВК – 1 эл.

Определение объёмной усушки , %:

, (2.7)

где - коэффициент объёмной усушки;

- влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине

пиломатериалов, %;

- конечная влажность высушенных пиломатериалов, %.

Принимается - таблица 1.2 [1] – для сосны;

- таблица 1.2 [1] – для пихты;

- таблица 1.2 [1] – для осины;

- таблица 1.2 [1] – для сосны;

=20% – с. 8 [1] – для экспортных пиломатериалов;

=15% – c. 8 [3] – для третьей категории качества сушки пиломатериалов

50 мм ;

=12% – 6 [1] – для условного материала.

Таблица 2.1 – Определение коэффициентов объёмного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами и условным материалом

Порода, вид и размеры пиломатериалов, мм					, %	, %	, %	,
1. Сосна, обрезной пиломатереиал	0,561	0,9	1	0,44	20	15	2,2	0,493	0,92
2. Пихта, обрезной пиломатериал	0,5	0,9	0,83	0,39	20	15	1,95	0,366	1,24
3. Осина, обрезной пиломатериал	0,432	0,9	0,75	0,41	20	15	2,05	0,283	1,59
4. Сосна, обрезной пиломатериал (условный материал)	0,615	0,9	0,85	0,44	20	12	3,52	0,454	-

2.1.2 Определение коэффициента продолжительности оборота камеры

, (2.8)

где - продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток;

- продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток ;

Продолжительность одного оборота камеры при сушке фактического или условного материала, суток , для камер периодического действия:

, (2.9)

, (2.10)

где - продолжительность сушки фактического или условного материала, суток .

Определение продолжительности сушки пиломатериалов в воздушной камере периодического действия при использовании нормальных режимов , ч :

, (2.11)

где - исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданных размеров от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%, ч;

- коэффициент учитывающий категорию применяемого режима сушки;

- коэффициент учитывающий интенсивность циркуляции;

- коэффициент учитывающий начальную и конечную влажность;

- коэффициент учитывающий интенсивность циркуляции воздуха;

- коэффициент учитывающий категорию качество сушки;

- коэффициент учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса.

Принимается =73 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 32 мм шириной 150 мм ;

=54 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 25 мм шириной 125 мм ;

=39 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 19 мм шириной 100 мм ;

=20,4 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 40 мм шириной 150 мм ;

====1,05 – с. 11 [1];

0,92 – таблица 1.6 [1] – для 70%, 15%;

1,00 – таблица 1.6 [1] – для 80%, 15%;

0,82 – таблица 1.6 [1] – для 60%, 15%;

1,00 – таблица 1.6 [1] – для 60%, 12%;

1,0 – с. 11 [1] – для нормального режима

=0,68 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =73 ч ;

=0,62 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =54 ч ;

=0,59 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =39 ч ;

=0,54 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =39 ч ;

====1,0 – с. 11 [1]

Результаты по определению продолжительности сушки сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Определение продолжительности сушки пиломатериалов

Порода, сечение пиломатериалов, мм	Категория режима	Категория качества сушки	Влажность		Исходная продолжительность сушки фисх	Коэффициенты					ч	,, сут
, %	, %
1. Сосна, обрезные	Н	3	70	18	73	1	0,68	0,92	1,05	1	47,95	2,10	3,61
2. Пихта, обрезные	Н	3	80	18	54	1	0,62	1	1,05	1	35,15	1,56	2,69
3. Осина, обрезные	Н	3	60	18	39	1	0,59	0,82	1,05	1	19,81	0,93	1,59
4. Сосна, обрезные (условный материал)	Н	3	60	12	20,4	1	0,54	1	1,05	1	11,57	0,58	-----

Таблица 2.3 – Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала

Порода, вид и сечение пиломатериалов, мм	Заданный объём сушки Ф ,	Коэффициент вместимости камеры	Коэффициент оборота камеры	Коэффициент пересчёта	Объём в условном материале ,
1. Сосна, доски обрезные	1500	0,92	3,12	2,8704	4305,6
2. Пихта, доски обрезные	1200	1,24	2,48	3,0752	3690,24
3. Осина, доски обрезные	1400	1,59	1,59	2,5281	3539,34
Итого	4100	11535,18

Общий объём условного материала , :

=У₁ +У+У₃ , (2.12)

Результаты пересчёта объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала сведены в таблицу 2.3.

2.2 Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в условном материале , , определяется по формуле:

, (2.13)

где - габаритный объём всех штабелей в камере, ;

- вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, ;

- число оборотов камеры в год при сушке условного материала, ;

335 – время работы камеры в году, суток ;

- продолжительность оборота камеры для условного материала, суток .

Принимается =0,328 – таблица 2.1;

=0,58 суток – таблица 2.2.

Габаритный объём штабелей , , определяется по формуле:

, (2.14)

где n_шт – число штабелей в камере;

l, b, h – соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м .

Принимается n_шт =1; l =6 м ; b =1,2 м ; h =1,2 м – для ТВК – 1 эл.

2.3 Определение необходимого количества камер

Необходимое количество камер , определяется по формуле:

, (2.15)

Принимается 7 камер ТВК – 1 эл.

2.4 Определение производственной мощности лесосушильного цеха

Производственная мощность лесосушильного цеха , , определяется по формуле:

, (2.16)

где - число камер соответствующего типа;

производительность камер того же типа, ;

=.

3. Тепловой расчёт камеры

3.1 Выбор расчётного материала

За расчётный материал принимаются осиновые обрезные доски толщиной 19 мм , шириной 100 мм , начальной влажностью 60%, конечной 15%.

3.2 Определение массы испаряемой влаги

Масса влаги, испаряемой из 1 пиломатериалов ,

, (3.1)

где - базисная плотность расчётного материала, ;

Принимается =400 – таблица 1.2 [1] – для осины;

Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры ,

, (3.2)

где Е – вместимость камеры, ;

Определение вместимости камеры Е , :

, (3.3)

где Г – габаритный объём всех штабелей в камере, ;

- коэффициент объёмного заполнения штабеля расчётным материалом.

Принимается Г =8,64 м³ ;

=0,286 – таблица 2.1.

Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду ,

, (3.4)

где - продолжительность собственно сушки, ч ;

Определение продолжительности собственно сушки , ч :

, (3.5)

где - продолжительность сушки расчётного пиломатериала, ч ;

- продолжительность начального прогрева материала, ч ;

- продолжительность конечной влаготеплообработки, ч .

Принимается =19,81 ч – таблица 2.2;

=0 ч – таблица 2.1 [1].

Определение продолжительности начального прогрева материала, ч :

Принимается ч с 27 [1]

ч

Расчётная масса испаряемой влаги ,

, (3.6)

где k – коэффициент неравномерности скорости сушки.

Принимается k =1,2 – с. 28 [1] для камер периодического действия.

3.3 Выбор режима сушки

Для осиновых досок толщиной 19 мм с III категорией качества из таблицы 3.4 [3] выбирается режим сушки 3-Г.

3.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

По выбранному режиму 3-Г из таблицы 3.4 [3] принимается расчётная температура на входе в штабель , относительная влажность воздуха на входе в штабель , психрометрическая разность .

По - диаграмме определяются параметры сушильного агента на входе в штабель:

влагосодержание = 262;

теплосодержание =769 ;

плотность =0,87;

приведённый удельный объём =1,45 .

3.5 Определение объёма и массы циркулирующего агента сушки

Объём циркулирующего агента сушки ,

, (3.7)

где - живое сечение штабеля, .

Определение живого сечения штабеля ,:

, (3.8)

где п – количество штабелей в плоскости перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки.

Принимается п =1

Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги , кг/кг

, (3.9)

кг/кг

Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля в камерах периодического действия определяется графоаналитическим способом.

По - диаграмме определяется параметры воздуха на выходе из штабеля:

Температура

относительная влажность

влагосодержание =263,2 ;

теплосодержание =769 ;

плотность =0,891 ;

приведённый удельный объём =0,817 .

3.6 Определение объёма свежего и отработанного воздуха

Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги , кг/кг

, (3.10)

где - влагосодержание свежего воздуха, г/кг .

Принимается =11 г ./кг – с. 35 [1] при поступлении наружного воздуха из цеха.

кг/кг

Объём свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру ,

, (3.11)

где - приведённый удельный объём свежего воздуха, .

Принимается =0,87 – с. 35 [1].

Объём отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры) ,

, (3.12)

Расчёт приточно-вытяжных каналов камеры

Площадь поперечного сечения приточного канала , :

, (3.13)

где - скорость движения свежего воздуха агента сушки в каналах, м/с .

Принимается =3 м/с – с. 36 [1].

Площадь поперечного сечения вытяжного канала ,:

, (3.14)

3.7 Определение расхода тепла на сушку

Расход тепла на начальный прогрев 1 древесины

1) Для зимних условий ,:

, (3.15)

где - плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности, ;

- содержание незамёрзшей связанной (гигроскопической) влаги, %;

- скрытая теплота плавления льда;

- средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, ;

- начальная расчётная температура для зимних условий, ;

- температура древесины при её прогреве, .

Принимается =650 - рисунок 12 [5] для =400 и %;

=100 - табл. 2.4 [1] для нормального режима сушки;

=-36 - таблица 2.5 [1] для Красноярска;

=14% – рисунок 2.3 [1] для =-36 ;

=335 - с. 37 [1];

=1,82 - рисунок 13 [5] для и %;

=2,9 - рисунок 13 [5] для и %.

2) Для среднегодовых условий ,:

, (3.16)

где - среднегодовая температура древесины, .

Принимается =2,9 - рисунок 13 [5] для и %;

=0,6 - таблица 2.5 [1] для Красноярска.

Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги ,

, (3.17)

Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве , кВт

, (3.18)

кВт

кВт

Определение расхода тепла на испарение влаги

Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом , :

, (3.19)

где - теплосодержание свежего воздуха, ;

- влагосодержание свежего воздуха, г/кг ;

- удельная теплоёмкость воды, ;

Принимается =4,19 - с. 40 [1];

=46 , =11 г ./кг – с. 40 [1] при поступлении воздуха из коридора управления;

Общий расход тепла на испарение влаги , :

, (3.20)

Потери тепла через ограждения камеры

Суммарные теплопотери через ограждения камеры , :

, (3.21)

где - теплопотери через наружную поверхность, ;

- теплопотери через торцовую стену, ;

- теплопотери через дверь на входе камеры, .

Теплопотери через наружную поверхность ограждения камеры в единицу времени , :

, (3.22)

где - площадь ограждения, ;

- температура среды в камере, ;

- расчётная температура наружного воздуха, .

, – внутренний и наружный диаметры стенки, мм.

– коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений,

– коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений,

Принимается =15 - с. 41 [1] для всех ограждений;

Теплопотери через торцовую стену и дверь в единицу времени:

(3.23)

Размеры камеры: длина м ; диаметр D =1,8 м .

Размеры двери: диаметр D =1,8 м .

Таблица 3.1 – Расчёт поверхности ограждений камеры

Наименование ограждений	Формула	Площадь, м2
1. Наружная боковая стена		40,69
2. Торцовая стена		2,5
3. Дверь на входе камеры		2,5

Таблица 3.2 – Расчёт потерь тепла через ограждения

кВт

Суммарные теплопотери через ограждения камеры с учётом поправки , кВт :

, (3.24)

кВт

Удельный расход тепла на потери через ограждения , :

, (3.25)

кДж/кг

Определение удельного расхода тепла на сушку ,

, (3.26)

где - коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др.

Принимается =1,2 – с. 45 [1].

кДж/кг

кДж/кг

Определение расхода тепла на 1 м³ расчётного материала , :

, (3.27)

3.8 Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера

Согласно заданию оставляем электронагреватели типа ТВК.

3.8.2 Тепловая мощность калорифера , кВт

, (3.28)

где - коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку.

Принимается =1,2 – с. 47 [1].

кВт

Определение потребляемого количества электроэнергии за 1 год работы цеха , кВт*год

Расход электроэнергии: 2,0…2,6 кBт*чac/м³ на 1% выпаренной влаги.

где – расход электроэнергии за 1 час работы, на 1% выпаренной влаги, из 1 м³ пиломатериала, кBт*чac/м³ ;

– время работы камеры за 1 год, ч;

V – годовая программа, м³ ;

Принимается кBт*чac/м³ ;

ч

4. Аэродинамический расчёт камер

4.1 Расчёт потребного напора вентилятора

Таблица 4.1 – Участки циркуляции воздуха в термовакуумной камере периодического действия типа «ТВК-1 эл»

Определение скорости циркуляции агента на каждом участке , м/с

, (4.1)

где - площадь поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, .

Определение площади поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, :

Участок 1 Прямой канал

, (4.2)

где - высота циркуляционного канала, м .

Принимается =0,888 м , м ;

Участок 2 Вход в штабель (внезапное расширение)

, (4.3)

Участок 3 Штабель

, (4.4)

Участок 4. Выход из штабеля (внезапное сужение)

, (4.5)

Все расчёты по определению скорости циркуляции агента сушки сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 – Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке

Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке , Па

Участок 1. Прямой канал

, (4.6)

где – коэффициент трения;

- длина участка, м ;

- периметр канала, м .

Принимается =0,016 – с. 58 [1] для металлических каналов;

=16,2 м .

Определение периметра канала , м :

, (4.7)

м

Участок 2 Вход в штабель (внезапное расширение)

, (4.8)

где- коэффициент сопротивления для внезапного расширения потока.

Принимается =0,9 – таблица 3.8 [1] для внезапного расширения потока при =0,05.

Участок 3. Штабель

, (4.9)

где- коэффициент сопротивления потока в штабеле.

Принимается =8,6 – таблица 3.10 [1] для штабеля с толщиной прокладок =25 мм и толщиной досок =19 мм .

Участок 4 Выход из штабеля (внезапное сужение)

, (4.10)

где- коэффициент сопротивления потока при внезапном сужение потока.

Принимается =0,3 – таблица 3.9 [1] для внезапного сужения потока при =0,05.

Все расчёты по определению сопротивлений сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 – Подсчёт сопротивлений

Номера участков	Наименования участков	с , кг/м 3	х i , м/с	, Па		Сопротивление участков , Па
1	Прямой канал	0,88	51,7	0,72	837,15
2	Вход в штабель		2,5	0,9	2,4
3	Штабель		2,5	8,6	23,38
4	Выход из штабеля		2,5	0,3	0,84
						863,77

Определение потребного напора вентилятора , Па

, (4.11)

Па

4.2 Выбор вентилятора

Определение производительности вентилятора ,

, (4.12)

Определение характерного (приведённого) напора вентилятора , Па

, (4.13)

Па

Безразмерная производительность

, (4.14)

где - частота вращения ротора, .

Принимается =1000 .

Безразмерный напор

, (4.15)

4.3 Определение мощности и выбор электродвигателя

Максимальная теоретическая мощность вентилятора , кВт

, (4.16)

кВт

Мощность электродвигателя для привода вентиляторов , кВт

, (4.17)

где - коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

- коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры среды, где расположен электродвигатель;

- КПД передачи.

Принимается =1,15 – таблица 3.15 [1] для электродвигателя мощностью более 5 кВт и центробежного вентилятора;

=1,25 – таблица 3.16 [1] для температуры среды С

=1,0 – с. 81 [1] при непосредственной насадке ротора вентилятора на вал электродвигателя.

кВт

По расчётной мощности электродвигателякВт и частоте вращения ротора из таблицы 3.17 [1] выбирается три трёхскоростных электродвигателя типа 4А160S6У3 с мощностью кВт и частотой вращения ротора .

Заключение

лесосушильный камера пиломатериал термовакуумный

В данном курсовом проекте были проведены технологический, тепловой и аэродинамический расчёты лесосушильной камеры «ТВК-1 эл», а также описаны специальные способы сушки пиломатериалов. В работе был произведен вентиляторов с приводами.

Список использованных источников

1. Акишенков С.И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов спец. 26.02, 17.04. – Л.: ЛТА, 1992. – 87 с.

2. Шубин Г.С. Проектирование установок для гидротермической обработки древесины. – М.: Лесн. пром-сть, 1983. – 272 с.

3. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. – Архангельск: Изд-во ЦНИИМОД, 1985. – 142 с.

4. Богданов Е.С. Сушка пиломатериалов. – М.: Лесн. пром-сть, 1988. – 248 с.

5. Серговский П.С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. – М.: Лесн. пром-сть, 1987. – 360 с.