Вентилятор сушильной камеры

Сушка пиломатериалов имеет большое значение и влияние на качество изделий из древесины. С развитием деревообра­батывающей промышленности развивается и ка­мерная сушка пиломатериалов. Специалисты, работающие в области сушки древесины, должны

постоянно искать инновационные решения в дан­ной отрасли, умело использовать накопленный многолетний опыт. На сегодняшнем этапе раз­вития цифровых технологий необходимо больше задействовать различные расчетные механизмы для создания математической модели процесса сушки.

Сушильная камера как технический объект со­стоит из целого комплекса механизмов, узлов и деталей, каждый из которых можно по отдель­ности оценить по различным техническим крите­риям (производительность, энергопотребление, надежность работы, материалоемкость и др.). Соответственно, улучшая показатели опреде­ленного механизма сушильной камеры, можно утверждать об улучшении характеристик самой сушильной камеры.

Оборудование сушильной камеры можно под­разделить на тепловое (теплообменники, кол­лекторы и др.), вентиляционное (вентиляторы, диффузоры), воздухообменное (приточные и вы­тяжные каналы), а также оборудование для управ­ления процессом сушки (сегодня в сушильных камерах используются в основном автоматические системы). Каждому из узлов сушильной камеры следует уделить внимание; в данном материале будут рассмотрены вентиляторы сушильной ка­меры.

О Центробежные вентиляторы а - правого вращения; б - левого вращения;

0  Осевой вентилятор У-12 а - лопатка вентилятора; б - профиль лопатки;
в - колесо;
г - поперечный разрез колеса и коллектора:
1- обшивка лопатки;
2- днище лопатки;
3- обод втулки;
4  - шпилька для правильной посадки лопатки;
5- диск;
6- ступица;
7-коллектор;
д - развертка посадки
лопаток;
е - посадка лопаток реверсивного вентилятора
 

Ошибочное представление

Не секрет, что сегодня, в том числе исходя из фи­нансовых соображений, при наличии достаточ­ного количества организаций, занимающихся проектированием и изготовлением сушильных камер, на предприятиях пытаются самостоя­тельно построить для себя сушильную камеру. Зачастую без наличия необходимого опыта в во­просе проектирования сушильной камеры строи­тельство ее сводится к подбору по тем или иным критериям сушильного оборудования. В боль­шинстве случаев такой набор оборудования для сушки не дает нужного эффекта по причине неправильного взаимодействия оборудования и каких-то технологических просчетов. На прак­тике это неизменно приводит к неполучению необходимого результата, браку сушки, поломке технологического оборудования.

Помимо опыта создания сушильной камеры ре­зультат работы зависит и от опыта эксплуатации самостоятельно построенной сушильной камеры. Это в первую очередь знание режимов сушки пи­ломатериалов разных сечений и пород древесины и, что не менее важно, умение правильно управ­лять процессом сушки древесины в сушильной ка­мере. Самостоятельно построив сушильную каме­ру как некоторое закрытое помещение, в котором создается повышенная температура (ряд батарей на стенах) и присутствует некая неорганизован­ная циркуляция воздуха по высушиваемому ма­териалу, часто пытаются управлять процессом сугубо из своего понимания процесса или, может быть, небольшого опыта сушки. Некоторые ут­верждают, что к самостоятельно построенной сушилке им необходима современная система автоматического управления. Меж тем в систему управления всего лишь заложен алгоритм веде­ния процесса, то есть непрерывное отслеживание параметров режима сушки, сравнение измерен­ных данных с заданными и выдача команд на ре­гулирование этих параметров.

При самостоятельной постройке сушилки мно­гие считают первой задачей купить вентилятор, не делая особого акцента на его технических ха­рактеристиках. В качестве вентилятора сушиль­ной камеры устанавливают даже вентиляторы, не способные просто работать в агрессивной среде сушильной камеры (повышенная темпе­ратура и повышенная даже до 100% влажность). В основном также ошибки касаются несоответ­ствия характеристик вентилятора относительно установленного теплового оборудования камеры.

Сушильная камера может работать лишь при соблюдении целого ряда условий. В камерных су­шилках процесс сушки происходит в условиях, от­личных от атмосферных, при сравнительно высо­кой температуре и высоком парциальном давлении водяных паров. Это предъявляет к ограждающим конструкциям камеры требование возможно мень­шей тепло- и влагопроводности. Без выполнения этого условия проведение заданного режима сушки не только вызовет повышение расхода тепловой энергии на покрытие чрезмерно больших потерь тепла и влаги, но может оказаться и невыполни­мым. Минимальная влагопроводность ограждений камеры должна быть в камерах без искусственного увлажнения, в которых для поддержания необходи­мой влажности среды по режиму нужно удерживать влагу, испаряемую из высушиваемой древесины.

 

О Аэродинамическая характеристика вентилятора У-12
О Центробежный вентилятор Ц4-70
О Центробежный вентилятор Ц4-76
О Аэродинамическая характеристика вентилятора Ц4-76 № 12,5

 

Вентиляционная система

Система вентиляции и ограждающие конструк­ции сушильной камеры связаны между собой. При негерметичности в ограждениях камеры (неплотное прилегание двери, щели в стыках сте­новых и крышных панелей, любые незапланиро­ванные места и отверстия для прохода влажного воздуха) посредством вентиляционной системы воздух будет покидать пространство сушильной камеры и помимо нарушения процесса будет при­водить к разрушению ограждений камеры, на­чиная с места выхода. К разрушениям будет при­водить и подсос воздуха снаружи в сушильную камеру. Более холодный наружный воздух, попа­дая через щели в сушильную камеру (температура среды по ходу процесса сушки 70-80 °С), вызовет конденсацию на металлических частях камеры в месте входа, тем самым в дальнейшем приведет к разрушению конструкций.

Вентиляционную систему сушильной камеры необходимо рассматривать как единый комплекс механизмов и деталей, который состоит из вен­тиляторов, диффузоров, системы направляющих и ограничивающих экранов. В современных су­шильных камерах система вентиляции реверсив­ная. Это означает, что по ходу процесса сушки направление движения агента сушки (нагретый влажный воздух) изменяется на обратное. Это необходимо для обеспечения равномерности по­дачи агента сушки с одинаковыми характеристи­ками (температура и влажность) ко всем пилома­териалам. Особенно это касается камер с большим объемом загрузки, так как при прохождении даже половины сушильного пространства агент сушки теряет температуру и повышает влажность. А это означает, что при нереверсивной схеме ко вто­рой половине сушильного пространства агент сушки подойдет с параметрами температуры ниже на 10-15 °С и увеличением влажности на 10-20%.

При продолжении сушки в таких условиях по за­вершению процесса половина сушильного про­странства (штабеля пиломатериалов из этой зоны) будет иметь повышенную влажность древесины, то есть в ней пиломатериалы будут не досушены до необходимой конечной влажности. Важнейшее назначение вентиляционной системы сушильной камеры - обеспечение надлежащего по количе­ству и распределению подачи свежего воздуха и удаление отработавшего. Сушильные камеры сегодня работают с принудительной циркуляцией и при выключенных вентиляторах полноценно функционировать не могут. Система вентилято­ров, обдувая нагревательное оборудование каме­ры (калориферы водяные, электрокалориферы), снимает с них тепло и передает к высушиваемой древесине. При выключенных вентиляторах съем тепла в необходимом количестве прекратится, тем самым температура в сушильной камере будет значительно ниже заданной по режиму.

Вентилятор характеризуется важным показа­телем - производительностью по воздуху, то есть какое количество воздуха он может перемещать в определенный промежуток времени (тыс. м3/ч). При выборе вентилятора для сушильной каме­ры в первую очередь следует руководствоваться именно этим показателем. Необходимое коли­чество циркулирующего воздуха в камере рас­считывается от объема загружаемой древесины в сушильное пространство камеры. Влага, кото­рая испаряется из древесины, удаляется из ка­меры в виде влажного воздуха. Если количество циркулирующего воздуха меньше необходимого, возникнут трудности с удалением испаряемой с поверхности древесины влаги. Это приведет к снижению скорости сушки, неравномерности просыхания. При слишком большом количестве циркулирующего воздуха будет перерасход элек­трической энергии от бесполезного вращения вентиляторов. Таким образом, правильный выбор и подбор количества вентиляторов для сушиль­ной камеры делает серьезным этот вопрос при проектировании сушильной камеры и требует особого внимания к нему.

Вентилятор сушильной камеры

Конструкций сушильных камер много, поэтому нельзя сказать, что для сушильных камер долж­ны подходить какие-то определенные типы вен­тиляторов. По принципу действия и форме выполнения вентиляторы делятся на центробежные (радиальные) и осевые. В центробежных вентиля­торах воздух перемещается от центральной зоны к периферии между лопатками вращающегося ко­леса под действием центробежной силы (рис. 1), а в осевых - нагнетается давлением лопаток, установленных наклонно к плоскости их враще­ния, и движется в осевом направлении (рис. 2). Основной рабочий элемент вентилятора - колесо. Размеры вентилятора определяются его номе­ром, выражающим наибольший диаметр колеса в дециметрах. Например, вентилятор № 12 имеет диаметр колеса 1200 мм (12 дм). Вентиляторы одной конструкции, но разных размеров, то есть геометрически подобные, образуют серию.

Производительность вентилятора определяет­ся объемом перемещаемого воздуха V (м3/ч). Другой очень важной характеристикой венти­лятора является давление (напор), создаваемое перемещаемым воздухом. При прочих равных условиях производительность вентилятора не за­висит от плотности воздуха, а давление Н и потре­бляемая мощность Nпропорциональны плотно­сти воздуха, поэтому на нагретом воздухе, то есть более легком воздухе, вентилятор менее нагру­жен, а в начале процесса - на холодном воздухе - несколько перегружен.

Технические характеристики вентилятора У-12 представлены на рис. 3.

Производительность вентилятора пропор­циональна первой, давление - второй, а по­требляемая мощность - третьей степени от числа оборотов вращения колеса вентиля­ тора. На практике часто либо не догружают электродвигатели вентиляторов, либо пере­гружают (поломка электродвигателя от пере­грузки).

Путь, по которому проходит воздух в сушиль­ной камере, называется кольцом циркуляции. Потери давления, связанные с перемещением агента сушки, составляют сопротивление кольца циркуляции. Это сопротивление складывается из местных потерь по ходу всего движения пото­ка. Места потерь давления - это и прохождение через теплообменники, места, где имеется вне­запное сужение и расширение потока, повороты потока, проход через штабель пиломатериалов и т.д. Для поддержания постоянного расхода агента сушки в кольце циркуляции необходи­мо, чтобы вентилятор (система вентиляторов) создавал давление, равное или выше сопротив­ления кольца циркуляции (общему сопротив­лению от всех участков) с учетом требуемого расхода и скорости прохождения агента сушки. Важнейшим требованием является скорость прохождения агента сушки через штабель вы­сушиваемых пиломатериалов.

Центробежные вентиляторы

Центробежные вентиляторы (рис. 4) состоят из кожуха спиральной формы, укрепленного на раме с валом и подшипниками, колеса и элек­тродвигателя привода колеса. При вращении колеса (ротора) воздух через входной патрубок в боковой стенке кожуха поступает в простран­ство между лопастями ротора и под действием центробежной силы выбрасывается через нагнетательный патрубок под прямым углом к направлению всасывания. Центробежные вен­тиляторы можно подразделить на три катего­рии: низкого давления (до 1000 Па); среднего давления (1000-3000 Па); высокого давления (3000-10000 Па).

 

© Сушильная камера с центробежным вентилятором
1- центробежный вентилятор;
2- воздуховод;
3- теплообменник
0  Осевой вентилятор серии В с обечайкой и несущим валом
а - колесо вентилятора с обечайкой; б - лопасть вентилятора; в - вал вентилятора с консолью 800 мм;
1  - обечайка;
2  - обтекатель;
3  - рабочее колесо;
4  - лопасть спрямляющего аппарата
0  Сушильная камера с выносным электроприводом вентилятора
1  - воздуховод;
2  - электропривод вентилятора;
3  - осевой вентилятор;
4  - теплообменники
Ф Сушильная камера с вентилятором на валу электродвигателя
1- штабель пиломатериалов;
2- воздуховод;
3- вентилятор с защищенным электродвигателем;
4- теплообменники
В Осевой вентилятор серии У-12 а - лопасть; б - рабочее колесо; в - поперечный разрез колеса и обечайки; г - развертка установки лопастей нереверсивного вентилятора; д - развертка установки лопастей реверсивного колеса
 

Центробежные вентиляторы изготавливаются правого и левого вращения с различным рас­положением кожуха вентилятора в зависимо­сти от ориентации нагнетательного патрубка. Правильным является вращение колеса венти­лятора по ходу разворота кожуха. При обратном вращении колеса производительность венти­лятора резко уменьшается. Но реверсирования не происходит, то есть воздух также засасывается в вентилятор через боковое отверстие и выбрасы­вается через нагнетательный патрубок.

Для сушильных камер можно применять цент­робежные вентиляторы низкого и среднего дав­ления серии Ц4-76 (рис. 5). Указанные вентиля­торы обладают высоким КПД и изготавливаются из углеродистой, нержавеющей стали или с алю­миниевым кожухом. Так, для вентилятора Ц4-76 № 8 максимальное значение КПД (0,81), а давле­ние при окружной скорости на концах лопастей до 50 м/с -1000-1400 Па.

Аэродинамическая схема центробежного вен­тилятора Ц4-76 № 12,5 приведена на рис. 6. Показанные на схеме характеристики рассчитаны для стандартного сухого воздуха с температурой 20 °С и плотностью = 1,2 кг/м3.

В силу конструктивных особенностей центро­бежные вентиляторы можно использовать для по­буждения потока воздуха для небольших сушиль­ных камер, когда достаточно установки одного вентилятора. Для повышения надежности рабо­ты центробежный вентилятор необходимо уста­навливать в сушильной камере таким образом, чтобы электропривод вентилятора был вынесен за пределы сушильной камеры. Для упрощения конструкции привода вентилятора и обеспечения необходимого напора агента сушки можно ис­пользовать центробежный вентилятор, устано­вив его в районе поворота сушильного агента из сушильной зоны в рециркуляционный канал (рис. 7).

В свое время центробежные вентиляторы нашли применение в эжекционных сушильных камерах. В эжекционных камерах полностью ис­пользован высокий напор центробежных венти­ляторов, а сравнительно малая их производитель­ность компенсирована небольшой величиной отношения объема воздуха, проходящего через вентилятор, к объему циркулирующего в камере агента воздуха.

Осевые вентиляторы

Для побуждения агента сушки в сушильных ка­мерах наибольшее применение получили осе­вые вентиляторы. Это обусловлено в первую очередь более широким диапазоном возмож­ностей их применения для различных конструк­ций сушильных камер. Производительность осе­вых вентиляторов аналогичных номеров значи­тельно выше, а габаритные размеры и масса меньше, чем центробежных. Конструктивно осевые вентиляторы значительно проще цен­тробежных вентиляторов. Характеристики осе­вых вентиляторов удобно регулировать путем изменения угла поворота лопаток или количе­ством лопаток рабочего колеса. Осевые венти­ляторы можно устанавливать непосредственно внутри сушильной камеры и обеспечивать пря­мое побуждение агента сушки. Существенным преимуществом осевых вентиляторов по срав­нению с центробежными является их реверсив­ность, то есть изменение направления потока агента сушки путем изменения направления вращения рабочего колеса.

Основным элементом осевого вентилято­ра (рис. 8) является рабочее колесо, состоящее из втулки и лопастей, которые закреплены на ней под углом к плоскости вращения. Рабочее колесо размещено внутри цилиндрического кожуха, на­зываемого обечайкой (диффузором). Расстояние между лопатками рабочего колеса и обечайкой небольшое, 5-10 мм. Лопасть вентилятора можно представить, как элемент многозаходного винта. При работе колесо, вращаясь внутри обечайки, удерживается от перемещения в осевом направле­нии подшипниками. Агент сушки под воздействи­ем лопастей перемещается вдоль оси вентилятора.

Колесо вентилятора может быть установлено на длинный вал, соединяющий колесо с электроприводом, который находится за пределами сушильной камеры (рис. 9). Установка электро­привода вентилятора за пределами сушильно­го пространства позволяет проводить процесс сушки пиломатериалов в камере при высоких температурах среды (форсированные, высоко­температурные режимы сушки). Также коле­со может быть установлено непосредственно на вал электродвигателя. При этом электро­двигатель должен быть специального испол­нения, с возможностью работы долгое время при высокой температуре и влажности. Схема сушильной камеры с осевым вентилятором с за­щищенными электродвигателями представле­на на рис 10. Вентиляторы со специальными электродвигателями позволяют более широко применять различные схемы циркуляции пото­ка воздуха в сушильной камере. Осевые венти­ляторы каждой серии характеризуются формой поперечного сечения и относительной вели­чиной диаметра втулки. Чем больше диаметр втулки (центральная часть колеса вентилятора) по отношению к диаметру всего вентиляторно­го колеса, тем выше развиваемое вентилятором полное давление.

В сушильных камерах широкое примене­ние нашли 12-лопастные осевые вентиляторы серии У. На рис. 11 представлен общий вид осево­го вентилятора типа У № 12. Вентиляторы данной конструкции применяют в камерах непрерывного и периодического действия. В камерах периоди­ческого действия эти вентиляторы переобору­дуются в реверсивные путем установки лопасти через одну с разворотом на 180° (рис. 11д).

Сравнивая осевые и центробежные вентилято­ры, можно отметить, что:

  • осевые вентиляторы экономичнее центробеж­ных;
  • потребляемая мощность с увеличением произ­водительности при уменьшении сопротивления сети у центробежных вентиляторов резко воз­растает, а у осевых изменяется незначительно;
  • осевые вентиляторы имеют меньшие размеры и менее металлоемки;
  • путем поворота или нейтрализации лопастей можно при неизменном числе оборотов в широ­ких пределах экономично регулировать произ­водительность;
  • осевой вентилятор позволяет реверсирование циркуляции агента сушки.

Для создания большого количества циркули­рующего воздуха в камере можно установить несколько осевых вентиляторов небольшого диа­метра (D= 700-800 мм), тем самым равномерно расположить вентиляторы вдоль сушильного про­странства.

Статья составлена на основе Статьи журналаДЕРЕВО.RU