книги / СВЧ-энергетика. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности
.pdfным образом или должны иметь специальную форму и определенные размеры. (Один из методов преодоления этого недостатка изложен в разд. 5.1.19.) В работе [23] описан экспериментальный резонатор для исследования твердых диэлектриков. В этой работе указано, что необ ходимо приводить результаты к полиномным функциям в виде
е' = (а |
4- ЬТ) (Т— Тс) или |
+ Ь; |
(8) |
12 |
6 = (а + рГ + ?Р ) /( Г - 7 с), |
|
(9) |
где Тс — критическая (опорная) температура. |
Хотя упо |
||
мянутая работа была проделана для пьезоэлектрического материала КОР (дигидрофосфат калия КН2Р 0 4), экспери ментальный процесс для других твердых веществ и сме сей тот же самый. Подробное обсуждение зависимости &с
от температуры для основных «технических» твердых ве ществ дается в работе [241. Закон изменения (\1е')де1дТ =
= Л1§6 показывает, что многие твердые вещества (на пример, клей, высушенные краски, лаки) должны иметь
малые |
положительный |
температурный |
коэффициент е' |
й |
вплоть до частот, |
лежащих ниже |
инфракрасного |
диапазона. |
|
|
|
IV. Сушка однослойной фанеры
Для сушки однослойной фанеры, очевидно, наиболее подходящей является волноводная система типа «меандр». Вследствие свойств материала, обсуждавшихся в пред шествующих разделах, мощность должна быть селектив но связана с влажной частью материала таким образом, чтобы поддерживать стабильную температуру. Даже при очень низкой влажности ограниченный перегрев не луч шим образом действует на’такие материалы. Можно пола гать, что при СВЧ-нагреве будет происходить выравни вание уровня влажности. Это отчетливо показано на фиг. 8 по результатам [25]. Действительно, диапазон колебаний остаточной влажности панели из дугласовой пихты толщиной 0,6см лежит между 13 и 3%; после 18 сек
выдержки содержание влаги составляет 3,9 -г -2,2%.
При таких уровнях влажности был испарен 1 к г воды на 1 к в п г - ч СВЧ-энергии. В проведенных выше измерениях для удаления воды с поверхности горячий воздух не ис пользовался. Подобные панели при различных содержа ниях остаточной влаги были, пропущены через меандровый волновод, являющийся частью конвейерной системы,
----------------------254с м -----------------
|
7,9 |
10,0 |
13,0 |
13,1 |
12,2 |
13,9 |
9,6 |
7,5 |
|
6 ,6 |
7,2 |
9,4 |
9,2 |
6,1 |
5,8 |
4 ,8 |
5,1 |
|
V |
5,1 |
4,9 |
5,0 |
4,0 |
4,0 |
2,9 |
3,3 |
3 |
3,8 |
3,6 |
3,1 |
3,9 |
3,2 |
3,1 |
2,2 |
2Л |
|
8,1 |
8,0 |
9,2 |
8,4 |
9,7 |
11,6 |
9,8 |
9,8 |
|
5,0 |
6,9 |
7,0 |
5,9 |
5,0 |
5,1 |
6,9 |
6,9 |
|
3,3 |
4,0 |
5,1 |
3,6 |
4,3 |
3,8 |
3 ,7 |
5 ,0 |
|
|
м |
3,8 |
2^9 |
зл |
2,9 |
3,0 |
зл |
Ф и г. 8. Выравнивание влажности в однослойной фанере из дугласовон пихты.
Светлые мелкие цифры соответствуют начальным уровням влажности; жирные крупные — величинам после выравнивании при СВЧ-прогревс на частоте 915Л/г<{.
в которой используются интервалы нагрева 0,1 м и н мощ ностью 22 к е т . Результаты показаны на фиг. 9. Процесс выравнивания влажности для листов фанеры разной тол щины, содержащих сердцевину из частично высушенного заболоня, отражен на фиг. 10. Различие в ходе кривых от четливо указывает на селективность и эффект саморегу лировки теплового процесса и его пригодность для конеч ной фазы сушки.
Возможность использования СВЧ для сушки фанеры полностью определяется экономическими соображениями. В традиционном процессе нагрева горячим воздухом заключительная стадия сушки является малоэффектив ной и соответственно наиболее дорогостоящей не только по_затратам мощности, но и по потерям материала. По следнее обстоятельство важно иметь в виду при рас
смотрении эффективности сушки СВЧ-нагревом. Извест ные экономические данные имеются в работе [261.
Если_ обычно высушивание контролируется по ско рости выхода высушенной фанеры со средней конечно*
Ф и г. 9. Кривые сушки для фанеры, высушенной на кон вейерной системе на частоте 915 Мгц.
Фанера нз дугласовой пихты имеет размеры 120 X 30 см при тол щине 0,6 см/
остаточной влажностью 7% (все величины, приведенные здесь, могут несколько меняться в зависимости от исполь зуемого оборудования), то часть дерева пересушивается, приводя в некоторых случаях к дефектам прочности,^ г
часто (в 10%кслучаев) имеются области с более чел 10%-ным остаточным содержанием влаги. Ни недосушенное, ни пересушенное дерево не склеивается с требуемо*! прочностью. На практике некоторые породы древесинь признают негодными и сушат повторно, если" остаточная влажность выше 8%. Следовательно, увеличение скоростк
воздушной сушки ограничено полным пересушиванием, а использование системы с комбинированным нагревом СВЧ-мощностыо и горячим воздухом на этапе сушки, на пример, от 15—18% остаточной влажности до уровня 7%
Фанера из дугласопой пихты толщиной 0,6 ел с искусственными встав ками в середине. Мощность 25 кет. частота 915 Мгц.
(с максимальной вариацией 1%) представляется весьма практичным. Важно отметить, что обычно склеивание может дать сильное сцепление при 14% остаточной влаж ности. Последующие работы в этой области, безусловно, будут опираться на результаты испытаний, приведенные в работе [26].
Экономические преимущества СВЧ-нагрева для сушки обусловлены в первую очередь улучшением контроля ка чества и уменьшением брака, вызываемого действием струи пара и смыванием клеевого слоя. При оптимизированном
Основные ресурсы лесоматериалов в западной кон тинентальной Америке находятся в стадии истощения. Поэтому для производства фанеры приходится использо вать более мягкие породы, чем дугласова пихта. В одной из работ сообщается, что при производстве фанеры, исполь зование (за год) канадской ели и гембаля увеличилось на 10%. Последние указанные породы дерева труднее поддаются сушке, чем пихта, вследствие большего оста точного содержания влаги и большего разброса этого со держания. Возможное использование СВЧ-нагрева при производстве этого типа фанеры, которую часто режут перед транспортировкой и зачастую подвергают процессу естест венной сушки, также представляется привлекательным в будущем.
V. Сушка твердых пород древесины
Использование СВЧ-мощиости для сушки лесоматериа лов на основе объемного нагрева необходимо рассматри вать, имея в виду и более дорогие материалы, примени тельно к которым время обычной сушки и наличие дефек тов представляют серьезную проблему. Такие породы древесины, как дуб и красное дерево, являются хорошими примерами для иллюстрации определенной тенденции к разрушению волокон и явления закаливания (возникно вение внутренних напряжений), происходящего при слиш ком быстром процессе сушки в обжигательной печи. Кон тролируемые периоды сушки на воздухе и в сушильных печах могут составлять от 10 дней до 2 лет в зависимости от используемого метода сушки и условий, в которых нахо дился строевой лес на корню.
Существенное количество информации, относящейся к использованию СВЧ-сущки применительно к красному дереву, уже содержится в продолжении программы иссле дований Калифорнийской ассоциации красного дерева и Калифорнийского университета в Ричмонде [28].
Краткое рассмотрение результатов будет проведено
вследующем разделе.
А.Естественная сушка строевого леса из красного дерева. В настоящее время красное дерево как строевой материал относится к группе пород, которые нужно высу
скорость ленты и температуру. Автор же работы [28] для исключения некоторых проблем и определения степени воздействия СВЧ-нагрева на свойства лесоматериалов
Фи г . 13. Сушка красного дерева.
Время выдержки при подаче СВЧ-мощности составляло 52 мин, сред* ниК уровень СВЧ-мощности 5,78 кет (частота 915 Мгц) [28].
использовал различные уровни мощности для сушки реек и досок (сечением 2,5 X 25 и 5 X 20 см соответственно й длиной порядка 1,8 м) без принудительного обдува воз
духом. Использовавшийся материал сортировался на7различные группы: тяжелую (Т), среднюю (С) и легкую (Л), а также выделялась группа, включающая дерево, предва-
СВЧ-сушка красного дерева [28]
Толщина |
Группа |
Содержание влаги |
% |
Вес, |
|
|
Время сушки, |
|
Потерн |
Вес воды. |
||
образцов |
|
|
|
|
|
|
|
|
влажности |
испаренной на |
||
180X20 |
и |
|
|
|
|
|
|
с подведением |
с свч- |
на |
1квт-ч, |
1 кот-ч |
см, см |
номер1) |
начальное |
конечное |
потери |
начальный |
потери |
общее |
|
% |
СВЧ-энергни, |
||
|
|
СВЧ-энергни |
энергией/ |
|
|
кг |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
общее |
|
|
|
2,54 |
ПВ2) |
18,00 |
2,50 |
15,5 |
3,62 |
0,476 |
84,0 |
52,0 |
1/1,62 |
|
7,0 |
0,204 |
2,54 |
ПВ2) |
20,70 |
1,10 |
19,6 |
3,30 |
0,535 |
84,0 |
52,0 |
1/1,62 |
|
7,0 |
0,204 |
2,54 |
Л92) |
175,50 |
115,30 |
60,2 |
8,35 |
1,83 |
88,0 |
46,9 |
1/1,88 |
|
22,3 |
0,69 |
2,54 |
ЛЮ2) |
78,20 |
47,70 |
30,5 |
5,83 |
м |
88,0 |
46,9 |
1/1,88 |
|
22,3 |
0,69 |
2,54 |
пвз |
15,78 |
3,50 |
12,3 |
4,5 |
0,475 |
208,2 |
56,6 |
1/3,68 |
|
6,4 |
0,244 |
2,54 |
ПВ4 |
18,64 |
2,65 |
16,0 |
4,51 |
0,61 |
208,2 |
56,6 |
1/3,68 |
|
6,4 |
0,244 |
2,54 |
ПВ8 |
12,02 |
5,76 |
6,3 |
3,65 |
0,21 |
82,3 |
26,7 |
1/3,03 |
|
7,3 |
0,235 |
2,54 |
ПВ9 |
12,15 |
7,76 |
4,4 |
3,24 |
0,136 |
82,3 |
26,7 |
1/3,03 |
|
7,3 |
0,235 |
5,08 |
ПВЮ |
20,86 |
16,80 |
4,1 |
8,75 |
0,295 |
82,3 |
26,7 |
1/3,03 |
|
6,2 |
0,475 |
5,08 |
ПВ10 |
18,49 |
13,64 |
4,9 |
9,55 |
0,39 |
82,3 |
26,7 |
1,3,03 |
|
6,2 |
0,475 |
2,54 |
ПВ7 |
14,31 |
11,88 |
2,4 |
3,62 |
0,0635 |
45,8 |
20,0 |
1/2,29 |
|
5,3 |
0,153 |
2,54 |
ПВЮ |
6,91 |
4,40 |
2,5 |
3,28 |
0,077 |
45,8 |
20,0 |
1/2,29 |
|
5,3 |
0,153 |
5,08 |
ПВ7 |
16,39 |
10,45 |
5,9 |
8,70 |
0,445 |
45,8 |
20,0 |
1/2,29 |
|
9,1 |
0,7 |
5,08 |
ПВ8 |
14,02 |
11,59 |
2,4 |
9,18 |
0,195 |
45,8 |
20,0 |
1/2,29 |
|
9,1 |
0,7 |
2.54 |
Л7 |
43,01 |
22,59 |
20,4 |
4,60 |
0,66 |
129,3 |
40,0 |
1/3,23 |
34,5 |
0,112 |
2.54 |
Л8 |
45,14 |
25,18 |
20,0 |
4,80 |
0,68 |
129,3 |
40,0 |
1/3,23 |
34,5 |
0,112 |
2.54 |
С9 |
97,15 |
75,15 |
22,2 |
8.0 |
0,905 |
129,3 |
40,0 |
1/3,23 |
32,2 |
0,116 |
2.54 |
СЮ |
49,80 |
34,32 |
15,5 |
4,48 |
0,462 |
129,3 |
40,0 |
1/2,09 |
32,2 |
0,116 |
2.54 |
С7 |
107,40 |
81,40 |
26,2 |
7,5 |
1,09 |
149,0 |
71,3 |
27,9 |
0,79 |
|
2.54 |
С8 |
142,50 |
84,17 |
58,3 |
6,05 |
1,45 |
149,0 |
71,3 |
1/2,09 |
27,9 |
0,79 |
2.54 |
Т1 |
107,25 |
88,79 |
18,5 |
7,9 |
0,706 |
149,0 |
71,3 |
1/2,09 |
14,5 |
0,532 |
2.54 |
Т2 |
141,89 |
116,44 |
25,5 |
8,62 |
0,91 |
149,0 |
71,3 |
1/2,09 |
14,5 |
0,532 |
2.54 |
ТЗ |
137,36 |
115,07 |
22,3 |
8,2 |
0,77 |
149,0 |
71,3 |
1/2,09 |
13,1 |
0,50 |
2.54 |
Т4 |
99,75 |
80,32 |
19,4 |
8,48 |
0,75 |
149,0 |
71,3 |
1/2,09 |
13,1 |
0,50 |
2.54 |
С5 |
74,94 |
9,82 |
65,1 |
5,25 |
1,95 |
149,0 |
136,0 |
1/2,09 |
40,8 |
1,25 |
2.54 |
С6 |
104,30 |
56,56 |
47,7 |
6,05 |
1,41 |
149,0 |
136,0 |
1/2,09 |
40,8 |
1,25 |
2.54 |
Т8 |
108,70 |
80,25 |
28,5 |
8,1 ' |
1,11 |
149,0 |
136,0 |
1/2,09 |
40,8 |
1,25 |
2.54 |
Т9 |
189,10 |
123,20 |
65,9 |
8,42 |
1,91 |
149,0 |
136,0 |
1/2,09 |
40,8 |
1,25 |
2.54 |
Л2 |
37,24 |
10,46 |
26,8 |
4,52 |
0,886 |
313,0 |
56,0 |
1/5,59 |
33,0 |
0,96 |
2.54 |
Л6 |
45,60 |
13,50 |
32,1 |
4,0 |
0,882 |
313,0 |
56,0 |
1/5,59 |
33,0 |
0,96 |
2.54 |
СЗ |
46,60 |
13,10 |
33,5 |
3,65 |
0,845 |
313,0 |
56,0 |
1/5,59 |
33,0 |
0,96 |
2.54 |
С4 |
48,50 |
13,80 |
34,7 |
4,76 |
1.П |
313,0 |
56,0 |
1/5,59 |
33,0 |
0,96 |
2.54 |
Тб |
137,60 |
77,40 |
60,2 |
7,48 |
1,87 |
319,0 |
56,0 |
1/5,69 |
38,6 |
1,09 |
2.54 |
Т10 |
81,50 |
47,80 |
33,7 |
6,73 |
1,03 |
319,0 |
56,0 |
1/5,69 |
38,6 |
1,09 |
2.54 |
С1 |
37,70 |
14,50 |
23,2 |
3,46 |
0,585 |
319,0 |
56,0 |
1/5,69 |
38,6 |
1,09 |
2.54 |
С2 |
43,00 |
11,40 |
31Тб |
3,35 |
0,74 |
319,0 |
56,0 |
1/5,69 |
38,6 |
1,09 |
1) Обозначения: ПВ — предварительная сушка на воздухе (низкое начальное содержание влаги), Л — легкая группа, С — среди
группа, Т — тяжелая группа, 2) см. фиг. 13 и 14.__________________________________________________