Автоматизация сушки древесины
Екатеринбург 2014 - 2017
Производство и пуско-наладка автоматических регуляторов для сушильных камер
Автоматизация сушки древесины
        ТРАДИЦИОННАЯ И НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

1.Традиционная технология заключается в том, что в процессе сушки в камере создают определённые режимом температуру и влажность воздуха и поддерживают их в течении длительного времени постоянными. После уменьшения влажности древесины до переходной, производят смену параметров воздуха на новые. При этом температура и психрометрическая разность воздуха значительно увеличиваются. Новые параметры воздуха также в течение длительного времени поддерживают постоянными. Изменения параметров воздуха производят в течение сушки несколько раз (2…5 раз в зависимости от используемого режима).
Задаваемым параметрам воздуха соответствует определённая равновесная влажность древесины, которая всегда ниже текущей влажности. Поэтому поверхность пиломатериала постоянно сохнет и ее влажность уменьшается. Когда влажность поверхности пиломатериала станет ниже предела насыщения древесного волокна (примерно 30 %), начинается усушка поверхности пиломатериал и в ней возникают растягивающие напряжения. При дальнейшей сушке поверхностные напряжения натяжения увеличиваются и могут превысить предел прочности древесины. В этом случае происходит образование поверхностных трещин, что является дефектом сушки и допускать этого нельзя.
Чтобы исключить образование трещин периодически производят термовлагообработку (ТВО) древесины. Термовлагообработка заключается в том, что в сушильной камере создают высокую влажность воздуха, при которой поверхность пиломатериала увлажняется. При этом уменьшаются усушка поверхности и поверхностные напряжения. Это и предотвращает образование трещин.  Необходимость и продолжительность проведения ТВО определяются оператором сушки или предусматриваются программой сушки. От правильности назначения и проведения ТВО зависит качество высушенной древесины. Для проведения ТВО сушильная камера снабжается увлажняющим устройством: распылителем воды или трубой для впуска увлажняющего пара. Наличие увлажняющего устройства повышает стоимость сушильной камеры. Кроме того, увеличиваются тепловые и эксплуатационные затраты при эксплуатации сушильной камеры. Это повышает стоимость сушки древесины.
В любом случае при сушке традиционным способом происходит накопление внутренних напряжений в древесине, что является неизбежным, так как удаление влаги из древесины происходит с поверхности пиломатериала и непрерывно. При этом усушка поверхности идет с опережением усушки центра пиломатериала и создается градиент усушки по толщине пиломатериала. Градиент усушки и является причиной возникающих в древесине напряжений. Чем быстрее идет сушка древесины и чем толще пиломатериал, тем выше градиент усушки, больше напряжения в древесине и сложнее обеспечить качественную сушку.
Традиционная технология сушки требует непрерывную работу вентиляторов, обеспечивающих движение воздуха через штабель. Предусматривается также периодическая смена направления вращения вентиляторов и движения воздуха в штабеле с целью уменьшение разности влажности древесины на входе и выходе воздуха в штабель. При этом реверсивный вентилятор имеет более низкий коэффициент полезного действия, чем нереверсивный. Осуществление реверса вентиляторов усложняет устройство управления и повышает стоимость сушильной камеры. Все это дополнительно повышает стоимость сушки. Кроме того, имеются публикации результатов исследований, которые свидетельствуют не только о пользе реверса, но и его вреде качеству сушки.

2. Новая авторская технология сушки древесины использует сушильные камеры широко распространенных конструкций. Она предусматривает   следующие основные операции: начальный прогрев древесины; подвод тепла в штабель без искусственного увлажнения воздуха и вентиляции сушильной камеры; выдержка древесины без подвода тепла, без искусственного увлажнения воздуха и без вентиляции сушильной камеры; вентиляция сушильной камеры без подвода тепла в штабель. Операции подвода тепла в штабель, выдержка древесины, вентиляция сушильной камеры циклически повторяются до тех пор, пока древесина не высохнет до требуемой влажности. Продолжительность цикла составляет 1 … 6 часов. После достижения требуемой влажности производится охлаждение древесины внутри сушильной камеры до температуры воздуха 20 … 40 °С. Увлажняющие устройства и реверс вентиляторов не требуются.
Рассмотрим, что дает новая технология в сравнении с традиционной технологией. Прежде   всего, выдержка древесины ограничивает испарение влаги с поверхности пиломатериала. При этом за счет более высокой температуры и влажности в центре сечения пиломатериала ускоряется приток влаги от центра к поверхности пиломатериала. За счет этого уменьшаются градиент влажности по сечению и внутренние напряжения в древесины, происходит выравнивание влажности древесины в штабеле, т. к. при повышенной влажности воздуха замедляется сушка прежде всего более сухих досок. Кроме того, воздух в сушильной камере приходит в равновесие с текущей влажностью древесины в штабеле, и древесина как-бы сама «выбирает себе» комфортные параметры воздуха в сушильной камере.
Отсутствие в сушильной камере реверса вентиляторов и искусственного увлажнения воздуха не только упрощают конструкцию сушильной камеры, но и снижают расход энергии и стоимость сушки. Воздух сушильной камеры увлажняется только за счет влаги, испаряемой из древесины. Этой влаги вполне достаточно, т. к. при сушке 1 кубометра древесины, например, сосны, от влажности 60 % до влажности 8 % испаряется 208 килограммов воды.
При сушке древесины по новой технологии контроль начальной и текущей влажности древесины не требуется. Необходимую текущую влажность воздуха в сушильной камере древесина «выбирает» сама. Это упрощает как подготовку сушильного штабеля, так и ведение сушки. Контроль влажности древесины требуется только для определения момента окончания сушки до требуемой влажности и начала охлаждения древесины. Этот момент может быть определен косвенно по текущей влажности воздуха в сушильной камере.
Из сказанного выше следует, что новая технология позволяет сушить древесину качественнее и экономичнее, чем традиционная технология. Она может быть использована практически на любой сушильной камере. Конечно, управлять вручную сушильной камерой при этом не возможно, т. к. человек просто не справится с этой задачей. Для этого нами разработан и изготовляется автоматический регулятор сушки древесины АРС-3. Он полностью автоматизирует управление сушильной камерой и обеспечивает стабильное высокое качество сушки древесины. Пользоваться регулятором просто и не требуется специальная подготовка по технологии сушки древесины.

Слева представлен график сушки древесины, произведенной в промышленных условиях с помощью автоматического регулятора АРС-2М., выполненный по данным автономного регистратора с помощью его программного обеспечения. На графике видны периодические подъемы и понижения температуры и влажности воздуха. Видно, как по мере высыхания древесины плавно снижается влажность воздуха.
График сушки по нашей технологии