Техническая модель древесины мягких лиственных пород

№	Наименование	Ед. изм.	Порода
			Береза	Ольха	Осина
1	Количество сосудов на 1мм2	шт.	55–110	75–100	90–110
2	Длина сосуда	мм
3	Длина членика сосуда	мкм	600	300–500	400–800
4	Диаметр сосудов	мкм	40–100	60–100	60–100
5	Тип перфораций в сосуде		лестничн.	лестничн.	простая
6	Количество перекладин в перфорации	шт.	10–40	10–30	нет
7	Диаметр пор	мкм	3–5	2–6	2–4
Среднее значение		мкм	4	5	3
8	Толщина стенки сосуда	мкм	2,5–6,0	2–4,0	1,5–3
Среднее значение		мкм	4	3	2

Рис. 3.27. Схема пропитки древесины березы с торца под давлением :
1 – сосуд; 2 – лестничные перфорации; 3 – поры

 

Существует ряд уравнений В.И. Патякина и П.С. Серговского для пропитки древесины под давлением, в которых за основу взято уравнение Дарси. В общем, виде уравнение Дарси выглядит следующим образом:

                                         i = kμ^-1 dp/dx,                                                   (3.16)

где I – поток жидкости; к – коэффициент проницаемости; ар/ах – градиент даления.

На процесс пропитки древесины с торца под давлением влияние оказывают следующие факторы:

1) площади перфорации, диаметр и количества пор, длина заготовки;

2) вязкость пропитывающего раствора (выбор оптимальной вязкости

способствует наиболее высокому и равномерному по всему объему наполнению древесины);

3) давление, при котором будет происходить процесс пропитки;

4) влажность древесины при пропитке: если влажность древесины высокая (равная или выше точки насыщения волокна), то влага, находясь в порах и сосудах древесины в жидкой и паровоздушной фазах, создает внутреннее гидростатическое противодавление, препятствующее продвижению пропитывающего раствора.

Т.е. τ = f(d, 1, Р, v).

При составлении уравнения мы использовали следующие ограничения:

1) пренебрегаем трением жидкости о стенки сосудов;

2) фронт пропитки движется строго по оси ствола;

3) принимаем поток ламинарным;

4) пропитка идет строго по сосудам и порам, соединяющие сосуды.

Время пропитки древесины с торца определяют по эмпирической формуле:

                                                                 (3.17)

где к – коэффициент проницаемости древесины; μ- вязкость пропиточного раствора, Пас; 1₀ – длина сосуда, м; Sэф – эффективная площадь сосуда, м²; (d_эф – диаметр пор, м; l₁ толщина поры, равная двум толщинам стенки сосуда м; Р – давление, МПа.

Разность давлений при движении жидкости:

                                   (Ро – Рк)N = Рз – Ратм,                               (3.18)

где N – число повторяющихся элементов на длине образца;

P₀ и Р_з – заданное давление; Р_к и Р_атм – конечное и атмосферное давление.

                               N = L / (l + l₁).                                                 (3.19)

Тогда разность давлений Р_о – Р_k = ((Р_з – Р_атм)(l_о + l₁))L.                  (3.20)

Давление конечное определяется по формуле:

Р_о – Р_k = ((Р_з – Р_атм)(l_о + l₁))L.                                  (3.21)

∆Р = Ро – Р* = Q μ l₀ / k₁ S₁.                                         (3.22)

Р* = Ро – (Q μ l₀ / k₁ S),                                            (3.23)

   где L – длина образца, м; Q – расход раствора, м³/ч;

  Степень наполнения древесины будет зависеть от величины давления и времени выдержки древесины для фиксации раствора карбамида. Давление ускоряет процесс, а время выдержки определяет полноту и равномерность распределения пропитывающего раствора.

    Ранее разработанные способы пропитки не позволяют пропитывать с торца под давлением труднопропитываемые породы древесины, такие как сосна, ель, лиственница и др. Для пропитки таких пород разработан способ, позволяющий пропитывать практически любую породу древесины в виде цилиндрических заготовок длиной 3м.

Это достигается тем, что способ для пропитки древесины под давлением пропитывающей жидкостью сырых цилиндрических заготовок с торца реализован при помощи устройства, которое, согласно изобретению, снабжено смонтированной на станине металлической трубой, к торцам которой прикреплены конусные насадки, зажимающие между собой внутри трубы цилиндрическую заготовку. Причем внутри левой насадки установлен ультразвуковой излучатель, а правая насадка перемещается при помощи гидроцилиндра. Для предотвращения растрескивания заготовки в полость между трубой и заготовкой перед началом пропитки закачивается пропиточная жидкость под давлением, равным статическому давлению жидкости в рабочей головке. В качестве пропиточной жидкости используется маслянистый антисептик (ЖТК или каменноугольное масло) (рис.3. 28).

На рис. 3.28 представлена общая схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит станину 1, с закрепленной на ней металлической трубой 2, левую конусную насадку 3, правую конусную насадку 4, ультразвуковой излучатель 5, емкость с пропиточной жидкостью 6, гидравлический насос 7, манометр 8, пневмогидравлический аккумулятор давления 9, гидропульсатор 10 с обратным клапаном, вспомогательный трубопровод 11, емкость для сбора воды 12, горизонтальный гидроцилиндр 13.

 

Рис. 3.28. Устройство для пропитки древесины с торца под давлением
труднопропитываемых пород

 

Пропитка осуществляется следующим образом. Оцилиндрованное сырое бревно укладывают в трубу 2, затем бревно зажимают между рабочей 3 и вспомогательной 4 головками при помощи гидроцилиндра 13. Происходит полная герметизация устройства. Маслянистый антисептик из емкости 6 под давлением, создаваемым насосом 7, подается через гидропульсатор 10 в полость левой конусной насадки 3, а также в аккумулятор давления 9 и в полость между трубой и бревном. В полости между бревном и трубой создается гидравлическое давление, равное давлению жидкости в древесине во время пропитки. Это необходимо для предотвращения растрескивания бревна при пропитке.

Пневмогидравлический аккумулятор давления служит для поддержания постоянного статического давления при пропитке. Гидропульсатор служит для создания переменного давления. Переменное давление и ультразвуковые колебания пропиточной жидкости позволяют разрушать поперечные стенки сосудов. При этом процесс пропитки проходит достаточно быстро даже для бревна длиной 6 м. Выходящая из противоположного торца вода поступает в емкость 12. После прекращения выхода воды отключают гидропульсатор, а пропиточную жидкость из полости между трубой и заготовкой откачивают насосом в емкость 6. Затем пропитанное бревно извлекают из установки и цикл повторяется.

Требуемое статическое давление пропитки – 4-5 МПа, так как при давлении ниже 4 МПа скорость пропитки неоправданно низкая, а при давлении выше 5 МПа скорость пропитки увеличивается незначительно. Требуемая интенсивность ультразвука – 13-17 Вт/см², так как при интенсивности ультразвука ниже 13 Вт/см² заготовка не пропитывается на всю длину, а при интенсивности ультразвука выше 17 Вт/см² прочность заготовки снижается. Величина переменного давления принимается равной 1 МПа.