Ш.Г.ЗАРИПОВ

ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И
КОНСЕРВИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Красноярск 2006

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический
университет»

Ш.Г.Зарипов

ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И
КОНСЕРВИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания для выполнения контрольной работы студентами специальности 260200 (250403.65) Технология деревообработки
заочной формы обучения

Красноярск
2006

Гидротермическая обработка и консервирование древесины: методические
указания для выполнения контрольной работы студентами специальности
2602000 (250403.65) Технология деревообработки заочной формы обучения.
– Красноярск: СибГТУ, 2006. – 60 с.

© Составитель: канд.техн. наук, доцент Зарипов Ш.Г.

Утверждено на заседании кафедры технологии производств в лесном
комплексе протокол № 6 от «30» сентября 2006 года
Одобрено и рекомендовано к печати научно-методическим советом
ЛфСибГТУ протокол № 10 от «5» октября 2006 года

Рецензент: кандидат технических наук, доцент А.В. Михайленко (Научнометодический совет СибГТУ)
©Сибирский государственный технологический университет, 2006

Оглавление
Введение …………………………………………………………………...

5

1 Свойства обрабатывающей среды ……………………………………..

6

2 Свойства древесины, имеющие значение при ГТО …………………..

13

3 Физические закономерности и расчёт процессов нагрева и оттаивания древесины …………………………………………………....

16

4 Технология и оборудование тепловой обработки древесины ……….

22

5 Элементы теплового и циркуляционного оборудования сушилок ….

25

6 Лесосушильные камеры ………………………………………………..

28

7 Режимы и качество сушки пиломатериалов ………………………….

31

8 Атмосферная сушка …………………………………………………….

40

9 Специальные способы сушки и обезвоживания ……………………...

41

10 Сушка шпона …………………………………………………………..

42

11 Сушка измельчённой древесины ……………………………………..

43

12 Методы и средства защиты древесины ……………………………....

43

13 Технология и оборудование пропитки древесины ………………….

44

14 Испытания и технико-экономические показатели устройств для
гидротермической обработки древесины ……………………………….

44

15 Проектирование устройств для гидротермической обработки древесины ………………………………………………………………….

45

Библиографический список ……..……………………………………….

46

Приложения ……………..………………………………………………...

47

Введение
Учебная дисциплина «Гидротермическая обработка и консервирование
древесины», изучается в цикле специальных дисциплин специальности «Технология деревообработки» к федеральной компоненте дисциплин.
В курсе «Гидротермическая обработка и консервирование древесины»
изучаются процессы воздействия на древесину тепла, влажного газа или
жидкости. Целью этих процессов является изменение температуры и влажности древесины или введение веществ, улучшающих ее технологические и
эксплуатационные свойства.
Гидротермическая обработка древесины характеризуется изменением
лишь физико-механических свойств обрабатываемого материала без нарушения структуры и химических свойств древесинного вещества.
Процессы гидротермической обработки основаны на физических явлениях теплообмена и массообмена древесины с окружающей средой, относящихся к классу явлений переноса.
По учебному плану заочной формы обучения по данной дисциплине
требуется выполнение одной контрольной работы в девятом семестре.
В данных методических указаниях дана обзорная информация по всем
изучаемым темам в рамках дисциплины.
Контрольные задания охватывают ключевые разделы дисциплины.
Контрольные задания состоят из двух комплексных задач, ход решения которых представлен в методических указаниях.
Методические указания составлены в соответствии с программой курса
на основе учебного плана специальности «Технология деревообработки», отвечает требованиям к обязательному минимуму содержания ГОС по специальности 260200 (250403.65) и соответствующему рабочему учебному плану.

1 Свойства обрабатывающей среды
Жидкая или газообразная среда, воздействующая на материал при его
обработке, называется обрабатывающим агентом или агентом обработки.
Агентами обработки древесины служат водяной пар, воздух или смесь его с
топочными газами, вода и в некоторых случаях водные растворы или органические жидкости. Свойства водяного пара изучались ранее в курсе теплотехники, поэтому в настоящем курсе наибольшее внимание уделяется изучению свойств влажного воздуха и топочных газов.
При проработке этой главы необходимо четко усвоить термины и
определения основных параметров влажного воздуха: температура t, парциальное давление водяного пара рп, абсолютная влажность ρп, влагоемкость ρн,
степень насыщенности (относительная влажность) φ, влагосодержание d,
теплосодержание (энтальпия) H, плотность ρ и приведенный удельный объем
Vnp. Необходимо изучить уравнения связи между основными параметрами
влажного воздуха (1.1 – 1.4) и уметь применять их для практических расчетов.

ра  рв  рп ,
  n /  H  pn / pH ,
d  1000

п
рп
 622
,
в
ра  рп

Н  1,0t  0,001d (1,93t  2490),

d см 

d 2  nd 1
1 n ,

Н см 

Н 2  nН1
1 n ,

где ра – атмосферное давление воздуха, Па;
рв – парциальное давление сухого воздуха, Па;

(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)

(1.6)

рп – парциальное давление водяного пара, Па;

 n - абсолютная влажность воздуха, кг/м3;
 н - влагоёмкость, кг/м3;
 - относительная влажность воздуха;
d – влагосодержание, г/кг;
H – теплосодержание, кДж/кг;

cв , cn -

удельные теплоёмкости соответственно воздуха и пара,

кДж/(кг K);
t – температура смеси, oC ;

r0 - скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
Усвоив принципы построения hd-диаграммы, надо научиться определять любые параметры влажного воздуха по двум известным величинам,
знать характер построения на hd-диаграмме процессов изменения состояния
воздуха (нагревания, охлаждения, испарения влаги воздухом, смешения воздуха различных состояний), и следовательно, уметь определять параметры
воздуха после изменения его состояния (рисунок 1.1). Рассмотрев принципы
построения hdα-диаграммы, следует научиться практически определять параметры топочных газов.

Рисунок 1.1 - Фрагменты hd - диаграммы

Таблица 1.1 - Давление насыщенного пара в зависимости от температуры
Температура, 0C
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30

Давление, Температу- Давление,
кПа
ра, 0C
кПа
0,32784
32
4,75426
0,70527
34
5,31955
0,81326
36
5,94083
0,93459
38
6,61944
1,07324
40
7,37537
1,22789
42
8,19930
1,40255
44
9,10450
1,59853
46
10,08580
1,81718
48
11,16038
2,06382
50
12,33360
2,33847
52
13,61220
2,64377
54
14,99870
2,98375
56
16,50530
3,36105
58
18,14510
3,77968
60
19,91830
4,24231
62
21,83810

Темпера- Давление,
тура, 0C
кПа
64
23,9046
66
26,1444
68
28,5576
70
31,1361
72
33,9438
74
36,9569
76
40,1833
78
43,6363
80
47,3367
82
51,3156
84
55,5686
86
60,1149
88
64,9411
90
70,1007
92
75,5936

Примеры:
1 Задана температура t = 76°C и степень насыщенности φ = 0,65. Пользуясь формулами 1.1 – 1.6 и таблицей 1.1, определить парциальное давление
водяного пара, влагосодержание и теплосодержание воздуха, а затем проверить результаты решения по hd-диаграмме. Давление атмосферного воздуха
принято равным 100 000 Па.
Решение. Значение t = 76°C лежит между значениями 70 и 80°C по
таблице 1.1. Находим искомое значение рн интерполированием.
При 70°рн =31136,1 Па.
При 80° рн =47336,7 Па
На 10° - 16200,6 Па

PH  31136 ,1  (76  70)

16200
 40856 , Па
10

Из уравнения (1.2) парциальное давление

рп = 40856,5 ∙ 0,65 = 26556,7 Па.
Из уравнения (1.3) находим влагосодержание

d

622  26556,7
 224,9г / кг.
100000  26556,7

Теплосодержание — уравнение (1.4)
H = 1,0 – 76 + 0,001 – 224,9 ∙ (1,93 ∙ 76 + 2490) = 669 кДж/кг.
Графическое решение (рисунок 1.2): d = 228 г/кг; РП = 27 100Па; H =
= 673 кДж/кг.
2 Задано теплосодержание H = 900 кДж/кг и влагосодержание d =
= 300 г/кг.

Определить по формулам температуру, парциальное давление

водяного пара и степень насыщенности воздуха с последующей проверкой
результатов решения по hd-диаграмме.
Ответ: t = 96,9°C; рп = 32538 Па; φ = 0,35.
3 Заданы показания психрометра: tс = 83°C, tм = 61°C. С помощью hdдиаграммы найти степень насыщенности, теплосодержание,
ние,

влагосодержа-

плотность ρ и приведенный удельный объем Vпp воздуха.
Ответ: φ = 0,37; H = 500 кДж/кг; d = 156 г/кг; ρ = 0,898 кг/м3; Vпр = 1,29

м3/кг.
4 Задана температура воздуха t = 86°C и температура росы tр = 70°C.
Определить

по hd -диаграмме теплосодержание, влагосодержание, степень

насыщенности воздуха и парциальное давление водяного пара.
Ответ: H = 859 кДж/кг; d=290 г/кг; φ = 0,52; рп = 32 200 Па.
5 Смешивается воздух с температурой t1 = 80°С и относительной влажностью φ1=0,15 с воздухом, имеющим t2 = 60oС и φ2 = 0,8. Коэффициент пропорции смеси n = 3.
Определить параметры смеси: dсм, Hсм, tсм, φсм - сначала аналитическим
расчетом, а затем путем графического построения на hd-диаграмме. Сравнить
результаты аналитического расчета и графического решения.
Решение. Определяем парциальное давление для обоих компонентов
смеси, пользуясь таблицей 1.1.

При t1 = 80°С

Рн 1 = 47336,7 Па; при t2 = 60°С

Рн 2 = 19887,9 Па;

Рп1 = 0,15 ∙ 47336,7 = 7,1 ∙ 103 Па,
Рп2 = 0,8 ∙ 19887,9= 1,59 ∙ 104 Па.
Подсчитаем влагосодержание воздуха до смешивания

7,110 3
d1  622  5
 47,5г / кг;
10  7,110 3
1,59 10 4
d 2  622  5
 117,6г / кг.
10  1,59 10 4
Определяем влагосодержание смеси

d см 

d 2  nd1 117,6  3  47,5

 65г / кг.
1 n
1 3

Определяем теплосодержание воздуха до смешивания
H1 = 1,0 ∙ 80 + 0,001 ∙ 47,5 (1,93 ∙ 80 + 2490) = 205,6 кДж/кг;
H2= 1,0 ∙ 60 + 0,001 ∙ 117,6 (1,93 ∙ 60 + 2490) = 366,4 кДж/кг.
Следовательно,

Н см 

366,4  3  205,6
 245,8кДж / кг.
1 3

Температуру смеси определим из уравнения (1.4), которое решается
относительно t

tсм 

245,8  2,49  65
 73О С.
1  0,00193  65

Парциальное давление смеси воздуха

РП .см

105  65

 9,5 103 Па.
622  65

Рисунок 1.2 - hd – диаграмма

Давление насыщения смеси находим по температуре смеси 73°С.
При 80°C — 47336,7 Па
При 70°C — 31136,1 Па
На 10°C - 16200,6 Па

РНсм  31136 ,1  (73  70) 

16200 ,6
 36  10 3 Па.
10

Степень насыщенности смеси

см

9,5  10 3

 0,263.
36  10 3

Таблица 1.2 – Результаты сравнительных данных
Параметры cмеси

Аналитический расчет

Графическое решение

dсм, г/кг

65,0

67,0

Hсм, кДж/кг

245,8

247,0

tсм, °С

73,0

74,0

φcм

0,263

0,26

При графическом решении задачи на смешивание воздуха с воздухом
на hd-диаграмме соединяют прямой линией точки, характеризующие на диаграмме воздуха состояние 1 (t1 и φ1) и состояние 2 (t2 и φ2). Прямую, соединяющую эти точки, делят на n+1 равных частей.
В нашем примере n+1 = 4. На hd-диаграмме намечаем точки пересечения t1 = 80°С, φ1 = 0,15 и t2 = 60°С; φ2 = 0,8. Соединяем точки прямой, делим
прямую на 4 части. Точка, характеризующая на диаграмме смесь, находится
на этой прямой на расстоянии одной части от точки 1, так как воздуха в состоянии 1 до смешивания было в 3 раза больше, чем в состоянии 2.
Для сравнения результатов аналитического расчета и графического
решения составим таблицу 1.2.

2 Свойства древесины, имеющие значение при ее гидротермической
обработке
Основные вопросы, связанные со строением древесины и ее физикомеханическими свойствами, изучались в курсе древесиноведения. Но для
правильного понимания процессов гидротермической обработки должны
быть уточнены понятия о микроскопическом строении древесины, о состоянии влаги в древесине. Необходимо четко усвоить понятие о равновесной и
устойчивой влажности, закономерностях усушки и разбухания древесины,
условной и действительной плотности, тепловых и электрических свойствах.
Литература. Основная: [1,2]. Дополнительная: [6].
Вопросы для самоконтроля.
1 Что означает термины «устойчивая» и «равновесная влажности»?
2 Какие факторы оказывают влияние на усушку и разбухание древесины?
3 От чего зависит теплоёмкость и теплопроводимость древесины?
4 Чем объяснить низкую точность работы электровлагомеров при
влажности древесины более 30 %?
5 Как влияет температура и влажность древесины на её механические
свойства?
Примеры
1 Определить влажность древесины, не подвергавшейся камерной
сушке, после длительного хранения в помещении с температурой воздуха
10°С и относительной влажностью 0,7 при начальной влажности древесины:
а) 22%; б) 10%.
Ответ: а) W=15,1%; б) W=12,7%.
2 Определить

по

диаграмме

равновесной

влажности, рисунка

2.1, влажность предела гигроскопичности при температуре: а) 20°C; б) 60°C;

в) 90°C.
Ответ: а) 30%; б) 26%; в) 21%.
3 Древесина, высушенная в сушильной камере до влажности 8%, после
длительного хранения должна иметь влажность не более 10%. Какую относительную влажность необходимо поддерживать в помещении при температуре воздуха + 5°С?
Ответ: φ = 0,64.

Рисунок 2.1 - Диаграмма равновесной влажности древесины
4. Определить по диаграмме, рисунка 2.3 и таблице 2.1: а) плотность
древесины ольхи (ρусл = 420 кг/м3) при влажности 80%; б) максимальную
плотность и максимальную влажность, которые может иметь эта древесина.
Ответ: а) ρ = 740 кг/м3; б) ρ = 110 кг/м3; в) Wmах = 172%.
5. Определить по диаграмме, рисунок 2.2, удельную теплоемкость древесины с влажностью 65%: а) при t = -15°С; б) при t = 55°С.

Ответ: а) 2,1 кДж/кг∙K; б) 3,0 кДж/кг∙K.

Рисунок 2.2 - Диаграмма удельной теплоемкости древесины
Таблица 2.1 - Средние значения плотности древесины
Плотность, БазисПлотность,
3
Порода
кг/ м
ная
Порода
кг/м3
плотность,
l2
о
l2
о
3
кг/м
б
Лиственница
665 635
540 Ясень обык680
650
новенный
Сосна обыкно- 505 480
415 Бук
680
650
венная
Ель
445 420
365 Вяз
650
620
Кедр (сосна
435 405
360 Береза
640
620
кедровая)
Пихта сибир375 350
310 Орех грецкий
590
560
Граб
795 760
640 Ольха
525
495
ская
Акация белая 800 770
650 Осина
495
465
Груша
710 670
585 Липа
495
470
Дуб
690 655
570 Тополь
455
425
Клен
690 655
570 Ива
455
425

Базисная
плотность,
кг/м3
б
560
560
531
520
490
430
400
410
375
380

Рисунок 2.3 – Диаграмма базисной плотности древесины
3 Физические закономерности и расчет процессов нагревания и
оттаивания древесины
В данном разделе студент должен изучить закономерности наиболее
распространенного способа нагревания – конвективного (нагревания древесины в воде и насыщенном паре). В результате изучения должен знать особенности расчета процессов данного нагревания древесины с начальной температурой выше 0°С (нагревание без изменения агрегатного состояния влаги)
и ниже 0°С (с изменением агрегатного состояния влаги).
Должен уметь решать задачи по определению температуры в заданной
точке сортимента, при известном времени нагревания до заданной температуры внутри сортимента, при нагреве без изменения агрегатного состояния
влаги, а также задачи по определению продолжительности при нагревании с
изменением агрегатного состояния, например, оттаивание с последующим
нагревом до требуемой температуры и др.
Литература. Основная: [1, 2]. Дополнительная: [6].

Вопросы для самоконтроля.
1 Какие способы нагревания древесины вы знаете?
2 Чем характеризуется стационарный и нестационарный виды теплообмена?
3 Какие факторы и как оказывают влияние на продолжительность
нагревания древесины?
4 В чём сущность диэлектического нагревания древесины?
5 Каковы достоинства и недостатки диэлектрического нагревания древесины?
Примеры
1. Определить коэффициент температуропроводности древесины сосны
в радиальном направлении при влажности 70% и температуре 45°С.
Решение. Находим среднюю условную плотность древесины сосны ρб
= 400 кг/м3 и ее действительную плотность ρ = 670 кг/м3 (рисунок 3.1).
Коэффициент теплопроводности сосны с поправками на направление
теплового потока и условную плотность рассчитывается, используя диаграмму рисунка 3.1 и зависимость Кρ от базисной плотности ρycл, по формуле

λ = λном КхКρ.

(3.1)

λ = 0,405 ∙ 1 ∙ 0,87 = 0,352 Вт/м∙К.
Коэффициент К  в зависимости от базисной плотности имеет следующие значения:

 б , кг/м3 . . . . . . . . 350

400

450

500

550

600

650

К  . . . . . . . . . . . . . 0,81

0,87

0,93

1,0

1,11

1,26

1,45

Рисунок 3.1 - Диаграмма коэффициента теплопроводности

 )
древесины берёзы поперёк волокон ( ном
Таблица 3.1- Значения коэффициента Kx

Группа пород
Хвойные
Лиственные с неразвитыми сердцевинными лучами (берёза, осина
и др.)
Лиственные с развитыми сердцевинными лучами (бук, дуб, клён и
др.)

Коэффициент Kx
при направлении теплового потока
радиальном тангенци- вдоль волоальном
кон
1
1,00
2,2
1

1,00

2,0

1

0,87

1,6

Удельная теплоемкость с = 3,0 кДж/кг∙К (диаграмма рисунка 2.2).
Коэффициент температуропроводности находим по формуле

а


с  .

(3.2)

а

0,352
 1,75  10 7 м 2 / с.
3
3,0  10  670

2 Березовая пластина толщиной 5 см, имеющая начальную температуру
0° и влажность 60%, нагревается в воде температурой 82°С. Найти продолжительность нагревания пластины, при которой температура в центре доски
достигнет 30°С.
Решение. Определим безразмерную температуру по формуле



tc  t
,
tc  t0

(3.3)

где tс, t, tо – соответственно температура среде, в которой прогревается
пластина, температура пластины в центре, начальная температура пластины,
о

С;



82  30
 0,634.
82  0

По величине Θ и безразмерной координате заданной точки (

x
 1)
R

находим по номограмме рисунка 3.2 критерий Фурье F0 = 0,29. Для определения продолжительности нагревания определяем коэффициент температуропроводности:
а) для расчетной температуры t p 

82  0
 41O при радиальном направ2

лении теплового потока находим λ = 0,37 ∙ 1 ∙ 1 = 0,37 Вт/м  К;
б) удельная теплоемкость с = 2,86 кДж/кг∙К;
в) действительная плотность ρ = 800 кг/м3 при ρусл = 500 кг/м3;
7

г) коэффициент температуропроводности a  1,62  10 м / с.
2

Время прогрева пластины находится по формуле (критерий Фурье)

Fo  R 2

a

.

(3.4)

0,29  0,025 2

 10 7  1119 c
1,62

Рисунок 3.2 - Номограмма взаимосвязи критерия Фурье, безразмерной
координаты и безразмерной температуры неограниченной пластины (а) и неограниченного цилиндра (б) при нагревании в жидкости или насыщенном
паре
3 Осиновые чураки диаметром 20 см, имеющие влажность 90% и
начальную температуру 6°С, нагреваются в воде при температуре 75° С.
Определить продолжительность нагревания чурака, при которой температура центра достигнет 10°С.
Ответ: t = 4294 с=1,19 ч.
4 Для материала, начальная температура которого и температура воды
даны в примере 2, определить температуру в точке на расстоянии 1,5 см от
поверхности и в центре пластины через 0,5; 1,0 и 1,5 часа нагревания.
Решение. 1) Зная величину коэффициента температуропроводности,
определяем расчетом величину критерия Фурье (для х/R =1):
а) для τ1 = 0,5 ч
Fo1 

1,62 1800
 0,467;
10 7  0,025 2

б) для τ1 = 1,0 ч

Fo2 

1,62  3600
 0,933;
10 7  0,025 2

в) для τ1 = 1,5 ч

Fo3 

1,62  5400
 1,4.
10 7  0,025 2

2) По номограмме рисунка 3.2 определяем значения Θ1, Θ2, Θ3:
Θ1=0,42; Θ2=0,125; Θ3=0,05.
3) Из уравнения безразмерной температуры находим:
t = tc - Θ(tc - t0); t1 = 47,6°; t2 = 71,7°; t3 = 77,9°С.
Решение удобно привести к табличной форме (таблица 3.2).
Таблица 3.2 – Результаты расчёта

, c

F0

1800
3600
5400

0,467
0,933
1,40

x
 0,6
R

x
1
R

Θ

t, 0С

Θ

t, 0С

0,35
0,105
0,03

53,3
73,4
79,5

0,42
0,125
0,05

47,6
71,7
77,9

4. Березовые брусья сечением 16x24 см с влажностью 60% и начальной
температурой 12°С пропаривают при температуре 100°С в течение трех часов. Определить температуру в центре бруса в конце пропарки.
Решение. Вычисляем коэффициент температуропроводности. Для
средней расчетной температуры t p 

100  12
 56 °С коэффициент теплопро2

водности λ=0,39∙1∙1=0,39 Вт/(м∙К); удельная теплоемкость с =2,94кДж/(кг∙К);
действительная плотность (ρусл = 500 кг/м3) ρ = 800 кг/м3.
Коэффициент температуропроводности a 
Вычисляем значения критерия Фурье:

0,39
 1,66  10 7 м 2 / с.
3
2,94  10  800

а) для пластины толщиной 16 см Fo1 

166  10800
 0,28;
10 7  0,08 2

б) для пластины толщиной 24 см Fo2 

166  10800
 0,125 .
10 7  0,12 2

Находим значения безразмерных температур этих пластин для x/R = l:
Θ1 = 0,69; Θ2= 0,89 (рисунок 3.2).
Безразмерная температура в центре бруса Θ = Θ1Θ2 = 0,69 × 0,89 =
= 0,614.
Искомая температура t = 100 - 0,614 ∙ (100 - 12) = 46°С.
4 Технология и оборудование тепловой обработки древесины
В этом разделе студент должен изучить цели, назначение и режимы оттаивания бревен перед распиловкой, проваривания и пропаривания древесины. Изучить основное оборудование, применяемое для пропаривания и проваривания древесины. Усвоить методику технологического и теплового расчета различных устройств для тепловой обработки.
На рисунках 4.1, 4.2 представлены технологические схемы тепловой
обработки древесины перед дальнейшей переработкой.
Литература. Основная: [1].
Вопросы для самоконтроля
1 Назовите достоинства мягких и жёстких режимов проваривания древесины.
2 Почему не рекомендуется проваривать древесину перед гнутьём?
3 В чём сущность проваривания древесины и какие устройства применяются для проваривания?
4 Назовите цели технологического и теплового расчётов устройств длч
тепловой обработки древесины.

Рисунок 4.1 – Механизированная линия для тепловой обработки чураков (ЦНИИФ): 1 – цепной конвейер; 2 - укладчик
чураков; 3 – рольганг со встроенными укладчиками чураков; 4 – бассейн; 5 – контейнер; 6 – захват; 7 – съёмная крышка контейнера; 8 – конвейер раскатный; 9 – конвейер сортировочный; 10 – конвейер накопительный

Рисунок 4.2 - Парильные ямы с цепной загрузкой: 1 – яма бетонная;
2 – конвейер разгрузочный; 3 – транспортёр загрузочный; 4 – монорельс; 5 – тельфер;
6 – парные цепи; 7 – подвески скреплённые; 8 – крышка съёмная; 9 – труба впускная;
10 – швеллерные направляющие

5 Элементы теплового и циркуляционного оборудования сушилок
Все оборудование сушилок по своему назначению делится на четыре
основные группы: 1) ограждения, 2) транспортные устройства, 3) тепловое
оборудование, 4) циркуляционное оборудование.
Ограждения и транспортные устройства для каждого типа сушилок
имеют свои особенности. Однако, несмотря на разнообразие конструкций
сушилок, элементы теплового и циркуляционного оборудования в них однотипны.
Главными элементами теплового оборудования является калориферы
различного типа (рисунки 5.1, 5.2). Нужно усвоить назначение калориферов и
всей системы теплоснабжения сушильных устройств. Запомнить, какие типы
калориферов применяются в сушильных устройствах, каковы схемы соединения труб в сборных калориферах, какие требования предъявляется к их
монтажу. Следует изучить назначение и конструкцию конденсатоотводчиков,
схему их монтажа, знать правила монтажа всех элементов теплового оборудования, овладеть методами расчета и выбора теплового оборудования.

Рисунок 5.1 - Конструкция калориферов КВБ (отверстия по периметру
овальные, размером 9 х 12 мм)

В сушильных устройствах, где агентом сушки служит смесь топочных
газов с воздухом, теплообменников нет. Топочные газы являются одновременно агентом сути и теплоносителем. Студент должен изучить конструкцию
топок для сжигания древесного топлива, мазута или природного газа, уяснить, почему сжигание производится с большим коэффициентом избытка
воздуха.

Рисунок 5.2 - Секция биметаллического калорифера:
а - общий вид; б - продольный разрез; 1- водяная камера; 2 - поверхность нагрева; 3 - биметаллическая ребристая труба; 4 - трубная решетка; 5 - перегородка в водяной камере

В сушильных устройствах, где агентом сушки служит смесь топочных
газов с воздухом, теплообменников нет. Топочные газы являются одновременно агентом сути и теплоносителем. Студент должен изучить конструкцию
топок для сжигания древесного топлива, мазута или природного газа, уяс-

нить, почему сжигание производится с большим коэффициентом избытка
воздуха.

Рисунок 5.11 - Центробежный вентилятор Ц4-70:
а - основные габаритные и установочные размеры; б, в - направление выходных отверстий со стороны привода вентилятора при правом и левом вращении соответственно

Все современные сушильные устройства имеют принудительную циркуляцию агента сушки (воздуха, топочного газа, перегретого пара). Основной частью циркуляционного оборудования являются вентиляторы различного типа (рисунок 5.3). Необходимо подробно изучить конструкция вентиляторов, их классификацию, параметры и характеристики, приобрести навыки подбора вентиляторов по индивидуальным, групповым и безразмерным
характеристикам.
Надо изучить и понять устройство, работу и методику расчета
эжекторных установок, в которых используется эффект эжекции. Такие установки широко применяются для циркуляции агента сушки в различных сушилках.
Литература: [1].
Вопросы для самопроверки
1 Какие требования предъявляются к тепловому оборудованию?
2 От чего зависит требуемая площадь нагрева калориферов?
3 К чему приводит неисправная работа конденсатоотводчиков?
4 От чего зависит требуемый диаметр паропроводов и конденсатопроводов?
5 Что такое характеристика вентилятора?
6 Какие факторы влияют на мощность привода вентилятора?
7 В чем заключается принцип эжекции?
6 Лесосушильные камеры
Конвективные сушильные камеры являются наиболее распространенными как в нашей стране, так и за рубежом.
При проработке этой темы необходимо изучить требования, предъявляемые к современным лесосушильным камерам, изучить классификацию
и типы сушильных по группам: воздушные и паровоздушные камеры периодического действия, воздушные камеры непрерывного действия, газовые ка-

меры периодического и непрерывного действия. Знать и уметь обосновать
выбор типов и конструкций сушильный камер при проектировании новых и
реконструкции действующих предприятий.
На рисунках 6.1, 6.2 представлены схемы сушильных камер периодического и непрерывного действия соответственно.
Необходимо изучить литературу по наиболее перспективной зарубежной технике.

Рисунок 6.1 – Сушильная камера периодического действия СПЛК-2: 1 направляющие экраны; 2 – электродвигатель; 3 – вентилятор осевой; 4, 6 - калорифер; 5 – приточно-вытяжные каналы; 7 – штабель пиломатериалов; 8 – рельсовые пути

Литература: [1, 3]. Дополнительная: [6]
Вопросы для самоконтроля
1 По каким признакам классифицируются сушильные устройства?
2 Назовите требования, предъявляемые к современным сушильным
устройствам?
3 Какие параметры необходимо закладывать в основу выбора сушильных устройств?
4 В чём принципиальные отличия сушильных устройств периодического и непрерывного действия?

Рисунок 6.2 - Сборно-металлические противоточные камеры с поперечной штабелевкой: а - «Valmet-1»; б - СП-5КМ: 1 - электродвигатель; 2 – вентилятор осевой; 3 – калорифер; 4 – штабель пиломатериалов; 5 – бойлер-аккумулятор;
6 – выхлопная труба; 7 - теплообменник; 8 – приточный канал; 9 – вытяжной канал;
10 – вентилятор

7 Режимы и качество сушки пиломатериалов
Цикл камерной сушки пиломатериалов включает следующие основные
операции:
- формирование сушильных штабелей;
- определение начальной влажности партии подвергаемых сушке пиломатериалов;
- выбор режима сушки, подготовка камеры к пуску;
- загрузка штабелей и пуск камеры, начальный прогрев материала;
- проведение процесса собственно сушки по выбранному режиму;
- проведение промежуточной и конечной влаготеплообработок;
- охлаждение и выдержка пиломатериалов;
- оценка качества высушенных пиломатериалов.
При изучении этого раздела, особое внимание надо обратить на режимы сушки пиломатериалов в камерах периодического и непрерывного действия, принципы их построения, режимы, цели и продолжительность начального прогрева и каждого вида влаготеплообработок, следует изучить методы
контроля за состоянием материала в процессе сушки, возможные дефекты
сушки и методы их предупреждения.
В таблице 7.1 указаны основные требования, предъявляемые к сухим
пиломатериалам.
Студент должен уметь:
- выбирать категорию режима, исходя из назначения материала;
- выбирать номер и индекс режима;
- назначать режимы и продолжительность начального прогрева промежуточной и конечной влаготеплообработок.

Таблица 7.1 - Нормативные показатели качества сушки пиломатериа-

лов и заготовок
Категории качества
Показатели качества сушки
I
Средняя конечная влажность пиломатериалов или заготовок в штабеле, %:

7; 10

II


7; 10;
15



III
10; 15

0


при толщине пиломатериалов, мм:
32 и менее
38  50
свыше 50

16
18
20

Отклонения влажности отдельных досок (за

гото

вок) от средней влажности штабеля пиломатериалов , %
при толщине пиломатериалов, мм:
32 и менее
38  50
свыше 50

Среднее квадратическое отклонение
влажности S , %
при толщине пиломатериалов, мм:
32 и менее
38  50
свыше 50

не более

не более
3

не более
4

2
6
4
2,5

1

1,5

2,0
3
2
1,25

Перепад влажности по толщине пиломатериалов (заготовок), %, при толщине, мм
13  22
25  40
45  60
70  90

не более
1,5
2,0
2,5
3,0

не более
2,0
3,0
3,5
4,0

Условный показатель остаточных напряжений (относительная деформация зубцов силовой секции), %

не более
1,5

не более не конне кон2,0
тролиру- тролируется
ется

Примечания:

не более
2,5
не кон3,5
тролиру4,0
ется
5,0

 Допустимые отклонения влажности отдельных досок (заготовок) от средней влажности штабеля пиломатериалов принимаются равным 2 S.
 При сушке до эксплуатационной влажности средняя конечная влажность пиломатериалов в штабеле должна назначаться в зависимости от средних температур и относительной влажности воздуха в условиях эксплуатации изделий.

Литература. Основная: [1, 3]. Дополнительная: [6].
Вопросы для самоконтроля
1 Какова структура современных режимов камерной сушки пиломатериалов?
2 От чего зависит выбор режима сушки пиломатериалов?
3 Каковы цели начального прогрева и влаготеплообработок древе-

сины?
4 Назовите способы контроля влажности древесины в процессе сушки.
5 Какие дефекты могут возникать в процессе сушки и какие методы
используются для предупреждения образования дефектов?
6 Сколько категорий качества сушки? Как проводится выбор требуемой
категории качества?
7 Какова роль кондиционирующей обработки древесины?
7.1 Физические закономерности процессов сушки древесины
В этом разделе курса студент должен изучить способы сушки древесины, их промышленное назначение. Целью изучения основных закономерностей перемещения влаги и механизмов процессов должно быть усвоение основных факторов, влияющих на интенсификацию процесса сушки. К ним относятся: температура и степень насыщенности агента сушки, температура и
равномерность ее распределения в высушиваемом материале, скорость движения агента сушки у поверхности материала, влажность материала и др.
При изучении вопросов о внутренних напряжениях и деформациях,
нужно усвоить, что к основным факторам, ограничивающим интенсивность
сушки вообще и на определенных этапах в частности, относятся: возможность растрескивания древесины от чрезмерных напряжений, химическая деструкция от воздействия высоких температур (особенно на влажную древесину), порода древесины и др.
Эти знания дают возможность правильно управлять процессом сушки,
совершенствовать режимы сушки и создавать высокоэффективную технологию и сушильную технику.
Нужно научиться аналитически определять продолжительность сушки
пиломатериалов и заготовок различными режимами.
Литература. Основная: [1,2]. Дополнительная: [6].

Вопросы для самоконтроля
1 Какие факторы и как влияет на продолжительность сушки древесины?
2 В чём причины образования внутренних напряжений в древесине при
конвективной сушке?
3 Можно ли высушить пиломатериалы без напряжений?
4 Почему нежелательны большие остаточные напряжения в сортиментах?
Примеры
1 Найти коэффициент влагопроводности древесины сосны (ядро) в радиальном направлении при температуре 80°С. Объем сердцевинных лучей в
древесине составляет 5%.
Решение. По диаграмме рисунка определяем коэффициент влагопроводности в тангенциальном направлении ат’. Далее, используя формулу (7.1),
находим значение ap’

ар



ат



1 2

Л
,
100

(7.1)

'
'
где a p , аm  соответственно коэффициент влагопроводности в ради-

альном и тангенциальном направлениях, cм2/c;
Л – объём сердцевинных лучей в древесине, %.
ap’ = at’∙1,1=15∙10-6∙1,1=16,5∙10-6cм2/c.
2 Найти коэффициент влагопроводности для древесины, имеющей характеристику примера 1, при t = - 15°С.
Решение. Коэффициент влагопроводности в тангенциальном направлении


aТ  3,6  10 8 ;

а р  аТ  1,1  3,6  1,1  10 8  3,96  10 8 см2 / с.

Рисунок 7.1 - Диаграммы коэффициентов влагопроводности древесины в
тангенциальном направлении
3 Определить продолжительность сушки еловых дощечек радиальной
распиловки, выпиленных из центральной части ствола, сечением 13 × 70 мм
от начальной влажности 25% до конечной 10%. Скорость воздуха 1,5 м/с,
t=75°С, φ = 0,6.
Решение. Для заданных условий находим коэффициент влагопроводности а' при ρусл = 360 кг/м3 по правой стороне диаграммы рисунка 2.3,
а’=19∙10-6 см2/с; коэффициент влагообмена по рисунку 7.1: а' = 23∙10-5 см/с.
Для расчёта продолжительности сушки воспользуемся формулой

S2
 2 '
 a


 2  Wнач  W у
1 
1n
 2 HS  Wкон  W у

,

(7.2)

где S – приведённая толщина доски, см;
HS – критерий;
Wнач., Wу, Wкон.- соответственно начальная, равновесная, конечная

влажности дощечки, %.
Приведенная толщина рассчитывается по формуле

S

S1S 2
,
S1  S 2

(7.3)

где S1, S2 – соответственно размер дощечки по толщине и ширине, см,

S
Критерий

1,3  7
 1,1
1,3  7

HS определяется по формуле
a'
HS  '  S .
a

(7.4)

Тогда HS  13,3 .
При равновесной влажности Wp = Wy = 8,4% время сушки составит



1,12
9,85 
25  8,4

 1 
 8793  2,34  20575 c  5,72ч.
  ln
6
9,85  10
2

13
,
3
10

8
,
4



4 Определить продолжительность сушки сосновых дощечек, выпиленных из заболонной части ствола, сечением 16 × 80 мм от начальной влажности 27% до конечной 8% в воздухе, движущемся со скоростью 2,0 м/с, при
t=70°С, φ = 0,6.
Ответ: Продолжительность сушки равна τ = 50439,5 с = 14 ч.
5 Определить продолжительность сушки буковых досок радиальной
распиловки сечением 25х130 мм от Wнач = 60% до Wкон = 12% в воздухе,
движущемся со скоростью 2,5 м/с, при t = 80°, φ = 0,7. Коэффициент влагопроводности равен а' = 6∙10-6 см2/с (считаем направление движения влаги
тангенциальным).
Решение.

Приведенная толщина S 

2,5  13
 2,1cm;W p  W у  9,7%. Продолжитель2,5  13

ность сушки может быть рассчитана по формуле (5.3). В результате расчёта
продолжительность сушки составит

  74619  1n42,7  74619  3,76  280567 c  77,9 ч.
7.2 Технология камерной сушки пиломатериалов
Цикл камерной сушки пиломатериалов показан на примере сушильной
камеры периодического действия «Eisenmamm» и включает следующие основные операции:
- прогрев пиломатериалов;
- период постоянной скорости сушки (испарение влаги с поверхности
пиломатериалов);
- период падающей скорости сушки (удаление влаги с внутренних слоёв пиломатериалов);
- период кондиционирования пиломатериалов.
Длительность каждого из указанных периодов во многом определяется
конкретными условиями: начальные параметры пиломатериалов и требования, которые предъявляются к пиломатериалам.
Под начальными параметрами пиломатериалов понимается:
- порода древесины;
- толщина доски;
- режим сушки.
Требования, предъявляемые к пиломатериалам, указаны в таблице 7.1.
При изучении этого раздела особое внимание надо обратить на режимы
сушки пиломатериалов в камерах периодического и непрерывного действия,
принципы их построения, режимы, цели и продолжительность начального
прогрева и каждого вида влаготеплообработок, следует изучить методы кон-

троля за состоянием материала в процессе сушки, возможные дефекты сушки
и методы их предупреждения.
Студент должен уметь: выбирать категорию режима, исходя из назначения материала, выбирать номер и индекс режима, назначать режимы и
продолжительность начального прогрева промежуточной и конечной влаготеплообработок.
Литература. Основная: [1, 3]. Дополнительная: [6].
Вопросы для самоконтроля
1 Какова структура современных режимов камерной сушки пиломатериалов?
2 От чего зависит выбор режима сушки пиломатериалов?
3. Каковы цели начального прогрева и влаготеплообработок древесины?
4 Назовите способы контроля влажности древесины в процессе сушки.
5 Какие дефекты могут возникать в процессе сушки и какие методы
используются для предупреждения образования дефектов?
6 Сколько категорий качества сушки? Как проводится выбор требуемой
категории качества?
7 Какова роль кондиционирующей обработки древесины?

Рисунок 7.1 – График изменения параметров агента сушки в сушильной камере периодического действия
«Eisenmamm»

7.3 Продолжительность камерной сушки пиломатериалов.
Определение продолжительности процесса сушки - весьма важная для
практики задача. На базе изложенных ранее уравнений для расчета продолжительности сушки единичных образцов в МГУЛ разработаны расчетные
уравнения, учитывающие условия сушки материала в штабеле, и номограммы, сокращающие трудоемкость производственных расчетов. Графоаналитический метод дан для низко - и высокотемпературного процессов сушки в
камерах периодического действия. Новая методика разработана для расчета
продолжительности сушки в противоточных камерах непрерывного действия.
Кроме графо-аналитического необходимо усвоить и табличный метод
определения продолжительности сушки, рекомендованный «Руководящими
материалами по камерной сушке пиломатериалов». При проработке этой главы следует изучить методику определения производительности сушильных
камер и учета их работы.
Литература. Основная: [1, 3]. Дополнительная: [6].
Вопросы для самоконтроля
I Как влияет интенсивность циркуляции агента сушки по материалу на
продолжительность сушки?
2 Какое влияние оказывают режимы сушки и влажность материала на
продолжительность сушки?
3 На сколько различается продолжительность сушки одинаковых сортиментов, вычисленная графо-аналитическим и табличным методами?
4 От чего зависит производительность сушильных камер?
5 Что такое условный материал?
8 Атмосферная сушка пиломатериалов
В этом разделе следует изучить особенности атмосферной: сушки, ее

достоинства и недостатки, планировку складов, конструкции штабелей, способы управления процессом атмосферной сушки и области применения данного способа сушки.
Важно понять, что атмосферная сушка не утратила своего значения до
настоящего времени и при правильном ее проведении имеет существенное
народнохозяйственное значение.
Анализируя достоинства и недостатки, нужно уяснить важность антисептирования пиломатериалов, предупреждающего поражение древесины
грибами и плесенью. Необходимо изучить вопросы, связанные с интенсификацией этого длительного способа сушки путем создания принудительной
циркуляции воздуха. Правильно представлять назначение комбинированной
сушки пиломатериалов.
Литература. Основная: [1].
Вопросы для самоконтроля
1 Как можно регулировать скорость испарения влаги при атмосферной
сушке?
2 Как можно интенсифицировать атмосферную сушку?
3 Почему необходимо антисептировать пиломатериалы перед атмосферной сушкой?
9 Специальные способы сушки пиломатериалов
К специальным способам сушки относятся диэлектрическая сушка
(комбинированная камерно-диэлектрическая и вакуумно-диэлектрическая),
сушка в жидкостях (петролатумная), ротационная, индукционная, вакуумная.
Необходимо хорошо усвоить механизм диэлектрической, жидкостной и ротационной сушки, ясно представлять себе, какие движущие силы влагопереноса имеют преобладающее значение в том или ином способе сушки. Следует знать применяемое оборудование, технологический процесс, достоинства,
недостатки и обратить внимание на область применения различных специ-

альных способов сушки пиломатериалов и их экономическую эффективность.
Литература. Основная: [1]. Дополнительная: [5].
Вопросы для самоконтроля
1 Какой из специальных способов сушки является наилучшим и почему?
2 В чем сущность ротационного обезвоживания древесины?
3 Каковы перспективы применения сушки в жидкостях?
10 Сушка шпона
Сушка шпона по сравнению с сушкой пиломатериалов имеет ряд специфических особенностей, которые находят отражение в технологии процесса (режимы, продолжительность) и применяемом оборудовании.
Для сушки лущеного, строганного, намазанного и пропитанного шпона
используются сушилки разнообразных конструкций (отечественные и импортные).
В нашей стране широкое применение для сушки шпона находят воздушные и газовые роликовые сушилки с продольной и поперечной циркуляцией, а также с сопловым дутьем. Необходимо изучить устройство и работу
лучших сушилок, механизмов загрузки и выгрузки шпона. Уметь подсчитать
продолжительность сушки шпона в различных сушилках.
Литература. Основная: [1].
Вопросы для самоконтроля
1 Почему шпон необходимо сушить с фиксацией их плоской формы?
2 Какие типы сушилок используются для сушки шпона?
3 В чем достоинства и недостатки различных схем циркуляции агента
сушки в роликовых сушилках?

4 Почему для сушки шпона можно применять сравнительно высокие
температуры?
5 Какие сушилки наиболее перспективные?
11 Сушка измельченной древесины
Сушка измельченной древесины, как и сушка шпона, существенно отличается от сушки пиломатериалов. Небольшие размеры древесных частиц и
развитая наружная поверхность высушиваемого материала допускают применение высоких температур (от 150 до 600 - 800°С).
Для сушки измельченной древесины (опилок, щепы, стружки) используются различные по конструкции (отечественные и импортные) сушилки:
барабанные, пневматические и ленточные.
Производство ДСтП с каждым годом расширяется. Процессы сушки
занимают важное место в этом производстве. Надо хорошо разобраться с
особенностях сушки измельченной древесины, изучить применяемое оборудование и методы управления процессом сушки.
Литература. Основная: [1, 2].
Вопросы для самоконтроля
1 В чем особенности сушки измельченной древесины по сравнению с
сушкой пиломатериалов?
2 Почему в барабанных сушилках "Прогресс" используются отрицательный угол наклона?
3 В чем достоинства сушилок «Бютнер» и «Бизон».
12 Методы и средства защиты древесины
В этом разделе студент должен изучить условия поражения влажной
древесины грибами и насекомыми, условия возгорания древесины, порчу из-

делий из древесины от влажностного деформирования. Изучить методы и
средства защиты древесины от поражения грибами, насекомыми и от возгорания.
Литература. Основная: [1]. Дополнительная: [5].
Вопросы для самоконтроля
1 Какие виды разрушений древесины вы знаете?
2 Как классифицируются методы защиты?
3 В чем отличие антисептирования от консервирования?
13 Технология и оборудование пропитки древесины
В этом разделе студент хорошо знать физические основы защитной обработки, технологию и оборудование для пропитки древесины, вопросы качества пропитки, сроков службы пропитанной древесины, правила по технике безопасности и промышленной санитарии.
Литература. Основная: [1, 2]. Дополнительная: [6].
Вопросы для самоконтроля
1 В чем сущность автоклавной пропитки?
2 Какие факторы оказывают влияние на интенсивность проникновения
жидкостей в древесину?
3 Формула производительности автоклава.
4 Требования к основным типам оборудования, которое используется в
технологии автоклавной пропитки.
14 Испытания и технико-экономические показатели устройств для гидротермической обработки древесины
Основные вопросы, рассматриваемые в данной главе:

1 Понятие о паспорте установки и цеха для гидротермической обработки древесины, основные сведения, содержащиеся в паспортах.
2 Виды испытаний установок, их задачи.
3 Методы испытания тепловых устройств (калориферов, конденсатоотводчиков)

и циркуляционных устройств (вентиляторных и эжекторных

установок).
4 Задачи и метод проведения технологических испытаний.
5 Понятие о технико-экономических показателях установок для гидротермической обработки древесины, основные технико-экономические показатели камерной сушки пиломатериалов.
Литература. Основная: [1, 3].
15 Проектирование устройств для гидротермической обработки древесины
Принципы проектирования установок для гидротермической обработки
древесины в теоретической части курса рассматриваются кратко, даются
только общие сведения по содержанию основных частей курсового проекта.
Последовательность детального расчета каждой части, правила оформления
пояснительной записки и чертежей изучаются студентом по рекомендуемой
литературе и в процессе курсового проектирования.
Литература. Основная: [1, 3].
Вопросы для самоконтроля.
1 Цель и задачи испытания теплового и циркуляционного оборудования.
2 Перечислить основные технико-экономические показатели лесосушильных камер.
3 Технологические испытания сушильных устройств: цель и задачи.
4 Этапы проектирования установок для ГТО и КД.

5 Принципы проектирования установок для проведения ГТО и КД.
6 Цель и задачи технологического расчета установок для ГТО и КД.
8 Цель и задачи теплового расчета установок для ГТО и КД.
9 Цель и задачи аэродинамического расчета установок для ГТО и КД.
11 Особенности проектирования установок для ГТО и КД в зависимости от целевого назначения.

Библиографический список
Основной
1 Серговский, П. С. Гидротермическая обработка и консервирование
древесины [Текст] / П. С. Серговский, А. И. Расев. 4-е изд., перераб. и доп. –
М.: Лесн.пром-сть, 1987.- 360 с.
2 Шубин, Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины [Текст] /
Г. С. Шубин. – М. : Лесн. пром-сть, 1990. – 336 с.
3 Руководящие материалы по камерной сушке пиломатериалов
[Текст] - 3-е изд. – Архангельск : ЦНИИМОД, 1982. – 143 с.
Дополнительный
4 Ушанов, В. Ф. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Методические указания и контрольные задания для студентов специальности 260200 заочной формы обучения [Текст] / В. Ф. Ушанов,
Т. В. Ермолина – Красноярск : СТИ, 1992. - 40 с.
5 Уголев, Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения
[Текст] / Б. Н. Уголев. – М. : МГУЛ, 2001.- 340 с.
6 Кречетов, И. В. Сушка древесины [Текст] / И. В. Кречетов. 3-е изд.,
перераб. и доп. - М. : Лесн. пром-сть, 1980. - 432 с.

Приложения
Приложение А (рекомендательное)
Контрольные задания и методические указания по его выполнению
Задание состоит из двух контрольных задач. Решения задач должны
содержать подробные пояснения и ссылки на использованные формулы, таблицы и графические материалы.
Контрольное задание выполняется на белой писчей бумаге размером
210 × 297 мм с титульным листом по форме приложения 3.
К решению задачи № 1 прилагается выкопировка с Id-диаграммы графического решения и сравнительная таблица результатов аналитического и
графического решений.
К решению задачи № 2 прилагается схема устройства для тепловой обработки древесины в двух проекциях (продольный разрез, план), выполненная на формате А4 (210 × 297 мм) или A3 (297 × 420 мм) в соответствии с
требованиями ЕСКД.
Исходные данные для решения задач даны в 20 вариантах. Необходимый вариант студент выбирает по последней цифре номера зачетной книжки.
При этом вариант выбирается из первого десятка, если предпоследняя цифра
номера зачетной книжки нечетная, а из второго десятка, если четная.
Например, зачетная книжка имеет номер 71457 - номер варианта 7, если же номер зачетной книжки 70127 или 69507 - номер варианта 17.

Задача 1. Воздух, состояние которого характеризуется температурой t1
и степенью насыщенности φ1 смешивается с воздухом, имеющим параметры
t2 и φ2 (таблица А.1). Пропорция смеси определяется отношением масс компонентов: n = M1/M2.
Таблица А.1 - Исходные данные к задаче 1
Номер
варианта
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Состояние компонентов смеси
t1
2
40
100
43
115
36
90
58
105
35
68
60
88
55
70
51
90
60
75
85
84

φ1
3
0,80
0,25
0,85
0,18
0,40
0,10
0,80
0,05
0,65
0,90
0,38
0,65
0,65
0,85
0,20
0,30
0,45
0,50
0,60
0,25

t2
4
80
18
104
84
70
86
80
68
88
100
92
10
104
56
70
76
28
36
98
100

φ2
5
0,45
0,40
0,55
0,90
0,30
0,75
0,55
0,80
0,30
0,15
0,36
0,50
0,15
0,58
0,65
0,88
0,70
0,80
0,35
0,25

Пропорция
смеси
n
6
5
6
8
5
3
2
4
3
2
4
4
2
2
6
5
4
1
2
3
4

Определить аналитическим расчетом основные параметры смеси (d, Н,
t, φ).
Эту же задачу решить путем графического построения на hd-диаграмме
и сравнить результаты графического решения с аналитическим расчетом.
Графическое решение следует представить на кальке, снятой с соответствующего участка hd-диаграммы. Допустимы расхождения в результатах аналитического и графического решений в значениях dсм и Hсм в 3 - 5 единицах, 1 -

2 градуса для tсм и 0,02 - 0,03 в значении φсм.
Задача 2. Произвести расчет бассейна для проваривания древесины перед лущением шпона. Заданы: вид и размеры бассейна, агент обработки, характеристика обрабатываемого материала, температура обрабатывающей
среды и температура, которая должна быть на поверхности карандаша заданного диаметра (таблица А.2). Продолжительность смены принята равной 8 ч.
Требуется рассчитать сменную производительность бассейна и определить расход тепла и пара на обработку древесины в единицу времени.
Указания. Прежде чем приступить к выполнению задачи, необходимо
разобраться в принципе действия и устройства бассейна, вычертить схему в
двух проекциях и проставить все размеры в соответствии с [1, 2] и данными
таблицы 3.2. Особое внимание должно быть уделено изучению устройства
бассейна Гипродревпрома. Бассейн состоит из заданного количества секций
шириной 28,4 м. Длина секции зависит от длины обрабатываемых сортиментов и приведена в таблице А.2. Там же задана глубина бассейна. Каждая секция разделена по ширине на восемь отсеков парными тумбами.
1. Расчет производительности
Пб 

Т

ц

 Еб ,

где Т - продолжительность смены, ч;
τц - время цикла тепловой обработки, ч;
Еб - емкость бассейна, т. е. количество древесины в плотных кубических
метрах, м3.
1.1 Время цикла тепловой обработки τц складывается из продолжительности обработки τ1 и продолжительности загрузки и разгрузки τ2, т. е. τц
= τ1 + τ2.
При начальной температуре древесины t0 < 0°С и полном оттаивании
цилиндрических сортиментов время обработки определяем по формуле

τ1 = τп. о + τдоп,
где τп.о - время полного оттаивания, ч;
τдоп - дополнительное время на доведение температуры на поверхности
карандаша до требуемой, ч (примеры в разделе 2.3 методических
указаний).
При начальной температуре древесины t0 > 0°C (незамороженные сортименты) продолжительность нагревания в воде для достижения необходимой температуры на поверхности карандаша определяется с помощью уравнения нестационарного теплообмена в общем виде:

x

  f  ; Fо ,
R

где Θ - безразмерная температура;

x / R - безразмерная координата;
x - линейная координата (расстояние от поверхности до заданной точки);
R - определяющий размер сортимента (для цилиндрических сортиментов
- радиус);
Fо - критерий Фурье.



tc  t
,
tc  t0

где tс - температура обрабатывающей среды (по заданию), oС;
t - требуемая температура на поверхности карандаша (по заданию), °С;
t0 - начальная температура древесины (по заданию), °С.
Для цилиндрических сортиментов линейную координату определяем
по формуле

x

Dd
,
2

где D - диаметр сортимента, см;
d - диаметр карандаша, см.
Тогда, зная x/R и Θ, по номограмме рисунка 2.1 [1] (для неограниченного цилиндра) определим критерий Фурье, продолжительность нагревания
τ1 (r):

F0 R 2
1 
, ч,
3600a
где а - коэффициент температуропроводности, м2/с.
Продолжительность загрузки и разгрузки не учитывается в устройствах
проходного типа (например, варочный бассейн с мотовилом и т. п.), а для
бассейна периодического действия Гипродревпрома может быть принята
ориентировочно равной времени смены. Таким образом, t2 = 0 для устройств
непрерывного действия; τ2 = 8 (ч) для устройств периодического действия.
1.2 Емкость бассейна (м3) Еб = Гβ,
где Г - габаритный объем сортиментов в бассейне, м3;
β - коэффициент заполнения габаритного объема материалом (β = 0,5 ÷
0,55).
Для бассейна с мотовилом

Г
где Rм - радиус мотовила, м;
lч - длина чурака, м.

Rм2
2

lч ,

Для бассейна Гипродревпрома Г = LpBр.
В свою очередь, Lp = ln (м), Вр = Вб – Σbт (м).
В этих формулах:
Lp - расчетная (рабочая) длина бассейна, м (равная длине обрабатываемых сортиментов l, умноженной на число секций n);
Вp - расчетная (рабочая) ширина бассейна, м (равная ее полной ширине
Вб = 28,4 м за вычетом суммарной ширины разделительных тумб
Σbт);
hp - расчетная глубина бассейна, м.
2 Тепловой расчет бассейна
2.1 Полезный объёмный расход тепла qпр, кДж/м3, характеризуется общим уравнением

qnp  qот  сt
где

,

qот - удельный расход тепла на оттаивание;
ρ - плотность древесины при заданной влажности, кг/м3;
t = (tc + t): 2 - средняя температура сортимента в конце обработки, °С;
с - удельная теплоемкость древесины при этой температуре, кДж/(кгК);
t - температура на поверхности карандаша, oС.
Эта формула справедлива при полном оттаивании сортиментов с по-

следующим нагреванием (т. е. при t0 < 0°С).
При начальной температуре t0 > 0°С полезный расход тепла определяется по формуле [1]

qпр  с(t  t 0 )

.

2.2 Тепловые потери в рассматриваемых устройствах определяются по
нижеприведённой методике. Расчет тепловых потерь надо увязать с конкретным типом устройства для тепловой обработки. Все основные виды тепловых
потерь (Qконв, Qисп, Qoгp) имеют только устройства с открытой водной поверхностью, в частности, бассейны с мотовилом. У бассейна Гипродревпрома
имеют место только потери через ограждения (Qoгp), в том числе через съемные крышки. Следовательно, для первого типа устройств, имеем
Qпот = Qконв + Qисп + Qoгp, а для второго типа - Qпот = Qoгp, (кВт).
Потери тепла через ограждения определяем по следующей общей формуле
Qогр = ΣFk(tc – t0)10-3, кВт,
в которой каждый член суммы характеризует теплопотери через ограждения
определенного вида (боковые стены, дно, крышки), различающиеся коэффициентом теплопередачи k или температурой окружающей среды t0.
Коэффициент теплопередачи можно ориентировочно принять одинаковым для всех ограждений и равным k = 1,2 ÷ 1,5 Вт/(м2K). Более точно в зависимости от конструкции ограждений этот коэффициент можно определить
из уравнения (39), [1].
Указания к расчету площадей ограждений и назначению температур
окружающей среды.
Бассейн с мотовилом
Fогр = Fб.с + Fдна, Fб.с = 2hб(B + L), Fдна = BL, м2,
где

Fб.с - площадь боковых стен бассейна, м2;
Fдна - площадь дна бассейна, м2;
hб - глубина бассейна, м, hб=Rм+0,5;
В - ширина бассейна, м, В = Rм + 0,2;
L - длина бассейна, м, L = l4 + 0,4.

3
2,5
2,3
2,4
2,2
2,0
2,1
1,9

Устройство для тепловой обработки древесины

2

Варочный бассейн с мотовилом

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Варочный бассейн с мотовилом

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Варочный бассейн с мотовилом

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Варочный бассейн с мотовилом

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Варочный бассейн с мотовилом

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Варочный бассейн с мотовилом

Варочный бассейн с мотовилом

Номер варианта

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Размеры
устройства, м

Таблица А 2 Исходные данные задаче 2

длина одной
секции
радиус
мотовила

-

-

6,1

-

5,5

6,0

-

5,9

-

5,9

-

глубина

5,7

Число секций

5,6

-

-

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

-

-

-

-

-

2,9 9

-

Вода

Вода

Вода

Вода

2,8 10 Вода

2,8 6

-

2,8 7

-

2,9 5

-

2,8 6

2,8 4

Вид агента
обработки

-

Липа

Ольха

Бук

Осина

Береза

30

28

30

30

32

28

Ясень

Липа

Осина

Кедр

Ясень

Сосна

32

38

26

30

36

24

Чураки Лиственница 40

Чураки

Кряжи

Чураки

Кряжи

Кряжи

Чураки

Кряжи Лиственница 32

Чураки

Кряжи

Чураки

Кряжи

Кряжи

Береза

Чураки

вид
сортимента

-

порода

-

средний
диаметр, см

10

1,9

2,2

5,6

1,6

5,0

5,4

1,3

5,5

1,8

5,2

1,6

5,2

5,0

1,9

11

длина
сортимента, м

9

-15

13

-16

-8

-18

75

40

50

80

80

50

-21

-14

+8

-15

-20

-10

100 +7

75

70 +10

80

60 +14

70

80 +15

80

12

влажность, %

8

55

65

35

70

45

40

55

46

70

45

55

45

40

50

14

t обрабатывающей
среды, оС
начальная
t., оС

7

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

15

Глубина оттаивания

6

10

9

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

16

20

17

30

18

35

30

15

25

15

35

15

30

30

15

17

Темпер на поверхн
карандаша
Диаметр карандаша

5

1,2

0,5

0,8

1,0

0,5

0,5

0,5

1,5

0,8

0,8

1,5

1,0

1,0

1,0

18

Толщина коры

4

Характеристика обрабатываемого
материала

90

60

80

110

90

60

90

50

70

80

120

60

70

50

19

Производительность
лущильногоцехам3/см

3
2,2
2,6
2,3

2

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Варочный бассейн с мотовилом

Варочный бассейн с мотовилом

Механизированный бассейн Гипродревпрома

Варочный бассейн с мотовилом

1

15

16

17

18

19

20

Окончание таблицы А 2

-

6,7

-

-

6,0

5,5

4

6

-

-

-

2,9 9

-

-

2,8 7

2,8 7

5

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

7

Ольха

32

1,6

2,0

2,1

5,4

5,2

11

Чураки

30

28

26

30

10

6,2

Сосна

Кедр

Осина

Бук

9

Кряжи Лиственница 38

Чураки

Чураки

Кряжи

Кряжи

8

13

14

-7

45
70 +15 50

80

100 +12 80

80 -20 70

90 +10 40

70 -21 45

12

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

Полная

15

8

8

8

8

8

8

18

20 1,0

30 1,5

19 0,8

15 0,8

35 1,0

25 1,0

16 17

70

90

80

100

150

90

19

Температуру окружающей среды в здании (зимой) принимаем t0 = 5 ÷
10°С, если t0>0°С, то t0 принимаем по заданию (положительная температура).
Эти данные необходимы при определении Qконв и Qoг, где температура стен
tб.с = (t0 + tднa): 2 (бассейн Гипродревпрома).
Бассейн Гипродревпрома
Fогр = Fб.с + Fдна + Fkp, Fб.с = 2hб(Bб + Lб), Fдна = Fkp = BбLб, м2,
где Fб.с - площадь боковых стен бассейна, м 2;
Fkp, Fдна - соответственно площади дна и крышек бассейна, м2;
Вб - ширина бассейна, м, принимается Вб = 28,4 м;
Lб - длина бассейна, м, принимается равной произведению длины одной
секции на число секций, Lб=(lч + 0,4)×n.
При назначении температур окружающей среды, следует помнить, что
эти устройства располагаются на открытом воздухе, следовательно, для
крышек tkp принимается равной начальной температуре древесины по заданию. Для дна бассейна tдна=0 ÷ 4°С, а для боковых стен

t б .с 

t кр  t дна
2

.

Затраты тепла на испарение воды с поверхности бассейна характеризуются выражением
Qиcп = Fr0i , кВт,
где F - площадь теплоотдающей поверхности, м 2 (принимается равной площади дна бассейна);
г0 - скрытая теплота парообразования, г0 = 2490 кДж/(кгК);
i - количество воды, испаряющейся с 1 м2 поверхности в секунду, зависит от температуры среды и принимается по рекомендациям, [1].

Теплопотери вследствие конвективной теплоотдачи с открытой водной
поверхности определяем по уравнению Ньютона
Qконв = Fα(tс – t0)∙10-3, кВт,
где α - коэффициент теплообмена, Вт/(м2∙К), ориентировочно может приниматься равным 25 Вт/м2К;
t0 - температура окружающего воздуха, °С.
Удельный расход тепла на потери, отнесенный к 1 м 3 обрабатываемой
древесины, находим по формуле

q пот 

Qогр  Qконв  Qисп
Пб

Т  3600, кДж / м 3 .

Суммарный удельный расход тепла на обработку определяем по формуле
q = (qпр + qпот) ∙ 1,15, кДж/м3.
Коэффициент 1,15 в этом выражении учитывает дополнительные элементы потерь.
Полный расход тепла в единицу времени, т. е. суммарную тепловую
мощность установки, определяем по формуле
Qполн = qП/Т , кВт.
Расход теплоносителя (пара) в единицу времени, впускаемого в бассейн для нагрева воды, определим по формуле

P

Qполн
, кВт.
hп  hк

где

hп - теплосодержание (энтальпия) пара, кДж/кг;
hк – теплосодержание неиспользованного конденсата, кДж/кг; hк =

= свtk.
В расчетах разность (hп – hк) может ориентировочно приниматься для
варочных бассейнов 2400 кДж/кг.
Если теплоносителем является вода, ее расход определяем по формуле

M

Qполн
Qполн

, кг / c,
св (t в  t c ) 4,19(t в  t c )

где tв - температура горячей воды, подаваемой в бассейн;
tc - температура обрабатывающей среды в бассейне.
Заканчивается расчет определением термического коэффициента полезного действия установки для тепловой обработки ηтерм = qпр/q.

Приложение Б (обязательное) Перечень ключевых слов
1 Абсолютно сухая древесина

22 Гидротермическая обработка

2 Агент сушки

23 Гистерезис сорбции

3 Адсорбция

24 Градиент

4 Анемометр

- влажности

5 Антисептирование

- температуры

6 Атмосферная сушка

25 Давление

7 Аэродинамические показатели ка-

26 Дефекты сушки

мер

27 Диаграмма состояния воздуха

8 Аэродинамический нагрев

28 Исполнительный механизм

9 Безразмерная температура

29 Испытания тепловых устройств

10 Вентиляторные устройства

30 Испытания технологические

11 Влага

31 Камеры сушильные

-

гигроскопическая

-

непрерывного действия

-

свободная

-

периодического действия

12 Влагоемкость воздуха

32 Категории качества сушки

13 Влагоперенос

33 Капиллярная структура древе-

14 Влаготеплообработка

сины

-

конечная

-

начальная

-

влагообмена

-

промежуточная

-

влагопроводности

15 Влагомеры

-

температуропроводности

16 Влажность древесины

-

теплообмена

17 Влагосодержание воздуха

-

теплопередачи

- древесины

-

теплопроводности

-

усушки

18 Влажность
- воздуха
- древесины
19 Внутренние напряжения

34 Коэффициент

35 Критерий
- Био
- Фурье

20 Высокотемпературные режимы

35 Относительная влажность воз-

21 Гигроскопичность древесины

духа

Шакур Гаянович Зарипов

ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И
КОНСЕРВИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания для выполнения контрольных работ студентами специальности 260200 (250403.65) Технология деревообработки заочной формы обучения

Ответственный редактор Ш.Г. Зарипов
Редактор РИЦ Л.М. Буторина
Техн. редактор Т.П. Попова
_________________________________________________
Подписано в печать
Формат 60х84 1/16. Печать офсетная. Уч. – изд. л. 7.5
Тираж 200 экз. Изд. №
. Заказ №
. Лицензия ИД № 06543
от 16.01.02 г.
____________________________________________
Редакционно-издательский центр СибГТУ,
660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.