Применение СВЧ-сушильных установок малой мощности для сушки древесины

Сегодня представлено множество технологий строительства деревянных домов. Для деревянного домостроения, актуальна проблема сушки оцилиндрованных бревен и пиломатериалов. Разработка методов сушки древесины проводятся как у нас в стране, так и за рубежом. Цель — снижение энергозатрат на сушку 1 кубометра древесины, уменьшение времени сушки и сохранение высокого качества пиломатериалов.

Сейчас до 95 % бревен сушатся естественным способом на открытом воздухе (атмосферная сушка). Процесс сушки по такой технологии продолжается до 2 лет и сопровождается появлением трещин.

Использование конвективной сушки бревен и пиломатериалов в сушильных камерах значительно сокращает время, но и при этом так же не удается избежать образования трещин и ухудшения внешнего вида пиломатериала.

Неравномерность нагрева древесины в процессе сушки

При этих видах сушки неизбежен температурный градиент, перепад температур от поверхности в глубину материала, причем тем больший, чем меньше теплопроводность древесины. Уменьшить большой температурный перепад можно за счет увеличения времени термообработки. За счет этого можно избежать перегрева поверхностных слоев обрабатываемого пиломатериала.

С помощью СВЧ излучения можно не только равномерно нагревать древесину по ее объему, но и получать любое заданное распределение температур. Таким образом при СВЧ сушке появляются возможности значительного сокращения сроков технологических процессов.

Конструктивные особенности СВЧ сушильных камер

Современные СВЧ сушильные камеры используют один или несколько СВЧ генераторов. Рекомендуется использовать мощные промышленные магнетроны с рабочей частотой 433 и 915 МГц, с

мощностью 25-100 кВт. При варианте использования в качестве источника СВЧ излучения бытовых магнетронов с мощностью 0,6-0,8 кВт работающих на частоте 2450 МГц можно столкнуться с проблемой малой глубины прогрева, на 12,6 см. Например, при частоте 915 МГц и 433 МГц глубина проникновения равна соответственно 35 см и 70 см.

При сушке пиломатериалов, большое влияние на качество высушенного сырья оказывает сама древесина. При учете индивидуальных особенностей древесины, когда требуется индивидуальный подход к каждому бревну, применение магнетронов малой мощности может иметь преимущества. Основные достоинства магнетронов малой мощности — это возможность работы от однофазной сети 220 V, невысокая стоимость. Использование СВЧ-генераторов данной частоты разрешено во всех странах мира. Кроме того, применение конструктивно простых магнетронов, существенно удешевляет эксплуатацию и возможный ремонт сушильной СВЧ-установки.

Эксперименты сушки пиломатериалов СВЧ генераторами малой мощности

Для установления возможности применения СВЧ генераторов с частотой 2450 МГц для сушки пиломатериалов были проведены экспериментальные исследования. Одной из задач проведения опыта было исследование характера распределения влажностных полей в древесине в зависимости от температуры сушки и степени проникновения СВЧ волн в древесину.

Полученные результаты подтверждают возможность эффективного

проникновения СВЧ энергии в древесину на глубину 11-12 см при использовании генераторов СВЧ излучения, работающих на частоте 2450 МГц.

Опытные данные свидетельствуют о наличии положительного градиента температуры в пиломатериале. Во внутренней части бревна аккумулируется большая часть выделяемого тепла. Распределение температуры по длине образца имеет относительно равномерный характер. Об этом свидетельствует одинаковая величина влажности во внутренней части материала независимо от оси излучения СВЧ генератора на рассматриваемом участке.

При удалении от оси излучения СВЧ генератора происходит заметное снижение интенсивности поглощения тепла поверхностью пиломатериала. Таким образом очевидна возможность применения СВЧ излучения малой мощности работающих на частоте 2450 МГц даже при одностороннем нагреве пиломатериала с линейным размером до 12-16 см. При этом конечная влажность древесины около 15-16 %, соответствует заданной.

Технологические особенности при сушке древесины в СВЧ установках

Следует отметить, что вследствие большого значения перепада температуры в древесине присутствует существенный градиент влажности по сечению. Так при влажности внутри древесины 2-4 %, поверхностная влажность составит 28-30 %. Наличие такого большого перепада влажности отрицательно влияет на качество. Сушить древесину при температуре 125 ºС нецелесообразно. Это приводит к снижению физико-механических свойств пиломатериалов и значительному увеличению энергопотребления сушильной установки. В связи с этим проводились исследования по возможности снижения температуры пиломатериалов в процессе сушки.

Защита торцов от растрескивания в СВЧ камере

В промышленности наибольшее количество брака происходит по причине растрескивания торцов древесины. Одним из вариантов защиты торцов от трещин является удаление их из зоны сушки от СВЧ энергии. При этом отмечается резкое замедление процесса сушки в этой зоне. Средняя влажность по сечению составила 61,3 %, а перепад около 80 %. Такое неравномерное распределение влажности по длине заготовки негативно сказывается на качестве высушиваемой древесины.

Для устранения резкого перепада влажности в древесине проводится дополнительная тепловая обработка при пониженной температуре с целью выравнивания влажности по длине заготовки.

Распределение влаги по древесине

Изучение распределения воды по продольному и поперечному сечению в древесине в процессе СВЧ сушки показывает, что в древесине преобладает перенос влаги в радиальном направлении.

Еще одна серия экспериментов по сушке в СВЧ установке была проведена с древесиной сосны. Температура в центре материала поддерживалась в интервале 105-110 ºС. Для получения точной информации по распределению влажности по объему древесины наблюдения проводились в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Анализ зависимостей распределения влажности в материале, как на оси СВЧ излучения, так и на удалении в 250 мм показывает, что при снижении температуры наблюдается меньший перепад влажности по оси СВЧ генератора.

Достижение равномерной сушки древесины в СВЧ поле

В плоскости перпендикулярной оси СВЧ генератора перепад влажности больше и составляет около 36-38 %. При этом в центральной части материала влажность распределена равномерно. В периферийной части заготовки наблюдалось увеличение влажности на 10 % по оси СВЧ излучения и на 15 % в перпендикулярной плоскости. Подобное неравномерное распределение влажности по сечению древесины можно объяснить конструктивными особенностями волновода.

В горизонтальной плоскости расширение СВЧ волновода больше, чем в вертикальной, что способствует более оптимальному прогреву бревна по длине.

Для равномерного нагрева бревен диаметра более 20 сантиметров необходимо обеспечить равномерный СВЧ нагрев по всему сечению. Это можно выполнить вращением материала в сушильной СВЧ камере. Для уменьшения перепада влажности по сечению бревна, была уменьшена температура до 90 ºС. Это позволило уменьшить аккумулирование тепла в центральной части бревна.

Анализ зависимостей распределения влаги по радиусу бревна показывает, что в результате периодического вращения бревна удалось достичь более равномерного распределения тепла в древесине. Особенно заметный эффект от вращения отмечается на некотором удалении от оси СВЧ генератора, где величина перепада влажности уменьшилась почти в два раза.

Борьба с пересушиванием внутренней части бревна

Понижение температуры в центре древесины позволило исключить пересушивание внутренней части материала. Средняя конечная влажность древесины соответствовала 18-20 % влажности. На момент окончания сушки на поверхности пиломатериалов отсутствовали трещины.

По причинам недостаточно точных расчетов возможны локальные перегревы высушиваемого материала и возгорание древесины даже при малых удельных мощностях.

Падающая на материал СВЧ-волна не только поглощается древесиной, но и образует поверхностные волны. Они распространяются вдоль бревен, что приводит к концентрации СВЧ-энергии в определенных точках сушильной камеры и перегреву древесины.

При неподвижной сушке материала невозможно увеличить удельную мощность до расчетного уровня, что приводит к увеличению срока сушки древесины и, соответственно, к увеличению затрат энергии на сушку.

Периодическое вращение древесины в процессе сушки позволяет существенно уменьшить негативное влияние упрощенной конструкции сушильной установки на распространение СВЧ энергии в сушильной системе. По всей длине высушиваемых заготовок не было отмечено участков с резким локальным перегревом древесины.

Наши контакты

Раб. тел/факс: (812) 493-20-71
Электронная почта: info@vritm.ru
Открыть контакты и реквизиты компании