Подготовка пиломатериала к сушке страница

Проведение цикла сушки страница

Основные технологические требования

к проведению каждой операции (фазы) страница

Подготовка древесины к сушке страница

Режимы отдельных операций страница

1. Нагрев страница

2. Сушка страница

3. Выравнивание страница

4. Кондиционирование страница

5. Охлаждение страница

6. Стерилизация от грибков страница

7. Стерилизация от насекомых страница

8. Повторное кондиционирование древесины

после коллапса страница

9. Управление исполнительными механизмами страница

Реверсирование циркуляции страница

Уменьшение скорости циркуляции воздуха страница

Устройство сушильной камеры страница Автоматическое управление страница Продолжительность сушки страница

Измерения и вычисления страница

Влажность древесины (U%) страница

Усушка β и разбухание α страница

Измерение параметров воздуха страница

Справочные рабочие таблицы страница

Приложение страница

Единицы измерения страница

Стр.6

КОНВЕКТИВНЫЕ СУШИЛьные камеры

Основной продукцией фирмы «НАРДИ» являются сушильные камеры для пиломатериалов. В камерах «НАРДИ» используется классический конвективный способ сушки, при котором воздух заданного состояния (с температурой от 40 до максимум 100 С) циркулирует через штабель пиломатериалов по зазорам, образованным прокладочными рейками, уложенными перпендикулярно доскам.

В таких камерах, как, например, базовая модель ЕТR, для изменения состояния воздуха обычно используются следующие процессы:

• Нагревание – путем увеличения подачи в калориферы теплоносителя (перегретой, горячей воды или пара).

• Охлаждение – за счет теплопотерь в окружающую среду при прекращении подачи теплоносителя в калориферы и последующего открытия заслонок приточно-вытяжных каналов, а также открытия дверей по окончании цикла сушки.

• Осушение воздуха – посредством частичного воздухообмена с окружающей средой через приточно-вытяжные каналы и/или путем нагрева.

• Увлажнение – при прекращении воздухообмена и/или подачи насыщенного пара под очень низким давлением, или распылении воды и/или понижении температуры.

Недавно фирма «НАРДИ» начала производство новых сушильных камер с системой прямого нагрева модели ETG. Данная модель оборудована теплогенератором прямого сжигания топлива (древесные отходы, солярка, газ). Нагрев воздуха производится через теплообменники, что исключает прямое попадание топочных газов в сушильную камеру. При таком методе нагрева процесс сушки проходит так же, как и в обычной конвективной сушильной камере.

Управление циклом сушки в камерах «НАРДИ» (регулирование состояния воздуха и ведение процесса) полностью компьютеризировано. Применяются автоматические системы управления разных поколений, отвечающие современным техническим требованиям и учитывающие последние технологические разработки (подробнее об этом будет сказано ниже).

Кроме того, фирма «НАРДИ» производит сушильные камеры модели MD, оснащенные электрокалориферами (для начального нагрева) и холодильной установкой для частичного осушения воздуха (по принципу теплового насоса) и последующего его разогрева. Эту модель сушилок особенно рекомендуется использовать там, где нецелесообразна установка котельной и/или электроэнергия имеет низкую себестоимость.

Для стран с жарким климатом, где температура воздуха не опускается ниже 15 С, разработаны сушильные камеры модели НТ, в которых нет калориферов. Воздух внутри такой камеры нагревается за счет теплоты окружающего воздуха с помощью теплового насоса, при этом постоянно поддерживается функция частичного осушения воздуха. В обоих случаях используется конвективный способ сушки, близкий к процессу в традиционных сушильных камерах.

Другое оборудование «НАРДИ СпА».

Камеры предварительной сушки – представляют собой камеры или закрытые помещения (типа галереи) большой вместимости (500 – 1.500 куб.м. пиломатериала), снабженные оборудованием для низкотемпературной сушки более длинным циклом. В них осуществляется конвективная сушка при постоянном климате, без применения дополнительных операций, до достижения конечного значения влажности около 20-25%.

Высокотемпературные сушильные камеры – это металлические камеры с пониженной вместимостью, предназначенные для сушки древесины при температуре от 100 до 120 С, как правило, в среде перегретого пара.

Пропарочные камеры. – Такие камеры, прежде всего, используются для изменения цвета древесины, а также для получения однородного цвета всей партии материала. Конструкции пропарочных и сушильных камер в целом похожи, однако пропарочные камеры дополнительно снабжены трубами подачи пара (прямой метод пропарки) или теплообменником, помещенным в емкость с водой для создания пара непосредственно внутри камеры (косвенный метод пропарки). Косвенный метод обычно применяется там, где нет источника пара. В этом случае источником тепла для теплообменника является газовая или жидкостная горелка.

Стр.7

HUMITEST – это торговая марка питающихся от батарейки портативных влагомеров, принцип действия которых основан на определении электропроводности древесины. Наличие температурной компенсации исключает влияние температуры древесины на показания влагомера. Порода древесины, относящаяся к одной из 4 групп, устанавливается вручную с помощью переключателя. Влагомеры снабжены двухигольчатыми электродами, которые вводятся в древесину для измерения электрического сопротивления в направлении поперек волокон. Результаты измерения отражаются на цифровом дисплее.

СРЕДА ДЛЯ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ

Воздух

Воздух, имеющий определенный тепловой потенциал, обладает способностью поглощать воду из влажных твердых тел. Этот процесс называется испарением. Кроме того, за счет конвекции теплый воздух нагревает соприкасающийся с ним материал. При традиционной конвективной сушке воздух играет роль сушильного агента.

Собственно воздух представляет собой смесь газов в постоянном соотношении: 21% кислорода, 78% азота и 1% вторичных газов: аргона, двуокись углерода и водорода; данная смесь представляет собой «сухой воздух». Кроме того, смесь обычно содержит водяной пар и в этом случае называется «нормальный воздух».

Как правило, окружающий воздух среды содержит некоторое количество пыли и взвесь частиц вредных веществ.

При постоянном атмосферном давлении смеси воздух–пар увеличение температуры вызывает расширение сухого воздуха и, как следствие, снижение его давление и соответствующее увеличение давление пара. Другими словами: чем выше температура, тем большее количество водяного пара может содержать воздух (Схема 1, Таблица 1).

Воздух, содержащий при данной температуре максимально возможное количества пара, называют «насыщенным», а соответствующее давление пара - «давлением насыщения».

Фактическое содержание водяного пара в воздухе в процентном соотношении к его содержанию в насыщенном воздухе при той же температуре, называется «относительной влажностью воздуха» (UR%). Влажность воздуха меньше 100% означает, что давление пара ниже давления насыщения и, следовательно, воздух может абсорбировать водяной пар из зон, где давление пара выше. Процесс испарения определяется этим соотношением.

Испарение характеризуется поглощением влаги с влажных поверхностей, где давление выше, чем давление пара в ненасыщенном воздухе. Справедливо и обратное заключение: насыщенный воздух не может поглощать избыточное количество пара с влажной поверхности, т.е. не может высушивать. Лист 1, Таблица 1 показывает, что чем ниже относительная влажность и выше температура (Т) воздуха, тем больше воды он может поглотить при испарении. Однако в процессе испарения воздух теряет часть содержащейся в нем теплоты и его Т падает, в то время как UR увеличивается. Когда UR достигает 100%, воздух насыщается и теряет способность абсорбировать влагу.

Из Листа 1 Таблицы 1 (колонка «i») хорошо видно, что воздух содержит определенное количество тепла, величина которого тем больше, чем выше Т и UR. Благодаря явлению теплообмена между телами воздух, соприкасаясь с древесиной, способен передавать ей тепло (за счет конвекцией) и нагревать ее до своей температуры. При увеличении содержания водяного пара в воздухе его нагревательная способность значительно возрастает, что связано с повышением коэффициента теплопередачи. Кроме того, воздух (помимо удельной теплоемкости) содержит теплоту парообразования, которая при конвективном нагреве в 6-10 раз больше, чем теплосодержание сухого воздуха. Поэтому при одной и той же температуре интенсивность нагревания влажным воздухом выше, чем сухим. Эффективность нагревания увеличивается при частичной конденсации водяного пара на поверхности нагреваемого тела.

В процессе теплообмена воздух охлаждается, Т уменьшается и, как следствие, увеличивается UR. Когда температура насыщенного воздуха опускается ниже температуры насыщения, избыток пара удаляется в виде жидкости. Данное явление известно как «конденсация». Значение температуры воздуха при достижении состояния насыщения называется «точкой росы».

Стр.8

Кратко описанные выше процессы развиваются в обратном направлении при нагревании воздуха. Действительно при постоянном содержании пара в воздухе повышение его температуры (см. Лист 1, Таблица 1) приводит к уменьшению UR и увеличению теплосодержания. При необходимости UR можно еще понизить, добавляя (при воздухообмене), как правило, наружный воздух с меньшим содержанием пара.

Воздух, поступающий из внешней среды, охлаждает воздух, находящийся внутри, и поэтому его необходимо нагреть до первоначального значения Т. Воздух, поступающий из окружающей среды, обычно холоднее того, что находится внутри камеры; и чем холоднее поступающий воздух, тем меньшее в нем содержание пара при той же UR. Вот почему интенсивность воздухообмена в зимнее время года существенно ниже, чем летом.

Кроме приведенных выше параметров существенное влияние на процесс сушки оказывают скорость и характер циркуляции воздуха, контактирующего с древесиной. Эффективность нагревания и испарения возрастает при увеличении скорости, минимальное значение которой равно 2 м/сек, и степени турбулентности воздушного потока. Кроме того, интенсивность теплообмена выше, если воздушный поток движется под углом к поверхности (максимум достигается при угле 90), а также, если поверхность имеет неровности.

Определенный интерес представляют также следующие закономерности:

1. при той же температуре Т, более влажный воздух является более легким;

2. при одинаковой UR, теплый воздух (значение Т выше) легче, чем холодный;

3. перегретый пар (ненасыщенный) способен поглощать влагу пока не станет насыщенным, это явление позволяет производить сушку паром;

4. при давлении воздуха ниже нормального атмосферного давления (промышленный вакуум) вода закипает при температуре менее 100 С, что позволяет при чередовании давления и вакуума проводить сушку при более низких температурах. Это дает возможность быстрее и качественнее сушить древесные породы, особенно чувствительные к высоким температурам.

Топочный газ – дым

В последнее время увеличился спрос на газовые сушильные камеры. Топочный газ, получаемый при сжигании древесных отходов, минеральных масел или природного газа, представляет собой смесь различных газов и пара, состав которой зависит от типа горючего. Его основными компонентами являются: СО₂, О₂, N₂, Н₂О и около 30% водяного пара; при неполном сгорании к ним добавляются СО и углеводороды. Топочный газ подается в камеру при температуре от 180 до 220 С и взаимодействует с древесиной аналогично воздуху, в том числе и в отношении гигроскопичности.

Температура попадающего в камеру топочного газа близка к температуре горения, что повышает пожароопасность при снижении влажности древесины, которая содержит смолистые и маслянистые вещества, ниже PS. Поэтому необходимо всегда иметь в распоряжении инструменты для точной регулировки температуры входящего в камеру газа. В любом случае, всегда лучше работать с промежуточным воздушным теплообменником.

Водяной пар

При определенном давлении пар становится насыщенным, когда его температура достигает температуры кипения. При нормальном атмосферном давлении температура насыщения (кипения) близка к 100 С. (другие значения температур и давлений насыщения см. Лист 1, Таблица 2).

При нормальном атмосферном давлении находящаяся в насыщенном паре древесина достигает состояния гигроскопического равновесия, когда ее влажность приближается к точке насыщения волокна (точнее точке насыщения клеточных стенок PS), но остается на несколько процентов ниже PS. В насыщенном состоянии пар может быть использован в качестве среды нагревания (пропаривания), но не сушки древесины.

Перегретым паром считается пар, температура которого, при данном давлении, будет выше температуры насыщения. Например, согласно Листу 1, таблицы 2, насыщенный пар при температуре 115 С должен иметь давление 172,39 КПа и наоборот.

При этой же температуре (т.е. 115 С), но при нормальном атмосферном давлении 101,33 Кпа, пар становится перегретым и ненасыщенным. Поэтому перегретый пар способен поглощать влагу и обеспечивать конвективный нагрев материал.

Нагревая древесину, пар охлаждается. Количество передаваемого паром материалу тепла пропорционально удельной теплоемкости, умноженной на разницу температур. Когда пар, охлаждаясь, достигает температуры кипения (точка росы), он становится насыщенным. При дальнейшем понижении температуры часть пара конденсируется и переходит в жидкое состояние. В отдельных случаях часть пара, превратившаяся в конденсат, может передавать свою теплоту парообразования материалу.

Древесина и окружающий воздух

Современная технология сушки древесины базируется на результатах последних исследований структуры древесины и ее физических свойств. Самыми важными физическими характеристиками древесины, определяющими ее взаимодействие с окружающей средой, являются ее гигроскопичность и гигроскопическое равновесие с воздухом. С гигроскопичностью также связана нестабильность его размеров и формы.

Древесина является органическим материалом, состоящим из клеток, стенки которых имеют многослойную структуру. Клеточная стенка, в состав которой входит целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза, гигроскопична, то есть, способна поглощать влагу из окружающей среды. До сих пор не существует эффективных и рациональных методов нейтрализации гигроскопичности. При равенстве давлений пара в древесине и воздухе между ними наступает гигроскопическое равновесие, а влажность, которую при этом имеет древесина называется «равновесной влажностью» UE (Лист 2, Таблицы 1 и 2).

Гигроскопичность является неотъемлемым свойством древесины, которая всегда стремится к гигроскопическому равновесию с воздухом.

Изменение давления, температуры и относительной влажности воздуха инициирует процесс «сорбции», при этом во влажной среде в результате адсорбции древесина поглощает влагу из окружающего воздуха, а в сухом воздухе с низкой UE происходит десорбция (сушка). Этот процесс является причиной нестабильности размеров древесины (усушка - разбухание) и формы (коробление). Однако, как только влажность древесины достигает уровня UE при постоянных климатических условиях, ее размеры стабилизируются (для расчета усушки и разбухания см. стр.43).

Предел гигроскопичности определяется количеством влаги, поглощенной клеточными стенками, где она посредством физико-химических связей адсорбируется составляющими клеточную стенку элементами. При завершении реакции древесина достигает состояния насыщения и приобретает влажность, называемой «точка насыщения волокна» (PS), значение которой варьируется для разных пород в пределах от 22 до 40%. Среднее значение влажности равное 30% используется, когда PS неизвестна (см. Лист 7 – Информация по породам древесины, Таблица 2).

PS уменьшается с повышением плотности древесины: более высокое значение характерно для заболони и безъядровых пород (пихта белая – до 40%); более низкое - для сильно окрашенных ядровых пород (каштан – 22%).Также PS линейно уменьшается с увеличением температуры. При высоких температурах разница между PS для различных древесных пород уменьшается. Приведенная ниже таблица содержит примерные значения PS при различных температурах для древесных пород, не указанных в Таблице 2.

Группы древесных пород	Температура, С
	20	40	60	80
	РS, %
Породы высокой плотности с ярко выраженным ядром и/или высоким содержанием смолы	21-24	21-23,5	20,5-23,5	20-23
Хвойные породы с выраженным ядром и средним содержанием смолы, а также лиственные породы малой и средней плотности с выраженным ядром	26-28	24,5-27	23,5-25	23-24
Безъядровые породы средней и высокой плотности	30-34	28-32	26,5-28,5	24-26
Безъядровые породы малой плотности	34-40	35	30-31	25-26

Влага, содержащаяся в клеточной стенке, называется «гигроскопической влагой». При влажности выше РS древесина не может адсорбировать влагу из воздуха, однако при непосредственном контакте с водой происходит ее проникновения в микрополости. На Листе 2, Таблицы 1 и 2 приведены средние значения равновесной влажности при десорбции (сушка), называемой «условной равновесной влажностью» (UEC). Для некоторых древесных пород эти значения необходимо корректировать путем их сравнения с данными на Листе 7 – Таблица 5.

Лист 2 содержит две иллюстрирующие гигроскопичность древесины при сушке (десорбции) таблицы с основными характеристиками воздуха и его смеси с водяным паром (нормальный воздух) при нормальном атмосферном давлении, которые на практике определяются по значениям температуры Т и относительной влажности UR.

Стр.10 - Сноски к графикам

Рис. 1 (стр. 10)

Гистерезис и гигроскопическая инерция

(график XILON, год VI, №60, рис.1)

Кривые данного графика иллюстрируют зависимость равновесной влажности древесины бука ( ось Y) от относительной влажности воздуха (ось Х) при температуре окружающей среды около 25 С (изотермы).

ГИСТЕРЕЗИС:

• кривая АВ показывает значения равновесной влажности при десорбции (сушке): при UR=75% UE=16,5%; при UR=20% UE=5%;

• кривая СD показывает, что древесина, предварительно высушенная при нормальной температуре до влажности 5%, при сорбции в воздухе с относительной влажностью 75% достигает равновесной влажности UE=13,1%, (при сушке UE=16,5%) и остается стабильной на уровне 5% до UR=25%;

• кривая ЕF показывает, что, древесина, предварительно высушенная при температуре 103 С до влажности 5%, при сорбции в воздухе с относительной влажностью 75% достигает равновесной влажности UE=11,5%, (при сушке UE=16,5%) и остается стабильной на 5% до UR=35%; факт, отражающий большую стабильность древесины, высушенной при повышенной температуре;

гигроскопическая инерция

Выделенный сектор 1234 показывает реальный диапазон изменения влажности букового паркета (замеры проводились более 3 лет) в воздухе, относительная влажность которого колебалась в пределах от 20 до 75%: изменение влажности древесины, обусловленное гигроскопической инерцией, составило только 3%, т.е. между 7 и 10%.

Рис. 2 (стр. 10)

(график XILON, год VI, № 60, рис. 2)

Изменение влажности древесины в окружающей среде. (Поведение образцов бука 5х5х5 см за период более 2 лет в отапливаемом зимой (18-20 С) помещении. Точки прерывистой кривой представляют средние значения для 3-х кубиков с различным покрытием поверхности. Значения влажности определялись весовым методом.

Определение термина: гигроскопическая равновесная влажность древесины – это влажность, при которой древесина достигает равновесия с окружающим воздухом при данной температуре и относительной влажности. Таблицы с терминами «условная гигроскопическая равновесная влажность» UEC% указывают средние значения для древесины при сушке, от которых, как показывают недавние исследования, для некоторых пород имеют место некоторые отклонения. Наконец, приведенные значения также отличаются от величин, получаемых при абсорбции (увлажнении) вследствие явления гистерезиса. Для поправок см. Лист 3, Таблица 3.

Эти две Таблицы дают разные значения в зависимости от того, используется ли в сушильной камере психрометр или гигрометр с целлюлозной или древесной пластинкой:

Таблица 1 – условная гигроскопическая равновесная влажность древесины UEC% и относительная влажность воздуха UR%, соответствующие значениям температуры воздуха Т С и психрометрической разницы ΔТ С при использовании психрометра;

Таблица 2 – психрометрическая разность ΔТ С и относительная влажность воздуха UR%, соответствующие значениям UEC (целлюлозная или древесная пластинка) и температуры воздуха Т.

Значения гигроскопической равновесной влажности, в перегретом паре при нормальном атмосферном давлении, указаны в последней колонке Листа 1, Таблицы 2.

При адсорбции влажность древесины остается ниже соответствующей величины UEC, т.е. наблюдается определенный «гистерезис адсорбции». Гистерезис зависит от породы древесины и температуры предшествующей сушки и имеет значение на 2-8% ниже равновесного (Лист 3, Таблица 3). Вследствие гистерезиса в процессе сорбции имеются промежутки стабильности, зависящие, главным образом, от температуры предшествующей сушки: чем выше температура предшествующей сушки, тем стабильнее поведение древесины (Рисунок 1).

При циклической сорбции влажность древесины не изменяется сразу же вслед за изменениями состояния окружающей его среды и не достигает максимальных и минимальных значений, соответствующих UR. Подобное запаздывание может быть определено как «гигроскопическая инерция».

Гигроскопическая инерция зависит от плотности древесины и размеров досок, а также и от динамики изменения Т и UR (Рисунок 1). Чем больше интервалы между климатическими пиками и меньше их продолжительность, тем больше отклонение влажности древесины от значения UEC, соответствующего условиям предшествующего климатического пика. В общем, можно заключить, что влажность древесины (а, следовательно, и ее размеры) изменяется гораздо меньше, чем должна была бы, если бы она непрерывно соответствовала изменяющемуся состоянию окружающей среды. Чем больше продолжительность климатического пика, тем ближе влажность древесины приближается к максимальным значениям, но остающаяся разность не может быть меньше величины гистерезиса (Рисунок 2).

Конечная влажность высушенного пиломатериала должна соответствовать климатическим условиям, в которых он будет использоваться (Лист 3, Таблица 1). Зная температуру и относительную влажность воздуха, конечная влажность пиломатериала можно определить по Листу 3, Таблице 2. Однако в реальности, наблюдается ежедневное и сезонное изменение состояния окружающего воздуха, что вызывает необходимость учитывать соответствующие изменения влажности изделий из древесины в конкретных климатических условиях.

Учитывая нестабильность размеров и формы, связанную с изменениями влажности, следует, прежде всего, определить какой вид деформации древесины - усушка или разбухание - наиболее опасно для изделия.

Как правило, в более холодных регионах принимаются низкие значения влажности. Для деревянных изделий, подвергающихся механическим нагрузкам (спортивные снаряды, лестницы, полы, музыкальные инструменты) принимаются более низкие значения влажности по сравнению с другими изделиями, эксплуатируемыми в помещении.

ФИЗИКА СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

Почему и как сохнет древесина

При сушке древесины наблюдается перенос влаги из внутренних к поверхностным слоям, где происходит ее испарение. Традиционная сушка представляет собой совокупность двух процессов:

• перемещение воды из внутренних зон к поверхности сортимента;

• испарение воды с поверхности сортимента в атмосферу.

Для испарения воды необходимо, чтобы окружающий воздух был ненасыщенным, а для обеспечения внутреннего переноса влаги к поверхности по направлению к центральным зонам должен поддерживаться повышающийся градиент влажности (положительный градиент).

Градиент влажности обеспечивает движение воды и водяного пара внутри древесины из самой влажной зоны в наиболее сухую.

Процесс сушки начинается сразу же после контакта свежесрубленной древесины с воздухом за счет поверхностного испарения воды. Испарение с поверхности создает градиент влажности, возрастающий по направлению к центру.

Свежесрубленная древесина кроме воды, химически и физически связанной с клеточными стенками (гигроскопическая влага), всегда содержит и свободную воду, находящуюся в клеточных и межклеточных полостях. Ядровая древесина хвойных пород обычно имеет невысокую влажность (31-35%, примерно 100 кг/м3), в тоже время заболонь отличается высоким содержанием воды (120-160%, примерно 570 кг/м3; - исключения: сосна Веймутова и пихта белая с влажным ядром). Древесина лиственных пород имеет более высокую влажность (80-90% - 480-560 кг/м3, тополь даже более 200%), но при этом не наблюдается значительной разницы между влажностью заболони и ядра. (Лист 7 – Таблица 1).

Влажность древесины хвойных деревьев больше в вершинной части ствола, поскольку там преобладает заболонь, тогда как в лиственных деревьях такого различия практически нет. Обычно с повышением возраста дерева влажность древесины понижается, поэтому лесоматериалы из молодого леса имеет более высокую влажность, чем из взрослого леса. Как правило, из разновозрастного леса получаются более влажные лесоматериалы, чем из одновозрастного, а лесоматериалы из порослевого леса более влажные, чем из высокоствольного леса.

Скорость испарения зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха: она возрастает при увеличении температуры и понижении относительной влажности воздуха. В стационарных климатических условиях скорость испарения постоянна.

Процесс испарения подчиняется закону Дальтона, согласно которому пар (как все газы) распространяется в воздухе по направлению к области минимального давления, а скорость испарения пропорциональна разности давлений водяного пара в зоне поверхностного слоя воды и в воздухе.

Рис. 3 (стр.13)

Идеализированные распределения влажности на различных фазах сушки для древесины: а, проницаемой; b, средне проницаемой; с, непроницаемой. I-II-III -фазы сушки; А-В - подфазы фазы II.

1. диапазон изменения влажности для режима гигроскопического равновесия при сушке; 2. Возможная I критическая точка для проницаемой древесины и пограничная влажность между подфазами (А-В) фазы II для непроницаемой и средне проницаемой древесины; Ui начальная влажность; Uį точка насыщения волокна; Ueį равновесная влажность в начале сушки; Ueƒ равновесная влажность после сушки.

Рис. 4 (стр.14)

Схема проведения контроля за состоянием материала по секциям и контрольному образцу:

• А – схема выпиловки контрольных секций: секции для средней влажности, секции для послойной влажности, силовой секции и контрольного образца из контрольной доски.

• В – раскрой секции для определения влажности поверхностных и внутренних слоев при контроле градиента влажности в поперечном сечении контрольной доски (2 слоя для толщин до 3,8 см, 3 слоя для толщин более 3,8 см).

• С – силовая секция (U-образная или в форме вилки) для контроля внутренних напряжений в контрольной доске (2 зубца для толщин до 3,8 см, 4 зубца для толщин более 3,8 см).

• D – растягивающие напряжения в поверхностных зонах и сжимающие напряжения внутри контрольной доски: 1 - распределение напряжений, 2 - изгиб двух половинок секции после ее раскалывания по средней линии доски, 3 - удлинение внутренних слоев при одновременном укорочении наружных слоев, 4 - изгиб наружу зубцов силовой секции;

• Е – растягивающие напряжения внутри и сжимающие напряжения в поверхностных зонах контрольной доски: 1 - распределение напряжений, 2 - изгиб двух половинок секции после ее раскалывания с образованием зазора между ними (в плоскости распила), 3 - укорочение внутренних слоев при одновременном удлинении наружных слоев, 4 - изгиб вовнутрь зубцов силовой секции (типичное состояние материала после сушки).

Скорость внутреннего переноса влаги зависит от градиента влажности и температуры внутри древесины: в большинстве случаев (за исключением проницаемой древесины с очень высокой влажностью) она определяется количеством влаги в клеточных стенках (градиент влажности), массой клеточных стенок (плотность древесины) и температурой, и падает с понижением влажности древесины.

Перенос воды внутри древесины в первую очередь зависит от ее проницаемости для воды и пара. Клеточная стенка древесины непроницаема, что означает, что движение потока жидкости или газа (пара) через стенки невозможно. Перемещение потоков, однако, возможно внутри полостей клеток (в частности, в сосудах лиственных пород) и через поры, точнее, через микроотверстия в менбрамах пор. Если указанные проходы не закупорены, то древесина проницаема, а если закупорены, то древесина непроницаема.

Механизм перемещения обусловлен наличием градиента сил поверхностного натяжения в менисках капилляров древесины (иногда также проявлением осмоса жидкости, возникающим при появлении градиента соляной концентрации), а также газовой диффузией в направлении градиента давления пара в полостях близлежащих клеток. Скорость диффузии пара через полости клеток, открытые сосуды и открытые поры в тысячу раз больше по сравнению с другими описанными выше потоками, что обеспечивает очень высокую скорость сушки проницаемой и очень влажной древесины, особенно, если в древесине происходит внутреннее кипение.

Подобное «движение» влаги происходит до тех пор, пока в близлежащих клетках есть свободная вода. Скорость этих потоков остается постоянной до тех пор, пока не изменится скорость испарения.

После удаления свободной влаги в клеточных стенках остается только гигроскопическая влага, перенос которой происходит за счет перемещения молекул воды через клеточные стенки в направлении градиента концентрации влаги, а также благодаря диффузии водяного пара через полости клеток по направлению градиента давления пара, т. е. в направлении градиента относительной влажности воздуха.

Совокупность двух описанных процессов переноса в технологии сушки называется термином «диффузия». В среднем, скорость диффузии в направлении вдоль волокон в 10 раз больше, чем в поперечном направлении; она также выше в радиальном направлении за счет сердцевинных лучей, по сравнению с тангенциальным направлением.

В непроницаемой древесине (Лист 7 – Таблица 4) свободная вода (вода и пар, содержащиеся в клеточных и межклеточных полостях) также перемещается в соответствие с механизмом молекулярного движения через стенки клеток. Увеличение скорости диффузии за счет градиента концентрации влаги имеет определенный предел, связанный с понижением «смачиваемости» абсолютно сухой древесины, что может блокировать влагоперенос (формирование напряженного состояния и образование водяных карманов – см. стр.19).

Скорость диффузии увеличивается с повышением температуры и уменьшается при понижении влажности (обезвоживание).

Водонепроницаемость древесины возрастает с увеличением плотности, количества тил, а также содержания масел и смол.

Кроме того, влагоперенос внутри древесины может быть вызван градиентом температуры, благодаря которому влага перемещается из более нагретых слоев в более холодные. Скорость этого переноса возрастает при увеличении градиента температуры.

С другой стороны, при высокой температуре понижается механическое сопротивление, противодействующее напряжениям, возникающим в древесине в процессе сушки (при влажности выше PS они минимальны). И, наконец, повышенная относительная влажность воздуха вместе с температурой создают условия для изменения цвета древесины.

Технологический процесс сушки, таким образом, можно разделить на три фазы, которые характеризуются явлениями, обусловливающими состояние материала:

1-я фаза:

развивается до момента, когда влажность периферийных слоев достигает точки насыщения волокна (РS); они достигают РS первыми благодаря появлению градиента влажности при испарении влаги с поверхности.

В момент окончания первой фазы, который называется Первая критическая точка (Р1), средняя влажность древесины будет различной в зависимости от ее проницаемости (Рисунок 3): чуть меньше, чем начальная влажность для непроницаемой древесины и не более 2/3Uį+10% для проницаемой древесины (Лист 7 – Таблица 4) – (сравнить с Листом 6, Таблица 3).В это время древесина содержит свободную воду, отсутствуют усушка и напряжения, а механическое сопротивление минимально. Это самая короткая фаза процесса сушки, причем, чем древесина более непроницаема, тем короче фаза. Скорость сушки на этой фазе остается постоянной.

2-я фаза:

продолжается до тех пор, пока наружные слои не достигнут гигроскопического равновесия с окружающим воздухом, а влажность внутренних слоев не приблизится к точке насыщения волокна (РS). Во время этой фазы граница зоны насыщения капиллярных стенок сдвигается к центру. В конце этой фазы, которая называется Вторая критическая точка (Р2), средняя влажность будет примерно Р2=2/3РS+1/3UE (15-30%) – (использовать Лист 6, Таблица 3 для составления программы сушки).

Наружные слои древесины усыхают и в них возникают растягивающие напряжению, что приводит к сжатию внутренних слоев и формированию напряженного состояния, создающего предпосылки для образования «поверхностных трещин» на тангенциальных поверхностях. Механическое сопротивление внутри остается минимальным, но оно увеличиваются по мере приближения к поверхностным слоям, где влажность уже ниже РS. Скорость внутреннего перемещения воды к поверхности постоянно уменьшается за счет то, что начинает превалировать диффузионный перенос в зоне, ограниченной смещающейся к центру границей области насыщения клеточных стенок.

Это фаза формирования напряженного состояния, когда в наружных слоях постоянно действуют растягивающие напряжения (деформации ограничены и усушка задерживается), которые превышают предел эластичности и могут инициировать образование поверхностных трещин, особенно на тангенциальных поверхностях. В этот момент напряжения могут превысить соответствующий предел прочности, который в поперечном направлении на самом деле очень мал (см. главу Дефекты). Поверхностные зоны становятся более сухими по сравнению с внутренними зонами. Если расколоть выпиленную секцию по средней линии, то ее половинки выгнуться наружу (Рисунок 4D). Скорость сушки начинает уменьшаться.

3-я фаза:

начинается с точки Р2, когда происходит выравнивание влажности внутри древесины (уменьшение градиента влажности в поперечном сечении) при небольшой скорости испарения.

Граница гигроскопического равновесия с воздухом постепенно смещается от поверхности к центру, с последующим понижением влажности в центре древесины ниже значения РS. Движение Н₂O в древесине происходит вследствие диффузии, скорость которой меняется по экспоненциальной кривой с соответствующей асимптотой. Процесс усушки смещается внутрь заготовки и происходит инверсия напряжений, величина которых будет тем больше, чем сильнее были сжаты внутренние слои и растянуты периферийные: таким образом, периферийные слои будут сжаты, а внутренние слои растянуты. Если распилить доску посередине, то вследствие напряжений, две ее части выгнутся по отношению к линии распила (зазор) (Рисунок 16).

На протяжении этой стадии происходит увеличение механического сопротивления с отрицательным градиентом по направлению к центру.

Скорость процесса сушки на этой фазе быстро падает.

СУШИЛЬНЫЙ ЦИКЛ

Цель искусственной сушки – довести влажность древесины до желаемого значения при требуемом уровне качества (без дефектов в партии), по возможности, в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. Для достижения этой цели необходимо рационально управлять процессом сушки так, чтобы состояние воздуха назначалось строго в соответствии с проверенными режимами.

Цикл сушки обычно состоит из 5 операций, которые рекомендуется проводить в следующей последовательности:

1. Нагрев древесины и камеры.

2. Сушка.

3. Конечное выравнивание влажности между досками.

4. Кондиционирование – выравнивание влажности внутри досок.

5. Охлаждение.

К этим пяти операциям, которые являются частью обычной процедуры, при необходимости могут быть добавлены три дополнительные:

6. Стерилизация от грибов (плесень, синева, др.).

7. Стерилизация от насекомых (жуки-дровосеки и др.).

8. Повторное кондиционирование древесины, деформированной в результате коллапса.

Прим. к рис. стр.16

Виды деформации (связанные со строением древесины) – Технологическая форма 3.9:

вверху: а) коробление по пласти

слева: б) коробление по кромке

Стр.17

Базовый принцип проведения хорошей сушки заключается в быстром выполнении всех операций таким образом, чтобы напряжения, возникающие при удалении из древесины влаги, не превышали бы предела эластичности древесины и не вызывали бы деформирования и растрескивания; сушка должна выполняться с такой скоростью, чтобы соблюдалось количественное равновесие между испарением Н₂O и ее перемещением изнутри на поверхность.

Проведение операций, особенно операции сушки, определяется следующими факторами:

• Плотность, проницаемость и точка насыщения волокна

• древесины;

• Диапазон изменения влажности древесины (начальная и конечная влажность);

• Размеры пиломатериалов;

• Ориентация поверхностей относительно сердцевины и количество сердцевинных лучей;

• Параметры воздуха и скорость его кондиционирования: температура Т, относительная влажность UR, скорость циркуляции v, скорость теплообмена, скорость воздухообмена. В течение 3-й фазы сушки наиболее важным параметром является температура.

Процесс сушки связан с реализацией усушки древесины и проявлением ее последствий.

Поэтому сушку необходимо программировать с самого начала и управлять ею рационально, используя системы автоматики.

Кроме того, необходимо помнить, что при снижении влажности до уровня 45% - 25%, появляется опасность заражения древесины микроорганизмами.

Состояние древесины по окончании сушки характеризуется следующими показателями:

• неравномерность распределения конечной влажности по объему партии пиломатериалов,

• градиент влажности в пиломатериалах в поперечном и продольном направлениях,

• наличие внутренних напряжений: сжимающих во внешних и растягивающих во внутренних слоях,

• кроме того, показатели качества древесины ухудшаются, происходит изменение ее характеристик, а также появляются дефекты сушки.

Различная конечная влажность пиломатериалов может быть обусловлена:

• их различной начальной влажностью U_i;

• структурными различиями (центральные или боковые доски и др.);

• неодинаковой плотностью древесины в различных досках;

• неодинаковыми размерами пиломатериалов;

• разными условиями сушки в различных частях камеры;

• скоростью сушки и U_f (разница во влажности тем больше, чем выше скорость сушки и чем выше U_f).

Существенная разница в конечной влажности пиломатериалов приводит к нестабильности древесины во время ее последующей машинной обработке и при дальнейшей эксплуатации изделий из нее, поскольку разница во влажности постепенно уменьшается; поэтому при качественной сушке конечная влажность древесины не должна выходить из строго ограниченного диапазона.

Удовлетворению этого требования способствуют следующие мероприятия:

• предварительная сортировка пиломатериалов по породами размерам, а также разделение центральных и боковых досок,

• подбор досок по начальной влажности,

• выбор скорости сушки, обеспечивающей заданное качество.

Минимизировать описанные выше негативные последствия возможно путем проведения процедуры «выравнивания» или кондиционирования. Выравнивание удлиняет цикл сушки и может за счет чрезмерного увеличение длительности всего процесса свести на нет преимущества быстрой сушки.

Градиент влажности, являющийся неизбежным следствием механизма сушки, зависит:

• от скорости сушки, определяемой T и UR;

• от плотности и проницаемости древесины;

• от размеров пиломатериалов.

Градиент влажности в поперечном сечении [разница между показаниями двух датчиков, размещенных в контрольных образцах из толстых досок (U_c - U_p) или между влажностью наружных и внутренних слоев секции влажности (Рисунок 4 В)] более важен для длинных досок, а для коротких заготовок также важен градиент в продольном направлении.

Слишком высокий градиент влажности в конце сушки может привести к повышению напряжений и нестабильности древесины, особенно при ее дальнейшей обработке, поэтому при сушке толстых пиломатериалов необходимо стремиться к уменьшению конечного градиента влажности.

Деформация проявляется в виде "коробления" двух половин доски после ее продольного раскроя и последующей выдержки. Деформирование связано с тем, что после раскроя отпиленные поверхности, имеющие более высокую влажность, будут подсыхать, что в дальнейшем вызовет усушку и "коробление" (Рисунок 4 Е2).

Чтобы избежать этого, необходимо выбрать более мягкие условия сушки (режим и скорость), и, по-возможности, проводить процедуру конечного "кондиционирования" - или промежуточного кондиционирования – во время сушки. Кондиционирование особенно важно, если в древесине имеется водослой.

Внутренние напряжения, образовавшиеся к концу сушки, формируются на второй фазе процесса после смены знака напряжений (Лист 4). В этом случае две половины доски, образующиеся после ее продольного раскроя, сразу же изгибаются вовнутрь, образуя между собой зазор.

При последующей сушке изгиб увеличивается, что означает, что со временем внутренние напряжения возрастают вследствие уменьшения влажности центральных слоев.

Наличие внутренних напряжений помимо деформации может привести и к более серьезному дефекту – образованию внутренних трещин (Рисунок 6) даже после сушки. Для предотвращения, либо уменьшения уже образовавшихся дефектов служат те же меры, что и для уменьшения градиента влажности.

Программирование и проведение процесса сушки должны соответствовать поведению древесины во время отдельных технологических стадий, являющихся составными частями процесса сушки. Для того чтобы определить качество сушки можно обратиться к инструкциям "РЕКОМЕНДАЦИИ EDG" (Лист 5 – Качество сушки), которые очень полезны при проведении торговых операций с пиломатериалами.

ДЕФЕКТЫ И КАЧЕСТВО СУШКИ

В этом разделе будут рассмотрены собственно дефекты сушки, непосредственно связанные с процессом сушки, на которые следует обратить внимание при оценке ее качества.

Кроме того, мы перечислим некоторые дефекты, связанные с качеством древесины как материала, которые, тем не менее, могут проявиться или усилиться в процессе сушки.

Дефекты сушки

К дефектам сушки относятся: коллапс, водослой, торцевые трещины, поверхностное растрескивание, внутренние трещины, изменение цвета и дефекты, связанные с прокладками.

Коллапс

Коллапс (Рисунок 5), который можно заметить по окончании сушки, проявляется в виде продольных зон сжатия, что связано с чрезмерной тангенциальной усушкой по толщине. Он развивается в период, когда влажность древесины еще достаточно высока, в некоторых случаях выше PS (между 1 и 2 фазами сушки).

Это явление зависит от температуры и может наблюдаться при атмосферной сушке. Оно возникает из-за того, что тонкие стенки паренхимы прогибаются под воздействием капиллярных напряжений (гидростатического давления), которые создаются в полостях клеток при уменьшении радиусов менисков, вызванном слишком быстрым испарением влаги из полостей клеток. Иногда это совмещается с чрезмерным давлением в наружных слоях древесины. Также это может быть связано с градиентом давления пара при высоких температурах. Чаще всего этот дефект встречается в реактивной (напряженной) и ювенильной древесине, в тропической древесине с хрупкой сердцевиной и плантационной древесине (Тополь, Эвкалипт), в древесине из заболоченных лесов, а также в древесине с большим количеством видимых сердцевинных лучей. Может иметь следующие формы: деформационную при образовании продольных зон сжатия на пластях досок или деструктивную при появлении внутренних трещин. Чтобы предотвратить это явление, сушка должна быть медленной при низкой температуре вплоть до 3 фазы, а для исправления деформирующего коллапса можно воспользоваться операцией повторного кондиционирования (см. главу Режимы сушки).

Рис. 5 (стр.19)

Коллапс

• а) деформирующий и разрушающий коллапс

• б) разрушающий коллапс

Водослой

Водослои (Рисунок 6) представляют собой проявляющиеся к концу сушки участки с высокой, близкой к начальной влажностью, величина которой намного выше влажности остальных участков. Образование водослоя, которого не видно снаружи, связано с нарушением непрерывности движения влаги во внутренних слоях древесины с начала процесса сушки. Иногда водослой можно обнаружить при измерении влажности высушенной древесины, когда в него попадают иголки датчика, и влагомер показывает очень высокую влажность. В большей степени этому подвержены водонепроницаемые породы древесины (Пихта одноцветная, Дубы), участки древесины, существенно отличающиеся по структуре и/или влажности, а также реактивная древесина. На практике, когда пиломатериал с водослоем постепенно меняет свою влажность в соответствии с состоянием окружающей среды, в нем могут появиться следующие дефекты:

• впадины после строгания;

• внутренние трещины в зоне водослоя;

• темные пятна.

Трудно предвидеть, в каких конкретно пиломатериалах может обнаружиться данный дефект. Если существует такое подозрение, лучше прибегнуть к медленной сушке с более высоким значением UR. При обнаружении этого дефекта его последствия могут быть устранены путем кондиционирования.

Рис. 6 (стр. 19)

Водослой

Трещины, раскалывание

Торцевые трещины (Рисунок 7) в процессе сушке появляются первыми на торцевых срезах и располагаются по направлению сердцевинных лучей от центра к периферийным зонам. Иногда, трещины, образовавшиеся вследствие напряжений роста, можно увидеть на торцах бревен. Это явление часто встречается у хвойных пород, поскольку их ядро имеет относительно невысокую влажность, что нередко приводит к растрескиванию вдоль сердцевинных лучей.

Трещины появляются сначала на торцах пиломатериалов, и только потом на боковых поверхностях, поскольку торцевые поверхности высыхают первыми вследствие более интенсивного переноса влаги вдоль волокон. На торцевое растрескивание могут влиять радиальные и тангенциальные растягивающие напряжения в стволе дерева, а также более ранняя и/или интенсивная усушка в центре по сравнению с периферийными зонами.

Чтобы избежать быстрой сушки торцевых поверхностей во время атмосферной сушки крайние межрядовые прокладки выдвигают так, чтобы затенить обращенные на юг торцы. Кроме того, можно использовать отражающие водонепроницаемые покрытия и антисептические составы, особенно при камерной сушке толстых, коротких ценных пиломатериалов.

Особая форма торцевой трещины называется отлупной трещиной (см. стр. 24).

Рис. 7 (Стр. 19)

Торцевые трещины

Поверхностное растрескивание (Рисунок 8) выражается в образовании трещин на боковых, чаще всего наружных, поверхностях пиломатериалов из-за напряжений, возникающий в процессе сушки.

Возможно образование множества мелких или нескольких более длинных трещин (но не по всей длине или торцам доски), которые проникают к центру пиломатериала вдоль сердцевинных лучей и имеют V-образную форму. Они образуются на 2 стадии процесса сушки в результате действия растягивающих напряжений в наружных слоях пиломатериала. На 3 стадии сушки они закрываются из-за смены знака напряжений.

Рис. 8 .(стр. 20)

Поверхностные трещины и их распространение вглубь доски

Внутреннее растрескивание (Рисунок 9) представляют собой нарушения целостности внутренних слоев древесины.

Они образуются в результате действия внутренних напряжений на III фазе сушки, либо как следствие деструктивного коллапса. В ряде случаев внутренние трещины являются продолжением вглубь поверхностных трещин, которые закрываются при действии сжимающих напряжений. Чаще всего трещины образуются в зоне сердцевинных лучей, поэтому внутренние растрескивание наиболее характерно для древесины с многочисленными развитыми лучами (Дуб). Обычно трещины, вызванные внутренними напряжениями, относительно узкие, в то время как трещины, связанные с коллапсом более широкие. Это худший из сушильных дефектов для пиломатериалов, подвергаемых дальнейшей обработке; пиломатериалы с такими дефектами еще можно использовать, но обрабатывать нельзя.

Рис. 9 (стр. 20)

Внутреннее растрескивание

Изменения цвета

Изменения цвета могут быть вызваны заражением микроорганизмами и/или происходить в результате химических реакций.

Изменения цвета, связанные с микроорганизмами, чаще всего происходят при заражении грибками.

В первую очередь изменениям цвета способствует высокая начальная влажность Ui. Опасность заражения наиболее велика при влажности от 45% до 25% (наличие влаги и воздуха) и температуре от 25 до 40°C и тем больше увеличивается, чем дольше сохраняются подобные условия. Риск заражения грибком из окружающей среды возрастает при теплой влажной погоде, а также в весенне-летний период.

К изменениям цвета, не ухудшающим качество древесины, относятся:

• синева (синие и черные пятна, иногда зеленые и желтосерые), вызывается грибком, который поражает заболонь, особенно у Сосны (Рисунок 10),

• плесень: налетная окраска, образуемая грибницей на поверхности древесины,

• пятна от насекомых: цветовые изменения вдоль ходов насекомых.

К изменениям цвета, сопровождаемым разрушением древесины, относятся:

• гниль и бактериоз на начальных стадиях вызывают изменения цвета без ухудшения качества: порозовение у хвойных и вздутие у лиственных (белые пятна с черным контуром) пород, с невыраженной сердцевиной, в то время как бактерии вызывают появление белых полос на древесине Дуба, Клена и Иломба и черные пятна с трещинками в древесине Тополя и Пихты. Считается, что желтый цвет в древесине дуба появляется из-за гидролитического воздействия грибков на танины.

Рис. 10 (стр. 20)

Изменение цвета

Изменения цвета химического происхождения очень разнообразны и имеют комплексный характер. Обычно это результат либо реакций ферментации, либо реакций окисления.

Вызванная ферментацией окраска от розовой до синеватой, обычно наблюдается у Бука или Ольхи, проникает на глубину до 2 мм (у Лжетсуги тисолистной (Дугласии) может быть больше). Выдержка или медленная сушка при низкой температуре может вызвать изменение цвета на коричнево-сероватый (Дуб, Ясень, Клен, Бук, Лжетсуга тисолистная, Сосна), которое может быть достаточно глубоким.

Реакции окисления могут быть, как только поверхностными или внутренними, так и равномерно распределенными по всей массе древесины:

• Поверхностные пятна, образующиеся при воздействии солнечных лучей (ультрафиолетовых лучей) имеют цвет от желто-коричневого до серого, воздействие дождя вызывает пятна серого цвета. С увеличением высоты интенсивность этих явлений увеличивается;

• Поверхностные пятна от грязного темно-коричневого до коричневого цвета (легко удаляются при строгании) появляются при попадании на штабель распыленной H₂O или пара при камерной сушке или в результате застоя воды на пиломатериалах при атмосферной сушке;

• Щелочные пятна различной интенсивности могут появляться при интенсивном распылении пара в кирпичных камерах, стены которых не покрыты защитными составами;

• Внутреннее потемнение, незаметное снаружи, которое может появиться в напряженных слоях при длительной сушке. Это, в частности, характерно для толстых сырых пиломатериалов при повышенных Т и UR (даже при атмосферной сушке в летний период при теплой и влажной погоде) чаще всего у Дуба, Ясеня и особенно у Бука;

• Черно-синеватые пятна появляются в результате взаимодействия танинов с железом. Также этот эффект наблюдается в древесине с высоким содержанием танинов и при атмосферной сушке (Дуб, Каштан, Орех);

• Темно-коричневые пятна возникают при воздействии кислот на древесину с pH <5 (Бук и др.), на начальной стадии они имеют красный (Бук, Клены) и темно-красный (Тик) цвет в сочетании с поражением грибком;

• Внутренние пятна желтоватого, розового, иногда беловатого цвета появляются из-за кристаллизированных полифенолов (Дуб, Ясень, Клен) при сушке сырой древесины с начальным режимом T>45°C и UR>65%;

• Поверхностные пятна от коричневого до темно-коричневого цвета, не проникающие вглубь древесины, появляются по воздействием температуры свыше 75°C в свежей хвойных двевесине.

• Сушка свежей древесины режимом с повышенной температурой и влажностью изменяет цвет древесины лиственных пород в глубине материала. Даже легкое пропаривание может изменить цвет светлой древесины (Бук, Береза, Ольха, Клен и др.). Пропаривание обеспечивает выравнивание цвета: Бук приобретает однородный цвет от розового до темно-красного кирпичного, Орех и Ольха темнеют, Вишня розовеет, Груша темнеет и в этот же цвет окрашивается часто встречающееся ложное ядро.

• Последнее время появились жалобы на «внутреннее обесцвечивание» пиломатериалов из Дуба после сушки свежей древесины. На самом деле речь идет о потемнении наружных слоев, иногда на большую глубину: чем дольше поддерживается режим с повышенной температурой и влажностью и чем толще пиломатериал, тем значительнее потемнение. При этом предполагаемое влияние происхождения древесины не подтверждается.

Изменения цвета зависят от 3 факторов: температуры, относительной влажности воздуха и продолжительности сушки (времени).

Общее правило для сушки свежей древесины, особенно содержащей танины (Дуб, Каштан, Орех), состоит в том, чтобы не превышать на первых двух стадиях сушки температуру в 30-40 °С, для кислотосодержащей древесины (Бук, Клен, Береза, Ольха) – 40-50 °С, для хвойных пород (Ель, Сосна) – 75°С. Относительная влажность воздуха не должна превышать 60-65%.

Продолжительность сушки должна быть как можно короче.

Дефекты, связанные с прокладками

Продольное коробление досок по пласти (Рисунок 11), в том числе множественное, может быть вызвано тем, что прокладки и подкладочные брусья не выровнены по соответствующим вертикалям или некоторые прокладки уложены со смещением. Расстояние между прокладками должно строго соответствовать длине и типу пиломатериалов. Перед использованием прокладки должны быть высушены и откалиброваны.

Вмятины от прокладок образуются, если они слишком узкие или расположены слишком далеко друг от друга, а также, если штабель слишком высокий или древесина слишком мягкая.

Рис. 11 (стр. 22)

Продольное коробление по пласти, связанное с прокладками

Пятна от прокладок (Рисунок 12) связаны с химическими и/или патологическими процессами, проходящими при взаимодействии свежей древесины и свеженапиленных широких прокладок из нестойких пород (Бук). Чаще пятна образуются на древесине лиственных пород с невыраженной сердцевиной при длительной сушке свежих пиломатериалов при повышенной UR.

Рис. 12 (стр. 22)

Пятна от прокладок

Стр.22

Трещины (иногда сквозные в тонких досках), особенно в зоне основания очень высоких штабелей с широкими прокладками (иногда в качестве прокладок используются такие же доски), образуются из-за недопущенной усушки. Ширина прокладок не должна превышать их толщину более чем в 1,5 раза.

ДЕФЕКТЫ ДРЕВЕСИНЫ

Некоторые встречающиеся у досок дефекты, обусловленные специфическими характеристиками или аномалиями строения древесины, проявляются или даже усиливаются при сушке.

Расщепление, трещины

Расщепление (Рисунок 13) представляет собой продольное растрескивание по всей толщине материала, отчетливо видимое с противоположных сторон доски.

В большинстве случаев это связано с повышенной продольной усушкой заболони и/или напряжениями роста: центральная часть ствола сжата в продольном направлении, а периферийные слои растянуты; кроме того, в радиальном направлении действуют напряжения растяжения, направленные к периферийным слоям. При расщеплении по всей длине доска распадается на две серпообразных части. Расщеплению может способствовать наличие реактивной древесины и разветвленных сучков. Чаще оно происходит в центральных досках.

Рис. 13 (стр. 23)

Расщепление

Сердцевинные трещины (Рисунок 14) образуются в пиломатериалах, включающих сердцевину, и распространяются по радиусу от сердцевины к ближайшей к ней поверхности. Такая трещина может образоваться также и на внешней стороне (т.е. противоположной сердцевине) боковой доски при не допущенном поперечном короблении (т.е. в нижней части очень высокого штабеля). Сходство этих дефектов состоит в том, что они распространяются по всей длине доски.

Кромочные трещины (Рисунок 15) распространяются от пласти доски через ребро к ее кромке.

Их возникновение связано с отклонением волокон, повышенной сбежистостью или искривлением ствола (боковые доски с искривлением в форме пламени).

Кромочные трещины и все другие виды трещин, связанные с наклоном волокон, возникают из-за изменяющегося наклона волокон по отношению к продольному направлению, а также к годичным кольцам.

Коробление

Коробление представляет собой изменение формы пиломатериала или заготовки.

Пиломатериал имеет прямоугольное поперечное сечение и должен быть прямым в продольном направлении. Деформации (кроме силовых, как, например, продольное коробление по пласти из-за прокладок) обусловлены особенностями строения и дефектами древесины (анизотропия усушки, наклон волокон, внутренние напряжения роста, наличие реактивной древесины и т.д.), которые в условиях сушки могут возникнуть и/или проявиться и/или усилиться. Различают следующие виды покоробленности (см. Рисунок 16):

а) поперечная покоробленность (желобчатая) - деформация изгиба поперечного сечения доски;

б) продольная покоробленность по пласти - деформация изгиба вдоль пласти доски;

в) продольная покоробленность по кромке - деформация изгиба вдоль кромки доски;

г) крыловатость - деформация кручения вдоль доски;

д) другие виды поперечной покоробленности - деформации поперечного сечения (овальная, ромбовидная, трапециевидная).

Выпрямление изогнутых пиломатериалов также следует принимать во внимание.

Рис. 14 (Стр.23)

Сердцевинные трещины

Рис. 15 (стр.23)

Кромочные трещины

Рис. 16 (стр. 23)

Виды покоробленности

Стр.24

Поперечное и продольное коробление по пласти можно частично, а иногда и полностью предотвратить у досок, расположенных в нижней части штабеля (либо даже выпрямить уже деформированные) под искусственно созданным давлением при высокой температуре во время или после окончания сушки (влажность древесины не должна быть слишком низкой). При совместной сушке радиальных и тангенциальных досок последние необходимо укладывать в нижней части штабеля наружными пластями вниз. Искривленные пиломатериалы необходимо сушить, в зажатом состоянии вплоть до окончательного остывания (процесс стабилизации формы), и их нельзя подвергать повторному увлажнению.

Отлупные трещины и разрывы

Отлупные трещины и разрывы (Рисунок 17) представляют собой отслоение ткани древесины по годовому кольцу. Отлупные трещины, которые могут сформироваться в растущем дереве и остаются в спиленном дереве, при сушке увеличиваются.

Рис. 17 (стр. 24)

Отлупная трещина

Отлупной разрыв представляет собой комбинацию торцевой и отлупной трещин; он возникает в начальный период сушки при резком изменении состояния воздуха и часто захватывает несколько годичных слоев вдоль сердцевинных лучей.

Отлупные трещины и разрывы образуются между годичными кольцами, вызывая резкие структурные изменения (часто при наличии широкой зоны рыхлой ранней древесины) и между ювенильной и нормальной древесиной. Обычно они распространяются достаточно далеко в продольном направлении.

Смоляные кармашки

Смоляные кармашки (Рисунок 18) представляют собой разрывы характерной линзообразной формы, из которых в процессе сушки происходит выделение смолы.

Это дефект самого материала, который усиливается во время сушки, в результате чего в нем формируется полость, иногда сквозная, окруженная застывшей смолой.

Рис.18 (стр. 24)

Смоляной кармашек

Выделения экстрактивных веществ

Экстрактивные вещества: смолы, масла, сахара, фенолы, полифенолы и другие имеют тенденцию выделяться при сушке, оставляя на поверхности древесины свою нелетучую часть (Рисунок 19).

Высокие температуры стимулируют выделение масел и смол. При температуре выше 70 °С разжижающие смолы растворители (эфирные масла) испаряются и оставляют твердый осадок, напоминающий застывшую смолу, часть которого остается внутри, а часть образует корку на поверхности. Процесс выделения интенсифицируется при пониженном давлении и Т>90°С. Чтобы сохранить смолы внутри древесины, необходимо обеспечить полное, но медленное удаление эфирных масел в процессе длительной атмосферной сушки, либо камерной сушки при низких температурах.

Рис. 19 (стр. 24)

Выделения экстрактивных веществ.

Стр.25

Скрытые повреждения и трещины

Скрытые повреждения и трещины (Рисунок 20) представляют собой зарождающиеся микротрещины. Камерная сушка особенно способствует радиальному растрескиванию в лесоматериалах, выпиленных из деревьев, подвергавшихся интенсивному ветровому воздействию и/или поваленных ветром (часто в Пихте одноцветной и в деревьях с хрупкой сердцевиной). Трещины могут образовывать целые дыры, в том числе сквозные, которые при сушке увеличиваются.

Рис. 20 (стр. 25)

Внутренние трещины и разрывы

Дефекты, вызванные сучками

Наличие сучков характерно для древесины, но они могут быть источником некоторых дефектов, которые обнаруживаются и/или усиливаются при сушке (Рисунок 21).

Рис. 21 (стр. 25)

Дефекты, вызванные сучками

Сросшиеся, и особенно разветвленные сучки, образуют звездообразные трещины с впадиной на поверхности. Если сучки очень большие и окружены реактивной древесиной, они могут стать причиной местной усадки доски. Частично сросшийся сучок становится несросшимся или выпадающим, особенно при наличии коры, в результате чего может образоваться сквозное или боковое отверстие или поперечная разветвленная впадина. Разветвленные сучки усиливает опасность расщепления и разлома доски. Масштаб этих дефектов увеличивается с повышением температуры и при сушке древесины до очень низкой конечной влажности (U_f).

Волнистое волокно

Волнистое волокно представляет собой выступление над поверхностью участков с поздней древесины.

Это дефект, связанный с образованием выступов «пламевидной» формы (параболические выступы), появляется на боковых досках, для которых характерна существенная разница в плотности между ранней и поздней древесиной (Лжетсуга тисолистная), особенно, если доски выпилены из искривленных или сильно сбежистых бревен. Этот дефект усиливается за счет внутренних напряжений и при сушке до низкой конечной влажности. Очень часто этот дефект обнаруживается только после строгания и его проявлению способствует давление, оказываемое роликами подачи станка.

Некоторые специфические дефекты тропической древесины

Практически все тропические деревья относятся к широколистным породам. Тем не менее, многие из них имеют смоляные и масляные каналы, как в самой древесине, так и в паренхимных лучах. Накопление и затвердевание этих веществ в периферийных слоях древесины и на поверхности во время сушки препятствует движению влаги к поверхности. Это явление часто вызывает коллапс и образование водослоя внутри древесины.

Характерным является большая разница в проницаемости, как между различными породами древесины, так и между заболонью и ядром, особенно если заболонь ярко выраженная, а также между досками, выпиленными из одного дерева.

Свежераспиленная древесина некоторых пород имеет неприятный запах (рамин и др.), который, смешиваясь с отработавшим воздухом, отравляет окружающую среду, что вынуждает владельцев камер устанавливать специальные фильтры.

Многие деревья содержат минеральные соли, концентрация которых варьируется в широких пределах, что существенно затрудняет электрическое измерение влажности и, соответственно, автоматическое управление процессом сушки (анигерия и другие; см. стр. 43), поскольку значения влажности получаются выше по сравнению с другими породами с большим разбросом между разными заготовками. Часто они содержат скопления порошкообразных аморфных солей (Дусия) и включений.

Для многих пород характерна свилеватость, хрупкая сердцевина, повышенная деформируем ость и склонность к коллапсу (Рисунки 22 и 23).

Рис. 22 (стр. 26)

Сблокированное спиральное волокно

Рис. 23 (стр. 26)

Хрупкая сердцевина

КАЧЕСТВО СУШКИ

Сушка древесины – промежуточный технологический процесс, требования к которому обычно определяется условиями последующей обработки и эксплуатационными характеристиками готового продукта. Таким образом, качество сушки должно соответствовать конкретным условиям применения пиломатериалов. Тем не менее, могут быть сделаны некоторые обобщения, особенно полезные при товарообмене и для защиты потребителя. Для этой цели существуют органы стандартизации, разрабатывающие стандарты по качеству сушки.

В Италии издан стандарт UNI 9030 - Качество Сушки, в стадии разработки находится европейский стандарт, базирующийся на Рекомендациях, разработанных EDG (Европейская Группа Сушки) под названием "ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ"; итальянский перевод, выполненный Институтом Технологии Деревообработки CNR, опубликован НАРДИ С.п.А.

Качество сушки как технологического процесса оценивается посредством качественных характеристик древесины, состоящих из следующих двух компонентов:

• классифицирующие характеристики (показатели и требования по качеству)

• характеристики, понижающие сортность (отклонения от вышеуказанных показателей), обычно называемые «дефектами», которые в свою очередь подразделяются на 2 группы:

1. Выбраковывающие характеристики или «недопустимые дефекты»

2. Допустимые отклонения или «допуски».

Такая структура не всегда отражается в нормативах, но всегда подразумевается. Все компоненты качества должны предполагать возможность измерения и количественной оценки (расчета).

В зависимости от уровня качества и, прежде всего, наличия дефектов, качество товара классифицируется определенным количеством классов качества или «сортов». Норма UNI 9030, как и европейские рекомендации, выделяет три класса качества сушки.

Чем ниже класс, тем ниже уровень показателей и отбраковывающих характеристик, а также шире допуски и больше их число. Границы между классами качества не являются жесткими и часто пересекаются (например, доска с высшими показателями качества одного класса может быть отнесена и к более высокому классу).

Обычно к показателям качества высушенного дерева относят:

• уровень конечной влажности;

• равномерность конечной влажности;

• равномерность влажности по сечению пиломатериалов;

• отсутствие напряжений;

• отсутствие дефектов сушки.

К отклонениям относятся:

• отклонения средней влажности партии от заданного значения;

Стр.27

• отклонения влажности отдельных досок от заданного значения (предварительно установленного);

• градиент влажности внутри досок (наиболее важен градиент по толщине);

• наличие напряжений внутри древесины;

• деформирующий коллапс;

• поверхностные трещины;

• внутренние трещины;

• торцевые трещины;

• изменение цвета древесины;

• дефекты из-за прокладок;

• другие дефекты, относящиеся больше к качеству самой древесины, чем к качеству собственно сушки.

Оценка качества сушки производится путем отбора образцов. Выбор образцов досжен быть статистически достоверным, то есть для проверки из партии необходимо отобрать заранее определенное количество образцов для того, чтобы гарантировать, что не менее 90% (условный уровень, установленный EDG) пиломатериалов имеют желаемое качество. Это значение принято за основу, поскольку не существует ни общего для всех значения, ни определенных пределов (минимума и максимума), которыми можно было бы оперировать.

Общий перечень показателей для оценки качества сушки пиломатериалов, содержащейся в Рекомендациях EDG, приводится на Листе 5 Таблица 1. Рекомендации следует рассматривать как «экспериментальные». Они определяют градацию дефектов: поверхностных, внутренних и торцовых трещин (серьезный, умеренный, незначительный), но не относят их определенно к классам качества.

ПОДГОТОВКА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ К СУШКЕ

Надлежащая подготовка материала очень важна для правильного проведения сушки, на результаты которой влияют:

• однородность породного состава древесины;

• тип досок (например, доски из одной зоны бревна, то есть все центральные или все боковые);

• одинаковая толщина;

• одинаковая начальная влажность;

• отсутсвие внутренних напряжений.

Древесину для загрузки камеры следует подбирать с учетом вышеперечисленных критериев.

Доски укладывают на прокладках в штабели, состоящие из пакетов так, чтобы штабели имели форму правильной призмы и обеспечивалась равномерная циркуляция воздуха между досками. Доски разной длины необходимо укладывать вразбежку, а короткие доски располагать с разрывами внутри пакета так, чтобы края пакета были заполненными и ровными по вертикали, без выступов. Концы досок не должны выступать за пределы пакета (Рисунки 24, 25 и 26).

Прокладки должны располагаться между рядами досок на расстоянии от 30 до 100 см и быть выравнены по вертикали. Кроме того, они должны закрывать концы всех досок. Выступающие за прокладки концы досок внутри штабеля необходимо фиксировать сверху и снизу отрезками прокладок (Рисунок 26). Толщина прокладок, которые необходимо предварительно просушить, должна составлять приблизительно половину толщины доски (1/2 s). Пихта и ель - наиболее подходящие породы для изготовления прокладок. Подкладочные брусья под пакеты должны иметь те же характеристики, что и прокладки, и толщину, соответствующую требованиям транспортировки. Кроме того, они должны быть расположены в соответствии с размещением всех прокладок.

Cторона, с которой предполагается подача воздуха, должна быть полностью заполнена штабелями. Все промежутки должны быть закрыты экранами и, если необходимо, за счет расположения штабелей в шахматном порядке. Чем меньше общая ширина штабелей (расстояние, которое проходит воздух поперек штабелей), тем быстрее идет сушка. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании сушильных камер.

Контрольные образцы, используемые для контроля за процессом сушки посредством постоянного измерения влажности («образцы с датчиками»), выбираются путем измерения электровлагомером влажности определенного количества досок (приблизительно 30 досок на 6 контрольных образцов). Для образцов следует отбирать доски из самых влажных и самых сухих, которые, видимо, высохнут медленнее или быстрее. Образцы размещают в зонах наиболее быстрой и наиболее медленной сушки (критических зонах). В партиях лиственной древесины большой толщины необходимо по тому же принципу отобрать также «весовые контрольные образцы». Эти образцы в количестве не менее 6 штук на камеру и длиной 100-120 см выпиливают из контрольных досок на расстоянии не менее 10s (например, 50 см при s=5 см) от торцов (Рисунок 4).

Контрольные образцы должны быть без дефектов, а их торцы – влагоизолированы, кроме того, их следует промаркировать и взвесить. Из торцевых зон образцов выпиливают две секции для определения влажности древесины весовым методом. Весовые контрольные образцы располагают в штабеле около образцов с датчиками так, чтобы их можно было достать в любой момент, даже во время сушки, взвесить и рассчитать их текущую влажность. "Образцы с датчиками" также можно использовать в качестве "весовых контрольных образцов".

Древесину, подвергнутую предварительной атмосферной или камерной сушке, необходимо исследовать на предмет наличия внутренних напряжений и градиента влажности в поперечном сечении, используя для этого силовые секции и секции послойной влажности (Рисунок 4), что необходимо для выбора условий фазы нагревания.

Рис. 24 (стр. 27)

Правильно уложенный штабель

Рис. 25 (стр. 28)

Нарушение циркуляции воздуха

Рис. 26 (стр. 28)

Укладка досок разной длины вразбежку

ПРОВЕДЕНИЕ ЦИКЛА СУШКИ

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ (ФАЗ) СУШКИ

Процесс сушки представляет собой непрерывный цикл, состоящий из уже упомянутых операций:

1. Нагрев: повышение температуры внутри древесины как минимум до температуры начала сушки, не допуская при этом сушки наружных слоев досок, снижение градиента влажности внутри и снятия напряжений в наружных слоях в течение установленного времени.

2. Сушка: повышение скорости испарения влаги с поверхности, с учетом возможностей материала, поддерживая равновесие между скоростью испарения и скорость внутреннего переноса воды, чтобы затем высушить древесину без повреждений до желаемой конечной влажности Uf за минимальное время.

3. Выравнивание: обработка древесины с целью уменьшения отклонения влажности отдельных досок от среднего или заданного значения конечной влажности Uf до величины, соответствующей выбранной категории качества.

4. Кондиционирование: обработка древесины с целью уменьшения градиента влажности внутри пиломатериалов до заданных пределов.

5. Охлаждение: понижение температуры древесины в конце сушки без изменения ее состояния после надлежащего проведения предыдущих этапов.

6. Дополнительные операции: дополнительные операции выполняются при необходимости (стр.33).

Рис. на стр. 29

Примеры сушильных камер Нарди

Режимы отдельных операций

В Компендиуме представлена методика, использованная в системе автоматического управления ЛЕОНАРДО (Рисунок 32). Режимы всех фаз процесса сушки приводятся в Таблицах на Листе 6.

Стр.30

1. Нагрев (Таблица 1)

Ориентировочное значение начальной влажности свежей древесине (U_fre) определяется по Таблице 1 - Лист 7, а значение U_fsp - по Таблице 2.

Операция нагрева состоит из этапов, параметры которых зависят от состояния загруженного в камеру материала и определяются следующим образом:

Для того чтобы выбрать температуру нагрева необходимо соблюдать одно условие: температура в центре досок должна быть доведена как минимум до уровня, заданного для начала фазы сушки. Кроме того, необходимо учитывать, что температура свежего дерева не должна превышать соответствующую температуру испарения, которую указывает смоченный термометр психрометра, и соответствовать UEC (Лист 2 Древесина – Воздух). На практике обычно конечную температуру фазы нагрева устанавливают на уровне Tr = T1 + 10…15 °С (где Т1 = температура, установленная для начального периода фазы сушки). Как правило, в начале фазы сушки ∆Т никогда не превышает 10°С. В любом случае Tr должна быть выше температуры испарения циркулирующего воздуха во время стадии постоянной температуры (выше TU психрометра). В отношении UR (UE или ∆Т) следует различать три случая:

Пиломатериалы сырые без внутренних напряжений

Процедура нагрева проводится в 4 стадии:

• предварительный нагрев при максимальной тепловой мощности без контроля за влажностью воздуха (не следует включать систему увлажнения, особенно если древесина сырая); обычно эта стадия заканчивается, когда температура достигает значения, равного полусумме начальной наружной температуры и заданной конечной температуры (Т0 + Tr)/2;

• предварительное кондиционирование начинается после достижения заданной температуры; на этой стадии необходимо достичь выбранного для фазы нагрева значения UR (UEC или ∆Т) (Лист 6, Таблица 1);

• постепенный рост температуры до значения Tr при установленном для фазы нагрева значении UR (UEC или ∆Т) за время не менее чем определяемое величиной 1/2 см в час;

• окончательный нагрев (выравнивание TU = Tr – ∆Т по толщине), продолжительность не менее чем из расчета 1/2 см в час при постоянном заданном состоянии воздуха. ∆Т и UEC определяют соответственно по Таблице 1 на Листе 6.

Пиломатериалы с внутренними напряжениями или высоким поперечным градиентом влажности

Начальный контроль наличия внутренних напряжений и градиента влажности в поперечном сечении выполняется, как показано на Рисунке 4, с использованием секций, взятых из контрольной доски рядом с местом выпиловки контрольного образца:

• градиент влажности контролируется с помощью секций послойной влажности (Рисунок 4 В), путем последовательного определения влажности слоев весовым методом,

• наличие внутренних напряжений определяется по силовым секциям (Рисунок 4 С), исходя из характера деформаций ее зубцов (растягивающие напряжения в наружных слоях в случае D, растягивающие напряжения во внутренних слоях в случае Е).

Пиломатериалы с напряжениями и высоким градиентом влажности в поперечном сечении, которая обычно образуются при атмосферной или предварительной сушке (даже после таяния льда в древесине), должна прогреваться в соответствии с процессом начального кондиционирования. Средняя влажность древесины Ui меньше PS. Для того, чтобы определить наличие напряжений в каждом из образцов можно воспользоваться формулой U = (Uc – Up) > s. На практике этот способ применяется для древесины класса III толщины и для его реализации требуется, как уже упоминалось, две пары электродов (на 1/5 и 1/4 толщины). На производстве обычно считается, что древесина, предварительно подсушенная в атмосферных условиях или камере, имеет подобное состоянии. В этом случае температура Tcon = Tr.

Процесс нагрева проводится в две стадии:

• предварительный нагрев и начальное кондиционирование при UR (∆Т или UEC), определенной по Листу 6 – Таблице 1 и постепенном росте температуры Т до достижения Tr = T1 + 10-15° C за время не менее 1/2 s;

• нагрев и кондиционирование при выбранной UR при постоянной температуре Tr до достижения градиента влажности между двумя парами электродов в образцах Uc – Up ≤ 1/2 s (см час).

Замороженная древесина

Если температура не опускается ниже –30 °С, в древесине замерзает только свободная вода. В этом случае операции нагрева должно предшествовать размораживание, при котором температуру камеры доводят до примерно 25° С и поддерживают этот уровень до полного размораживания. При размораживании хвойной древесины температура может превышать 30°С. Желательно поддерживать UR на уровне 78-80% (UEC 15-16%, ∆Т=3°С). Впрыскивание воды необходимо прекратить и поддерживать работу вентиляторов в режиме реверсирования с соответствующими интервалами. Температура внутри древесины долго держится на уровне нуля и признаком полного размораживания является тенденция к повышению температуры во внутренних слоях выше 0° С. По окончании размораживания в наружных слоях накапливаются напряжения, поскольку их влажность очень быстро достигает уровня 15-16%, что соответствует равновесной влажности внутри камеры.

По окончании размораживания можно переходить к последующим операциям, таким же, как для древесины с внутренними напряжениями (см. выше). Увеличение продолжительности процесса размораживания сверх определенных пределов нежелательно, поскольку напряжения возрастают, и меняется их распределение. Процесс размораживания продолжителен: он зависит от влажности, размеров и температуры древесины и может продолжаться более суток. В странах с холодной зимой при сушке свежей древесины рекомендуется вставлять термометр в находящуюся внутри камеры древесину, чтобы зафиксировать момент полного размораживания. Описанный процесс применяется и для древесины, покрытой снегом и льдом. По окончании размораживания процесс нагрева проводится также как для древесины с внутренними напряжениями.

2. Сушка

Технология сушка базируется на ряде соотношений, к которым имеют отношение:

• механическая прочность древесины;

• климат;

• влажность древесины;

которые в свою очередь формируют ступени, составляющие основу для постепенного программирования процесса сушки:

• фаза I – Влажность древесины по всей массе выше PS; механические сопротивления минимальны, условия сушки постоянны (испарение свободной влаги с поверхности). Исходя из всего вышесказанного, правила для режима сушки можно сформулировать следующим образом: постоянные климатические условия с высокой UR и низкой Т1. Средняя влажность древесины в конце фазы I (Р1) снижается до уровня между Ui и 2/3Ui в зависимости от влагопроницаемости; для средней влагопроницаемости Р1 = 2/3Ui + 1/3 PS (Схема 7, Таблица 4).

• фаза II – влажность наружных слоев древесины ниже PS и стремится достичь значения UE, влажность внутренних слоев еще выше PS, но начинает снижаться, механическая прочность по-прежнему минимальна, начинается замедление процесса сушки. В связи с этим, правила режима сушки можно сформулировать следующим образом: Т2 = Т1 низкая и постоянная, постепенное снижение UEC, обращая внимание на то, чтобы не допустить развития больших напряжений. Среднюю влажность древесины в конце этой фазы можно рассчитать по следующей формуле: P2=2/3PS+1/3Uefr (Uefr = равновесная влажность, соответствующая состоянию воздуха в пределах от 6 до 12%). Первое изменения климата должно произойти при Р1 со второй фракцией.

• фаза III – Р2 достигает PS в центре пиломатериалов. Таким образом, влажность всех слоев опускается ниже PS, а напряжения увеличиваются, в том числе и в центре. С этого момента начинается значительное замедление процесса сушки. Правила для режима сушки: Т3 увеличивается при дальнейшем быстром понижении UR.

Значительная разница в свойствах древесины различных пород становится более заметной при сушке, поэтому невозможно составить типовую программу, подходящую для любых условий.

Разработка программы сушки осуществляется отдельно для каждого типоразмера материала, а еще лучше, для каждой отдельной партии, согласно общим положениям, изложенным выше, которые выражают суть технологии сушки (таблица в нижней части страницы).

Кроме того, процесс сушки должен проводиться с учетом характеристик отдельных древесных пород, обращая особое внимание на максимальную допустимую температуру, водопроницаемость – плотность и уровень PS (от значения PS зависит выбор Р1, Р2 и режима кондиционирования).

Обычно восприимчивость к температурам повышается при увеличении плотности, влагонепроницаемости, а также количества и размеров сердцевинных лучей (Дуб).

При работе со свежей древесиной необходимо учитывать происхождение, возраст и характеристики пиловочника, из которого были получены данные пиломатериалы.

Таблица внизу:

• Температура Т: постоянная и низкая для фазы I и II, увеличивается на фазе III.

• Относительная влажность воздуха UR: постоянная для I фазы, уменьшается на фазах II и III (UE   или Т ).

• На I критической точке произвести первое изменение режима сушки (климата).

Стр.32

На большой высоте необходимо корректировать значения температуры в связи с соответствующим изменением температуры кипения воды.

Для быстрого программирования процесса сушки пользуйтесь Таблицами 2 и 3 Листа 6, которые представляют собой краткое изложение системы режимов сушки. Пример программы, разработанной на основе данных этой схемы и вышеизложенных принципов, приводится в ПРИЛОЖЕНИИ 1. Чтобы упростить программирование началом фазы II (первого изменения климата) можно считать Р₂ = 2/3 U_i , а началом фазы III - P₂ = 25% для хвойной древесины и древесины с невыраженным ядром, и Р₂ = 20% для тяжелой древесины и древесины с выраженным ядром.

Программа может быть задана в виде непрерывной функции или в табулированной форме, с разделением процесса сушки на шаги. В начале каждого шага, которому соответствует определенное значение влажности древесины, устанавливается климатический режим (состояние воздуха), который необходимо поддерживать до наступления следующего шага. Фаза I операции предполагает постоянный режим и поэтому не делится на фракции. Две другие фазы можно разделить на фракции в пропорциональной последовательности согласно местным условиям и опыту.

В последней колонке Таблицы 2 Листа 6 приведены значения GRN, что означает «номинальный градиент сушки». Градиент сушки GR определяется как отношение между реальной влажностью древесины в диапазоне гигроскопической влажности и UEC. Практически GR показывает, насколько форсирован режим сушки: чем он выше, тем интенсивнее сушка. С 50-х годов и практически до наших дней сушка древесины проводилась при постоянном значении GR, которое поддерживалось системой автоматического управления. В настоящее время сушка ведется экспериментальными режимами, в которых GR возрастает к концу процесса в большей или меньшей степени. Этот показатель сохранился только как номинальный индекс (GRN), характеризующий степень интенсивности режима.

В ряде руководств по сушке древесины приводятся готовые программы для различных древесных пород с конкретными описаниями процедур. В памяти компьютера НАРДИ ЛЕОНАРДО содержится библиотека рекомендованных режимов сушки. Пользователю необходимо только выбрать режим, который автоматически появляется на дисплее в виде таблицы, и подтвердить свой выбор, после чего компьютер передаст эти данные в регулятор для автоматического запуска процесса.

При разработке программ были приняты во внимание последние тенденции в технологии камерной сушки сырых пиломатериалов, что повлекло за собой усложнение процедуры и повышение неуверенности в надежности управления. В связи с этим рекомендуется для непроницаемой и умеренно проницаемой древесины первое изменение параметров воздуха рассматривать как начало субфазы В (см. Рисунок 3). При автоматическом управлении сушкой с использованием датчиков влажности, следует иметь ввиду, что их показания имеют удовлетворительную точность при влажности ниже 45%. В этом случае рекомендуется отложить первое изменение параметров воздуха до этого момента.

В ПРИЛОЖЕНИИ 2 приведены 4 примера рекомендованных программ. При определении параметров ступеней в программе предусмотрено, что при начальной влажности ниже, чем влажность свежей древесины, процесс в любом случае необходимо начинать с первой ступени, как показано в левой колонке таблиц, и бысто пройти последующие ступени, пока не будет достигнута ступень, соответствующая реальной начальной влажности древесины. Следует обратить снимание, что программы приспособлены к системе электрического измерения влажности образцов, поэтому первое изменение параметров при сушке свежей древесины приходится на влажность 45%, т.е. на момент, когда измерения становятся достаточно надежными (см. стр. 42). При работе с контрольными образцами первое изменение параметров может быть сделано при достижении I критической точки, как было объяснено ранее.

В таблицах режимов значения UR указаны совместно с UEC, если используется гидрометр с деревянной (или целлюлозной) пластинкой, и вместе с Т (психрометрическая разность), если используется психрометр. Если используется система изменения направления циркуляции воздуха в сушильной камере, то на обех сторонах камеры должны быть датчики состояния воздуха, которые активируются автоматически в соответствии с направлением воздушного потока. При регулировании состояния воздуха должны быть активированы датчики, находящийся со стороны поступления воздуха в штабели. Если датчики расположены только с одной стороны, то параметры воздуха должны чередоваться между значениями, соответствующими текущему и предыдущему периоду, когда воздух подавался в штабель со стороны, где нет датчиков. В камерах с психрометрами достаточно иметь один смоченный термометр и 2 сухих.

3. – Выравнивание

Операция выравнивания требует установки состояния гигроскопического равновесия на нижнем уровне допустимого отклонения влажности, согласно установленному классу качества сушки и продолжается до тех пор, пока влажность всех образцов не будет находиться в допустимых пределах, соответсвующих выбранному классу.

Температура поддерживается на уровне Tug = Tf+10°С.

Стр.33

Значения Т или UE устанавливаются согласно Таблице 4 на Листе 6. Указанная таблица соответствует классу Q Рекомендаций EDG. В основном рекомендуется работать без увлажнения, а в случае необходимости состояние воздуха можно регулировать путем повышения или даже понижения температуры.