1.3. Технологические требования к качеству регулирования параметров среды

При разработке системы регулирования сушки, выборе регуляторов очень важно определять оптимальные технологические требования к точности поддержания параметров среды. Иначе придется либо усложнять систему (при завышенных требованиях к точности), либо ухудшать качество сушки при невозможности выдержать заданные требования, зависящие от породы, размеров, назначения пиломатериала, камер и других факторов. Основным показателем, характеризующим режим сушки, является психрометрическая разность, допускаемые отклонения которой определяют допустимые отклонения температуры, так как режим регулируется раздельно по температурам сухого и смоченного термометров.

Допустимое отклонение температуры от заданного значения в установившемся режиме является определяющим критерием качества регулирования сушки. Величина этого отклонения, допустимая в течение длительных промежутков времени, не должна приводить к снижению качества высушиваемых пиломатериалов и Ощутимому снижению экономичности процесса сушки (увеличению ее сроков). Кроме того, важными показателями являются: длительность регулирования, перерегулирования, амплитуда и период колебаний (для позиционных регуляторов).

Исходя из анализа режимов сушки пиломатериалов, П. В. Соколов рекомендует принять за допустимые установившиеся отклонения психрометрической разности следующие величины: в первый период сушки отклонения могут составлять в среднем ±1,5-2°С, а для толстых пиломатериалов первой и второй категории качества сушки твердых лиственных пород +I⁴C [13]. В камерах непрерывного действия эти величины могут быть увеличены до 3-5°С, так как параметры сушильного агента в разгрузочном конце имеют значительную величину психрометрической разности, поэтому точное поддержание ее не требуется. Кроме того, в разгрузочной части, на входе потока сушильного агента в штабеля, влажность пиломатериалов ниже 30%, следовательно, образование трещин менее вероятно, поэтому жесткость режима может быть повышена. Отсюда и менее строгие требования к точности поддержания параметров среды в разгрузочной части камер непрерывного действия.

В. Г. Романов [15, 16] , исходя из точности построения режимов сушки, технического состояния лесосушильных камер (равномерности температурного поля по сушильному пространству), рекомендует следующие допустимые статические отклонения температуры и психрометрической разности.

1. Статические (установившиеся) отклонения среднего фактического значения психрометрической разности от заданных по режиму не должны превышать: +1,5-2,0°С при сушке тонких пиломатериалов хвойных и мягких лиственных пород; ±0,6--I_jO⁰C при сушке толстых пиломатериалов (сівыше 50 мм) тех же пород; ±1,0-1,2°С и ±0,6°C при сушке тонких и толстых пиломатериалов твердых лиственных пород.

2. Допустимые отклонения температуры t_c от заданных пэ режиму значений, если регулирование ведется по t_c и At, могут быть приняты в 3-4 раза большими, чем указано выше для допустимых отклонений психрометрической разности.

3. При регулировании режима сушки раздельно по температурам сухого t_c и смоченного і_ы термометров статические отклонения температур от заданных по режиму не должны превышать ²/з значений, допускаемых для психрометрической разности.

Величины допустимых динамических отклонений (амплитуды колебаний) психрометрической разности от заданных по режиму могут быть приняты в 2-5 раз больше (в зависимости от периода колебаний соответствующих допускаемых статических отклонений [,15]. Так как динамическим отклонениям сопутствуют статические, В. Г. Романов в качестве средних значений допустимых динамических отклонений психрометрической разности рекомендует принимать: ±!І,5-Й°С при сушке пиломатериалов твердых лиственных пород; ±3-4°С во всех остальных случаях.

По новым стандартам на режимы сушки [18-20] допустимые погрешности поддержания температуры и психрометрической разности следующие: в камерах непрерывного действия ±3°С по температуре, ±1°С по психрометрической разности; в камерах периодического действия ±2°С по температуре и ± ГС по психрометрической разности. Эти величины относятся к статическим отклонениям при регулировании параметров 'среды и к точности контроля параметров.

Б. JI. Головинский [17] сделал попытку теоретически и экспериментально обосновать требования к точности регулирования параметров среды на основе изучения влияния статических и динамических погрешностей регулирования степени насыщенности на внутренние напряжения в древесине и ее целостность. Безопасность режимов сушки оценивалась по методу П. С. Серговского [23, 24]. При этом безопасность режимных параметров характеризуют отношением расчетного предела прочности древесины о'расч=0,9 Onp к максимальной величине внутренних напряжений Omax- Это отношение называется коэффициентом безопасности Б~ - СТрасч/Отах = 0,9 '(Тпр/omax, 'ГДЄ OWp- предел прочности древесины.

Оптимальная степень насыщенности ср₀пт выбирается таким образом, чтобы коэффициент безопасности 5 = 1; при этом вероятность нарушения целостности древесины невелика.

Б. Л. Головинский [17] получил уравнение зависимости вероятности нарушения целостности древесины р от коэффициента вариации характеристик древесины и коэффициента безопасности режима. При коэффициенте вариации и= 15% построен график зависимости вероятности нарушения целостности древесины от коэффициента безопасности p = f(5) -рис. 1.7. Теоретическая кривая 1 учитывает вероятность появления любых трещин, в том число тех, глубина которых незначительна. Очевидно, вероятность появления трещин, реально снижающих сортность пиломатериалом, будет меньше. Для ее оценки теоретическая кривая сдвинута

рис. 1.8. Зависимость увеличения вероятности нарушения целостности древесины (р-Po) от величины установившейся погрешности S^ct психрометрической разности (для пиломатериалов толщиной 50 мм):

1--дуб; 2 - сосна; 3- береза

влево по оси Б на 0,1 (кривая 2). Согласно этой расчетной кривой режимы сушки с 'коэффициентом безопасности £ = 1 характеризуются вероятностью нарушения целостности р = 0,Об с достоверностью 0,94. На рис. 1.7 результаты лабораторных экспериментов совпадают с этой кривой. Там же на графике кружочком показаны результаты производственных экспериментов, в которых вероятность нарушения целостности определена как отношение числа досок, в которых зафиксированы трещины, к общему числу высушиваемых. Однако при этом автор получил повышенную вероятность нарушения целостности, так как в расчет следует принимать лишь те доски с трещинами после сушки, которые при этом перешли в более низкий сорт. На рисунке нами построена кривая 3 по результатам производственных данных (камера непрерывного действия «Валмет»-Ш74 г.; камера СПВ-62-<1976 г.). Эта кривая соответствует фактическому проценту пересортицы досок после сушки. По ней івидно, что при тех условиях, что заданы для кривой 2 (р 0,06), можно принять коэффициент безопасности равным 0,85.

На основании рис. 1.7 (кривая 2) и расчета коэффициента безопасности Б, по методике П. С. Серговского [24] на рис. 1.8 построен график зависимости увеличения вероятности растрескивания __ от установившейся погрешности регулирования __. При этом принято, что ро - вероятность нарушения целостности при S=I (коэффициент безопасности вычисляется для определенных типоразмеров материала, заданных режимов сушки при изменении психрометрической разности ___ от режима на величину__). В качестве предельно допустимой величины увеличения вероятности нарушения целостности принята__. Исходя из этих (положений, получены допустимые значения установившейся погрешности психрометрической разности (табл. 1.1).

Аналогично Б. Л. Головинским [17] получены допустимые значения динамических отклонений (амплитуды колебаний) психрометрической разности при регулировании. Коэффициент безопасности он рассчитывал с учетом изменения внутренних напряжений при заданных колебаниях психрометрической разности. Результаты также приведены в табл. 1.1.

На основании исследований Б. Л. Головинский сделал следующие выводы: 1. Допустимые установившиеся погрешности психрометрической разности при сушке тонких пиломатериалов (до 25 мм) трудносохнущих пород, а также тонких и средних пиломатериалов (до 50 мм) других пород принимаются равными ±1°С.

2. При сушке средних (свыше 25 мм) и толстых пиломатериалов трудносохнущих пород, а также толстых (свыше 50 мм) других пород допустимая установившаяся погрешность равна ±0,5°С.

3. Допустимые динамические отклонения при сушке пиломатериалов трудносохнущих пород равны ±:1,5°С, а ,пиломатериалов остальных пород ±2°С.

Эксперименты в целом подтвердили полученные расчетным путем результаты. Однако опыты проводились на специальных образцах в лабораторных условиях. Если качественная картина в этих опытах реальна, то количественная оценка вряд ли без существенных поправок может быть перенесена на условия сушки пиломатериалов в штабеле (фактические напряжения в пиломатериалах могут значительно отличаться от значений, зафиксированных на модели в лабораторных условиях). Действительно, кривая 3 на рис. 1.7 подтверждает, что в натурных условиях при сушке штабелей величины фактического нарушения целостности (по трещинам, вызывающим снижение сорта досок) значительно меньше расчетной вероятности нарушения целостности древесины. Здесь, возможно, сказывается и то, что расчетный график p = f{E) на рис. 1.7 строился для отдельных образцов по моменту возникновения максимальных напряжений. При сушке штабеля одновременное их возникновение в большинстве досок мало вероятно. Можно принять с одинаковой вероятностью, что если в одной половине досок штабеля внутренние напряжения приближаются к максимуму, то в другой эти напряжения уже прошли через максимум. В этом случае вероятность (р-р₀) уменьшается. Реальный коэффициент безопасности будет больше расчетного. Здесь можно провести аналогию методам расчета продолжительности сушки отдельных образцов, в которых при переходе к штабелю вводится поправочный (коэффициент замедления сушки [25]. Этот коэффициент может изменяться в широких пределах, а для нормальных режимов сушки при общепринятых размерах штабеля и типовых камер диапазон изменения коэффициента примерно 1,4-'1,7. Для нашего случая можно принять в качестве среднего поправочного коэффициента 1,5.

Если исходить из зависимости для кривой 3 на рис. 1.7,

при выбранной допустимой величине увеличение вероятности растрескивания допустимые значения установившейся погрешности психрометрической разности можно увеличить в 1,5- 2 раза по сравнению с расчетными. Например, для сосновых пиломатериалов толщиной 50 мм допустимая величина погрешности по сравнению с расчетной 0,8°С.