1.2. Термін прогрівання оцупків у басейнах при температурі води 40 °с [1]

Діаметр сировини, см	Термін прогрівання, год., при температурі повітря,° С
	Вище 0	0…-10	-11…-20	-21…-30	-31…-40
Листяні породи
До 20 21-25 26-30 31-35 36-60	5 7 10 16 16-24	7 10 18 23 23-60	10 14 24 30 30-60	12 16 28 35 35-98	14 18 30 40 40-112
Хвойні породи
До 25 26-25 36-45 46-60	6-8 12-17 21-23 38-50	11 22 35 68	16 30 50 84	17 34 56 98	19 39 65 116

Жорсткі режими (табл.1.3) передбачають високу температуру середовища 70-80 °С та незначні терміни обробки. При цьому якість лущення знижується за рахунок нерівномірного нагрівання оцупків, тому поверхневі шари набувають високої температури середовища і, навіть, після витримування в кімнатних умовах залишається значний градієнт температури.

1.3. Термін прогрівання оцупків у басейнах при температурі води 60-80 °с [1]

Діаметр сировини, см	Температура води в басейні, °С
	60	70-80
	Термін прогрівання,год, при температурі повітря,°С
	Вище 0	0…-10	-11…-20	-21…-30	-31…-40
Листяні породи (береза, вільха)
До 20 21-25 26-30 31-35 36 і більше	1,0 2,0 3,5 5,0 7-8	1,5 3,0 5,0 7,0 8-10	2,0 3,5 6,0 8,5 9-11	2,5 4,5 7,0 10,0 11-13	3,0 6,0 8,0 12,0 14-16
Листяні породи (осика, тополя)
До 25 26-30 31-35 36 і більше	1,5 2,5 3,5 4-6	2,5 3,5 5,0 6-8	3,5 4,5 6,5 7,5-10	4,5 5,5 7,5 9-11	5,5 7,0 9,0 11-13
Хвойні породи (сосна, модрина)
До 20 21-25 26-30 31-35 36 і більше	1,5-2,0 2,5-3,0 3,0-5,0 4,0-6,0 7,0-9,0	2,0 4,5 6,0 8,0 9-11	2,5 5,0 7,0 10,0 12-14	3,0 6,0 8,0 12,0 14-16	4,0 7,5 9,5 15,0 18-19

Проварювання проводять в спеціальних варильних басейнах різних конструкцій. Раніше більш популярними були басейни з мотовилом (рис.1.3), зараз - механізовані контейнерні (рис.1.4).

Рис.1.3 - Схема басейну з мотовилом:

1 - паропровід; 2 - водопровід; 3 -напрямні; 4 - мотовило; 5 - вісь; 6 - басейн; 7 - труба для зливу [3].

У басейнах з мотовилом застосовують жорсткі режими обробки. Басейн являє собою бетонний резервуар 6, на повздовжніх стінах якого встановлено вал 5 з хрестовинами - мотовилом 4. Всередині басейну розташовані рейки або швелери, вигнуті за радіусом, більшим за радіус мотовила, які відіграють роль напрямних 3. Нижні сектори Б та В заповнюються деревиною і обробляються гарячою водою 2, що підігрівається парою 1. Коли оцупки надходять у сектор А, маса деревини, яка знаходиться в передній половині басейну стає більшою, ніж у задній, і мотовило повертається. При цьому проходить розвантаження зони В і завантаження зони Б. Необроблені оцупки надходять у зону А через певний проміжок часу  /2, де  - тривалість процесу.

Оскільки термін обробки залежить від товщини матеріалу, цех теплової обробки оснащується кількома басейнами, де оброблюються різні за діаметрами оцупки. Необхідна кількість N басейнів розраховується залежно від річного обсягу сировини А, кількості робочих днів за рік n та продуктивності басейну на добу Q_б :

(1.1)

У свою чергу продуктивність Q_б залежить від конструктивних розмірів басейну ( R - радіус мотовила); довжини оцупків L; заповнення басейну та терміну обробки T:

(1.2)

Термін обробки може бути визначений за таблицею режимів (табл.1.2 ) або аналітично, якщо вихідні вимоги відрізняються.

У конструкції басейнів з мотовилами при експлуатації виявлені суттєві недоліки, а саме: часто бувають перекоси та заклинювання оцупків, що призводить до простою обладнання; інтенсивне пароутворювання з відкритої поверхні створює несприятливі умови праці; в них можуть бути реалізовані тільки жорсткі режими обробки.

Контейнерні басейни застосовуються на великих фанерних підприємствах, які перероблюють 150 тис.м³ і більше сировини на рік. Басейн складається з кількох залізобетонних секцій 1, ширина яких відповідає максимальній довжині кряжів, що обробляються і розподілених між собою тумбами 2. Секції закриваються кришками 3, які виконують теплоізоляційну роль, а також запобігають спливанню матеріалу. Кряжі завантажуються грейферним захватом 4 консольно-козлового крана 5, що пересувається по підкранових рейках 6.

Кряжі зі складу надходять по ланцюговому конвеєру 7 із скидачами 8 на накопичувач 9, де завантажуються в контейнери 10. При роботі басейну одна із секцій завжди знаходиться під завантаженням і розвантаженням, в інших - деревина прогрівається. Після обробки пересувним перевантажувачем 11 матеріал подається на розвантажувальний конвеєр 12, а звідти в лущильний цех.

При завантажуванні басейну застосовуються контейнери різних конструкцій (рис.1.5): м’які або тросові та напівжорсткі або комбіновані. Останні мають перевагу тому, що при їх застосуванні виключаються бокові деформації пачок оцупків у басейні, що призводить до послаблення тросів, а в окремих випадках до розсипання вантажу.

Рис.1.5 - Контейнери для оцупків: а - тросовий: б – комбінований [3].

Вода в басейні також прогрівається за рахунок пропускання гарячої пари, яка прогріває воду до 40°С. Така температура, як встановлено ЦНДІФанери [3], притаманна м’яким режимам обробки. Сортування кряжів за діаметрами при даній конструкції басейну викликає певні труднощі. Тому тривалість процесу встановлюють по найбільшому за діаметром матеріалу, виходячи з необхідності отримання на поверхні олівця, тобто циліндра діаметром d=8 см, який залишається після лущення, температури близько 35°С.

Розміри басейну лімітуються кількістю секцій, довжина яких визначається довжиною кряжів та типом завантажувального крану. Кількість секцій n визначається необхідним річним обсягом матеріалу V, який має бути проварений у секції продуктивністю П за певний час Т:

(1.3)

У свою чергу продуктивність П, м і, секції залежить від місткості Е, тобто габаритних розмірів B, h, L з урахуванням коефіцієнта заповнення кряжами , тривалості обробки 1 та тривалості завантаження 2, год,:

(1.4)

Термін завантаження і розвантаження розраховується з умови рівномірного подання сировини в лущильний цех.

Пропарювання - обробка насиченою парою. Широко застосовується у виробництві струганого шпона (нагрівання ванчосів перед струганням), у виробництві сірників ( відтаювання оцупків перед лущенням), виробництві гнутосклеєних меблів ( обробка перед гнуттям або пресуванням) і менше у виробництві лущеного шпона.

При виробництві сірників з осики високої якості шпона можна досягти при будь-якій позитивній температурі. Тому пропарювання проводять тільки в зимовий період для інтенсифікації процесу. Обробку в основному проводять у парильних ямах (рис.1.6) за конструкцією дещо схожих на контейнерні басейни для проварювання оцупків. Після завантаження в яму подають пар температурою t= 95-100 °С і витримують оцупки для відтаювання до діаметра d = 12 см, потім подачу пари припиняють і витримують сировину деякий час при температурі, яка постійно знижується, що дозволяє продовжити відтаювання глибше до діаметра d =8 см за рахунок акумульованого тепла.

Рис.1.6 - Схема парильних ям [3].

Параметри режиму обробки, а саме температуру і тривалість можна розрахувати залежно від діаметра оцупків, вирішуючи задачу нагрівання деревини з одночасним відтаванням.

Продуктивність Q однієї парильної ями за певний період Т визначається залежно від терміну обробки , розмірів ями ( L-довжина, h-висота), довжини оцупків l та заповненості ними агрегату:

(1.5)

Якщо організація процесу не передбачає сортування сировини за діаметрами, термін обробки необхідно призначати для найбільшого за розмірами матеріалу. Наприклад, для осики діаметром 350 мм і вологістю 110% теоретичний термін відтавання становить 4 години, а витримування - 6 год.

При виробництві струганого шпона теж раніше застосовувалися парильні ями, але у зв’язку зі значними термінами обробки – 20-30 год, почали використовувати парильні автоклави.

Автоклави (рис.1.7) мають вигляд стального циліндра 29, який герметично зачиняється знімною кришкою 31, що притискається до циліндра затисним пристроєм крізь ущільнюючу прокладку. Як правило автоклави обладнані автоматичним блокуванням, яке запобігає подачі пари при відкритій кришці та відкриттю кришки за наявності надлишкового тиску. Після завантаження в циліндр ванчосів кришку зачиняють, при цьому упор 30 натискає на шток імпульсного клапану 1 поступово відкриваючи його до повного отвору на момент щільного закриття кришки. Пара надходить при відкритті вентиля 3 крізь зворотний клапан 2 до імпульсного клапана 1 і по трубопроводах 28 і 7 в бачки 8 та 11. При підвищенні тиску в бачку 8 конденсат, що в ньому знаходиться, натискає на мембрану клапана 6, переміщуючи шток із башмаком затвора вниз і блокує кришку. В цей момент загоряється червоне світло та напис "Під тиском".

Рис.1.7 - Схема автоклава з блокуючим пристроєм:

1 -імпульсний клапан; 2, 25 - зворотні клапани; 3, 15, 19, 21, 22, 23, 27 - вентилі; 4 - пружина; 5 - світове сигнальне табло; 6, 17 - мембранні клапани; 7, 12, 13, 18, 20, 28 - трубопроводи; 8, 11, 16 - бачки для конденсату; 9, 14 - манометри; 10 - вирівнювач; 24 - захисний клапан випускного отвору; 26 - сигнальний пристрій; 29 - циліндр; 30 - упор; 31 – кришка [1].

При подальшому підвищенні тиску у бачку 11 вода з нього витискається і крізь трубопровід 13 надходить у кільцевий проміжок під гумове ущільнення стику кришки і корпуса циліндра, забезпечуючи тим самим герметичність стику. Одночасно з верхньої порожнини бачка 11 пара крізь трубопровід 12 поступає в бачок 16. При тиску конденсату на мембрану клапана 17 останній відкривається , пара надходить у циліндр і починається термообробка.

Після закінчення процесу відкривають вентиль 15 і викидають пару з циліндра крізь вирівнювач до того, поки стрілка манометра не займе нульового положення. Тільки після цього відкривають вентилі 21 та 23, спускають конденсат з циліндра, а потім відкривають вентиль 27 сигнального пристрою 26 та по стовпчику підфарбованої рідини перевіряють покази термометра.

Впевнившись у відсутності надлишкового тиску закривають вентиль 3. Пружина 4 підіймає шток з башмаком і знімає блокування, після чого на табло з’являється напис "Без тиску". Тепер кришку можна відкрити.

Автоклави виготовляють діаметром 2 м, довжиною 5-18м і місткістю 3-20 м³ деревини. Обробка проходить під тиском близько 0,3 МПа ( tс=130°С ).

Оптимальні температури, °С, ванчосів при струганні обумовлені якістю шпона і залежно від порід становлять:

дуб, ясінь, ільм, в’яз 40-50

бук, горіх, клен, береза, червоне дерево 45-50

модрина 70-75 .

Для отримання потрібної температури необхідно призначати різний термін пропарювання. Залежно від розмірів ванчосів, породи, початкової температури він може значно коливатися від 3-4 до 50-60 год. У табл.1.4 наведені раціональні режими УкрНДІМОД теплової обробки дуба і бука, які передбачають поступове підвищення тиску. Для теплової обробки ванчосів з ясена та модрини рекомендовано режими, наведені в табл.1.5.

Термін обробки заготівок з червоного дерева становить 5 - 8 год. при тиску 0,2 - 0,25 Мпа.

Після вивантаження з автоклава для вирівнювання температури перед стругання ванчоси необхідно витримати 2-3 год. у приміщенні цеху.

Продуктивність автоклава визначається аналогічно проварювальному (1.2), (1.4 ) та пропарювальному (1.5) устаткуванню.

Автоклавне пропарювання має досить суттєвий недолік - у поверхневих шарах ванчосів внаслідок впливу значної температури, спостерігається зниження міцності та потемніння деревини, що знижує декоративні властивості шпона. Це особливо помітно на деревині екзотичних порід. Для запобігання такого ефекту необхідно проводити обробку при тиску, близькому до атмосферного, або ж в парильних ямах чи камерах. Останні за конструкцією споруд схожі на сушарки для пиломатеріалів.