Конвективная сушилка установки сушки древесины

Пояснювальна записка Шпиль.docx

МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ МОЛОД ТА СПОРТУ УКРАНИ
НАЦОНАЛЬНИЙ ТЕХНЧНИЙ УНВЕРСИТЕТ УКРАНИ
“КИВСЬКИЙ ПОЛТЕХНЧНИЙ НСТИТУТ”
нженерно-хімічний факультет
Кафедра машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв
освітньо-кваліфікаційного рівня “бакалавр”
з напряму підготовки 6.050503 Машинобудування
за спеціальністю: Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів
на тему:Конвективна сушарка
установки сушіння деревини
“ КИВСЬКИЙ ПОЛТЕХНЧНИЙ НСТИТУТ ”
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до дипломного проекту освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр»
на тему: Конвективна сушарка установки сушіння деревини
Напрям підготовки:6.050503 Машинобудування
Спеціальність: Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів
на дипломний проект освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр»
студенту Шпилю гору Олександровичу
Тема проекту: Конвективна сушарка установки сушіння деревини
затверджена наказом по університету від “ 18 ” травня 2011р. № 786-с
Термін здачі студентом закінченого проекту: 31 травня 2011р.
Вихідні дані до проекту: Об’єм деревини що завантажується в камеру: 34 м3; вологість деревини: на вході в сушильну камеру – 65% на виході – 10%; температурив оди для нагріву: на вході в калорифер – 353К; на виході – 323К; робочий тиск в сушильній камері – 013МПа в трубному просторі калорифера – 04МПа.
Перелік питань які мають бути розроблені:
а) основна частина: розглянути існуючі конструкції сушильних камер внести зміни до конструкції з метою зменшення втрат тепла в навколишнє середовище на 10% обрунтувати вибір конструкції апарата; здійснити розрахунки що підтверджують працездатність та надійність конструкції: параметричний та конструктивний розрахунки; виконати складальне креслення конвективної сушильної камери та її експлуатації теплообмінника; здійснити оцінку рівня стандартизації та уніфікації розробки.
б) економічна частина: обрунтувати вдосконалення установки та оцінити її ефективність;
в) охорона праці: провести аналіз відповідності апарату до вимог охорони праці викласти основні вимоги безпечної експлуатації апарата.
Перелік графічного (ілюстративного) матеріалу: принципова схема установки – А2; складальні креслення: сушильна камера – А0 А1 штуцер –кутик – А3.
з охорони працканд. техн. наук доцент Ковтун.М.
з економікиканд.екон.наук доцентЗадольський А.М.
Дата видачі завдання 11 квітня 2011 р.
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН-ГРАФК
виконання дипломного проекту
студентом Шпиль горем Олександровичем
Назва етапів роботи та питань які мають бути
розроблені відповідно до завдання
Позначки керівника про виконання завдань
Узгодження теми вихідних даних визначення джерел інформації. Обрунтування актуальності проекту.
Патентне дослідження. Формування змісту удосконалення (на основі зміни технологічної схеми конструкції апарату його елементів речовин).
Оформлення та подання заявки на корисну модель.
Опис установки. Схема установки. Вибір і опис конструкції теплообмінника. Технічна характеристика установки апарату. Добір матеріалів.
Параметричний розрахунок: визначення основних розмірів апарату. Розрахунок гідравлічного опору апарату.
Розробка складальних креслень апарату і його складальних одиниць. Добір конструктивних параметрів конструктивних елементів апарату.
Розрахунки на міцність. Розробка алгоритмів та програм розрахунку.
Уточнення графічної частини проекту та специфікацій.
Обрунтування економічної доцільності модернізації.
Розробка вимог до апарата з питань охорони праці.
Оформлення пояснювальної записки. Перевірка відповідності проекту діючим нормам за змістом і оформленням. Підготовка до захисту. Складення плану викладення доповіді окремих питань.
Попередній захист проекту.
Корегування проекту за результатами попереднього захисту. Отримання рецензії відзиву. Підготовка до захисту.
Конвективна сушарка установки сушіння деревини: Дипломний проект освітньо-кваліфікаційного рівня «Бакалавр»НТУУ «КП»; Керівник В.В. Лукашова. – К. 2011. – 82 с.: іл. Викон. – .О. Шпиль – Бібліогр.: 80 с.
Дипломний проект освітньо-кваліфікаційного рівня «Бакалавр» включає розрахунково-пояснювальну записку що складається з вступу восьми розділів висновку переліку посилань.
Метою проекту є проектування й розробка конструкції конвективної сушарки пиломатеріалів.
Поставлене завдання досягається шляхом виконання параметричного аеродинамічного розрахунків і розрахунків на міцність основних вузлів і деталей конструкції. Для параметричного розрахунків апарата наведені алгоритмічна схема таблиця ідентифікаторів і програма виконана в середовищі Mathcad. Виконаний аналіз результатів і зроблені висновки. Наведено список використаної літератури.
Розрахунково-пояснювальна записка містить опис технологічної схеми сушіння деревини й опис конструкції конвективної сушарки пиломатеріалів. Графічна частина проекту включає наступні креслення: технологічну схему сушіння пиломатеріалів складальне креслення сушарки і її складальні одиниці.
ДЕРЕВИНА СУШАРКА КАЛОРИФЕР СУШИЛЬНИЙ АГЕНТ ПОВТРЯНИЙ ПОТК ТЕМПЕРАТУРНИЙ РЕЖИМ ТЕПЛОЗОЛЯЦЯ.
Конвективная сушилка установки сушки древесины: Дипломный проект образовательно-квалификационного уровня «Бакалавр»НТУУ «КПИ»; Руководитель В.В. Лукашова. – К. 2011. – 82 с.: ил. Исполнитель. –
И.А. Шпиль. – Библиогр.: 80 с.
Дипломный проект образовательно-квалификационного уровня «Бакалавр» включает расчетно-пояснительную записку которая состоит из введения восьми разделов выводов перечня ссылок.
Целью проекта является проектирование и разработка конструкции конвективной сушилки пиломатериалов.
Поставленная задача достигается путем выполнения параметрического аэродинамического расчетов и расчетов на прочность основных узлов и деталей конструкции. Для параметрического расчета аппарата приведены алгоритмическая схема таблица идентификаторов и программа выполненная в среде MathCad. Выполнен анализ результатов и сделаны выводы. Приведены список использованной литературы.
Расчетно-пояснительная записка содержит описание технологической схемы сушки древесины и описание конструкции конвективной сушки пиломатериалов. Графическая часть проекта включает следующие чертежи: технологическую схему сушки пиломатериалов сборочный чертеж сушилки и ее сборочные единицы.
ДРЕВЕСИНА СУШИЛКА КАЛЛОРИФЕР СУШИЛЬНЫЙ АГЕНТ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ.
Convect Supervisor V.V. Lukashova. - K. 2011. - 82.: ll. Developer – I.A. Shpil - Bіblіogr.: 80 p.
The graduation thesis qualification level of "Bachelor" includes calculation and explanation note which consists of introduction eight chapters conclusions list of references.
The project aims to design and development сonvective dryer of timber .
This object is achieved by performing parametric hydraulic calculations and calculations with respect to the strength of the main units and parts of the design. The algorithmic scheme for the parametric calculation unit is observed as well as the table of identifiers and a program executed in the environment MathCad. The analysis of all the results and conclusions is accomplished. The list of references is also pointed out.
Computational and explanatory notes describe the technological scheme of production of wood and description of the design of convectial timber dryer. The graphical part of the project includes the following drawings: technological scheme of timber dryer and its assembly units.
WOOD DRYER HEATER THE AGENT OF DRYING THE AIR STREAM THE TEMPERATURE MODE THE THERMAL PROTECTION..
Призначення та область використання конвективної сушарки деревини12
1 Опис технологічного процесу 12
2 Вибір типу сушарки та її місце в технологічній схемі19
Технічна характеристика24
Опис та обрунтування вибраної конструкції сушильної камери25
1 Опис конструкції основних складальних одиниць та деталей апарата25
2 Вибір матеріалів27
3 Порівняння основних показників розробленої конструкції з аналогами28
4 Патентне дослідження30
Розрахунки що підтверджують працездатність та надійність конструкції44
1 Параметричний розрахунок сушильної камери 44
2 Аеродинамічний розрахунок камери53
3 Розрахунок прокатної балки блоку вентиляторів58
Рекомендації щодо монтажу та експлуатації сушильних камер67
Рівень стандартизації та уніфікації69
Техніко-економічне обрунтування модернізації70
Додаток А Документація до патентного дослідження81
Додаток Б Комп’ютерний розрахунок елементів сушильної камери85
Додаток В Патенти які використані в патентному дослідженні89
Додаток Г Публікації автора .112
Під гідротермічною обробкою деревини розуміють процеси впливу на неї тепла вологого газу або рідини призначені для зміни температури й вологості деревини або введення в неї речовин що поліпшують її технологічні та експлуатаційні характеристики.
Сушінням називається процес видалення з матеріалу вологи шляхом її випаровування або випарювання. Сушіння це обов'язкова частина технологічного процесу виготовлення пиломатеріалів.
Не просушені пиломатеріали не можуть вважатися готовою продукцією а технологічний процес їх виготовлення закінченим. Вологі пиломатеріали піддаються грибковим захворюванням і непридатні для подальшої механічної обробки й виробництва з них готових виробів у тому числі будівельних матеріалів у той час як суха деревина має велику стійкість.
Сушіння матеріалів є енергоємним процесом зв'язаним зі значною витратою палива пару а також електроенергії а отже використання високоточної автоматики дозволить значно скоротити термін сушіння та знизити енергетичні затрати. Сушать деревину у вигляді пиломатеріалів (дощок брусів заготовок) шпону (тонколистового матеріалу) трісок стружки і волокон. Також поширеним є сушіння круглих лісоматеріалів (деталі опор ліній електропередачі зв'язку будівельні деталі).
Метою даного проекту є обрунтування вибраного типу сушарки опис її конструкції та основних складальних одиниць вибір матеріалів порівняння основних показників розробленої конструкції з аналогами виконання параметричного теплового та аеродинамічного розрахунку сушильної камери економічної доцільності її реалізації а також розробка рекомендацій щодо монтажу та експлуатації сушильної камери.
Завдання на виконання роботи одержане в період проходження виробничої практики в липні 2010 р.
Призначення та область використання конвективної сушарки деревини
1 Опис технологічного процесу
Камерне сушіння – основний спосіб при якому сушіння пиломатеріалів проводять у сушильних камерах що мають необхідне обладнання й прилади. У камерах регулюють температуру вологість і ступінь циркуляції повітря.
Штабель формують із дощок однієї пор оди й товщини. Способи укладання пиломатеріалів у штабелі залежать від напрямку (циркуляції) агента сушіння. Для сушильних камер с протиточною циркуляцією пиломатеріали укладають с проміжками а для камер з поперечної реверсивною й протиточною прямолінійною циркуляцією – щільно.
Сушіння пиломатеріалів відбувається при певній температурі та вологості що відрізняється в залежності від режиму та стадії сушіння. У процесі сушіння в камері поступово підвищується (по ступенях) температура повітря й знижується відносна вологість сушильного агента. Режими сушіння обирають із урахуванням породи деревини товщини пиломатеріалів кінцевої вологості категорії якості матеріалів що висушуються і конструкцій (типу) камер.
Режимами сушіння залежно від призначення пиломатеріалів передбачаються два процеси – низькотемпературний і високотемпературний. При низькотемпературних режимах у якості сушильного агента на першому ступені сушіння застосовують вологе повітря с температурою менш 100 °С. Залежно від вимог пропонованих до пиломатеріалів режими діляться на:
— м'які М при яких виходить бездефектне сушіння с збереженням фізико-механічних властивостей деревини й кольору;
— нормальні Н при яких виходить бездефектне сушіння з можливою невеликою зміною кольору у хвойної деревини але із збереженням міцності;
— форсовані Ф при яких виходить деревина с збереженням міцності на згин розтягання й стиск але зі зниженням міцності на сколювання й розколювання на 15 – 20 % і с можливим потемнінням деревини.
По цих режимах передбачена триступінчаста зміна параметрів агента сушіння причому перехід с кожного щабля режиму на наступну можна робити лише по досягненню матеріалом певної вологості передбаченої по режиму.
Режими високотемпературного процесу сушіння для камер періодичної дії передбачають двоступінчасту зміну параметрів сушильного агента причому перехід с першого щабля на другу проводиться при досягненні деревиною вологості (перехідний) 20 %. Визначають високотемпературний режим залежно від породи й товщини пиломатеріалів. Високотемпературні режими допускається застосовувати для сушіння деревини що йде на виготовлення не несучих елементів будівельних конструкцій у яких допускається зниження міцності й потемніння деревини.
До проведення процесу сушіння по обраному режиму деревину прогрівають пором. Тривалість початкового прогріву деревини залежить від породи деревини. Після прогріву параметри агента сушіння доводять до першого ступеня режиму й потім приступають до сушіння пиломатеріалів дотримуючи встановлений режим. Температуру й вологість повітря регулюють вентилями на паропроводах і шиберами витяжних каналів.
У процесі сушіння в деревині виникають залишкові внутрішні напруження для їхнього усунення проводять проміжну й кінцеву вологотеплообробку з підвищеною температурою та вологістю. При цьому обробці піддаються пиломатеріали що висушуються до експлуатаційної вологості та ті що далі підлягають механічній обробці.
Проміжна вологотеплообробка проводиться при переході з другою на третю ступінь або з першої на другу при сушінні по високотемпературних режимах. Кінцеву вологотеплообробку проводять лише по досягненню деревиною необхідної кінцевої середньої вологості. У процесі кінцевої вологотермоообробки температуру в камері підтримують на 8 °С вище останньому ступені режиму але не більше 100 °С. По закінченню кінцевої вологотеплообробки пиломатеріали що пройшли сушіння витримують у камерах протягом 2 – 3 год при параметрах передбачених останнім ступенем режиму після чого камери зупиняють.
Штучне сушіння партії пиломатеріалів являє собою операцію що починається із завантаження в камеру відповідним чином покладеного й закріпленого матеріалу і закінчується вивантаженням цього матеріалу по завершенню повного циклу обробки.
Для зручності й для кращого розуміння процесів що відбуваються розглянемо обробку розділивши її на чотири стадії під час яких як властивості деревини так і дія установки різні.
Перша стадія. Попереднє нагрівання.
Деревина завантажена в сушильну камеру буде звичайно мати температуру навколишнього середовища у якій вона перебувала до цього моменту.
Назвемо її Тнавк.сер. (температура навколишнього середовища).
Потрібно мати на увазі що в країнах з помірним кліматом (у тому числі в Україні) або розташованих у приполярних областях узимку температура може опускатися на багато нижче нуля градусів.
Для правильного сушіння варто попередньо нагріти цю деревину до проміжної температури щоб уникнути занадто сильних перепадів температури при проведенні наступних операцій.
Температура попереднього нагрівання (позначена нижче як Тп.наг.) коливається в межах 30°С.
Нагрівання від Тнавк.сер. до Тп.наг. повинне бути рівномірним і протікати повільно – нагадаємо що деревина є теплоізоляційним матеріалом що важко поглинає тепло. Щоб не було різниці температури між поверхнею і серцевиною дошки варто уникати занадто різких перепадів температури (максимум 10-15°С) Після кожного стрибка температури потрібно зробити так щоб весь об’єм деревини прогрівався. Температура повинна підтримуватися незмінною протягом певного періоду часу залежно від породи деревини й товщини шару що висушується.
Одиничний інтервал часу (одиниця товщини дощок ho) між двома тепловими стрибками можна вивести з таблиці 1.1:
Таблиця 1.1 – Залежність тривалості від щільності дерева
Питома щільність дерева
*на кожен см товщини пиломатеріалів що висушуються
Коефіцієнт приросту залишається постійною точкою при всіх збільшеннях температури що мають місце в процесі сушіння.
Примітка: якщо температура деревини нижче нуля то вільна вода усередині деревини перебуває в замерзлому стані. У цьому випадку потрібно дуже обережно розморозити деревину.
снує ще одна небезпека що може нас очікувати на стадії попереднього нагрівання.
Як було сказано вище нагрівання повітря приводить до скорочення його відносної вологості. Деревина на стадії попереднього нагрівання "омивається" струменем гарячого й сухого повітря. Як наслідок повинне відбуватися швидке висушування поверхонь плівки із закриттям пор. Цей феномен одержав назву "цементування поверхні" що серйозно перешкоджає процес подальшого сушіння.
Щоб уникнути цього потрібно щоб на стадії попереднього нагрівання відносна вологість повітря мала дуже високі значення.
Отже на стадії попереднього нагрівання відбувається не сушіння деревини а її підготовка для наступного сушіння.
Якщо Тнавк.сер. дорівнює або близька Тп.наг. то можна знехтувати стадією попереднього нагрівання. У цьому випадку можна відразу ж переходити до наступної стадії.
Нарешті якщо потрібно висушити деревину початкова вологість якої нижче точки насичення волокон то на стадії попереднього нагрівання з урахуванням коефіцієнта збільшення її нагрівають від Тнавк.сер..до необхідної температури (стадія сушіння нижче точки насичення волокон).
Друга стадія. Сушіння вище точки насичення волокон.
По закінченні стадії попереднього нагрівання починається сушіння деревини. На цій стадії передбачається видалення всієї вільної води з деревини
Видалення вільної води являє собою відносно просту операцію; деревина сушиться з великою швидкістю тому потрібно діяти обережно тобто дотримуватися не дуже високих температур і відносно більш високих значень вологості.
Стадія попереднього нагрівання закінчувалася доведенням деревини до температури приблизно 30°С. Для початку сушіння на цій другій стадії температура в камері підвищується до значення що ми позначимо Т1.
Значення Т1 не є постійним але залежить від типу матеріалу насамперед і від товщини пиломатеріалів на стадії сушіння. (Значення Т1 коливається в межах 40-70°С при переважному значенні близько 50°С). Для підвищення температури від Тпр.наг. до Т1 використовується коефіцієнт приросту ( ho x товщ.) що фігурує вже на стадії попереднього нагрівання.
Деякі породи тропічних дерев уражені грибком що залишає плями на деревині. Цей грибок добре розвивається саме в температурному інтервалі Тпр.наг. - Т1 у вологому кліматі. Тому необхідно подолати цей інтервал якнайшвидше. У цьому випадку потрібно відмовитися від коефіцієнту збільшення й настроїти температуру на значення Т1.
По досягненні температури Т1 її варто підтримувати постійною в ході всієї стадії.
Стадія сушіння вище точки насичення волокон проходить при постійній температурі Т1.
Так як на цій стадії процес сушіння відбувається відносно легко то градієнт сушіння не повинен мати занадто високі значення.
Третя стадія. Проміжне нагрівання.
На другій стадії деревина віддала всю вільну воду. Тепер потрібно видалити зв'язану воду.
Деревина віддає вологу значно важче й процес сушіння протікає значно повільніше. Тепер потрібно працювати з більш високими температурами й більш низькими значеннями відносної вологості повітря.
Насамперед температура підвищується до третього значення Т2 (значення Т2 міняється в інтервалі 60—80°С переважне ж значення зупиняється на відмітці 70°С).
Четверта стадія. Сушіння нижче значення точки насичення.
Ця стадія теж протікає при постійній температурі Т2.
П’ята стадія. Кондиціонування.
Для кращого розуміння феномена сушіння деревини візьмемо замість дошки пачку поглинаючої просоченої вологою паперу. Направимо на пачку струмінь гарячого й відносно сухого повітря що "обмиває" верхні аркуші останні прагнуть висохнути забираючи поступово вологу з нижче лежачих аркушів аж до центральних.
Зовні цей процес представляється як "міграція" вологи із центра до поверхні що постійно висушується повітрям.
У цьому випадку розподіл вологи по товщині пачки ніколи не буде рівномірним. У центрі пачки вологість буде завжди більше ніж на поверхні.
Те ж саме відбувається й з дошкою в процесі сушіння.
Між серцевиною й периферією утвориться диференціал вологості деревини він збільшується зі збільшенням товщини дошки й збільшенням швидкості процесу сушіння (градієнт).
У такий спосіб значення вологості деревини розглядається як середнє значення.
Ця різниця у вологості між серцевиною й периферією завжди є причиною виникнення напруг у деревині а в багатьох випадках відбивається на міцності деревини що у межі може руйнуватися.
Тому на стадії кондиціонування відбувається більш рівномірний розподіл вологи по товщині дошки що значно послабляє напруги.
ншим не менш важливим аспектом є висока температура (Т2) деревини наприкінці сушіння. Занадто різкий перехід від температури Т2 до температури навколишнього середовища Тнавк.сер. (яка як уже сказано може бути нижче нуля) може викликати тепловий "шок" з непередбаченими наслідками.
Тому варто довести температуру деревини до більш низьких значень перш ніж витягти її з камери.
Міграція" вологи від серцевини до периферії являє собою феномен що володіє певною інерцією й природно не закінчується із закінченням сушильного циклу
Одночасно варто приступити до охолодження деревини. Це буде сприяти й підвищенню відносної вологості.
Правильне охолодження повинне скоротити температуру в камері на 40-50% від різниці Т2- Тнавк.сер..
2 Вибір типу сушарки та її місце в технологічній схемі
Практична мета усіх видів сушіння - це зведення до мінімуму коливань кінцевої вологості деревини.
Вибір способу сушіння устаткування й організація процесу залежать від безлічі факторів як технологічного так і місцевого значення. Основні фактори з цілим рядом конкретних показників наступні:
– вимоги до якості й обсягів матеріалів що висушуються;
– забезпечення енергоносіями;
– умови розміщення сушильних камер;
Класифікація способів сушіння рунтується на особливостях передачі тепла матеріалу що висушується і за цією ознакою можна виділити наступні види сушіння: конвективне кондуктивне радіаційне електричне. У таблиці 1.2 приведені види і способи сушіння.
Таблиця 1.2 – Види та способи сушіння деревини.
Основні особливості процесів
Конвективно-атмосферне
Сушіння з використанням з сущої сили крони живого дерева
Сушіння на відкритих складах чи під навісами
Конвективно- теплове
Повітря Топковий газ водяна пара та суміші
Сушіння в нагрітому газовому середовищі при атмосферному тиску
Газопарове сушіння з додатковим використанням відцентрового ефекту
Газопарове сушіння при тиску середовища нижче атмосферного
Сушіння з використанням нагрітих рідких сушильних агентів
Продовження таблиці 1.2.
Сушіння з передачею тепла
матеріалу за допомогою теплопровідності при контакті
с нагрітими поверхнями
Сушіння передачею тепла матеріалу випромінюванням
Сушіння в електромагнітному полі ТВЧ чи СВЧ із передачею тепла матеріалу за рахунок діелектричних втрат
Сушіння в електромагнітному
полі промислової частоти з передачею тепла матеріалу від розташовуваних всередині штабелю феромагнітних шляхів що нагрівають індуктивними струмами.
У випадку сушіння у рідинах сушильним агентом служать гідрофобні і гідрофільні рідини.
Зневоднювання в гідрофобних рідинах оліях розплавлених металах сірці по своєму механізмі схоже на конвективне сушіння при високотемпературному режимі. Тому всі негативні наслідки – зниження міцності деревини великі внутрішні напруження характерні для високотемпературного режиму сушіння присутні і тут.
Недолік цього методу – висока експлуатаційна вартість викликана необхідністю використання дорогих гідрофобних розчинів.
Ротаційний спосіб сушіння являє собою механічне зневоднювання деревини в полі відцентрових сил. Здійснюється він у спеціальних карусельних сушарках причому найкращий ефект досягається при розміщенні штабеля чи пиломатеріалів навіть круглого сортименту по діаметру обертової платформи. При цьому вектор відцентрової сили збігається з віссю деревного сортименту і зневоднювання відбувається уздовж волокон. Природно що таким способом можна видалити з деревини тільки вільну воду. Вологість свіжої деревини при цьому знижується до 40-45% за невеликий проміжок часу – 10-20 хв. Пиломатеріали початковою вологістю З0-35% і нижче зневоднюванню з використанням відцентрового ефекту не піддаються.
Ротаційне сушіння таким чином може замінити першу найбільш енергоємну і тривалу ступінь камерного сушіння. Техніко-економічні розрахунки показали що сполучення карусельного і камерного сушіння забезпечує 15-2–кратне скорочення енерговитрат і зниження собівартості сушіння на 25-30%.
Недоліком ротаційного способу є громіздкість конструкцій складність у виконанні обертової платформи балансування вантажу. Тому такі сушарки не одержали поширення
Атмосферне сушіння є найбільш дешевим способом. Воно не вимагає таких капітальних затрат як камерне але для нього необхідний великий запас матеріалу.
Відомо що атмосферно висушена деревина може експлуатуватися багато сторіч якщо її повторно не воложити.
Основним недоліком атмосферного сушіння є те що процес некерований: у районах з підвищеною вологістю повітря підвищується імовірність поразки пиломатеріалів грибками а на півдні - розтріскування.
Звичайно під камерним розуміють конвективно-тепловий вид сушіння здійснюваний у конвективних камерах різних конструкцій.
Сушильні камери можуть мати будівельні чи металеві огородження; бути стаціонарними чи пересувними; здійснювати безупинне чи періодичне сушіння матеріалу.
Вибір категорії режиму здійснюється відповідно до потреби в швидкості отримання сухого матеріалу тому що тривалості процесу при м'якому і форсованому режимах відрізняються більш ніж у два рази а також від призначення матеріалу оскільки підвищення рівня температури висушування веде до втрати міцності деревини.
Переміщення повітря в камерах здійснюється за допомогою осьових чи відцентрових вентиляторів. Значення швидкості циркуляції повітря по штабелі в сучасних камерах коливаються від 10 до 50 мс у залежності від породи деревини.
Переваги камерного сушіння в порівнянні з атмосферним - це менша тривалість можливість керування процесом.
– пластинчастий калорифер 2 – вузол рециркуляції теплоносія 3 вузол зволоження теплоносія 4 – штабелі пиломатеріалів 5 – осьовий вентилятор 6 – підвісна стеля 7 – двері завантаження та вивантаження матеріалів.
Рисунок 1.1 – Схема камерної конвективної сушарки лінії сушіння деревини.
У зв'язку з особливостями розвитку внутрішніх напружень у деревині найбільш небезпечним є початковий період сушіння до середньої вологості матеріалу 30%. Тому режими камерного сушіння побудовані так щоб перша ступінь а по тривалості вона займає близько 40-45% усього терміну сушіння була найбільш "волога".
Схема сушарки наведена на рисунку 1.1. Повітря яке поступає до камери через отвори для рециркуляції 2 примусово циркулюється за допомогою вентиляторів 5 які направляють його через канал утворений підвісною стелею 6 до калориферів. Далі підігріте повітря прямує до штабелів пиломатеріалу 4 після чого частина його викидається в атмосферу через канали 3 а частина іде на рециркуляцію. При недостатній вологості в камері починає працювати розбризкувач 3 що зволожує теплоносій до необхідного рівня.
Для пиломатеріалів твердих листяних порід підсушування бажано проводити в спеціальних низькотемпературних камерах при температурі до 40°С. У цьому випадку процес підсушування керований тривалість його в 5-8 разів менше ніж при атмосферному підсушуванні значно менше і ступінь нерівномірності просихання.
Головною задачею даного апарату є сушіння деревини для подальшого її використання у виробництві чи будівництві.
Для даного процесу нам потрібна сушильна камера яка максимально відповідає вимогам які поставлені технологічними умовами.
Вона призначена для видалення вологи з деревини.
В загальному випуску сушильних камер для деревообробної галузі промисловості в Україні біля 75% займають конвективні сушильні камери. Ці апарати достатньо прості у виготовлені та надійні в експлуатації і одночасно достатньо універсальні тобто можуть бути використані для сушіння пиломатеріалів будь яких типорозмірів та отримання заданої кінцевої вологомісткості.
Технічна характеристика
Товщина теплоізоляції м
Двигуни для засувок.
Гідравлічна система воріт
Електро двигуни з трьома фазами
Діаметр вентиляторів м
Вентиляційний потік м 3с
Температура теплоносія °C
Теплова потужність кВтгод
Матеріал теплообмінника
Напруження сервомотора В
Робоча температура °C
Опис та обрунтування вибраної конструкції сушильної камери
1 Опис конструкції основних складальних одиниць та деталей апарата
Камера що проектується – це камера періодичної дії з поперечно-горизонтальною циркуляцією агента сушіння. Сушіння пиломатеріалу в камерах обраного типу відбувається в пароповітряному середовищі з застосуванням нормальних і форсованих режимів сушіння. Обрана конструкція і застосовувані в ній режими сушіння забезпечують вихідний матеріал I і II категорії якості.
Загальний вид конструкції показано на рисунку 1.1.
Основні складальні одиниці конвективної сушильної камери це – осьовий вентилятор калорифер огородження.
Для більш рівномірного сушіння по всьому об’єму сушарки сушильний агент повинен позмінно направлятись то в одну то в іншу сторону сушильної камери. Для цього необхідно використовувати осьові вентилятори з можливістю реверсу.
Рисунок 3.1 – Осьовий реверсивний вентилятор Hartzellfan SIRIES 02R
Обраний вентилятор (рисунок 3.1) відповідає потребам сушильної камери. Парне та симетричне розташування лопатей з правильно підібраним центром мас зменшує небажані коливання що призводить до пониження рівня шуму а також забезпечує рівномірний розподіл повітря в камері.
У ролі утеплювача обрано сендвіч-панелі (рисунок 3.2) – сучасний та ефективний матеріал. Його переваги це – невеликий коефіцієнт теплопровідності простота монтажу та транспортування екологічність (можливість повної переробки).
Рисунок 3.2 – Утеплююча сендвіч-панель
Зовнішні і внутрішні листи з гофрованого алюмінію товщиною 06 мм сплав з додаванням титану. Листи для виключення «містка холоду» сполучені профілем з полівінілхлориду з робочою температурою від-40°С до +110 °С. Утеплювач - пеноплекс. Базова товщина 120 мм. Питома вага 30 кгм3. Коефіцієнт теплопередачі утеплювача складає теплопровідності 00285 ВтмК..
Між собою панелі з'єднуються за допомогою спеціальних ущільнювачів з силіконової гуми тип SILICOLESS (БЕЗ силікону) що забезпечує високу якість збірки і повну відмову від силікону як клеючої речовини. Можна зібрати камеру на будівництві навіть за несприятливих кліматичних умов.
Панелі доставляють на будівництво в розібраному вигляді.
Одним з найважливіших елементів сушарки є калорифер.
Система нагрівання складається з модульних калориферів (рисунок 3.3) з трубами з міді всередині та алюмінієвого оребрення зовні.
Рисунок 3.3 – Багатоходовий калорифер
Теплообмінники забезпечені триходовим краном з електричним приводом для автоматичної підтримки температури нагріву камери.
2 Вибір матеріалів для виготовлення
У лісосушильній промисловості умови роботи апаратів пов’язані з високими показниками температури та вологості:
механічна надійність;
конструктивна досконалість;
легкість виготовлення;
зручність транспортування;
легкість монтажу та експлуатації.
Тому конструкційні матеріали мають забезпечувати:
високу корозійну стійкість при робочих параметрах процесу;
добру зварюваність матеріалів із забезпеченням високих механічних властивостей зварних з'єднань;
низьку вартість і доступність матеріалів.
Крім цього при виборі конструкційних матеріалів необхідно враховувати фізичні властивості матеріалів (температуропровідність лінійне розширення та ін.).
Каркас сушарки виготовляється із стандартного металопрокату (швелерів кутників та квадратів) які в свою чергу виготовлено зі сталі (Сталь 10 згідно з ГОСТ 16523-70). Сталі мають найбільше застосування оскільки вони краще за інші матеріали задовольняють необхідним вимогам. За хімічним складом й механічними властивостями сталі марки Сталь 10 мають відповідати вимогам ГОСТ 16523-70.
Теплообмінні труби виготовлені із Міді М1 згідно ГОСТ 617-90. За хімічним складом й механічними властивостями Мідь М1 має відповідати вимогам ГОСТ 859.
Сталь вуглецева звичайної якості застосовується також при виготовлені трубних решіток.
Фланці виготовлені з Бронзи марки БрА9Ж4 згідно ТУ 48-26-114-90.
3 Порівняння основних показників розробленої конструкції з аналогами
Для співставлення сушильних камер по енергоспоживанню найчастіше використовують два критерії оцінки витрат тепла на сушіння: питомі витрати теплової енергії в перерахунку на 1 м3 висушених матеріалів та на одиницю вологи що випаровується з нього. Обидва показники залежать від багатьох факторів навіть для однієї і тієї ж сушильної камери.
Таблиця 3.1 – Показники питомого енергоспоживання сушильних камер
Питомі витрати енергії
Малої продуктивності НД KWB SR68 SHT Zicnica
Середньої продуктивності Sateko Vanicek
Високої продуктивності HD78K KWD
Обрана конструкція відноситься до конвективних сушильних камер середньої продуктивності з показниками витрати теплової енергії 4400 кДжкг та 02 електричної. Тож обрану конструкцію за цими параметрами можна вважати конкурентоспроможною.
Розміри сушильної камери не є параметрами для співставлення та приведені виключно для ознайомлення.
Таблиця 3.2 – Технічні характеристики камер періодичної дії
Місткість камери м3 умовних пиломатеріалів
Річна продуктивність тис. м3 при:
Високотемпературному
Продовження таблиці 3.2
Швидкість циркуляції агенту сушіння через штабель мс
Питома витрата електроенергії кВтгодм3
Найбільш близькою за конструкцією є камера типу Sateko.
Конструкція що обрана в даному дипломному проекті вважається найбільш доцільним варіантом для невеликих виробництв. Менша тривалість сушіння в порівнянні з більшими аналогами
4 Патентне дослідження
Конвективна сушильна камера. Суттєвими ознаками апарата є: наявність камери з теплогенератором та вентиляторами для розподілення тепла по камері.
В результаті пошуку відібрані для детального розгляду ряд конструкцій описи яких наведено нижче.
Авторами патенту №2215251 (RU) [1] запропонована сушильна камера зображена на рисунку 3.4 що може застосовуватися для сушіння деревини а саме пиломатеріалів. Сутність винаходу полягає у використанні розподілюючого пристрою у вигляді пластини яка згинається по параболічному закону та має шарнірне з’єднання що дозволяє нижній частині пристрою підніматись до рівня фальш-стелі.
– розподільча пластина 2 – фальш-стеля
Рисунок 3.4 – Сушильна камера з розполілюючим пристроєм
Перевагами такої конструкції є покращення якості сушіння по висоті штабелю пиломатеріалів.
Недоліком можна вважати складність використання даної конструкції у сушарках великого розміру.
Авторами патенту № 2327935 (RU) [2] запропонована сушарка деревини зображена на рисунку 3.5. Сутність винаходу полягає в використанні жалюзійних решіток які дозволяють інтенсифікувати процес тепло- і масообміну і покращити якість сушіння пиломатеріалів за рахунок усунення застійних зон.
Перевагами є: рівномірність обтікання теплоносієм всього штабелю пиломатеріалів.
Як недолік можна виділити гідравлічний опір який з’являється при використанні жалюзійних решіток.
Рисунок 3.5 – Конвективна сушарка з жалюзійними решітками
Авторами патенту № 2379603 (RU) [3] запропонована сушарка деревини зображена на рисунку 3.6. Сутність винаходу: зниження енергозатрат за рахунок можливості регулювання довжини робочого сушильного простору та вимкнення від мережі непрацюючих зон сушарки.
Перевагами є: можливість скорочення енергетичних витрат при сушці штабелів пиломатеріалів різної довжини за рахунок встановлення раціональної довжини сушильної зони виключення застійних зон та забезпечення обтікання всього штабелю пиломатеріалів.
Рисунок 3.6 – Сушильна камера з можливістю регулювання довжини сушильного простору
Недоліками можна вважати низьку місткість камери що робить її не раціональним вибором для великих підприємств. Також за рахунок використання великої кількості рухомих частин які дозволяють регулювати розміри камери значно зростає вартість обслуговування.
Авторами патенту № 2022221 (RU) [5] запропонована сушарка деревини зображена на рисунку 3.7. Сутність винаходу: зниження енергозатрат за рахунок можливості регулювання довжини робочого сушильного простору та вимкнення від мережі непрацюючих зон сушарки.
Рисунок 3.7 – Сушильна камера з перфорованою перегородкою
Сутність винаходу: збільшення ККД процесу сушіння різних за довжиною штабелів за рахунок покращення рівномірності сушіння що досягається встановленням перегородки яка має можливість перекривати потік повітря.
Перевагами є: можливість використання штабелів різної довжини без зниження ККД сушарки.
Недоліками можна вважати низьку місткість камери що робить її не раціональним вибором для великих підприємств.
Управління охороною праці на підприємстві в цілому здійснює керівник (головний інженер) в цехах на виробничих дільницях і в службах – керівники відповідних підрозділів і служб.
Організаційно-методичну роботу по управлінню охороною праці підготовку управлінських рішень і контроль за їх реалізацією здійснює служба охорони праці безпосередньо підпорядкована керівнику (головному інженеру). Нормативною основою СУОП є кодекс законів про працю система стандартів безпеки праці норми правила положення вказівки інструкції з питань охорони праці. До основних організаційних документів з охорони праці в організаціях належать Положення про організацію роботи з охорони праці об’єднання (треста); Положення про відділ в якому повинні бути відображені питання охорони праці за які несе відповідальність даний відділ; Посадові інструкції керівних та інженерно-технічних працівників; нструкції з охорони праці для робітників по професіях; Накази постанови і розпорядження з охорони праці та інші інформаційні матеріали. СУОП передбачає комплексне вирішення питань з охорони праці на підприємстві активну участь в цій роботі всіх інженерно-технічних і господарських служб колективну відповідальність за створення безпечних умов праці на кожному робочому місці.
Керівні й інженерно-технічні працівники підприємства зобов'язані не рідше одного разу в рік здавати екзамени з правил і норм охорони праці.
нструктаж з техніки безпеки буває: вступний (первинний) безпосередньо на робочому місці (періодичний позаплановий цільовий).
На виробництві широко використовуються установки що працюють під тиском. До таких належать водогрійні (парові) котли компресори повітрозбірники паропроводи газопроводи газові балони та ін.
Парові котли використовують з метою виробництва пару для різних технологічних потреб. Компресорні установки служать для виробництва стиснутого повітря яке застосовується як носій енергії при різних технологічних процесах (приводу машин технологічного обладнання та ін.). Газові балони використовують для зберігання газів у стиснутому та зрідженому станах.
Посудини що працюють під тиском при експлуатації являють
серйозну небезпеку оскільки при порушенні нормального режиму експлуатації або в наслідок дефектів при їх виготовленні можуть відбуватись вибухи.
Вибух посудини під тиском це таке руйнування її стінок при якому внутрішній тиск миттєво знижується до атмосферного. Це явище носить назву адіабатичного розширення (вибуху). На відміну від нього хімічний вибух є різновидом процесу горіння.
Причини вибухів посудин що працюють під тиском різноманітні але в загальному вигляді їх можна звести до таких: підвищення тиску вище допустимого механічна або хімічна дії дефекти виготовлення та ін.
Вибух посудин під тиском супроводжується великими руйнівними наслідками. Найнебезпечнішими є вибухи котлів.
Нагляд за правильним виготовленням і експлуатацією посудин що працюють під тиском здійснює Державний комітет з охорони праці України (інспекція котлонагляду). Цей комітет здійснює технічний нагляд за влаштуванням і експлуатацією посудин під тиском реєстрацію і дає дозвіл на їх випуск в роботу. Відповідальність за безпечну експлуатацію посудин покладається на власника устаткування.
Реєстрація проводиться за заявкою власника до якої додається паспорт обладнання заводу що його виготовив посвідчення про якість монтажу від організації що його здійснювала довідки про те що є підготовлений обслуговуючий персонал і копія наказу про призначення відповідальної особи.
До обслуговування посудин які працюють під тиском допускаються особи не молодші 18 років що пройшли медичний огляд навчені за відповідною програмою і мають посвідчення екзаменаційної кваліфікаційної комісії. Періодично через кожні 12 місяців для обслуговуючого персоналу проводиться перевірка знань з техніки безпеки.
Вимоги до безпечної експлуатації котлів визначені “Правилами влаштування і безпечної експлуатації парових і водогрійних котлів”. Дані правила розповсюджуються на водогрійні котли з температурою води вище 115 0С.
За статистичними даними найбільша кількість аварій пов’язана з водним режимом котла (а саме зниження рівня води – 32% незадовільний водний режим – 36% порушення циркуляції води – 7% дефекти виготовлення і монтажу – 18%).
Небезпека аварій полягає в перегрітій (понад 100 0С) воді яка має великий запас енергії. При миттєвому падінні тиску вода раптово перетворюється на пару збільшуючись приблизно в 1700 разів.
Причиною аварій котлів є перенапруження металу що перебуває під безпосередньою дією високих температур і тиску. Внаслідок цього у металі відбуваються пластичні деформації настає явище повзучості
Причиною вибуху і аварії котлів є також поява на внутрішніх стінках накипу який утворюється внаслідок незадовільного водного режиму і низької якості води. Накип небезпечний для котла як з фізичної так і з хімічної точки зору. Порушення водного режиму виникає не лише внаслідок відкладання накипу і шламу на поверхні нагрівання а й в результаті корозії. Накип і шлам характеризується низьким коефіцієнтом теплопровідності що призводить до недопустимого підвищення температури стінок в результаті чого міцність матеріалу різко падає і елементи котла руйнуються.
Щоб попередити відкладання накипу треба використовувати воду відповідної якості. снує багато способів очищення води шляхом фільтрації через шар натрію польового шпату піску глини каоліну соди та ін. Для запобігання відкладання накипу котел періодично промивають з добавкою різних пом’якшувачів води. Для цього використовують наприклад антинакипин який сприяє утворенню на поверхні стінок котла захисної плівки яка перешкоджає зсіданню накипу. Накип залишається у воді у вигляді шламу який викидається з котла шляхом продувки через спускний кран.
Крім цього причиною аварій може бути порушення правил технічної експлуатації котлів.
Для безпечної експлуатації і забезпечення нормальних умов праці котли обладнують арматурою контрольно-вимірювальними приладами і приладами безпеки. Манометри що встановлюються для контролю тиску повинні мати червону риску яка відповідає дозволеному для даного котла робочому тиску. Запобіжні клапани автоматично спрацьовують якщо тиск у котлі підвищився до відповідного значення. За принципом дії запобіжні клапани бувають важільно-вантажні важільно-пружинні та пружинні; за конструктивним виконанням – відкритими або закритими і встановлюються на котлі спарено або по одному.
Запобіжні клапани забезпечуються пристроями які захищають обслуговуючий персонал від опіків коли спрацьовує клапан і коли перевіряється їх дія. Крім цього запобіжні клапани мають сигнальні пристрої у вигляді свистка щоб при виході пару з котла на робочому місці подавався сигнал.
Плановий огляд проводиться в такі строки:
зовнішній і внутрішній – не рідше одного разу в чотири роки;
гідравлічні випробовування – один раз у вісім років.
Гідравлічні випробовування проводяться після задовільного зовнішнього і внутрішнього огляду тиском який перевищує робочий в 125-15 рази.
Під пробним тиском котел витримують протягом 5 хвилин після чого тиск знижують до робочого і підтримують його до повного огляду.
До вантажно-транспортних робіт в сушильних цехах допускаються особи яким відомі правила експлуатації підйомно-транспортних механізмів та які пройшли інструктаж по техніці безпеки.
Основні правила техніки безпеки при формуванні штабелів та їхньому транспортуванні в цеху зводяться до наступного.
При формуванні штабелів:
Забороняється складувати та розбирати штабелі всередині сушильної камери;
Допускається ручна укладка штабелів на висоту до 1.5 м від рівня підлоги; верхню частину в цьому випадку необхідно формувати використовуючи естакади штабелери та інші механізми;
Необхідно обов’язково перевіряти правильність укладки штабеля по висоті і ширині габаритним шаблоном;
При роботі на вертикальному підйомнику не можна знаходитися в безпосередній близькості від штабеля при підйомі чи опусканні (при розбиранні) платформи; не допускати попадання предметів (дощок прокладок) в зазор між поверхнями штабеля та стінками котловану; приймати міри по видаленню предметів що потрапили в котлован підйомника.
Робота не несправних механізмах та при відсутності або несправності захисних огорож та пристосувань категорично забороняється. Не можна торкатися рухомих тросів стояти близько штабеля при його русі знаходитися під пакетом пиломатеріалів або іншого вантажу при підйомі та переміщенні.
Для зупинки рухомого штабеля необхідно застосовувати спеціальні башмаки що встановлюються на рейки. В кінці рейкового шляху повинні бути встановлені упори які перешкоджають сходження штабеля з рейок.
Необхідно слідкувати за тим щоб постійні проходи утримувались в чистоті а їх ширина була не менше одного метру.
До роботи по обслуговуванню сушильних камер допускаються особи які знають їхній пристрій і правила технічної експлуатації. Основну небезпеку представляють заходи обслуговуючого персоналу в камери. хня кількість повинна бути максимально скорочена для чого необхідно застосовувати стаціонарні чи дистанційні психрометри пристосування для закладки і виїмки контрольних зразків з коридору керування.
При заході в камеру оператор сушильної установки повинний надягати брезентовий костюм із щільними застібками біля коміра і долоней рук рукавички шолом і протигазову маску з повітроохолоджувачем. Підлоги приміщення камер особливо які мають підвал повинні знаходитися в справному стані. Камери повинні бути обладнані електричним освітленням напругою 12—18 В. Якщо воно відсутнє варто користатися акумуляторними ліхтарями чи переносними низьковольтними лампами із сіткою і броньованим шнуром.
Двері в камеру повинні мати зовнішні і внутрішні ручки. При вході в камеру необхідно стежити за тим щоб двері випадково не закрили зовні. Якщо оператору треба зайти в гарячу камеру біля її дверей повинен знаходитися черговий.
Коридори керування камер лабораторія топкові приміщення газових камер повинні бути обладнані вентиляцією для того щоб підтримувати температуру не вище 25° С. Паропроводи необхідно теплоізолювати фланці з’єднань паропроводів і калориферів закрити захисними екранами. Усі рухомі частини устаткування сушильних камер повинні бути закриті огородженнями.
У сушильному цеху необхідно періодично проводити навчання персоналу правилам охорони праці і техніки безпеки а також інструктаж з виробничої санітарії. У цеху повинний бути обладнані санітарний пост і стенди з наочними посібниками по техніці безпеки.
При експлуатації газових камер необхідно стежити за герметичністю газоходів топок і дверей камер. Заходити в працюючі газові камери дозволяється тільки в протигазі і захисному костюмі.
Зольне приміщення топки повинне бути обладнане вентиляцією і мати двері що ведуть назовні. Перед топковим отвором повинні бути встановлені екрани що охороняють робітників від впливу теплового випромінювання. Шибери і заслінки що перекривають газоходи повинні мати систему керування ними з підлоги приміщення. Положення шиберів і заслінок повинне надійно фіксуватися запірними пристроями. Категорично забороняється ходити по зводу топки під час її роботи.
Необхідно виконувати наступні протипожежні вимоги
регулярно прибирати приміщення камер цеху й інших допоміжних приміщень не допускаючи скупчення відходів і сміття;
у приміщенні сушильного цеху не застосовувати відкритий вогонь (свічі гасові і паяльні лампи) і не курити; зварювальні роботи проводити з дозволу представників пожежної охорони;
вчасно подавати змазку в підшипники вентиляторів і електродвигунів не допускаючи їхнього перегріву.
У газових сушильних камерах крім того необхідно:
стежити за станом топкових газів не допускати вильоту іскор за межі іскрогасильної камери топки користатися тільки дозволеним для неї паливом;
систематично чистити клапани і газоходи;
не допускати прогарів топки і подачі великих мас палива небезпечних у відношенні вибуху;
золу з зольного приміщення вивозити не раніше ніж через 5 діб після її видалення з топки.
Пожежі становлять особливу небезпеку тому що пов’язані з великими матеріальними втратами. Як відомо пожежа може виникнути при взаємодії горючих речовин окислювання і джерел запалювання. Горючими компонентами є: будівельні матеріали для акустичної і естетичної обробки приміщень перегородки двері підлоги ізоляція кабелів і ін.
Протипожежний захист - це комплекс організаційних і технічних заходів спрямованих на забезпечення безпеки людей на запобігання пожежі обмеження її поширення а також на створення умов для успішного гасіння пожежі.
Джерелами загоряння можуть бути електронні схеми від ЕОМ прилади застосовувані для технічного обслуговування пристрої електроживлення кондиціонування повітря де в результаті різних порушень утворюються перегріті елементи електричні іскри і дуги здатні викликати загоряння горючих матеріалів.
До засобів гасіння пожежі призначених для локалізації невеликих загорянь відносяться внутрішні пожежні водопроводи вогнегасники сухий пісок азбестові ковдри і т.п.
Для гасіння пожеж на початкових стадіях широко застосовуються вогнегасники. По виду використовуваної вогнегасильної речовини вогнегасники підрозділяються на наступні основні групи.
Пінні вогнегасники застосовуються для гасіння палаючих рідин різних матеріалів конструктивних елементів і устаткування крім електроустаткування що знаходиться під напругою.
Газові вогнегасники застосовуються для гасіння рідких і твердих речовин а також електроустановок що знаходяться під напругою.
У приміщеннях де присутні ЕОМ застосовуються головним чином вуглекислотні вогнегасники достоїнством яких є висока ефективність гасіння пожежі схоронність електронного устаткування діелектричні властивості вуглекислого газу що дозволяє використовувати ці вогнегасники навіть у тому випадку коли не вдається знеструмити електроустановку відразу.
Для виявлення початкової стадії загоряння й оповіщення служби пожежної охорони використовують системи автоматичної пожежної сигналізації (АПС). Крім того вони можуть самостійно пускати в хід установки пожежогасіння коли пожежа ще не досягла великих розмірів. Системи АПС складаються з пожежних оповісників ліній зв'язку і прийомних пультів (станцій).
Відповідно до “Типових правил пожежної безпеки для промислових підприємств” зали ЕОМ приміщення для зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв підготовки даних сервісної апаратури архівів копіювально-множного устаткування і т.п. необхідно обладнати димовими пожежними оповісниками. У цих приміщеннях на початку пожежі при горінні різних пластмасових ізоляційних матеріалів і паперових виробів виділяється значна кількість диму і мало теплоти.
Розрахунки що підтверджують працездатність та надійність конструкцій
1 Параметричний розрахунок конвективної сушарки деревини
Метою розрахунку сушарки є визначення технологічних параметрів процесу.
початкова концентрація вологи в деревині %60;
кінцева вологість готового продукту %10;
температура теплоносія на вході t1 К°368;
температура теплоносія на виході t2 С°333;
температура повітря в початковий період часу t1п С°323;
вологовміст повітря на вході у камеру гкг110;
товщина дошки s мм32;
тривалість сушіння при заданій товщині год 193;
коефіцієнт нерівномірності швидкості сушіння
середня густина матеріалу (дуб) кгм3690;
Розрахунок проведений за методикою наведеною у літературі [1].
Схема сушарки наведена на рисунку 1.1
1.1 Визначення тривалості сушіння в камерах періодичної дії при низькотемпературному процесі
Загальну тривалість сушіння год включаючи початковий прогрів і вологотеплообробку знаходять по виразу
— вихідна тривалість власне сушіння пиломатеріалів заданої породи товщини () і ширини()нормальними режимами в камерах із примусовою реверсивною циркуляцією середньої інтенсивності (розрахункова швидкість повітря — 1 мс ширина штабеля 15 2 м) від початкової вологості 60 % до кінцевої вологості 10 % визначаємо з таблиці 5.1. — коефіцієнт що враховує жорсткість застосовуваного режиму сушіння. В даному випадку для нормального режиму . – коефіцієнт що враховує характер і інтенсивність циркуляції повітря в камері. Визначається за таблицею 5.2 залежно від добутку і швидкості циркуляції. Швилкість циркуляції
Таблиця 5.1 – Вихідна тривалість сушіння пиломатеріалів
Товщина пиломатеріалів
Ширина пиломатеріалів S2 мм
Сосна ялина ялиця кедр
Продовження таблиці 5.1
Оскільки тривалість сушіння залежить від багатьох нестійких факторів то наведені в табл. 5.1 вихідні дані для деяких порід деревини є орієнтовними (наприклад для ясена граба ільма горіха). Залежно від конкретних умов і результатів контрольних сушінь в умовах виробництва вони можуть коректуватися.
Таблиця 5.2 – Значення коефіцієнту для камер з реверсивною циркуляцією.
Швидкість циркуляції матмс
Коефіцієнт залежний від початкової і кінцевої вологості визначається з таблиці 5.2.
Коефіцієнт враховуючий тривалість вологотеплообробки й кондиціювання деревини в камері вибирають в залежності від категорії якості одержуваного продукту.
Таблиця 5.3 – Значення коефіцієнту
Кінцева вологість WК %
Продовження таблиці 5.3
Коефіцієнт довжини для заготовок знаходять залежно від відношення довжини матеріалу L до її товщини ; для пиломатеріалів .
1.2 Вибір розрахункового матеріалу та режиму сушіння
Для сушіння пиломатеріалів різного перерізу потрібна неоднакова кількість теплоти в одиницю часу. Більша кількість теплоти витрачається для сушіння тонких пиломатеріалів вони ж є як правило самими швидковисихаючими.
Основну частину пиломатеріалів виробляють із деревини хвойних порід. Тому при проектуванні сушильних камер за розрахунковий матеріал приймають звичайно соснові обрізні дошки товщиною 25 мм шириною не менш 180 мм. При відсутності в заданій програмі пиломатеріалів такого перетину за розрахунковий матеріал приймають самі швидковисихаючі дошки з наявних у специфікації.
Режим сушіння вибирають залежно від породи й товщини розрахункового матеріалу а також вимог до якості висушеної деревини. Для сушіння пиломатеріалів різного призначення застосовуються відповідні режими.
На практиці як правило застосовують низькотемпературні режими тому що вони забезпечують більш високу якість матеріалу що висушується.
1.3 Визначення кількості вологи що випаровується параметрів агента сушіння обсягу й маси агента сушіння свіжого та відпрацьованого повітря.
Для обсягу матеріалу що становить за завданням 32 м3 при пакетному типі укладання штабелів пиломатеріалів (150×6000×32) із прокладками (25×25×5) необхідно завантажувати 12 штабелів з розмірами 1200×1200×6000. Прийнята схема укладання наведена на рисунку 5.1.
Рисунок 5.1 – Схема укладання пиломатеріалів
Тоді габарити пиломатеріалів укладених за прийнятою схемою становить . З урахуванням відстані для забезпечення подачі повітря та каналу циркуляції повітря приймаємо остаточно розміри камери.
Маса вологи що випаровується з 1 м3 пиломатеріалів
Маса вологи що випаровується за час одного оберту камери
де E — місткість камери м3.
Маса вологи що випаровується з камери:
де — тривалість власнесушіння год.
Розрахункова маса вологи що випаровується:
де — коефіцієнт нерівномірності швидкості сушіння; у камерах періодичної дії = 12 при = (12 15) % = 13 при 12 %; у камерах безперервної дії K= 10.
При сушінні повітрям розрахункову температуру t і відносну вологість агента сушіння на вході в штабель призначають відповідно до обраного режиму. Для камер періодичної дії ці параметри приймають по середньому ступеню режиму.
Вологовміст тепловміст щільність приведений питомий об'єм визначають по I-d-діаграмі або обчислюють по формулі.
Приведений питомий об'єм сухого повітря:
Об'єм циркулюючого агента сушіння безперервної дії:
де — розрахункова (задана) швидкість циркуляції агента сушіння через штабель мс; — площа живого перетину штабелю:
Де — число штабелів у площині перпендикулярній потоку циркулюючого агента сушки; —довжина й висота штабеля відповідно м; – коефіцієнт заповнення штабеля по висоті.
Для камер періодичної дії слід перевірити швидкість циркуляції агента сушіння через штабель. При цьому задаються трьома-чотирма значеннями перепаду температур:. Для хвойних порід = (2 3)°С; для берези бука = (15 25)°С; для дуба модрини =(1-15)°С.
Задаючись трьома-чотирма значеннями визначають приріст вологовмісту гкг з виразу:
Визначають масу циркулюючого повітря штабелі:
Визначають об'єм циркулюючого повітря в штабелі:
Визначають швидкість циркулюючого повітря в штабелі:
де — маса повітря що циркулює в камері кгс; — об'єм циркулюючого повітря в одиницю часу м3с.
Дані чотирьох варіантів аналізують. Приймають для подальших розрахунків (15 3) мс.
Маса циркулюючого агента кг сушіння на 1 кг вологи що випаровується
де — приведений питомий об'єм агента сушіння на вході в штабель м3кг обумовлений по I-d -діаграмі або розрахунковим шляхом.
Результати розрахунків для інших розповсюджених видів деревини приведені у таблиці 5.4
Таблиця 5.4 – Визначення тривалості сушіння пиломатеріалів
Порода переріз пиломатеріалів мм
Вихідна тривалість сушіння исх
Сосна обрізна. 32150
Ялинка обрізна 25150
Береза обрізна 40150
Таким чином з розрахунку процесу до проектування приймається сушарка камерна періодичного типу із розмірами камери 4000×4600×6000 мм.
2 Аеродинамічний розрахунок камери
2.1 Розрахунки напору вентилятора
Метою розрахунку є визначення оптимального напору вентиляторів.
кількість вентиляторів3;
діаметр одного вентилятора Dв м1;
довжина камери L м6;
Таблиця 5.5 Ділянки циркуляції агента сушіння в камері періодичної дії
Найменування ділянок
Повороти під кутом 135º
Повороти під кутом 90º
Вхід у штабель (раптове звуження)
Вихід зі штабеля (раптове розширення)
Розрахунок проведено за методикою наведеною у літературі [3]
Швидкість циркуляції агента на кожній ділянці мс визначається по формулі
де - площа поперечного перерізу каналу в площині перпендикулярної потоку агента сушіння на відповідній ділянці м2.
Визначення площі поперечного перерізу каналу в площині перпендикулярної потоку агента сушіння на відповідній ділянці м2:
Ділянка 1. Вентилятори
де - діаметр ротора вентилятора м;
n – число вентиляторів у камері.
приймаємо Dв=1 м; n=3 шт.
Ділянка 241618. Повороти під кутом 135º.
Приймемо перетин каналу на ділянці до повороту агента сушіння тобто рівним
Ділянка 5 15. Бічні канали
де - середня ширина каналу.
- внутрішній розмір камери по довжині.
Ділянка 6 14. Повороти під кутом 90º.
Приймемо перетин каналу на ділянці до повороту агента сушіння тобто рівним
Ділянка 7 11. Вхід у штабель (раптове звуження)
Ділянка 812. Штабелі
Ділянка 9 13 Вихід зі штабеля (раптове розширення)
Ділянка 10. Секційний біметалічний калорифер
Приймаємо Fж.січ. до = 0455.
Усі розрахунки по визначенню швидкості циркуляції агента сушіння зведено в таблицю 5.6.
Таблиця 5.6 – Швидкість циркуляції агента сушіння на кожній ділянці
Визначення опорів руху агента сушіння на кожній ділянці Па:
де - середня щільність агента сушіння ;
- коефіцієнт місцевого опору агенту сушіння на вході у вентилятор.
Приймаємо = 08 – для камер періодичної дії з осьовими вентиляторами; р=069 кгм3.
Ділянка 24. Повороти під кутом 90º
де - коефіцієнт повороту під кутом 135º;
Ділянка 3. Секційний калорифер
Приймаємо для калорифера .
де - коефіцієнт тертя для бічного каналу;
- висота сушильного простору м;
- периметр бічного каналу м.
Периметр каналу м визначається по формулі
Ділянка 6 14. Повороти під кутом 90º
де - коефіцієнт повороту під кутом 90º;
де - коефіцієнт опору для раптового звуження потоку.
Ділянка 8 12. Штабелі
де - коефіцієнт опору потоку в штабелі.
Приймаємо – для штабеля с товщиною прокладок і товщиною дощок .
Ділянка 913. Вихід зі штабеля (раптове розширення)
де - коефіцієнт опору потоку при раптовому розширенні потоку.
Таблиця 5.7 – Підрахунок опорів
Секційний біметалічний калорифер
Вибір електродвигуна до вентилятора здійснюється по табл. 3.17 с. 91 [1]. Приймаємо електродвигун 4А100L6В3 з потужністю N = 22 кВт і частотою обертання ротора 1000 хв-1 .
3 Розрахунок прокатної балки блоку вентиляторів
Метою розрахунку є вибір оптимальної балки двотаврового перерізу для секції блоку вентиляторів.
вага одного вентилятора Dв м35;
ширина камери L м35;
Побудова епюр внутрішніх зусиль (рисунок 5.2)
Визначення опорних реакцій:
Побудова епюри QZ (кH):
Рисунок 5.2 – Епюра внутрішніх зусиль
Побудова епюри MY (кH·м):
Максимальні внутрішні зусилля:
Підбираємо поперечний переріз прокатної балки
Потрібний момент опору:
З таблиці сортаменту (ГОСТ 8239–72) приймаємо двотаврову балку №22а з такими геометричними характеристиками:
Виконуємо повну перевірку міцності балки.
А) По максимальним нормальним напруженням в перерізі а–а ():
Для даного перерізу будуємо епюру нормальних напружень.
Б) По максимальним дотичним напруженням в перерізі в–в ():
Обчислюємо статичний момент полки двотавра відносно центральної осі y:
Обчислюємо значення дотичних напружень в точці стику полиці та стінки двотавра:
Для даного перерізу будуємо епюру дотичних напружень.
В) Головні напруження перевіряємо в перерізі с–с ():
Визначаємо нормальне та дотичне напруження в точці стику полиці та стінки двотавра:
За четвертою теорією міцності:
Визначимо дотичне напруження на нейтральній осі:
Будуємо епюри та в перерізі с–с
Рисунок 5.3 – Епюри та
Обчислюємо переміщення осі балки методом початкових параметрів.
Початкові параметри:
Невідомі визначаємо з умови:
Використовуючи формулу для обчислення прогину осі балки методом початкових параметрів запишемо:
Розв’язуючи систему рівнянь знаходимо:
Визначаємо значення кута повороту та прогину в характерних точках:
За визначеними ординатами будуємо епюри (рисунок 5.4).
Графоаналітичним методом визначаємо кут повороту та прогин перерізу при . Креслимо фіктивну балку завантажуємо її розподіленим фіктивним навантаженням (епюрою згинальних моментів) яке замінюється зосередженими силами.
Рисунок 5.4 – Епюри
Обчислюємо фіктивні опорні реакції:
Рисунок 5.5 – Епюри та
Визначаємо значення
Для визначення кута повороту та прогину в перерізі при методом Мора розглянимо три стани балки: вантажний та два одиничних.
Перемножуючи епюри (з використанням формул Верещагіна та Сімпсона-Корноухова) отримуємо:
Обчислюємо дійсні значення кута повороту та прогину в перерізі при :
Отже за результатами розрахунку двотаврова балка задовольняє умовам міцності жорсткості. Недонапруження балки складає .
Рекомендації щодо монтажу та експлуатації установки
Горизонтальні апарати особливо довгі встановлюють здебільшого швелери вантажопідйомними кранами або щоглами. Кількість кранів визначають масою й жорсткістю монтованого апарата (тобто можливістю його поперечного згину під дією власної маси).
Стропують обладнання за корпус. При цьому можуть бути застосовані спеціальні пристрої(наприклад траверси). Під час монтажу потрібно стежити за тим щоб місця стропування не збігалися з посадковими поверхнями апарата.
Без вантажопідйомного устаткування іноді з поперечним перерізом будь-якої форми – затягуванням по похилій площині(пандусу) на дерев’яних або металевих санях.
Часто вантажопідйомні пристрої що застосовують для монтажних робіт залишають і для проведення подальшого ремонту.
Установку проектованої сушильної камери доцільно виконувати з використанням підйомних пристроїв.
Після установки апарата необхідно провести перевірку по відхиленням від проектних осей та відміток в горизонтальному та вертикальному напрямках.
На основі досвіду отримані допустимі відхилення по головним осям апарата які повинні знаходитися в межах 002 м. Висотна відмітка змонтованого апарата не повинна перевищувати відхилення до 001 м Відхилення апарата від осі горизонталі повинно знаходитися в межах 3 мм на 1 м довжини але не більше 0035 м на весь апарат.
Перевірка правильності установки має проводитись з допомогою рівнеміра та відвіса.
При монтажі окремих частин апарата необхідно звернути увагу на розташування фланцевих з’єднань та їх відхилення від проектних відміток. Особливості монтажу комплектуючих деталей та агрегатів полягає в тому щоб при монтажі співпадали всі роз’ємні з’єднання. Важливо щоб співпадали з’єднання трубопроводів.
Після закінчення монтажно-збиральних робіт апарат має неодмінно пройти випробування. Спочатку проводять підготовчі роботи пов’язані з оглядом та перевіркою стану всіх частин та вузлів апарата. При цьому особливу увагу необхідно звернути на присутність в конструкції кришок заглушок болтів прокладок та інших деталей які забезпечують герметичність системи. В програму випробувань входить гідравлічне та пневматичне випробування апарата разом з трубопроводами на тиск який вказаний на кресленні. При випробуваннях виявляють герметичність та надійність роботи кранів клапанів та іншої арматури а також щільність всіх роз’ємних з’єднань.
Підготовка апарата до експлуатації включає перевірку витрат теплоносіїв температур теплоносіїв на вході та на виході з апарата тиск всередині апарата та в трубопроводі. При цьому слід звернути увагу на легкість та надійність управління технологічним процесом.
Результати випробувань виявляють дефекти та недоліки які заносять в акт випробувань на конкретно взятий апарат.
Рівень стандартизації та уніфікації
Стандартизація - установлення й використання правил з метою впорядкування детальності в машинобудуванні на користь і при участі всіх зацікавлених сторін для досягнення загальної оптимальної економії при виконанні функціональних умов і техніки безпеки.
Уніфікація - приведення продукції і засобів виробництва або їх елементів до однієї форми розмірам структури складу. У техніці - раціональніше зменшення типових розмірів. Машинобудівних об'єктів однакового функціонального призначення; самий розповсюджений і самий ефективний метод стандартизації.
Коефіцієнт стандартизації:
де N – загальна кількість деталей N=67
nc – стандартні деталі nc=60
Економічна частина дипломного проекту
1 Техніко-економічне обрунтування доцільності удосконалення конвективної камерної сушарки
Сьогодні впровадження нових технологій для підвищення рівня конкурентоспроможності продукції вітчизняного хімічного машинобудування неможливе без високопродуктивного обладнання сучасних прогресивних конструкційних матеріалів а також без технічного переозброєння реконструкції та будівництва нових дільниць цехів та підприємств в цілому. Все це потребує великих інвестицій яких не вистачає в Україні в нинішніх умовах трансформації економіки країни на засади ринкової економіки.
Виходячи з цього кожний технічний організаційний чи господарський проект або будь – яке нововведення повинні бути ретельно обрунтовані з економічної точки зору. Вище вказане в повній мірі стосується також дипломних проектів бакалаврів що виконуються студентами інженерно – хімічного факультету НТУУ «КП».
Економічна частина даного дипломного проекту має на меті зробити техніко-економічні обрунтування доцільності модернізації конкретно обраного апарату (сушильної камери) в якій здійснюється процеси сушіння різних видів деревини для виробництва вікон дверей меблів тощо. Такі апарати знайшли в даний час широке застосування в хімічній будівельній та і в інших галузях промисловості. Таким чином виконання робіт по удосконаленню конструкції сушильної камери є досить актуальною проблемою яке вимагає вирішення і яке може сприяти підвищенню ефективності виробництва та економії ресурсів.
При виконанні робіт по удосконаленню конструкції діючого апарату необхідно було обрати базисний зразок аналогічного апарату для порівняння їх техніко-економічних показників. Такий базисний апарат має сушильну камеру з котлом теплообмінником та вентиляторами.
Даний базисний апарат має досить добрі експлуатаційні характеристики. Однак з нашої точки зору є цілий ряд невикористаних резервів реалізація яких може суттєво підвищити експлуатації базисного апарату. Зокрема з метою підвищення ефективності сушіння в апараті пропонується виконати такі роботи по зміні конструкції апарату:
)для інтенсифікації технологічних процесів в апараті теплообмінник виконаний оребреним що інтенсифікує процес передачі тепла від гарячого до холодного теплоносія;
)для покращення енергозбереження та зменшення початкових витрат на обладнання використовуємо сендвіч панелі з пеноплексу з меншим показником теплопровідності вітчизняного виробника.
Таким чином виконані роботи дозволяють нам:
)підвищити ефективність теплообміну що призведе до скорочення витрат палива на 15% ;
)зменшити початкові витрати на 10% та експлуатаційні витрати на нагрів та підтримання робочої температури в камері на 5%.
Основні техніко-економічні показники базового та модернізованого апаратів (сушильних камер) представлено в табл. 1.1.
Розрахунок проведено за методикою наведеною у літературі [5].
Таблиця 8.1 – Порівняльна характеристика базового та модернізованого апаратів
Устаткування яке підлягає модернізації
Нове аналогічне устаткування
Показники призначення
Матеріал теплоізолятора
Коефіцієнт теплопровідності
Температура робочого середовища в апараті
Габаритні розміри апарату:
Вартість сєндвіч панелі
Продовження таблиці 8.11
Коефіцієнт тепловіддачі калорифера
Витрати повітря в сушарці
Витрати тепла за цикл
Середня тривалість виробничого циклу в апараті
Тривалість ремонтного циклу
Економічні показники
Ринкова ціна нового устаткування
Балансова (первісна) вартість устаткування
Залишкова вартість устаткування яке підлягає модернізації
*Ціна дана з засобів масової інформації
**Вартість сушарки з підприємства
Сутність модернізації полягає у заміні калорифера на більш ефективний з метою збільшення коефіцієнту тепловіддачі що призведе до скорочення часу на розігрів сушарки а також зменшить витрати теплоносія. Також замінюємо сендвіч панелі імпортні на вітчизняного виробника що зменшить початкові та експлуатаційні витрати
2 Розрахунки витрат на проведення проектно-конструкторських робіт по модернізації сушарки
Модернізація діючого устаткування означає його вдосконалення з метою попередження або усунення фізичного зносу техніко-економічного старіння та підвищення його технічних параметрів до рівня сучасних вимог.
Економічно доцільно здійснювати модернізацію устаткування під час проведення його капітального ремонту. Зазвичай модернізація устаткування хімічної нафтопереробної та целюлозно-паперової галузей промисловості забезпечує збільшення його продуктивність на 10-18% а здійснені згідно з нею витрати не перевищують половини вартості нових знарядь виробництва аналогічного призначення.
Розрахунки ефективності на проведення модернізації устаткування полягають у визначенні коефіцієнта ефективності витрат який розраховується за формулою:
де - сукупні витрати на проведення модернізації устаткування грн.; (поточних)
- перевищення експлуатаційних витрат модернізованого устаткування порівняно з новим аналогічним устаткуванням грн;
- оптова ціна придбання нового аналогічного устаткування грн.;
- коефіцієнт співвідношення продуктивності модернізованого устаткування та аналогічного нового устаткування;
- коефіцієнт співвідношення тривалості ремонтного циклу модернізованого устаткування та аналогічного нового устаткування;
- втрати від недоамортизації устаткування яке підлягає модернізації.
Сукупні витрати Мі на проведення модернізації розраховуються за формулою:
де – первісна (відновлена) вартість устаткування яке підлягає модернізації. =63 тис. грн;
- коефіцієнт витрат величина якого залежить від виду і типу устаткування яке підлягає модернізації Ki=004.
Модернізоване устаткування у процесі подальшої експлуатації як правило вимагає більш високих експлуатаційних (поточних) витрат у порівнянні з аналогічним новим устаткуванням.
Експлуатаційні (поточні) витрати при роботі устаткування визначаються за формулою:
де – коефіцієнт експлуатаційних (поточних) витрат устаткування яке підлягає модернізації =016;
– коефіцієнт експлуатаційних (поточних) витрат аналогічного нового устаткування; =014;
– первісна вартість нового (аналогічного) устаткування.
Коефіцієнт співвідношення продуктивності модернізованого устаткування та аналогічного нового устаткування α розраховується по формулі:
де – продуктивність устаткування яке підлягає модернізації;
– продуктивність аналогічного нового устаткування.
Коефіцієнт співвідношення тривалості ремонтного циклу модернізованого устаткування та аналогічного нового устаткування;
Коефіцієнт ефективності витрат
В результаті проведення розрахунків та аналізу техніко-економічних показників було визначено що модернізацію конвективної сушарки деревини яка полягає у заміні сєндвіч панелей та калорифера проводити доцільно.
Тобто розраховане значення npi >0 а це значить що модернізація сушильної камери є економічно доцільна
В дипломному проекті освітньо-кваліфікаційного рівня «Бакалавр» було розроблено конвективну сушарку пиломатеріалів.
Для виконання поставленого завдання проведено огляд існуючих конструкцій на основі якого зроблено обгрунтований вибір конструкції апарата. Для повного розуміння призначення конвективної сушарки наведено опис частини технологічної схеми сушіння деревини та її технічну характеристику. Проаналізовано і порівняно вибрану конструкції з кращими вітчизняними і світовими аналогами в результаті чого встановлено що аппарат який проектується не містить принципових рішень запропонованих в розглянутих патентах.
Виконано параметричний та аеродинамічний розрахунок а також розрахунки на міцність основних вузлів та деталей апарата (перевірка на міцність вибраних балок та несучих елементів сушарки). Розрахунки на міцність виконано згідно діючих державних та галузевих стандартів.
Надано рекомендації щодо монтажу та експлуатації і визначено рівень стандартизації та уніфікації сушарки. Проведено техніко-економічне обрунтування сушарки та доцільність її модернізації. Розрахунки підтвердили економічність запропонованої ідеї.
Графічна частина проекту включає креслення формату А0 А1 А2 та дващо містять: технологічну схему складальне креслення сушарки та креслення складальних одиниць та деталей. До складальних креслень складені специфікації.
Результати проведених розрахунків зведені в розрахунково-пояснювальну записку. За результатами роботи подано заявку на деклараційний патент (u2011 02132) та зроблено три доповіді на VII VIII всеукраїнських конференціях та конференції на тему «Екологія і людина»
В дипломном проекте образовательно-квалификационного уровня «Бакалавр» было разработано конвективную сушилу пиломатериалов.
Для выполнения поставленной задачи проведен обзор существующих конструкций на основе которого сделан обоснованный выбор конструкции аппарата. Для полного понимания назначения конвективной сушки приведено описание части технологической схемы сушки древесины его техническую характеристику. Проанализированы и сравнительно выбранную конструкции с лучшими отечественными и мировыми аналогами результате чего установлено что аппарат который проектируется не содержит принципиальных решений предлагаемых в рассмотренных патентах.
Выполнен параметрический и аеродинамический расчет а также расчеты на прочность основных узлов и деталей аппарата. Прочностные расчеты выполнены согласно действующих государственных и отраслевых стандартов.
Предоставлен рекомендации по монтажу и эксплуатации и определен уровень стандартизации и унификации сушилки. Проведено технико-экономическое обоснование модернизации сушилки.
Графическая часть проекта включает чертежи форматов А0 А1 А2 и двасодержащих: технологическую схему сборочный чертеж сушилки и чертежи сборочных единиц и деталей. Для сборочных чертежей составлены спецификации.
Результаты проведенных расчетов сведены в расчетно-пояснительную записку. По результатам работы подана заявка на декларационный патент (u2011 02132) и сделаны три доклада на VII и VIII всеукраинских конференциях а также конференции «Екологія і людина».
In the diploma project of educational level “Baccalaureate” were design the convective timber drier.
To perform the task a review of existing structures was carried out the validated selection of the designed timber drier. For a complete understanding of the purpose of wooden drier the description of the technological chart of during wood and it’s place in technological scheme. Characteristics were given. Analyzed and compared selected designs from the best domestic and world analogues were considered as a results it was found out that the designed apparatus doesn’t contain policy decisions suggested in the considered patents.
Parametrical and aerodynamic calculations were done and the strength of the basic units and parts of the apparatus were estimated. The strength calculations were performed according to the current state of industry and standards.
The recommendations regarding the installation and operation were given the level of standardization and unification of the drier was determined. A feasibility report on modernization of the evaporator was carried out.
Graphical part of the project includes drawings which containing: the technological chart and scheme of declaration patent drawings and drawing drier assembly units and parts. Before assembly drawing specifications were prepared.
The results of the calculations are given in the calculation and explanatory note. The result of an application filed in declarative patent (u201100240) and made three reports at VII and VIII all-Ukrainian conferences and conference “Ecology and people”.
Богданов Е.С. Справочник по сушке древесины. – М.: Лесн. пром-сть 1990. – 304 с.
Кириченко В.Н. Охрана труда. М. Труд 1990. – 231 с.
Акишенков С.И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов спец. 26.02 17.04. – Л.: ЛТА 1992. – 87 с.
Марчевский В.Н. Оформление графической документации. Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов – К. – 1989. 36 с.
Методичні вказівки до виконання економічної частини дипломних проектів бакалаврів (для студентів інженерно – хімічного факультету). Укладач: А.М. Задольський канд.екон. наук доц. О.О. Шаповаленко. – К. 2010. – 16 с.
Руководство по єксплуатации паровой камерной сушки переодического действия COPCAL 4001 PRG Италия 2007 год 87 с.
Установка для сушки древесины. Патент №2327935 (RU). Лашков В. А. 2006.
Установка для сушки древесины. Патент №2379603 (RU). Лашков В. А. 2008.
Конвективная камерная сушка. Патент № 2215251 (RU). Фадяев А. А. 2003
Сушильная камера. Патент № 2022221 (RU). Гущин Ю.С. 1994.
Жидецький В.Ц. Джигирей В.С. Мельников О.В. Основи охорони праці. Навчальний посібник. – Лвів: Афіша 2000. – 350 с.
Ramesh K. Shah Dusan P Fundamentals of heat exchangers design -. Sekulic -New York 2003 y 972 p.
Dan Bousquet Drying wood Extension Service University of Vermont 2004 y 32p.
Звіт про патентний пошук
РЕГЛАМЕНТ ПОШУКУ № ЛР71.02РП
Найменування теми Конвективна сушарка пиломатеріалів шифр теми
Етап Проектування апарата та його основних частин
Номер дата завдання на проведення на проведення патентних досліджень
ЛР71.065134.00108.11.2010
Обрунтування регламенту пошуку Предмет пошуку: - Конвективна сушарка пиломатеріалів (Об’єктом пошуку є винаходи та корисні моделі)
Мета пошуку інформації – визначення патентної ситуації щодо конвективних сушарок (визначення патентноздатності проектованого апарата і визначення тенденцій розвитку даного напрямку в техніці)
Визначення держав пошуку. Встановлюємо такі держави пошуку: Україна Російська Федерація СРСР США Велика Британія Німеччина Франція Канада
Ретроспективність. Термін дії патенту на винахід в Україні – 20 років на корисну модель 6 років тому регламент пошуку встановлюємо такий: 1991-2011
Класифікаційні індекси. Міжнародна патентна класифікація: М МПК (2009) - - F 26 B 906.
Уніфікована десяткова класифікація УДК 66.021.3; 66.048.3
Джерела інформації. 1) Патентна інформація: описи до винаходів офіційні бюлетені Укрпатенту Роспатенту і Госпатенту СРСР 2)Науково-технічна інформація: монографії з масообмінних процесів підручники й навчальні посібники з курсу процесів та апаратів хімічних технологій .
Початок пошуку 08.11.2010 Закінчення пошуку 13.12.2010
Таблиця А.1 – Регламент пошуку (форма Б.1 згідно ДСТУ 3575-97)
(ОГД його складові частини)
Мета пошуку інформації
Класифікаційні індекси МПК НПК МКПЗ МКТП УДК
Ретро-спектив-ність пошуку
Конвективна сушарка пиломатеріалів
Визначення патентноздат-ності проекто-ваного апарата й тенденції розвитку цього напрямку в техніці
Україна РФ СРСР Велика Британія Німеччина Франція Японія
УДК 66.0 (075.8) 66.0107(075.8)
Національні і зарубіжні офіційні бюлетені. Описи винаходів і корисних моделей;
Довідка про пошук № ЛР71.14.ДП
Завдання на проведення патентних досліджень ЛР71.065134.001
Етап Проектування апарата та його складових частин
Номер дата завдання на проведення патентних досліджень
Номер дата регламенту пошуку ЛР71.065134РП 12.11 2010
Початок пошуку 08.11.2010 Закінчення пошуку 13.12.2010
Таблиця А.2 - Джерела інформації використані під час проведення пошуку
Класифікаційні індекси
нформаційна база викорис-тана під час пошуку
Бібліографічні данні першого та останнього за хронологією джерела інформації
нша науково-технічна інформація
МПК F 26 B 906 УДК 66.021.3
Державний патентний фонд
бази даних об’єктів промислової власності
до яких надається безоплатний доступ в нтернеті
Описи винаходів патентів України №№ 1-60000.
Описи корисних моделей патентів України
Описи винаходів патентів Російської Федерації
Описи винаходів а. с. СРСР №№ 800000-1812000.
Офіційний бюлетень "Промислова власність".
Журнали "Химическое нефтеперера-батывающее и полимерное машинострое-ние
УРЖ "Хімічна промисловість України
Таблиця А.3 – Патентна документація відібрана для подальшого аналізу
ОГД його складові частини
Документи на об’єкти промислової власності
Патент №2000518 (RU) МПК. F 23 L 1504. Воздухонагриватель. Р.А. Петросян В.Н. Фомина Е.Н. Письменный В.А. Шелободник Е.А. Качалин А.Н. Савин; Всесоюзный теплотехнический научно иследовательский інститут им. Ф.Э. Дзержинского; Заявка №495063306 26.06.1991; Опубл. 07.09.1993 Бюл. № 33-36.
Patent №0005432 (US) Int. Cl. F 28 D 102 finned tube with vortex generators for a heat exchanger Manohar S. Sohal Idabo Falls James E. O’Brien Idaho Falls. Filed Jul. 272004 Sen No. 463.901.
Patent №3752228 (US) Int. Cl. F 28 b 136 I-type segmented finned tube Robert Carl Bosse Pryor Okla. Filed Aug 141973 Sen No. 49.874.
Таблиця А.4 – нша науково-технічна документація відібрана для подальшого аналізу.
Богданов Е.С. Справочник по сушке древесины. – М.: Лесн. пром-сть
«Энергия» Москва 1972. – Ч. 2. – 322 с.
Акишенков С.И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов
М.: Химия 1973. 756 с
Дослідження технічного рівня та огляд конструктивних рішень основних елементів тепло-масообмінних апаратів показали що у деревообробній промисловості існує тенденція до переважного застосування саме конвективного типу. з проведеного патентного огляду можна зробити висновок що пріоритетним напрямом є застосування камерних конвективних сушарок.
Компютерний розрахунок основних параметрів апарата
Таблиця ідентифікаторів програми перевірочного розрахунку товщини стінки циліндричної обечайки
Всі позначення в програмі збігаються з оригінальними окрім тих що наведені в таблиці Г.1.
Таблиця Г.1– Перелік ідентифікаторів
Вихідна тривалість сушіння пиломатеріалів заданої породи
Коефіцієнт що враховує жорсткість застосовуваного режиму сушіння
Коефіцієнт що враховує характер і інтенсивність циркуляції повітря в камері
Площа живого перерізу штабелю
Програма розрахунку в середовищі Mathcad:
Введення початкових даних:
Виведення показників:
Патенти які використані в патентному дослідженні
Патенти що використано у дипломному проекті прикладено окремими файлами:
ПЕРЕЛК ОПУБЛКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ПРОЕКТУ
Моделювання процесу нагрівання при сушінні деревини .О.Шпиль В.В.Лукашова Збірник тез доповідей Vвсеукр. науково-практ. конф. студентів аспірантів і молодих вчених «Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів» (листопад2010р. м.Київ). – Ч2. – НТУУ «КП» 2010. – с. 125-126.
Моделювання процесу охолодження пиломатеріалів .О.Шпиль В.В.Лукашова Збірник тез доповідей Vвсеукр. науково-практ. конф. студентів аспірантів і молодих вчених «Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів» (квітень2011р. м.Київ). – Ч2. – НТУУ «КП» 2011. – с. 96-97.
Утилізація теплоти сушильного агента при сушінні деревини .О.Шпиль О.В.Горошко В.В.Лукашова ХV Міжнар. наук.-практ. конф. «Екологія. Людина. Суспільство» (18-22травня 2011р. Київ): Зб. тез доповідей – К.: НТУУ "КП" 2011.- С. 242-244.
Подано заявок на об’єкти інтелектуальної власності:
Пат. U Україна МПК (2009) F24H308 Калорифер О.В. Горошко .О.Шпиль В.В. Лукашова - № заявл. 03.04.2009.
Пат. U Україна МПК (2009) F26 B 906 Установка для сушіння деревини .О.Шпиль О.В. Горошко В.В. Лукашова - № заявл. 03.04.2009.
Установка для сушіння деревини
Корисна модель призначена для сушіння штабелів пиломатеріалів конвективним методом та може використовуватись у деревооброблювальній промисловості.
Відомі сушильні камери з примусовою циркуляцією сушильного агента що містять теплоізольований корпус з вентиляторами і калориферами [КречетовИ.В. Сушка древесины. – 3-е изд. - М.: Лесная пром-сть 1980 –с.229.]. Штабелі пиломатеріалів що розташовані у камерах піддаються дії циркулюючого повітря яке підігрівається калорифером. Водяна пара що утворюється при сушінні пиломатеріалів відводиться в атмосферу через канал у якому вмонтований шибер з автоматичним регулюванням витрат вихідного потоку. Недоліком вказаних камер є втрата теплоти із відпрацьованим нагрітим повітрям.
Відомий спосіб регенерації тепла за допомогою теплового насосу [СоколовП.В. и др. Лесосушильные камеры. - М.: Лесная пром-сть 1987.-с.224]. Проте цей спосіб не знайшов широкого промислового застосування у сушильних камерах оскільки призводить до суттєвого збільшення капіталовкладень та металоємкості конструкцій.
Відомі теплоутилізатори із застосуванням теплових труб та термосифонів [ГригорьевВ.Г. и др. Утилизация низкопотенциальных тепловых вторичных энергоресурсов на химических предприятиях. - М.: Химия 1987.- с.88] у яких для регенерації теплоти використовується проміжний теплоносій наприклад: вода метанол хладони азот та ін. Передача теплоти супроводжується зміною агрегатного стану проміжного теплоносія при процесах випаровування та конденсації у замкненому просторі всередині труб.
Найбільш близькою за технічною суттю є сушильна камера періодичної дії фірми «Hildebrand» із застосуванням теплових труб [Справочник по сушке древесины Под ред. БогдановаЕ.С. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Лесная пом-сть 1990.- с.290]. Конструкція рекуператора на основі теплових труб забезпечує швидку теплопередачу та може ефективно застосовуватись за умов невеликих витрат сушильного агента. Проте розташування теплообмінних труб у каналах відводу та підводу повітря призводить до зростання гідравлічного опору транспортування повітря що призводить до необхідності встановлення додаткових вентиляторів для подачі та відводу сушильного агента.
В основу пропонованої корисної моделі покладено задачу зменшення енергетичних витрат при сушінні пиломатеріалів за рахунок рекуперації теплоти що відводиться із сушильної камери із відпрацьованим повітрям.
Для вирішення поставленої задачі установка для сушіння деревини що складається із теплоізольованого корпусу у якому розташовані реверсивні вентилятори та калорифер містить рекуператор із термосифонними елементами для утилізації тепла відпрацьованого повітря виконаними у вигляді замкненого каналу з зовнішнім оребренням частково заповненого проміжним теплоносієм (наприклад - хладоном).
Поставлена задача вирішується тим що теплота від відпрацьованого повітря яке використовується у якості сушильного агента передається за допомогою проміжного теплоносія до свіжого повітря що надходить у сушильну камеру. Ефективна теплопередача забезпечується зміною агрегатного стану проміжного теплоносія: випаровування при нагріванні від відпрацьованого повітря в нижній частині термосифону та конденсації при охолодженні свіжим повітрям в верхній частині.
Згідно з пропонованою корисною моделлю новим є те що установка для сушіння деревини оснащена термосифонним рекуператором елементи якого виконані у вигляді замкненого каналу із зовнішнім оребренням та частково заповнені проміжним теплоносієм який працює за принципом одночасного випаровування та конденсації проміжного агенту.
Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями на яких зображено: на Фіг.1 – установка для сушіння деревини в розрізі; на Фіг.2 – розріз А-А на Фіг.1; на Фіг.3 – аксонометричне зображення термосифонного елементу.
Установка для сушіння деревини складається із теплоізольованого корпусу1 із воротами2 для завантаження штабелів пиломатеріалів3 відбійниками4 вентиляційного каналу5 з обтікачами6 та блоком реверсивних вентиляторів7 для забезпечення циркуляції повітря калорифера8 для підігріву повітря розбризкувачів9 каналу10 для підведення свіжого повітря та каналу11 для відведення відпрацьованого повітря у яких з боку корпусу розташовані шибери12 автоматизованого керування витратами сушильного агента рекуператора13 з термосифонними елементами14 які мають зовнішнє оребрення15. Рекуператор розділений перегородкою 16 на верхню та нижню робочі секції: верхня розташована у каналі10 де підводиться свіже повітря нижня у каналі 11 де відводиться відпрацьоване. Термосифонні елементи замкненої форми що відповідає формі поперечного перетину каналу розташовані всередині рекуператора13 біля стінок корпусу.
Установка працює в такий спосіб.
Після завантаження у сушильну камеру штабелю пиломатеріалів3 ворота2 замикаються та вмикаються вентилятори7 та калорифер8. Повітря надходить через канал10 та верхню секцію термосифонного рекуператора13 відокремлену від нижньої секції перегородкою16 проходить вентиляційним каналом5 через вентилятори нагрівається калорифером8 та подається до штабелю пиломатеріалів3 який під дією циркулюючого повітря нагрівається та сушиться. Для рівномірної циркуляції повітря у камері встановлені відбійники4 що забезпечують звуження каналу та вирівнювання профілю швидкості у об’ємі камери. Зволоження повітря у другому періоді сушіння відбувається розбризкувачами9. Для покращення аеродинамічних характеристик руху потоку повітря у корпусі1 передбачено обтікачі6 що зменшують кут атаки та опір потоку повітря. Регулювання витрат свіжого та відпрацьованого повітря здійснюється автоматично шиберами12 впродовж всього періоду сушіння. Відпрацьоване повітря відводиться через канал11 та нижню секцію рекуператора13 де нагріває проміжний теплоносій що знаходиться всередині термосифонного елементу14 який для збільшення поверхні контакту виконаний із зовнішніми ребрами15. Проміжний теплоносій нагрівається та випаровується. Нагріта пара конвективно піднімається у верхню частину термосифонного елементу де охолоджується від свіжого повітря що надходить до сушильної установки каналом10 конденсується та стікає знову до нижньої частини. Таким чином у термосифонному елементі14 відбувається цикл випаровування-конденсації проміжного теплоносія що сприяє ефективному теплообміну. Форма термосифонних елементів забезпечує розташування поверхні теплопередачі біля периферії каналу отже не перекриває живий перетин потоку повітря та не створює значного опору його просування.
Установка для сушіння деревини що містить рекуператор із термосифонними елементами частково заповненими проміжним теплоносієм який у процесі роботи установки піддається безперервній зміні агрегатного стану забезпечує попереднє нагрівання потоку свіжого повітря за рахунок нагрітого повітря яке відводиться з установки що дозволяє зменшити загальні енергетичні витрати на нагрівання та сушіння пиломатеріалів.
Формула корисної моделі
Установка для сушіння деревини з примусовою циркуляцією повітря із рекуператором для попереднього нагрівання потоку свіжого повітря за рахунок теплоти відпрацьованого повітря відрізняється тим що рекуператор містить термосифонні елементи виконані у вигляді замкнених каналів із зовнішнім оребренням частково заповнених проміжним теплоносієм який у процесі роботи установки піддається безперервній зміні агрегатного стану та забезпечує високу інтенсивність теплопередачі що дозволяє зменшити енергетичні витрати на сушіння.
Установка для сушіння деревини складається теплоізольованого корпусу вентиляторів калорифера та термосифонного рекуператора для утилізації теплоти відпрацьованого повітря елементи якого виконано у вигляді замкненого контуру частково заповненого проміжним теплоносієм що у процесі роботи установки піддається одночасному нагріванню нижньої та охолодженню верхньої частини елемента і забезпечує цикл випаровування-конденсації проміжного теплоносія у замкненому каналі.
В установці реалізоване попереднє нагрівання потоку свіжого повітря за рахунок нагрітого повітря що відводиться з сушарки чим забезпечується зменшення загальних енергетичних витрат процесу сушіння пиломатеріалу.

Кутник Шпиль.cdw

Штуцер Спецификация Шпиль.spw

Технологічна схема сушарки Шпиль.cdw

Сушарка Шпиль.cdw

Штуцер Шпиль.cdw

Сушарка Специфікація Шпиль.spw