Реконструкция установки для сушки древесины
Содержание Введение 1. Основные сведения 2. Технологический расчет 3. Тепловой расчёт 4. Аэродинамический расчет 5. Описание технологического процесса Список литературы Введение Сушка древесины относится к одному из важнейших процессов тех-нологии деревообработки, направленных на повышение качества и долговечности изделий из нее. Из-за применения недосушенной или некачественно просушенной древесины народное хозяйство несет большие убытки. Основным средством увеличения объемов подвергаемых сушке пиломатериалов и улучшения качества сушки является строительство новых и реконструкция устаревших сушилок. Практически все установки в качестве источника тепла имеют паровой калорифер. Пар, подаваемый в теплообменники и используемый для начального прогрева древесины, а также для промежуточных и конечных влаготеплообработок, имеет одну природу: это сухой насыщенный пар различного давления с температурой до 155с. Однако в настоящее время на большинстве предприятий лесного комплекса в основном используются водогрейные котлы низкого давления, укомплектованные топками, в которых сжигаются древесные отходы различного вида, и практически нет технологического пара для целей сушки. Сушка в таких предприятиях ведется только по мягким режимам, влаготеплооработка, как правило, не проводится. В связи с этим вопросы рационального проектирования, выбора наиболее целесообразных способов сушки, разработки более совершенных технологических и конструктивных схем камер приобретают особую актуальность. 1. Основные сведения Лесосушильная камера типа ИнтерУРАЛ была разработана в 1991г., учитывая преимущества созданной ранее камеры УРАЛ-72, а также прошла всесторонние испытания, как на стенде, так и в промышленных условиях. Идея и универсальность установки заключалась в том, что, имея однотипный корпус, вентилятор и систему автоматики, она отличалась внутри данного класса установок только конструкцией источника тепла. Его конструктивные особенности, в свою очередь, отличались друг от друга применяемым видом теплоносителя. Дополнительно, с целью получения пиломатериала наивысшего качества в конструкции камеры были использованы все достижения уральских разработок по аэродинамике равномерной раздачи сушильного агента по штабелю пиломатериалов. Для упрощения конструкции и технологии изготовления в камерах исключено реверсирование потока воздуха по штабелю. При обозначении типов камер 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 для побуждения движения воздуха стоит роторный цен-тробежный вентилятор, конструкции проф. Микита Э.А., унифицированный, с радиальными лопатками (для повышения надежности и долговечности его частота вращения n=250-270 об/мин). Корпус сушильных камер конструкции «ИУ» состоит из металличе-ских панелей (типа «сэндвич») с теплоизоляцией из минераловатных материалов. Внутренняя обшивка камер выполнена из нержавеющей стали, наружная - из профильного оцинкованного стального листа. Монтаж корпуса камеры осуществляется непосредственно у заказчика, на месте эксплуатации. Камеры отличаются друг от друга, как это отмечалось выше, только источником тепла: в паровых и водяных (ИУ - 1гв) - это компактные биметаллические калориферы. Технологические показатели камеры ИУ - 1гв. Габаритные размеры штабеля, м 6,6х1,8х2,6 Число штабелей, шт 1 Вместимость камеры 14,7 Годовая производительность, м3 1000 Побудитель циркуляции центробежный вентилятор№20 Производительность вентилятора, тыс.м3/ч 72,0 Установленная мощность электродвигателей, кВт 11,0 Скорость воздуха в штабеле, м/с 2,3 Тепловое оборудование БМК Источник тепла горячая вода Масса, т 7,8 2. Технологический расчет 2.1 Пересчёт объёма фактического материала в объём условного материала Для учёта и сопоставления фактической производительности камер с плановой, а также для составления производственных программ лесосушильных цехов установлена учётная и плановая единица - кубический метр условного пиломатериала. Условному материалу эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1000 мм, высушенные по II категории качества от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%. Объём высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Ф пересчитывается в объём материала У (м3 усл.) по формуле: У=Ф об.усл об.ф / об.услоб.ф, (2.1) где Ф - объём фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера и породы (задаётся в спецификации), м3; об.усл - коэффициент объёмного заполнения штабеля условным пиломатериалом; об.ф - продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток; об.усл - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток; об.ф - коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим материалом. Кп=об.усл/об.усл, (2.2) где Кп - пересчётный коэффициент. У=ФКпоб.ф/об.ф, (2.3) Определение продолжительности сушки в камере периодического действия. Общая продолжительность сушки, включая прогрев и влагообработку, находится по формуле: =исх. АрАцАвАкАд + заг, (2.4) где исх. - исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы и размеров низкотемпературным режимом от начальной влажности 60% до конечной влажности 12% в камерах с реверсивной циркуляцией средней интенсивности (расчётная скорость сушильного агента по материалу 2 м/с), ч; заг - время на загрузку и выгрузку штабелей из камеры, равную 0.1 суток или 2.4 часа; Ар; Ац; Ав; Ак; Ад - коэффициенты, учитывающие категорию режима Ар; интенсивность циркуляции Ац; начальную и конечную влажность Ав; качество сушки Ак; длину материала Ад. Таблица 2.1 - Определение продолжительности сушки пиломатериалов Таблица 2.2 - Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала. 2.2 Определение производительности камер в условном материале Пу=335 Кп Г, м3усл/год, (2.5) где Пу - годовая производительность в условном материале, м3усл/год; Кп - пересчётный коэффициент; Г - габаритный объём штабелей, м3 Г=nlbh , м3, (2.6) где n - число штабелей в камере, l, b, h - соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м. Пу=3350.065(6.61.82.6)=672,6 м3усл/год. 2.3 Определение необходимого количества камер Необходимое количество камер для выполнения заданной программы определяется по формуле: Пкам=У/Пу, (2.7) где У - общий объём условного материала, подсчитанный по формуле: У=У1+У2+…+Уn (2.8) Пу - годовая производительность одной камеры в условном материале, подсчитанная по формуле: Пкам=9429,77/672,6=14 шт. Принимаем 20 камер типа ИУ_1гв. 2.2 Тепловой расчёт Выбор расчетного пиломатериала. За расчётный материал в практике проектирования лесосушильных камер выбирается наиболее быстросохнущий пиломатериал. Тепловое оборудование, рассчитанное по быстросохнущему пиломатериалу, надёжно обеспечит сушку пиломатериалов всех пород и сечений. Выбираем из нашей спецификации пиломатериалов, подлежащих сушке, хвойные доски (сосна), сечением 25х150 и длиной 6500 мм. 2.2.1 Определение массы испаряемой влаги Масса влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, m1м3, кг/м3 , (2.9) где - базисная плотность расчетного пиломатериала, кг/м3, определяется из таблицы 1 [5]; Wн, Wк - начальная и конечная влажность древесины, %. Масса влаги, испаряемой за время одного оборота сушильной камеры, mоб.кам., кг/об. mоб.кам. = m1м3Е=2528,3=2091,6 кг/об. (2.10) Е= Гвф=6,51,820,356=8,3 м3, (2.11) где Е - емкость камеры, м3; Г - габаритный объем всех штабелей, загружаемых в камеру, м3; вф - коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным пиломатериалом. Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с, , (2.12) где суш.ф. - общая продолжительность сушки, ч. с.ф = с - (п + кон.ВТО) = 121,5 - (3,75 + 2) = 115,75ч, (2.13) где с - продолжительность сушки расчетного материала, ч; п - продолжительность начального прогрева материала, ч, (по 1,5 часа на каждый сантиметр толщины, т.е. 3,75 ч.); кон.ВТО - продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч, (2часа). Расчетная масса испаряемой влаги, кг/с Мр=Мс ч, (2.14) где ч - коэффициент неравномерной скорости сушки. Коэффициент неравномерной скорости сушки рекомендуется прини- мать для камер периодического действия при сушке воздухом при Wк=<12%. Мр=0,0051,3=0,0065 кг/с. 2.2.2 Выбор режима сушки Режимы сушки выбираются в зависимости от породы, толщины и назначения расчетного пиломатериала, требований, предъявленных к качеству сухой древесины. Выбираем II категорию качества - для пиломатериалов и заготовок в столярно-мебельном производстве. Выбираем низкотемпературный режим 2 - М (по ГОСТ 19773-84). Таблица 2.4 - Параметры сушильного агента |
Влажность древесины, % | t,0C | t,0C | | | >35 | 57 | 5 | 0,77 | | 35-25 | 61 | 9 | 0,62 | | <20 | 77 | 25 | 0,29 | | |
2.2.3 Определение параметров агента сушки на входе в штабель При сушке влажным воздухом расчетную температуру t1 и степень насыщения ц1 агента сушки, входящего в штабель, назначают по 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 Vпр1 определяют по Id-диаграмме. t1=61 0С; 1=0,62; d1=99 г/кг; Vпр1=1,12 м3/кг; I1=320 кДж/кг; 1=0,985 кг/м3 . 2.2.4 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки Определение объема циркулирующего агента сушки за одну секунду, м3/с: Vc=VштFж.сеч.шт=2,05,85=11,7 м3/с, (2.15) где Vшт - расчетная скорость циркуляции по штабелю, м/с; Fж.сеч.шт - живое сечение штабеля, м2. Fж.сеч.шт= n1lштhшт (1-вв)=16,51,8(1-0,5)=5,85 м2, (2.16) где n1- количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, идущему в 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 циркулирующего агента сушки mц на 1 кг. испаряемой влаги. При сушке влажным воздухом, кг/кг исп. влаги: (2.18) где V1 - приведенный удельный объем влажного воздуха, определяемый по Id- диаграмме, м3/кг. 2.2.5 Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля Параметры отработавшего агента сушки (влажного воздуха) на выходе из штабеля. Для расчетов процесса сушки необходимо знать не только параметры входящего в штабель сушильного агента, но и параметры его на выходе из штабеля: t2, ц2, d2, I2, с2, V2. При сушке воздухом влагосодержание, г/кг, (2.19) Параметры t2, ц2 определяют после построения процесса сушки на Id-диаграмме. При теоретическом построении процесса испарения влаги теплосодержание воздуха I2 на выходе из штабеля принимают равным теплосодержанию I1 воздуха, входящего в штабель, т.е. I2=I1. Приведенный удельный объем V2 и плотность с2 выходящего из штабеля отработавшего агента сушки принимают равными объему V1 и плотности с1 входящего в штабель агента сушки, т.е. V2=V1, с2= с1. I1 = I2 = 320 кДж/кг; V2=V1=1,12 м3/кг; с2= с1=0,985 кг/м3 . t2 = 59 0C; 1=0,7; Уточнение объема и массы 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) 2.2.6 Определение объема свежего воздуха и отработавшего агента сушки, удаляемого из камеры Масса свежего воздуха и отработавшего 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 свежего воздуха 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 11,430,87=0,065 м3/с (2.23) где Vo.пр - приведенный удельный объем свежего воздуха. При температуре to=20oC, Vo=0,87 м3/кг. Объем отработавшего агента сушки, выбрасываемого из камеры, м3/с: Vотр.=МрmoV2=0,006511,431,12=0,08 м3/с (2.24) где V2 - удельный объем отработавшего агента сушки, принимаемый равным V1, м3/кг. Площадь поперечного сечения вытяжного канала: fкан = Vотр/vкан = 0,08/2 = 0,04 м2 (2.25) где vкан - скорость движения отработавшего агента сушки. Площадь поперечного сечения приточного канала: fкан = Vо/vкан = 0,065/2 = 0,0325 м2 (2.26) 2.2.7 Определение расхода тепла на сушку древесины Расход тепла на сушку определяют отдельно для зимних и среднегодовых условий эксплуатации сушильных камер. По зимнему расходу тепла ведется расчет тепловой мощности камер. По расходу тепла в среднегодовых условиях определяется потребность пара на производственную программу и на 1 м3 высушиваемых фактического и условного пиломатериалов, т.е. определяются исходные данные для экономических расчетов, в частности для составления калькуляции себестоимости сушки пиломатериалов. При сушке древесины тепло в основном расходуется на начальный прогрев пиломатериалов, испарении влаги и на потери через ограждения камеры. Расход тепла на начальный прогрев 1 м3 древесины Qнагр.1м3. В зимних условиях тепло при нагревании пиломатериалов расходуется на нагревание древесной массы в области отрицательных и положительных температур и на оттаивание замерзшей влаги. Для зимних условий расход 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 на рис.2 [5]; сусл- базисная плотность древесины, выбирается по табл. 1, кг/м3 [5]; Wн - начальная влажность древесины, %; Wг.ж - влажность гигроскопически жидкой влаги [3], рис.1; С(+), С(-) - удельная теплоемкость древесины соответственно при положительной и отрицательно температуре, рис. 3 [5]; tкам- температура древесины при ее нагреве, оС; при сушке в среде влажного воздуха принимается на 5оС выше температуры tс по первой ступени режима; tоз- начальная температура древесины, принимается по табл.11[5]; При определении удельной теплоемкости древесины для С(-) принимают, оС: tср.(-)= (2.28) тогда C(-)=2,1 кДж/кгоС, tср.(+)= (2.29) тогда C(+)=2,8 кДж/кгоС, Для среднегодовых условий, когда tс.г.>0 оС, расход тепла Qнагр.1м3 определяется по формуле: Qнагр.1м3=сС(+)(tкам.-tс.г.)=6502,8 (62-0,8)=111384 кДж/м3 (2.30) В этом случае среднеарифметическая температура для определения по рис. 3 [5] удельной теплоемкости С(+) подсчитывается как полусумма двух температур, оС: tср=, (2.31) тогда C(+)=2,8кДж/кгоС. Расход тепла на нагревание древесины Qнагр в секунду. Секундный расход тепла подсчитывается для зимних и среднегодовых условий, кВт: Qнагр.=, (2.32) где фнагр- продолжительность нагревания древесины, ч; ориентировочно принимают для пиломатериалов мягких хвойных пород на каждый сантиметр толщины 1ч, а зимой 2ч. Для зимних: Qнагр=, Для среднегодовых: Qнагр=. Удельный расход тепла qнагр на нагревание древесины, приведенный к 1 кг. испаряемой влаги, кДж/кг.исп.влаги: Для зимних условий: qнагр = (2.33) Для среднегодовых: qнагр = Расход тепла на испарение влаги. При сушке в паровоздушной 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 tм первой ступени режима. Общий расход тепла на испарение влаги Qисп в секунду, кВт Qисп.=qиспМр=2892,60,0065=18,8 кВт (2.35) 2.2.8 Расчет теплопотерь через ограждения камеры Потери тепла в секунду через 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 будут находится в отапливаемом помещении, то tнар=15оС. Коэффициент теплопередачи для многослойных ограждений необходимо рассчитать по формуле, Вт/м3град: k= (2.37) где бвн - коэффициент для внутренней поверхности ограждения, при сушке в паровоздушной среде бвн=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. Коэффициент теплопередачи пола kпол принимают равным 0,5k наружной стены. kпол=0,5kнар.ст (2.38) За охлаждающую поверхность пола принимают полосу шириной 1 м вдоль наружной стены. Для того чтобы исключить 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 камеры |
Ограждения | Формула | Площадь, м2 | | Боковая наружняя стена | Fбок.ст=LH | 8,32,2 = 18,26 | | Торцовая задняя стена | Fт.ст = BH | 2,22,8 = 6,16 | | Торцовая передняя стена (без площади дверей) | Fт.ст = BH - Fдв | 2,22,8 - 4,4 = 1,76 | | Потолок | Fпот = LB | 8,32,8 = 23,24 | | Пол | Fпол=L+ 2(B-1) | 8,3+ 2(2,8 - 1) = 11,9 | | Дверь | Fдв = bh | 2,22,0= 4,4 | | |
где L - длина боковой стены, м (8,3); H, B - соответственно высота и ширина камеры, м(2,2; 2,8); h, b - соответственно высота и ширина двери, м (2,2; 2,0). Удельный расход тепла на потери через ограждения камеры, кДж/кг.исп.влаги: gогр= ?Qогр/Мс=3,22/0,004=805,0 кДж/кг.исп.влаги (2.39) Суммарный удельный расход тепла на сушку древесины. Подсчитывают для среднегодовых условий: gсуш.=(gнагр.+gисп.+gогр.)с1, (2.40) где с1 - коэффициент, учитывающий неизбежные потери на нагревание ограждений и конструкций камеры, транспортных средств; утечку через не плотности и вынос тепла штабелем после его сушки и др., с1=1.3. gсуш =(525,39+2892,6+805,0)1,3=5489,9кДж/кг.исп.влаги 2.2.9 Выбор типа и расчет теплоотдающей площади калорифера Подбор типа калорифера. В качестве источника тепла в лесосушильной камере ИУ-1гв использованы биметаллические водяные калориферы. Тепловая мощность калорифера. Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимних условиях по формуле: Qк=(Qисп + Qогр)с2, (2.41) где Qисп - расход тепла на испарение влаги, кВт; Qогр - теплопотери через ограждения камеры в зимних условиях, кВт; с2 - коэффициент запаса на неучтенный расход, на возможное ухудшение теплоотдачи калорифера в процессе эксплуатации по причине, например, загрязнения, с2=1.1 - 1.3 Qк=(18,8 + 3,22)х1,2=26,4кВт Расчет поверхности нагрева калорифера. Fк=1000 Qк с3/кк(tт - tс) = 100026,41,2/21,35(84-61)=64,5 м2 , (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 сечение калорифера: 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 сушки через калорифер: vк = Vц/ Fж.сеч.кал =11,7 /2,5 = 4,68 м/с. (2.44) Коэффициент теплопередачи калорифера: k = 10,2 vк 0,48 = 21,39 Вт/(м2х0С). (2.45) Количество калориферов из 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 1 биметаллический водяной калорифер КСк3-12 . 2.2.10 Определение расхода воды Расход воды на одну сушильную камеру Dг.в = Qk /cв в t = 26,4/4,1994515 = 0, 0004 м3/сек или 1,44 м3/час, (2.47) где Qk - тепловая мощность калорифера, кВт; св - теплоемкость воды, в - плотность воды, кг/м3; t - разница между температурой воды на входе к калорифер и на выходе из калорифера. 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 в горячей воде: Dг = 33524nDг.в = 3352451,44 = 5,78104 м3 (2.49) где 24- число часов в сутках; 335 - число рабочих дней в году; n - число камер, в которых идет сушка. 2.2.11 Определение диаметров трубопроводов Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262 - 72 “Трубы стальные водопроводные” (условный проход 6. 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 90, 100, 125, 150 мм). Диаметр магистрального трубопровода, м: dмаг= 1,27Рцех/3600вVв, (2.50) где в - плотность воды, кг/м3; Рцех - расход воды на сушильный цех, м3/час; Vв - скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с. Рцех =nкамDг.в , (2.51) Рцех = 201,44=28,8 м3/час; dмаг= 1,2728,8/36009450,001 =0,098м Принимаем трубу 100х2.8 ГОСТ 3262 - 75. Диаметр трубы (отвода) к коллектору камеры, м: dк= 1,27 Dг.в/3600вVв, (2.52) Vв - скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с. dк=1,271,44/36009450,001=0,022м Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 - 75. Диаметр трубы к калориферу камеры, м dк=1,27Рв/3600в Vв, (2.53) где Рв - расход воды на сушку, м3/ч; dк=1,27210-4/36009450,001 =0,00026м Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 - 75 Диаметр увлажнительных труб для установки форсунок, м. dувл = 1,27Рк.пр /3600рнVв, (2.54) где Vв - скорость движения воды, принимаем 50 м/с. dувл=1.27282,8/36001,1350 = 0,031м Принимаем трубу 12,5х2.8 ГОСТ 3262 - 75 4. Аэродинамический расчет 4.1 Общая часть Основными задачами аэродинамического расчета установок для сушки пиломатериалов являются: выбор типа, размеров и количества вентиляторов требуемой производительности, определение числа оборотов вентиляторов и необходимой мощности двигателей для их привода, а также количества потребляемой электроэнергии. Выбор вентиляторов и их параметров производится по индивидуальным или обобщенным аэродинамическим характеристикам 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 и динамического напоров: Н в= Нст + Нд (4.1) Статический напор Нст равен сумме сопротивлений всех последовательных участков ?hi на пути движения агента сушки в камере: n Нст=??hi, или (4.2) i n сi щi2 еi lu Нст=? ________ ( _______ + жi), Па (4.3) i 2 f где на данном i-ом участке 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 Нст необходимо составить схему контура циркуляции агента сушки в камере, разбив его на характерные расчетные участки местных сопротивлений. Скорость движения воздуха 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 циркуляции агента сушки по камере ИУ_1гв Таблица 4.1 Участки циркуляции воздуха в камере |
Номер 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 | | |
4.2 Определение скорости циркуляции агента сушки по каждому участку. Для определения сопротивления каждого участка Дhi необходимо знать скорость агента сушки щi на 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 в камерах; nв - число вентиляторов, работающих на рассчитываемый объем агента сушки. В нашем случае nв= 1. f1=((3,141,92)/4) 1=2,83 м2 Участки 2,4,8,10,11. Поворот под углом 90о: f2= f4=f8=f10=f11=0,5Н=0,53=1,5м2 где Н - высота камеры, м. Участок 3,9. Прямые газоходы: Сопротивление на этих участках можно не считать, т.к. из-за их незначительной длины, сопротивление потоку ничтожно мало. Участок 5. Внезапное сужение 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)=8,58 м2 f5 =Fж.сеч.шт=8,58м2 Участок 6. Штабель: f6= Fж.сеч.шт=8,58м2 Участок 7. Внезапное расширение потока агента сушки (выход из штабеля): f7=Fж.сеч.шт= 8,58м Участок 12. Калорифер из биметаллических труб. f12= Fж.сеч.кал =2,5 м2 4.4 Выбор вентилятора Серийные вентиляторы подбираются по аэродинамическим характеристикам: индивидуальным, групповым и безразмерным. В нашем случае циркуляция агента сушки осуществляется низкочастотными центробежными вентиляторами с радиальными лопатками специального изготовления конструкции проф. Микита Э.А., ЛатНИИЛХП. Эти вентиляторы хорошо зарекомендовали себя при горизонтально_поперечной циркуляции сушильного агента в камерах типа ИУ. Выбираем вентилятор Ц9-57 №8 с диаметром вентилятора 2000 мм, числом оборотов nв=900 об/мин, КПД=0,75. 4.5 Определение мощности и выбор электродвигателя Мощность, потребляемая вентилятором, подсчитывается в зависимости от давления Нв, Па и производительности Vв, м3/с где зв - КПД вентилятора по аэродинамической характеристике; зп - КПД передачи, равный 0,95 при клиноременной передаче. Vв= Vс/n=19,734/1=19,734 м3/с 489 •19,734 Установленная мощность электродвигателя: Nуст=kNв=1,113,5=14,9кВт (4.8) где k - коэффициент запаса мощности, k=1,1 Выбираем электродвигатель 4А160М6У3, мощностью 15 кВт, с числом оборотов - 1000 мин-1. 4.6 Расчет приточно-вытяжных каналов Площадь поперечного сечения 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=0,0445 м2 Площадь поперечного сечения вытяжного канала: fвыт.к.=Vотр/ щк, м2, где Vотр - объем отработавшего воздуха. fвыт.к=0,113/2=0,0565 м2. 5. Описание технологического процесса Технологический процесс сушки пиломатериалов в камерах периодического действия включает следующие этапы (операции): 1. Подготовка камеры к работе. 2. Формирование сушильного штабеля пиломатериалов. 3. Загрузка камеры (закатка штабеля или штабелей). 4. Прогрев камеры и проведение собственно сушки по заданному режиму. 5. Проведение влаготеплообработок. 6. Кондиционирование пиломатериалов (при необходимости). 7. Охлаждение материала и выкатка штабеля. 5.1 Подготовка камеры к работе Подготовка камеры заключается в очистке ее от мусора и проверке исправного состояния оборудования. Проверяют шибера воздухообменных каналов, они должны полностью перекрывать каналы. Дверь камеры должна обеспечивать герметичность. Проверяют работоспособность исполнительных механизмов, так же осмотру подлежит психрометр и вентиляторы. Периодически проверяется состояние вентиляторного узла, приборов дистанционного контроля и автоматического регулирования температур и влажности. 5.2 Формирование сушильного штабеля пиломатериалов Формирование сушильного штабеля осуществляется при помощи лифта_подъёмника. При формировании сушильного штабеля необходимо выполнить следующие основные требования: - штабель должен быть полногабаритным, т. е. заданных размеров по длине, ширине и высоте (по высоте штабель должен быть максимально полногабаритным, во избежание паразитных потоков воздуха, протекающих мимо штабеля); - необрезные доски укладываются в ряду комлями в разные стороны, попеременно наружными и внутренними пластями; широкие доски - по краям штабеля, узкие в середину; торцы штабеля должны быть выровнены; - штабель формируется из пиломатериалов одной толщины и одной породы; - доски низших сортов укладывать на верхние ряды штабеля; - межрядовые прокладки - калиброванные, размером 25х40мм в ширину штабеля, из здоровой древесины хвойных пород, влажностью ? 18 %; расстояние между прокладками в ряду по длине штабеля (шаг) для мягких хвойных пород рекомендуется равным 20 кратной толщин доски (Ш = 20 Т); - крайние прокладки - заподлицо с торцами штабеля; Для загрузки штабеля в камеру используются подштабельные рельсовые тележки. 5.3 Загрузка камер С участка формирования штабеля штабель транспортируется к камерам при помощи траверсной тележки: с лифта штабель перекатывается по рельсам на траверсную тележку, траверсная тележка перемещается до камеры которую предстоит загрузить и перекатывается с траверсной тележки по рельсам в камеру. 5.4 Прогрев камеры и проведение сушки После подготовки камеры к работе и устранения выявленных неисправностей постепенно прогревают камеру, включают вентиляторы. Первая технологическая операция после загрузки камеры - начальная влаготеплообработка (прогрев) древесины. Для создания необходимой температурно-влажностной среды в камеру подают теплоноситель, по необходимости открывают вентиль увлажнительной трубы. Воздухообменные каналы камеры в это время закрыты. Продолжительность прогрева хвойных п/м в пределах 1,5 - 2,0 часа на каждый см толщины доски. 5.5 Режимные параметры сушки После прогрева задаются режимные параметры сушки путем снижения температуры по сухому и увеличению разницы между сухим и смоченным термометрам. Для этого нужно перекрыть вентили подачи на увлажнительную трубу и приоткрыть заслонки воздухообменных каналов, чтобы выбросить из камеры часть влажного воздуха и подать в камеру свежий воздух. Эту операцию продолжать до установления нужных значений (показателей) сухого и смоченного термометров согласно режиму сушки. Режим сушки выбирается в зависимости от породы и сечения пиломатериала согласно ГОСТ 19773-84. Для снятия напряжений в древесине, возникающих в процессе сушки может проводиться промежуточная и конечная влаготеплообработки. При этом температуру среды в камере держат ? на 80 С выше режимной. Степень насыщенности воздуха паром должна быть не ниже 95%. Окончание сушки. После влаготеплообработки пиломатериалы выдерживают в течение 2 - 3 часов при параметрах последней ступени режима для подсушки поверхностного слоев. Затем прекращается подача 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 неохлажденный штабель пиломатериалов выкатывать запрещается! Высушенный пиломатериал должен храниться только в отапливаемом помещении. Для этого в цехе предусмотрен участок складирования сухих пиломатериалов. Высушенный пиломатериал выкатывается на рельсовые пути из камеры при помощи лебедки на траверсной тележке и трособлочной системы, затем пакеты пиломатериалов при помощи траверсной тележки транспортируются на участок складирования сухих пиломатериалов. Для хранения на длительный срок пиломатериал перекладывают в плотные пакеты и торцы прикрывают. Эту операцию можно производить при помощи лифта. Транспортировка пакетов сухих пиломатериалов на дальнейшую обработку производится при помощи траверсной тележки. Список литературы 1 Лесосушильные камеры: Метод. указания/ Е.В. Воронцов, В.В. Сергеев, Ю.И. Тракало. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГЛТУ, 2004. - 32 с. 2 Технологический расчет сушильных камер периодического и непрерывного действия для пиломатериалов с использованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И. Тракало, Ю.М. Ошурков. - Екатеринбург: РИО УГЛТА, 2001. - 48. 3 Тепловой расчет лесосушильных камер периодического и непрерывного действия с использованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И. Тракало. - Екатеринбург: РИО УГЛТА, 1996. - 48. 4 Гидротермическая обработка древесины. Аэродинамический расчет сушильных камер периодического и непрерывного действия/ В.Г. Кротов, Ю.М. Ошурков. - Свердловск: РИО УЛТИ, 1991. - 32 с. 5 Шубин Г.С., Меркушев И.М. Проектирование лесосушильных камер. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию по специальности 260200 «Технология деревообработки». - М.: МГУЛ. 2002. - 100 с. 6 Кречетов И.В. Сушка древесины. Изд-е 4-е перераб. и дополн. - М.: 1977 - 496 с.
|