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    多功能試驗用木材干燥機的設計研究

         木材干燥和改性處理在木材加工工業中的地位日益重要,國內木材處理科研單位缺少實驗基礎上的理論研究,為此有必要設計一種具備多項功能的小型木材處理實驗平臺。該平臺可進行應用較廣泛的常規蒸汽干燥、高溫干燥、真空干燥、木材改性和高溫熱處理等實驗過程,得到所需相關數據,從而可為優化相應過程的程序、能耗、環境參數等提供參考。根據功能要求對試驗機進行總體設計,設計包括罐體、加熱、加濕、除濕、真空、電控等硬件系統的設計及其總體布置、功能參數設計、控制系統設計。采用模糊控制系統對干燥和熱處理過程進行控制,提高了實驗機的智能化程度。伴隨著家具業在國內外市場上的快速穩定發展,木材加工業經歷了一相對快速發展的歷史階段。改革開放以來,我國形成了以常規蒸汽干燥為主,常規爐氣與熱水干燥,除濕、真空干燥,微波與高頻干燥及太陽能干燥等多種干燥方法同時發展的比較完整的產業體系。但這并不能完全滿足新形勢下社會對干燥技術的要求,而且,干燥技術領域還存在著許多未知或知之不多的問題。如今,提高干燥質量、減少木材降等、降低能耗、提高設備生產率、改善勞動環境和減少環境污染、降低干燥成本已成為木材干燥技術發展的主題。為應對新的干燥技術發展,作為研發主力軍的高校科研單位和研究所等機構應更進一步增加在實驗基礎上的理論研究,但一臺干燥設備造價不菲,而且實驗可能需要不同類型的干燥機,所以研究一種多功能試驗用干燥機是非常必要的。多功能試驗用干燥機不僅可以為科研機構提供一個多種類型干燥的實驗平臺,而且可以實現各種干燥技術相互組合,綜合利用各自的優點達到優化效果,從而為聯合干燥技術的研究創造了條件。試驗機的功能設計因為干燥罐體結構上的限制,本設計木材干燥功能包括常規蒸汽干燥、高溫干燥、真空干燥。
         試驗機預實現的工藝流程為:首先選擇某一干燥方式,然后設置干燥溫度、終含水率等工藝參數,然后選擇一干燥基準,設置基準參數,干燥機根據所選干燥方式自動提取干燥工藝流程,干燥機開始工作。試驗機內部溫度、濕度、壓力等達到設置的工藝參數或基準參數時會自動控制蒸汽發生器、電加熱管、真空泵、隔膜泵、電磁閥等設備的開啟和關閉,從而控制各個流程的轉換,當達到設置的終含水率要求后干燥機所有設備自動關閉。本設計的多功能改性功能包括木材改性和熱處理。木材改性包含防腐、防霉、染色、脫脂等。改性處理時先選擇處理液進入木材的方式:壓注法、浸泡法。通過這些改性方法可以改善一些材質較差木材的性能,增加這些木材原木不具備的性能,為社會提供低價格高性能的木材制品,甚至是特殊性能的木材制品,從而提高木材的利用價值。高溫熱處理木材時,選擇高壓或真空環境條件,用160~230℃(常用180~212℃)的溫度加熱處理木材,改良木材的品質,降低木材的吸濕性和吸水性,提高尺寸穩定性、生物耐腐性和耐氣候性,得到一種性能優良、顏色美觀且環境友好的木材產品。試驗機硬件系統設計與總體布置為實現上述功能,多功能試驗用干燥機需設有干燥罐、真空系統、加熱系統、加濕系統、除濕系統、風機、電控部分、閥門及連接管道等部件,固定于底座上。

    (1)干燥罐設計。干燥罐上設有安全閥口、真空接口、溫度傳感器接口、壓力傳感器接口、濕度傳感器接口、噴濕除濕接口、換氣閥接口、蒸汽接口、出水口等可分別通過管道或直接連接真空泵、傳感器、隔膜泵、蒸汽發生器、閥門等,內部設有電加熱管、風扇,外部有石棉保溫層。干燥罐是對木材進行干燥和熱處理的主要工作場所,因為要進行真空干燥和高溫高壓熱處理等,所以干燥罐體要耐高壓、耐高溫、耐真空,且對密封的要求也很高。干燥罐體采用真空狀態抵抗外界大氣壓力性能最佳的圓柱罐體形式,水平安裝。為了保證干燥罐體的承壓能力,罐體用一定厚度的鋼板輕滾壓、焊接制成,兩端各有一曲率半徑是連續變化、壓力狀態下應力分布比較均勻橢圓形封頭,其中一個封頭設計為可開關的大門,大門固定在罐門支架上,支架與罐體法蘭間通過左右一銷連接,罐門封頭上絲杠螺母機構用于鎖緊罐體和罐門。罐體法蘭與罐門法蘭之間用雙層耐熱橡膠圈做密封墊。為解決罐體內部空間小不能安裝軸流風機的問題,我們設計一風扇裝進罐體內,外面連接帶輪,帶輪軸通過與封頭連接的套筒與風扇相連,套筒內部裝有一接觸式機械密封機構。
    (2)其它輔助系統設計。其它輔助系統包括真空系統、加濕系統、除濕系統、加熱系統等。
    真空系統采用水環式真空泵抽取真空,并在其前處設有冷凝器,用以吸收汽化潛熱防止真空泵葉片腐蝕,高溫水汽經冷凝變為水進入儲水罐;加濕系統包括蒸汽發生器、隔膜泵、水箱及噴頭、閥門等配件。加濕包括噴濕和噴蒸兩個各過程,噴濕是通過隔膜泵從水箱抽出水加壓后噴到干燥罐內木材表面,噴蒸是經蒸汽發生器加熱加壓后的水蒸氣噴到干燥罐內;除濕系統主要包括一臺除濕機;加熱系統有電加熱和蒸汽加熱兩種方式,干燥罐體內部裝有電加熱管,可使罐內溫度達到400℃,且各電加熱管可分別控制,罐體外面連有18kW的蒸汽發生器,蒸汽可直接噴到罐內進行直接接觸加熱也可通過散熱管間接加熱。
    (3)電控部分設計。電控部分包含干濕球溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、含水率測量儀、水位傳感器、電磁閥、電控柜等。木材干燥過程中各檢測數值傳送到控制柜,都與計算機輸入設定值和干燥基準參數值相比較,然后控制器調節控制元件的啟閉,使工作按預選程序進行。試驗機的功能參數設計在試驗機進行工作之前,工作人員需向計算機輸入預設功能參數和干燥基準參數,使蒸煮、干燥等作業按照定義要求進行。通過對各個過程分別進行實驗,結合試驗機承受能力,總結歸納出試驗機預設功能參數范圍。木材干燥預設參數及范圍值見表1;多功能改性預設干燥基準是木材人工干燥過程中調節干燥介質溫度和濕度變化的程序表,為干燥過程調節的依據。在實際干燥過程中,正確執行干燥基準表,就可以合理地控制木材的干燥過程,從而保證木材的干燥質量。多功能實驗用干燥機可選的干燥基準有:含水率基準、時間干燥基準、連續升溫干燥基準和干燥梯度基準。在試驗機工作前選擇某一干燥基準,輸入干燥基準參數,使實驗過程按照基準自動運行。本設計可通過多次實驗來制定基準參數表存于計算機中,同時也為木材干燥廠家等提供基準參數依據。
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