Содержание
Введение
1.Основные сведения
2.Технологический расчет
3.Тепловой расчёт
4.Аэродинамический расчет
5.Описание технологического процесса
Списоклитературы
Введение
Сушка древесиныотносится к одному из важнейших процессов тех-нологии деревообработки,направленных на повышение качества и долговечности изделий из нее. Из-заприменения недосушенной или некачественно просушенной древесины народноехозяйство несет большие убытки.
Основным средствомувеличения объемов подвергаемых сушке пиломатериалов и улучшения качества сушкиявляется строительство новых и реконструкция устаревших сушилок. Практическивсе установки в качестве источника тепла имеют паровой калорифер. Пар,подаваемый в теплообменники и используемый для начального прогрева древесины, атакже для промежуточных и конечных влаготеплообработок, имеет одну природу: этосухой насыщенный пар различного давления с температурой до 155с.
Однако в настоящеевремя на большинстве предприятий лесного комплекса в основном используютсяводогрейные котлы низкого давления, укомплектованные топками, в которыхсжигаются древесные отходы различного вида, и практически нет технологическогопара для целей сушки. Сушка в таких предприятиях ведется только по мягкимрежимам, влаготеплооработка, как правило, не проводится.
В связи с этим вопросырационального проектирования, выбора наиболее целесообразных способов сушки,разработки более совершенных технологических и конструктивных схем камерприобретают особую актуальность.
1.Основныесведения
Лесосушильная камератипа ИнтерУРАЛ была разработана в 1991г., учитывая преимущества созданной ранеекамеры УРАЛ-72, а также прошла всесторонние испытания, как на стенде, так и впромышленных условиях.
Идея и универсальностьустановки заключалась в том, что, имея однотипный корпус, вентилятор и системуавтоматики, она отличалась внутри данного класса установок только конструкциейисточника тепла. Его конструктивные особенности, в свою очередь, отличалисьдруг от друга применяемым видом теплоносителя. Дополнительно, с целью полученияпиломатериала наивысшего качества в конструкции камеры были использованы вседостижения уральских разработок по аэродинамике равномерной раздачи сушильногоагента по штабелю пиломатериалов.
Для упрощенияконструкции и технологии изготовления в камерах исключено реверсирование потокавоздуха по штабелю.
При обозначении типовкамер принята следующая система классификации:
цифры после дефиса-1,2-количество штабелей в камере;
буквы — теплоноситель,тип источника тепла или характеристика корпуса камеры: п – паровая; в –водяная; э – электрическая с тэнами; и – индукционная; тг – с топочными газами;КГ – контейнерная газовая; МД – малогабаритная, деревянная; МЭ –малогабаритная, электрическая.
В камерах дляпобуждения движения воздуха стоит роторный цен-тробежный вентилятор,конструкции проф. Микита Э.А., унифицированный, с радиальными лопатками (дляповышения надежности и долговечности его частота вращения n=250-270 об/мин).
Корпус сушильных камерконструкции «ИУ» состоит из металличе-ских панелей (типа «сэндвич») степлоизоляцией из минераловатных материалов. Внутренняя обшивка камер выполненаиз нержавеющей стали, наружная – из профильного оцинкованного стального листа.Монтаж корпуса камеры осуществляется непосредственно у заказчика, на местеэксплуатации.
Камеры отличаются другот друга, как это отмечалось выше, только источником тепла: в паровых и водяных(ИУ – 1гв) – это компактные биметаллические калориферы.
Технологическиепоказатели камеры ИУ – 1гв.
Габаритные размерыштабеля, м 6,6х1,8х2,6
Число штабелей, шт 1
Вместимость камеры 14,7
Годоваяпроизводительность, м3 1000
Побудитель циркуляции центробежныйвентилятор№20
Производительностьвентилятора, тыс.м3/ч 72,0
Установленная мощностьэлектродвигателей, кВт 11,0
Скорость воздуха вштабеле, м/с 2,3
Тепловое оборудование БМК
Источник тепла горячаявода
Масса, т 7,8
2.Технологический расчет
2.1Пересчёт объёма фактического материала в объём условного материала
Для учёта исопоставления фактической производительности камер с плановой, а также длясоставления производственных программ лесосушильных цехов установлена учётная иплановая единица – кубический метр условного пиломатериала.
Условному материалуэквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1000 мм, высушенные по IIкатегории качества от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%.
Объём высушенного илиподлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Ф пересчитываетсяв объём материала У(м3 усл.) по формуле:
У=Ф bоб.услtоб.ф/ tоб.услbоб.ф,(2.1)
где Ф – объёмфактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера ипороды (задаётся в спецификации), м3;
bоб.усл– коэффициент объёмного заполнения штабеля условным пиломатериалом;
tоб.ф– продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данногоразмера и породы, суток;
tоб.усл– продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток;
bоб.ф– коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим материалом.
Кп=bоб.усл/tоб.усл,(2.2)
где Кп –пересчётный коэффициент.
У=Ф.Кп.tоб.ф/bоб.ф,(2.3)
Определениепродолжительности сушки в камере периодического действия.
Общая продолжительностьсушки, включая прогрев и влагообработку, находится по формуле:
t=tисх..Ар.Ац.Ав.Ак.Ад+ tзаг,(2.4)
где tисх.– исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы иразмеров низкотемпературным режимом от начальной влажности 60% до конечнойвлажности 12% в камерах с реверсивной циркуляцией средней интенсивности(расчётная скорость сушильного агента по материалу 2 м/с), ч;
tзаг– время на загрузку и выгрузку штабелей из камеры, равную 0.1 суток или 2.4часа;
Ар; Ац;Ав; Ак; Ад – коэффициенты,учитывающие категорию режимаАр; интенсивность циркуляции Ац;начальную и конечную влажностьАв; качество сушкиАк;длину материала Ад.
Таблица 2.1 — Определение продолжительности сушки пиломатериалов
/>
Таблица 2.2 — Пересчётобъёма фактических пиломатериалов в объём условного материала.
/>
2.2Определение производительности камер в условном материале
Пу=335Кп Г, м3усл/год, (2.5)
где Пу– годовая производительность в условном материале, м3усл/год;
Кп– пересчётный коэффициент;
Г– габаритный объём штабелей, м3
Г=n.l.b.h, м3, (2.6)
где n– число штабелей в камере,
l,b, h– соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м.
Пу=335.0.065(6.6.1.8.2.6)=672,6м3усл/год.
2.3Определение необходимого количества камер
Необходимое количество камердля выполнения заданной программы определяется по формуле:
Пкам=SУ/Пу,(2.7)
где SУ– общий объём условного материала, подсчитанный по формуле:
SУ=У1+У2+…+Уn(2.8)
Пу– годовая производительность одной камеры в условном материале, подсчитанная поформуле:
Пкам=9429,77/672,6=14шт.
Принимаем 20 камер типаИУ‑1гв.
2.2Тепловой расчёт
Выбор расчетногопиломатериала.
За расчётный материал впрактике проектирования лесосушильных камер выбирается наиболее быстросохнущийпиломатериал. Тепловое оборудование, рассчитанное по быстросохнущемупиломатериалу, надёжно обеспечит сушку пиломатериалов всех пород и сечений.
Выбираем из нашейспецификации пиломатериалов, подлежащих сушке, хвойные доски (сосна), сечением25х150 и длиной 6500 мм.
2.2.1Определение массы испаряемой влаги
Масса влаги, испаряемойиз 1 м3 пиломатериалов, m1м3,кг/м3
/>, (2.9)
где/> – базиснаяплотность расчетного пиломатериала, кг/м3, определяетсяиз таблицы 1 [5];
Wн,Wк– начальная и конечная влажность древесины, %.
Масса влаги, испаряемойза время одного оборота сушильной камеры, mоб.кам.,кг/об.
mоб.кам.= m1м3Е=252.8,3=2091,6кг/об. (2.10)
Е= Г.вф=6,5.1,8.2.0,356=8,3м3, (2.11)
где Е — емкостькамеры, м3;
Г — габаритный объем всех штабелей, загружаемых в камеру, м3;
вф– коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным пиломатериалом.
Масса влаги, испаряемойиз камеры в секунду, кг/с,
/>,(2.12)
где />суш.ф. — общаяпродолжительность сушки, ч.
tс.ф= tс –(tп+ tкон.ВТО)= 121,5 – (3,75 + 2) = 115,75ч, (2.13)
где tс– продолжительность сушки расчетного материала, ч;
tп– продолжительность начального прогрева материала, ч, (по 1,5 часа на каждыйсантиметр толщины, т.е. 3,75 ч.);
tкон.ВТО– продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч, (2часа).
Расчетная массаиспаряемой влаги, кг/с
Мр=Мс.ч, (2.14)
где ч –коэффициент неравномерной скорости сушки.
Коэффициентнеравномерной скорости сушки рекомендуется прини- мать для камер периодическогодействия при сушке воздухом при Wк=
Мр=0,005.1,3=0,0065кг/с.
2.2.2Выбор режима сушки
Режимы сушки выбираютсяв зависимости от породы, толщины и назначения расчетного пиломатериала,требований, предъявленных к качеству сухой древесины.
Выбираем IIкатегорию качества – для пиломатериалов и заготовок в столярно-мебельномпроизводстве.
Выбираемнизкотемпературный режим 2 – М (по ГОСТ 19773-84).
Таблица 2.4 — Параметры сушильного агентаВлажность древесины, %
t,0C
Dt,0C j >35 57 5 0,77
35-25
61
9
0,62
2.2.3Определение параметров агента сушки на входе в штабель
При сушке влажнымвоздухом расчетную температуру t1и степень насыщения ц1 агента сушки, входящего в штабель, назначаютпо средней ступени режимов, где t1=tс(tс– температура «сухого» термометра второй ступени режима) и ц1= ц..
Влагосодержание d1,теплосодержание I1,плотность с1 и приведенный удельный объем Vпр1определяют по Id-диаграмме.
t1=610С; j1=0,62;
d1=99г/кг;
Vпр1=1,12м3/кг;
I1=320кДж/кг;
r1=0,985кг/м3.
2.2.4Определение объема и массы циркулирующего агента сушки
Определение объемациркулирующего агента сушки за одну секунду, м3/с:
Vc=Vшт.Fж.сеч.шт=2,0.5,85=11,7м3/с, (2.15)
где Vшт–расчетная скорость циркуляции по штабелю, м/с;
Fж.сеч.шт– живое сечение штабеля, м2.
Fж.сеч.шт=n1.lшт.hшт(1-вв)=1.6,5.1,8(1-0,5)=5,85м2, (2.16)
где n1 — количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, идущемув одном направлении;
lшт– длина штабеля, м;
hшт — высота штабеля, м;
вв– коэффициент заполнения штабеля по высоте, определяют из соотношения:
вв= /> (2.17)
где S-толщина расчетного пиломатериала, мм.
Масса циркулирующегоагента сушки mцна 1 кг. испаряемой влаги.
При сушке влажнымвоздухом, кг/кг исп. влаги:
/> (2.18)
где V1–приведенный удельный объем влажного воздуха, определяемый по Id-диаграмме, м3/кг.
2.2.5Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля
Параметры отработавшегоагента сушки (влажного воздуха) на выходе из штабеля.
Для расчетов процессасушки необходимо знать не только параметры входящего в штабель сушильногоагента, но и параметры его на выходе из штабеля: t2,ц2, d2,I2,с2, V2.
При сушке воздухомвлагосодержание, г/кг,
/> (2.19)
Параметры t2,ц2 определяютпосле построения процесса сушки на Id-диаграмме.
При теоретическомпостроении процесса испарения влаги теплосодержание воздуха I2навыходе из штабеля принимают равным теплосодержанию I1воздуха, входящего в штабель, т.е. I2=I1.
Приведенный удельныйобъем V2и плотность с2выходящего изштабеля отработавшего агента сушки принимают равными объему V1и плотности с1 входящего в штабель агента сушки, т.е. V2=V1,с2= с1.
I1= I2 = 320 кДж/кг;
V2=V1=1,12м3/кг;
с2= с1=0,985кг/м3. />
t2= 59 0C; j1=0,7;
Уточнение объема имассы циркулирующего агента сушки:
mц= 1000/(d2– d1)=1000/(99,5 – 99) = 2000,0 кг/кг. исп.влаги; (2.20)
Vц= mцMрVпр1= 1607,14х0,0065х1,12= 11,7 м3/с; (2.20)
Gц= mцMр= 1607,14х0,0065 = 10,45 кг/с. (2.21)
2.2.6Определение объема свежего воздуха и отработавшего агента сушки, удаляемого изкамеры
Масса свежего воздуха иотработавшего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг. исп. влаги:
mo=/> (2.22)
где do– влагосодержание свежего приточного воздуха, поступающего в камеру, г/кг.
При поступлении свежеговоздуха из цеха, коридора управления принимают do=10-12г/кг.св.в.
Объем свежего воздуха,поступившего в камеру, м3/с:
Vo=Mp.mo.Vo.пр=0,0065.11,43.0,87=0,065м3/с(2.23)
где Vo.пр– приведенный удельный объем свежего воздуха. При температуре to=20oC,Vo=0,87 м3/кг.
Объем отработавшегоагента сушки, выбрасываемого из камеры, м3/с:
Vотр.=Мр.moV2=0,0065.11,43.1,12=0,08м3/с (2.24)
где V2–удельный объем отработавшего агента сушки, принимаемый равным V1,м3/кг.
Площадь поперечногосечения вытяжного канала:
fкан= Vотр/vкан= 0,08/2 = 0,04 м2(2.25)
где vкан– скорость движения отработавшего агента сушки.
Площадь поперечногосечения приточного канала:
fкан= Vо/vкан= 0,065/2 = 0,0325 м2(2.26)
2.2.7Определениерасхода тепла на сушку древесины
Расход тепла на сушкуопределяют отдельно для зимних и среднегодовых условий эксплуатации сушильныхкамер. По зимнему расходу тепла ведется расчет тепловой мощности камер. Порасходу тепла в среднегодовых условиях определяется потребность пара напроизводственную программу и на 1 м3 высушиваемых фактического иусловного пиломатериалов, т.е. определяются исходные данные для экономическихрасчетов, в частности для составления калькуляции себестоимости сушкипиломатериалов.
При сушке древесинытепло в основном расходуется на начальный прогрев пиломатериалов, испарениивлаги и на потери через ограждения камеры.
Расход тепла наначальный прогрев 1 м3 древесины Qнагр.1м3.
В зимних условиях теплопри нагревании пиломатериалов расходуется на нагревание древесной массы вобласти отрицательных и положительных температур и на оттаивание замерзшейвлаги.
Для зимних условийрасход тепла определятся по формулам, кДж/м3
Qнагр.1м3=с(С(-)(-tоз)+С(+)tкам.)+сусл./>. (2.27)
нагр.1м3=650(2,1*31+2,8*62)+400/>=230195 кДж/м3
где r — скрытая теплота плавления льда (335кДж/кг);
с– плотность древесины при фактической ее влажности, побирается на диаграмме нарис.2 [5];
сусл — базисная плотность древесины, выбирается по табл. 1, кг/м3 [5];
Wн–начальная влажность древесины, %;
Wг.ж- влажностьгигроскопически жидкой влаги [3], рис.1;
С(+), С(-)– удельная теплоемкость древесины соответственно при положительной иотрицательно температуре, рис. 3 [5];
tкам — температура древесины при ее нагреве, оС; при сушке в среде влажноговоздуха принимается на 5оС выше температуры tспопервой ступени режима;
tоз — начальная температура древесины, принимается по табл.11[5];
При определенииудельной теплоемкости древесины для С(-) принимают, оС:
tср.(-)=/> (2.28)
тогда C(-)=2,1кДж/кгоС,
tср.(+)=/> (2.29)
тогда C(+)=2,8кДж/кгоС,
Для среднегодовыхусловий, когда tс.г.>0оС, расход тепла Qнагр.1м3определяется по формуле:
Qнагр.1м3=сС(+)(tкам.-tс.г.)=650.2,8.(62-0,8)=111384 кДж/м3(2.30)
В этом случаесреднеарифметическая температура для определения по рис. 3 [5] удельнойтеплоемкости С(+) подсчитывается как полусумма двухтемператур, оС:
tср=/>, (2.31)
тогда C(+)=2,8кДж/кгоС.
Расход тепла нанагревание древесины Qнагрвсекунду.
Секундный расход теплаподсчитывается для зимних и среднегодовых условий, кВт:
Qнагр.=/>, (2.32)
где фнагр — продолжительность нагревания древесины, ч; ориентировочно принимают дляпиломатериалов мягких хвойных пород на каждый сантиметр толщины 1ч, а зимой 2ч.
Для зимних:
Qнагр=/>,
Для среднегодовых:
Qнагр=/>.
Удельный расход тепла qнагрна нагревание древесины, приведенный к 1 кг. испаряемой влаги, кДж/кг.исп.влаги:
Для зимних условий:
qнагр=/> (2.33)
Для среднегодовых:
qнагр=/>
Расход тепла наиспарение влаги.
При сушке впаровоздушной среде удельный расход тепла на испарение влаги, кДж/кг
qисп=1000/>, (2.34)
гдеI2–теплосодержание отработавшего агента сушки, выходящего из штабеля, кДж/кг, I2=I1;
Iо– теплосодержание свежего воздуха при t=20oC;
Св–удельная теплоемкость воды, Св=4,19 кДж/кг;
tм– температура нагретой влаги в древесине, принимают равной температуре tмпервой ступени режима.
Общий расход тепла наиспарение влаги Qиспв секунду, кВт
Qисп.=qисп.Мр=2892,6.0,0065=18,8кВт (2.35)
2.2.8Расчет теплопотерь через ограждения камеры
Потери тепла в секундучерез ограждения камеры Qогр.определяют по выражению:
Qогр=Fогр.k(t1-tнар),(2.36)
где Fогр-площадь ограждения (подсчитывается отдельно для стен, перекрытия, дверей,пола), м2;
k-коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м2 град.;
tнар– температура вне сушильных камер.
Сушильные камеры будутнаходится в отапливаемом помещении, то tнар=15оС.
Коэффициенттеплопередачи для многослойных ограждений необходимо рассчитать по формуле,Вт/м3град:
k=/> (2.37)
где бвн — коэффициент для внутренней поверхности ограждения, при сушке в паровоздушной средебвн=25Вт/м2град;
в1, в2,….вn– толщина слоев ограждения, м;
л1, л2…. лn — коэффициенты теплопроводности материалов, составляющие слои ограждений, Вт/м2град.,(табл.12 [5]);
лн– коэффициент теплопроводности для наружной поверхности ограждений, Вт/м2град.,выходящих в отапливаемые помещения, лн=9Вт/м2град.
Коэффициенттеплопередачи пола kполпринимают равным 0,5kнаружной стены.
kпол=0,5kнар.ст(2.38)
За охлаждающуюповерхность пола принимают полосу шириной 1 м вдоль наружной стены.
Для того чтобыисключить возможную конденсацию пара на внутренних поверхностях ограждений(пола, дверей, стен), когр должен удовлетворять условию:
когр£0.6 Вт/(м2хград).
Таблица 2.5 — Расчет площади поверхности ограждений сушильной камерыОграждения Формула
Площадь, м2 Боковая наружняя стена
Fбок.ст=L.H 8,3.2,2 = 18,26 Торцовая задняя стена
Fт.ст = B.H 2,2.2,8 = 6,16 Торцовая передняя стена (без площади дверей)
Fт.ст = B.H – Fдв 2,2.2,8 – 4,4 = 1,76 Потолок
Fпот = L.B 8,3.2,8 = 23,24 Пол
Fпол=L+ 2(B-1) 8,3+ 2(2,8 – 1) = 11,9 Дверь
Fдв = b.h 2,2.2,0= 4,4
где L–длина боковой стены, м (8,3);
H,B – соответственновысота и ширина камеры, м(2,2; 2,8);
h,b – соответственновысота и ширина двери, м (2,2; 2,0).
Удельный расход теплана потери через ограждения камеры, кДж/кг.исп.влаги:
gогр=∑Qогр/Мс=3,22/0,004=805,0кДж/кг.исп.влаги (2.39)
Суммарный удельныйрасход тепла на сушку древесины.
Подсчитывают длясреднегодовых условий:
gсуш.=(gнагр.+gисп.+gогр.)с1,(2.40)
где с1–коэффициент, учитывающий неизбежные потери на нагревание ограждений иконструкций камеры, транспортных средств; утечку через не плотности и выностепла штабелем после его сушки и др., с1=1.3.
gсуш=(525,39+2892,6+805,0)1,3=5489,9кДж/кг.исп.влаги
2.2.9Выбор типа и расчет теплоотдающей площади калорифера
Подбор типа калорифера.
В качестве источникатепла в лесосушильной камере ИУ-1гв использованы биметаллические водяныекалориферы.
Тепловая мощностькалорифера.
Тепловую мощностькалорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимнихусловиях по формуле:
Qк=(Qисп+ åQогр)с2,(2.41)
где Qисп–расход тепла на испарение влаги, кВт;
åQогр– теплопотери через ограждения камеры в зимних условиях, кВт;
с2– коэффициент запаса на неучтенный расход, на возможное ухудшение теплоотдачикалорифера в процессе эксплуатации по причине, например, загрязнения, с2=1.1– 1.3
Qк=(18,8+ 3,22)х1,2=26,4кВт
Расчет поверхностинагрева калорифера.
Fк=1000Qкс3/кк(tт– tс)= 1000.26,4.1,2/21,35(84-61)=64,5м2, (2.42)
где кк –коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м2х0С);
tт– температура теплоносителя, (84 0С);
tс– температура нагреваемой среды в камере, (610С);
с3 –коэффициент запаса (с3 = 1.2).
Живое сечениекалорифера:
Fж.сеч.кал.= fж.сеч.кал.nк= 2,5х1 = 2,5 м2, (2.43)
где fж.сеч.кал–живое сечение для прохода агента сушки одного калорифера, м2
nк–количество калориферов в одном ряду, перпендикулярном потоку агента сушки.
Скорость агента сушкичерез калорифер:
vк= Vц/Fж.сеч.кал=11,7/2,5 = 4,68 м/с. (2.44)
Коэффициенттеплопередачи калорифера:
k= 10,2 .vк0,48= 21,39 Вт/(м2х0С). (2.45)
Количество калориферовиз биметаллических труб на одну сушильную камеру:
nk=Fk/¦k,(2.46)
где ¦k–площадь нагрева одного биметаллического водяного калорифера данной марки.
nk=64,5/136,02=0,5
Принимаем 1биметаллический водяной калорифер КСк3-12 .
2.2.10Определение расхода воды
Расход воды на однусушильную камеру
Dг.в= Qk/cвrвDt= 26,4/4,19.945.15= 0, 0004 м3/сек или 1,44 м3/час, (2.47)
где Qk–тепловая мощность калорифера, кВт;
св –теплоемкость воды,
rв– плотность воды, кг/м3;
Dt– разница между температурой воды на входе к калорифер и на выходе изкалорифера.
Скорость воды:
Vв= Dг.в/ fж.сеч= 0,0004 / 0,0022 =0,18 м/с (2.48)
где fж.сеч– площадь трубы калорифера.
Годовая потребность вгорячей воде:
Dг= 335.24.n.Dг.в= 335.24.5.1,44= 5,78.104м3(2.49)
где 24- число часов всутках; 335 – число рабочих дней в году;
n–число камер, в которых идет сушка.
2.2.11Определение диаметров трубопроводов
Рассчитанные значениядиаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) ипринимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262 – 72 “Трубы стальныеводопроводные” (условный проход 6. 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 90,100, 125, 150 мм).
Диаметр магистральноготрубопровода, м:
dмаг=Ö1,27Рцех/3600rвVв,(2.50)
где rв– плотность воды, кг/м3;
Рцех– расход воды на сушильный цех, м3/час;
Vв-скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с.
Рцех =nкам.Dг.в, (2.51)
Рцех = 20.1,44=28,8м3/час;
dмаг=Ö1,27.28,8/3600.945.0,001=0,098м
Принимаем трубу 100х2.8ГОСТ 3262 – 75.
Диаметр трубы (отвода)к коллектору камеры, м:
dк=Ö1,27Dг.в/3600rвVв,(2.52)
Vв-скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с.
dк=Ö1,27.1,44/3600.945.0,001=0,022м
Принимаем трубу 25х2.8ГОСТ 3262 – 75.
Диаметр трубы ккалориферу камеры, м
dк=Ö1,27Рв/3600rвVв,(2.53)
где Рв– расход воды на сушку, м3/ч;
dк=Ö1,27.2.10-4/3600.945.0,001=0,00026м
Принимаем трубу 25х2.8ГОСТ 3262 – 75
Диаметр увлажнительныхтруб для установки форсунок, м.
dувл= Ö1,27Рк.пр /3600рнVв,(2.54)
где Vв– скорость движения воды, принимаем 50 м/с.
dувл=Ö1.27.282,8/3600.1,13.50= 0,031м
Принимаем трубу 12,5х2.8ГОСТ 3262 – 75
4.Аэродинамический расчет
4.1Общая часть
Основными задачамиаэродинамического расчета установок для сушки пиломатериалов являются: выбортипа, размеров и количества вентиляторов требуемой производительности,определение числа оборотов вентиляторов и необходимой мощности двигателей дляих привода, а также количества потребляемой электроэнергии.
Выбор вентиляторов и ихпараметров производится по индивидуальным или обобщенным аэродинамическимхарактеристикам в соответствии с требуемой производительностью и напором,составленным для т.н. стандартного воздуха (t=20о С, ц = 0,50 и Рб= 760 мм. рт. ст., с = 1,2 кг/м3).
Полный напор Нв,развиваемый вентилятором, в общем случае должен быть равен сумме статического идинамического напоров:
Н в= Нст+ Нд (4.1)
Статический напор Нстравен сумме сопротивлений всех последовательных участков ∆hiна пути движения агента сушки в камере:
n
Нст=∑∆hi,или (4.2)
i
n сiщi2 еilu
Нст=∑________ ( _______ + жi),Па (4.3)
i 2 f
где на данном i-омучастке
сi–плотность агента сушки, кг/м3;
щi– скорость агента сушки, м/с;
еi–коэффициент трения о стенки газохода;
l– длина прямого газохода, м;
u-периметр поперечного сечения прямого газохода, м;
f– площадь «живого» сечения газохода, м2;
жi–коэффициент местного сопротивления.
Для расчета Нстнеобходимо составить схему контура циркуляции агента сушки в камере, разбивего на характерные расчетные участки местных сопротивлений. Скорость движениявоздуха на каждом участке определяется по общей формуле:
где fж.с — поперечное сечение канала, свободное для прохода агента сушки, м2;
Vс–объем циркулирующего агента сушки, м3/с.
/>
Рис 4.1 Схема циркуляцииагента сушки по камере ИУ‑1гв
Таблица 4.1 Участкициркуляции воздуха в камереНомер участка Наименование участка 1 Вентилятор 2, 4, 8, 10, 11
Поворот под углом 900 3, 9 Прямой канал 5 Вход в штабель (внезапное сужение) 6 Штабель 7 Выход из штабеля (внезапное расширение) 12 Калорифер
4.2Определение скорости циркуляции агента сушки по каждому участку.
Для определениясопротивления каждого участка Дhiнеобходимо знать скорость агента сушки щiна каждом участке. Поскольку объем циркулирующего агента сушки Vс,определенный в тепловом расчете, известен, то следует вначале определить«живые» сечения на каждом участке с тем, чтобы рассчитать далее скорость щi.
Участок 1.Вентиляторная перегородка:
f1=((рDв2)/4)nв,м2,(4.5)
где Dв–диаметр вентилятора, м; принимается предварительно, либо по установленному вкамерах;
nв– число вентиляторов, работающих на рассчитываемый объем агента сушки. В нашемслучае nв=1.
f1=((3,14.1,92)/4).1=2,83м2
Участки 2,4,8,10,11.Поворот под углом 90о:
f2=f4=f8=f10=f11=0,5Н=0,5.3=1,5м2
где Н – высота камеры,м.
Участок 3,9. Прямыегазоходы:
Сопротивление на этихучастках можно не считать, т.к. из-за их незначительной длины, сопротивлениепотоку ничтожно мало.
Участок 5. Внезапноесужение потока агента сушки (вход в штабель):
Fж.сеч.шт=LштH(1-ввыс),м2, (4.6)
где Lшт– длина штабеля, м;
Н – высота штабеля, м;
ввыс –коэффициент заполнения штабеля по высоте, при толщине пиломатериала 25 мм и прокладок 25 мм он равен 0,5.
Fж.сеч.шт=6,6∙2,6(1-0,5)=8,58м2
f5=Fж.сеч.шт=8,58м2
Участок 6. Штабель:
f6=Fж.сеч.шт=8,58м2
Участок 7. Внезапноерасширение потока агента сушки (выход из штабеля):
f7=Fж.сеч.шт=8,58м
Участок 12. Калорифериз биметаллических труб.
f12=Fж.сеч.кал=2,5 м2
4.4Выбор вентилятора
Серийные вентиляторыподбираются по аэродинамическим характеристикам: индивидуальным, групповым ибезразмерным. В нашем случае циркуляция агента сушки осуществляетсянизкочастотными центробежными вентиляторами с радиальными лопаткамиспециального изготовления конструкции проф. Микита Э.А., ЛатНИИЛХП. Этивентиляторы хорошо зарекомендовали себя при горизонтально‑поперечнойциркуляции сушильного агента в камерах типа ИУ.
Выбираем вентиляторЦ9-57 №8 с диаметром вентилятора 2000 мм, числом оборотов nв=900об/мин, КПД=0,75.
4.5Определение мощности и выбор электродвигателя
Мощность, потребляемаявентилятором, подсчитывается в зависимости от давления Нв, Па ипроизводительности Vв,м3/с
где зв – КПДвентилятора по аэродинамической характеристике;
зп – КПДпередачи, равный 0,95 при клиноременной передаче.
Vв=Vс/n=19,734/1=19,734м3/с
489 ∙19,734
Установленная мощностьэлектродвигателя:
Nуст=kNв=1,1.13,5=14,9кВт(4.8)
где k– коэффициент запаса мощности, k=1,1
Выбираемэлектродвигатель 4А160М6У3, мощностью 15 кВт, с числом оборотов – 1000 мин-1.
4.6Расчет приточно-вытяжных каналов
Площадь поперечногосечения приточного канала:
fпр.к.=V0/щк, м2, (4.9)
где V0– объем свежего воздуха, м3/с;
щк –скорость агента сушки, равная 2 м/с.
fпр.к=0,089/2=0,0445м2
Площадь поперечногосечения вытяжного канала:
fвыт.к.=Vотр/щк, м2,
где Vотр– объем отработавшего воздуха.
fвыт.к=0,113/2=0,0565м2.
5.Описание технологического процесса
Технологический процесссушки пиломатериалов в камерах периодического действия включает следующие этапы(операции):
1. Подготовкакамеры к работе.
2. Формированиесушильного штабеля пиломатериалов.
3. Загрузкакамеры (закатка штабеля или штабелей).
4. Прогревкамеры и проведение собственно сушки по заданному режиму.
5. Проведениевлаготеплообработок.
6. Кондиционированиепиломатериалов (при необходимости).
7. Охлаждениематериала и выкатка штабеля.
5.1Подготовка камеры к работе
Подготовка камерызаключается в очистке ее от мусора и проверке исправного состоянияоборудования.
Проверяют шиберавоздухообменных каналов, они должны полностью перекрывать каналы. Дверь камерыдолжна обеспечивать герметичность. Проверяют работоспособность исполнительныхмеханизмов, так же осмотру подлежит психрометр и вентиляторы.
Периодическипроверяется состояние вентиляторного узла, приборов дистанционного контроля иавтоматического регулирования температур и влажности.
5.2Формирование сушильного штабеля пиломатериалов
Формирование сушильногоштабеля осуществляется при помощи лифта‑подъёмника.
При формированиисушильного штабеля необходимо выполнить следующие основные требования:
— штабель должен бытьполногабаритным, т. е. заданных размеров по длине, ширине и высоте (по высотештабель должен быть максимально полногабаритным, во избежание паразитныхпотоков воздуха, протекающих мимо штабеля);
— необрезные доскиукладываются в ряду комлями в разные стороны, попеременно наружными ивнутренними пластями;
– широкиедоски — по краям штабеля, узкие в середину;
– торцыштабеля должны быть выровнены;
— штабель формируетсяиз пиломатериалов одной толщины и одной породы;
— доски низших сортовукладывать на верхние ряды штабеля;
— межрядовые прокладки– калиброванные, размером 25х40мм в ширину штабеля, из здоровой древесиныхвойных пород, влажностью ≤ 18 %;
– расстояниемежду прокладками в ряду по длине штабеля (шаг) для мягких хвойных породрекомендуется равным 20 кратной толщин доски (Ш = 20 Т);
— крайние прокладки –заподлицо с торцами штабеля;
Для загрузки штабеля вкамеру используются подштабельные рельсовые тележки.
5.3Загрузка камер
С участка формированияштабеля штабель транспортируется к камерам при помощи траверсной тележки: слифта штабель перекатывается по рельсам на траверсную тележку, траверснаятележка перемещается до камеры которую предстоит загрузить и перекатывается страверсной тележки по рельсам в камеру.
5.4Прогрев камеры и проведение сушки
После подготовки камерык работе и устранения выявленных неисправностей постепенно прогревают камеру,включают вентиляторы.
Первая технологическаяоперация после загрузки камеры – начальная влаготеплообработка (прогрев)древесины. Для создания необходимой температурно-влажностной среды в камеруподают теплоноситель, по необходимости открывают вентиль увлажнительной трубы.Воздухообменные каналы камеры в это время закрыты. Продолжительность прогревахвойных п/м в пределах 1,5 – 2,0 часа на каждый см толщины доски.
5.5Режимные параметры сушки
После прогрева задаютсярежимные параметры сушки путем снижения температуры по сухому и увеличениюразницы между сухим и смоченным термометрам. Для этого нужно перекрыть вентилиподачи на увлажнительную трубу и приоткрыть заслонки воздухообменных каналов,чтобы выбросить из камеры часть влажного воздуха и подать в камеру свежийвоздух. Эту операцию продолжать до установления нужных значений (показателей)сухого и смоченного термометров согласно режиму сушки.
Режим сушки выбираетсяв зависимости от породы и сечения пиломатериала согласно ГОСТ 19773-84.
Для снятия напряжений вдревесине, возникающих в процессе сушки может проводиться промежуточная иконечная влаготеплообработки. При этом температуру среды в камере держат ≈на 80 С выше режимной. Степень насыщенности воздуха паром должнабыть не ниже 95%.
Окончание сушки. Послевлаготеплообработки пиломатериалы выдерживают в течение 2 – 3 часов припараметрах последней ступени режима для подсушки поверхностного слоев.
Затем прекращаетсяподача воды в калориферы, отключается вентилятор и п/м охлаждают до 30 0С,при этом открыты приточно-вытяжные каналы, а затем приоткрывают и двери камеры.Время охлаждения в пределах 1 часа на каждый см толщины материала.
Из камеры неохлажденныйштабель пиломатериалов выкатывать запрещается!
Высушенный пиломатериалдолжен храниться только в отапливаемом помещении. Для этого в цехе предусмотренучасток складирования сухих пиломатериалов.
Высушенный пиломатериалвыкатывается на рельсовые пути из камеры при помощи лебедки на траверснойтележке и трособлочной системы, затем пакеты пиломатериалов при помощитраверсной тележки транспортируются на участок складирования сухихпиломатериалов.
Для хранения надлительный срок пиломатериал перекладывают в плотные пакеты и торцы прикрывают.Эту операцию можно производить при помощи лифта.
Транспортировка пакетовсухих пиломатериалов на дальнейшую обработку производится при помощи траверснойтележки.
Списоклитературы
1Лесосушильные камеры: Метод. указания/ Е.В. Воронцов, В.В. Сергеев, Ю.И.Тракало. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГЛТУ, 2004. – 32 с.
2Технологический расчет сушильных камер периодического и непрерывного действиядля пиломатериалов с использованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И.Тракало, Ю.М. Ошурков. – Екатеринбург: РИО УГЛТА, 2001. – 48.
3Тепловой расчет лесосушильных камер периодического и непрерывного действия сиспользованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И. Тракало. –Екатеринбург: РИО УГЛТА, 1996. – 48.
4Гидротермическая обработка древесины. Аэродинамический расчет сушильных камерпериодического и непрерывного действия/ В.Г. Кротов, Ю.М. Ошурков. –Свердловск: РИО УЛТИ, 1991. – 32 с.
5Шубин Г.С., Меркушев И.М. Проектирование лесосушильных камер. Учебное пособиепо курсовому и дипломному проектированию по специальности 260200 «Технологиядеревообработки». – М.: МГУЛ. 2002. – 100 с.
6Кречетов И.В. Сушка древесины. Изд-е 4-е перераб. и дополн. – М.: 1977 – 496 с.