Диссертация (Повышение энергоэффективности электротехнологических комплексов вакуумно-высокочастотной сушки древесины), страница 15

Последнее не свойственно для работы комплекса на частоте 13,56 МГц при подключении в одной и двух точках. В этих случаях длина материала оказывается равной длине волны, что сопровождается образованием узлов напряженияна расстоянии L/4 от концов рабочего конденсатора.Рисунок 4.1 – Исследуемые варианты подключенияВЧ генератора к рабочему конденсаторуа) в одной точке по центру; б) в двух точках в) в трех точкахДля первого варианта подключения (рис. 4.1, а) характерно перемещение узлов напряжения в процессе сушки по направлению к точке подключения в97следствие удлинения волны. При подключении по второму варианту (рис.4.1, б) узлы напряжения локализируются непосредственно в точках присоединения токопроводов.

Вблизи узлов температура материала не достигаеттемпературы нагрева, в итоге устанавливается такой градиент, при которомпод действием термодиффузии и фильтрации влага перемещается в область сболее низкой температурой. Влагосодержание в этой области превышаетначальное значение (рис. Д.4, г и Д.5, г), а возрастающие механическиенапряжения приводят к деформациям и растрескиванию пиломатериала. Обаварианта подключения равнозначны по наличию и расположению узловнапряжения и не рекомендуются при сушке на частоте 13,56 МГц. Наиболееравномерное и стабильное во времени электромагнитное поле обеспечивается на частоте 5,28 МГц при подключении электродов в трех точках( kE = 1,021).

Аналогичные выводы могут быть сделаны по графику нарис. 4.3 для распределения внутренних источников теплоты.Рисунок 4.2 – Изменение коэффици-Рисунок 4.3 – Изменение коэффици-ента неоднородности напряженностиента неоднородности внутренних ис-электрического поля во времениточников теплоты во времени98По мере удаления влаги удельная мощность внутренних источниковтеплоты уменьшается (рис. Д.1, б – Д.6, б), а вместе с ней снижается скоростьсушки. В связи с этим процесс необходимо регулировать путем изменениявыходного напряжения ВЧ генератора. Следует заметить, что вне зависимости от частоты и варианта подключения коэффициент неоднородности внутренних источников теплоты kQ заметно снижается. Это объясняется тем, чтосушка в электромагнитных полях является саморегулируемым процессом: вместах с большим влагосодержанием сохраняется высокая интенсивностьудаления влаги, в местах с меньшим влагосодержанием процесс замедляется.В итоге распределение внутренних источников становится более равномерным.

По этой же причине в конце процесса сушки рост коэффициента неоднородности поля влагосодержания ku останавливается с последующим медленным убыванием (рис. 4.4, кривые 2 и 3). Минимальное значение коэффициента (ku = 1,06) было получено на частоте 5,28 МГц при подключенииэлектродов рабочего конденсатора в трех точках.Рисунок 4.4 – Изменение коэффици-Рисунок 4.5 – Изменение коэффици-ента неоднородности поля влагосо-ента неоднородности температурногодержания во времениполя во времени99Коэффициент неоднородности температурного поля kt (рис. 4.5) быстроувеличивается и достигает максимального значения по окончании нагрева,после чего плавно снижается за счет действия механизмов тепломассопереноса, в первую очередь теплопроводности.

При этом время выравниваниятемпературы тем меньше, чем больше равномерность электромагнитного поля. Так, на частоте 5,28 МГц время выравнивания составляет 1,25 ч при подключении в трех точках и 15 ч – при подключении в одной.На основе проведенного анализа можно выделить две группы возможных вариантов сушки. Первая включает варианты с низкими коэффициентами неоднородности исследуемых полей:- сушка на частоте 13,56 МГц с подключением в трех точках (кривые 6на рис. 4.2 – 4.6.);- сушка на частоте 5,28 МГц с подключением в двух точках (кривые 2на рис.

4.2 – 4.6.);- сушка на частоте 5,28 МГц с подключением в трех точках (кривые 3на рис. 4.2 – 4.6.).Вторая группа включает варианты с высокими коэффициентами неоднородности:- сушка на частоте 13,56 МГц с подключением в одной точке (кривые 4на рис. 4.2 – 4.6.);- сушка на частоте 13,56 МГц с подключением в двух точках (кривые 5на рис. 4.2 – 4.6.);- сушка на частоте 5,28 МГц с подключением в одной точке (кривые 1на рис. 4.2 – 4.6.).Особенно четко справедливость такого разделения видна на графике зависимости среднего влагосодержания от времени (рис. 4.6), из которого следует,что кроме потери качества высушиваемого материала неоднородность электромагнитного поля приводит к снижению средней скорости сушки100u.

Дляτпервой группыuu= 0,0130 кг/(кг·ч), а для второй –= 0,0060 кг/(кг·ч), таττким образом, средняя скорость сушки уменьшается в 2,17 раза, что сопровождается увеличением расхода электрической энергии и снижением технико-экономических показателей комплексов в целом.Рисунок 4.6 – Зависимость среднего влагосодержания от времени4.2 Разработка рекомендаций и технических решений по повышениюравномерности сушкиПроведенное в пункте 3.1 исследование показало, что для вакуумновысокочастотных комплексов с системой двух вертикальных электродов приформировании штабеля требуется плотная укладка рядов досок с целью полного исключения шпаций, так как с увеличением их размера снижаютсянапряженность электрического поля в древесине (рис.

3.5) и равномерностьсушки (рис. 3.4). Отсюда также следует, что для сушки в исследуемых электротехнологических комплексах подходят только обрезные пиломатериалы.Для более плотного прилегания досок друг к другу штабель рекомендуетсямеханически уплотнять.101Влияние воздушных зазоров на процесс сушки не однозначно. С однойстороны, с их увеличением повышается однородность электромагнитногополя в поперечном сечении штабеля (рис. 3.4). С другой, снижается средняянапряженность в досках, а значит и интенсивность их сушки. Введение зазоров величиной 2 см приводит к снижению напряженности в среднем в 1,5 раза (рис. 3.5). Однако плотное прилегание электродов к штабелю не желательно.

Во-первых, это технически сложно организовать из-за разброса шириныдосок. Во-вторых, усушка древесины приведет к образованию воздушных зазоров. В третьих, в местах с неплотным прилеганием электродов возможновозникновение искрения. Оптимальными следует считать зазоры величиной1 см. В условиях промышленной эксплуатации оборудования допускается ихувеличение в случае возникновения искрения.Из графиков на рис. 3.4 также следует, что даже при оптимальном способе укладки (w = 0, d = 1) невозможно получить равномерное поле. Это,несомненно, является недостатком высокочастотного способа сушки, но такая проблема возникает и в сушильных аппаратах других типов.

Например, вконвективных камерах на входе в штабель агент сушки имеет требуемые параметры, но по мере его прохождения через штабель он насыщается влагой, иего полезные свойства снижаются. Поэтому на противоположном конце штабеля древесина имеет повышенную влажность.

Похожая картина наблюдается и в ВЧ сушильных установках: вблизи высокопотенциального электроданапряженность электрического поля максимальна и снижается по мере удаления от него (рис. 4.7). График соответствует опыту № 12 табл. 3.6.Для выравнивания распределения напряженности по ширине штабеляможет быть использована система симметричного питания электродов, прикоторой поверхность нулевого потенциала проходит через его середину.

Оптимальная конструкция симметричного питания предложена в [105].Основной причиной неравномерности являются волновые электромагнитные процессы. Для того чтобы исключить их влияние на равномерность102Рисунок 4.7 – Распределение напряженности электрического поляпо ширине штабеля в нижнем (1), среднем (2) и верхнем (3) рядах досокпроцесса сушки в вертикальном направлении, достаточно подключать ВЧ генератор к электродам на середине их высоты. Наиболее распространенныедва способа повышения равномерности распределения электромагнитногополя в продольном направлении штабеля были рассмотрены в первой главе.Они заключаются в подключении ВЧ генератора к рабочему конденсатору внескольких точках или подключении в тех же точках индуктивностей,настроенных в резонанс.

Их применение в вакуумно-высокочастотных комплексах не рационально. Первый способ требует большого числа вакуумированных высоковольтных вводов, а значит усложнения и удорожания конструкции рабочей камеры. При втором способе необходима постоянная подстройка индуктивностей колебательного контура в резонанс, что также приведет к усложнению конструкции не зависимо от того, как будет осуществляться подстройка: в ручном или автоматическом режиме.Известен также способ высокочастотной сушки длинномерного материала [106], реализуемый путем создания бегущего электромагнитного поля.Эффект бегущей волны достигается за счет использования большого числавысокопотенциальных электродов малой длины, каждый из которых соединен с коммутирующим блоком, подключенным к ВЧ генератору.

Данный103блок поочередно осуществляет переключение электродов так, что в любоймомент времени работает только один. Применительно к вакуумновысокочастотным комплексам способ не может быть полностью использован: для этого требуется ещё большее число вакуумированных высоковольтных вводов. Однако его идея взята за основу, в результате для повышенияравномерности сушки предлагается способ, иллюстрированный на рис. 4.8.Рисунок 4.9 – Распределение напряженности электрического поля при подключении в трех точках (1) и одной точке поРисунок 4.8 – Способ повышенияцентру (2) на частоте 13,56 МГцравномерности сушки по длинепиломатериалаВЧ генератор подключается к рабочему конденсатору в трех точках: поцентру и по краям через коммутационный блок (КБ), располагающийся снаружи камеры вблизи генератора.

Блок осуществляет циклическое отключение и подключение двух крайних точек. При этом часть времени цикла переключения рабочий конденсатор оказывается подключенным в трех точках, адругую часть – в одной по центру. Благодаря этому обеспечивается смена узлов напряжения, образующихся на расстоянии около 1,5 м от центра штабеля104при подключении в одной точке по центру, пучностями, образующимися натаком же расстоянии от центра при подключении в трех точках (рис.