Когда древесина теряет содержащуюся в ней воду, в момент предела насыщения, происходит процесс усушки.

Усушка проходит по трем основным направлениям.

В соответствии с этим различают усушку тангенциальную, радиальную и осевую.

Рис 1. Деформации древесины вследствие ее усадки во время сушки. (1 . распил на ложную четверть, максимальная тангенциальная усадка на концах, доска выгнута, как черепица. 2 . распил центральный, толщина доски в центре больше, чем на концах. 3 . квадратное поперечное сечение трансформируется в параллелограмм, усадка происходит сильнее по линии Б (тангенциальная), чем по линии A (радиальная).)

Процесс сушки древесины сопровождается чаще всего неравномерным распределением влажности. Это вызывает неравномерную усушку, которая служит причиной возникновения внутренних напряжений. Напряжения, возникающие в материале без участия внешних сил, называются внутренними. Полные внутренние напряжения, действующие в древесине, можно рассматривать как сумму противоположных по знаку влажностных и остаточных напряжений.

Влажностные напряжения, характерные для абсолютно упругого тела, объясняются неравномерной усушкой по объему, это временные напряжения, исчезающие при выравнивании влажности, когда каждый участок сортимента имеет возможность принять объем, соответствующий его влажности.

Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в сортименте.

Такое разделение полных внутренних напряжений является лишь схематизацией явления, облегчающей анализ и исследование напряженного состояния древесины во время ее высыхания.

Рис 2. Схемы развития напряжений, деформаций и трещин при сушке

Рассмотрим, как возникают и развиваются в древесине внутренние напряжения.

В начальный момент, когда влажность по всему объему выше предела насыщения клеточных стенок, усушки нет и напряжения отсутствуют. Когда влажность поверхностных слоев опустится ниже предела насыщения клеточных стенок, они будут стремиться к усушке (рис. 2, а). Однако внутренние слои, усушка которых еще не началась, противодействуют этому. Таким образом, в рассматриваемый момент действительный размер поверхностных слоев больше их номинального размера, и они испытывают растягивающие напряжения, а внутренние слои - сжимающие напряжения. Внутренние напряжения, возникающие без приложения внешних нагрузок, всегда уравновешиваются в пределах данного тела. Чтобы их обнаружить, надо нарушить это равновесие, разделив образец на части. Каждая часть будет стремиться к новому равновесному состоянию, что возможно за счет ее деформации. Если в этот момент сортимент расколоть по толщине, то будут иметь место деформации изгиба (рис. 2, б).

Если бы древесина была идеально упругим материалом, то те напряжения, которые появились в ней в описываемый начальный период, по мере уменьшения влажности постепенно снижались бы до исчезновения при полном выравнивании влажности. Но древесина не является идеально упругим материалом, и в ней развиваются остаточные деформации. Это связано с тем, что при снижении влажности повышается модуль упругости, древесина становится более жесткой, поэтому упругие деформации перерождаются в остаточные.

В рассмотренном начальном периоде процесса в поверхностных слоях появляются растягивающие напряжения, под их влиянием формируются остаточные деформации удлинения, во внутренних слоях наоборот. В результате в конце сушки усадка на поверхности будет меньше, чем во внутренних слоях сортимента, то есть свободный размер поверхностных слоев будет больше свободного размера внутренних слоев, и в древесине появятся сжимающие напряжения снаружи и растягивающие внутри (рис. 2, г). В этом случае сортимент, распиленный или расколотый на части по толщине, будет деформироваться следующим образом (рис. 2, д).

Если растягивающие внутренние напряжения в той или иной точке объема сортимента превысят предел прочности на растяжение поперек волокон, произойдет растрескивание древесины. При этом в начале сушки трещины появятся на поверхности сортимента (рис. 2, в), а в конце - внутри (рис. 2, е). Эти трещины называются трещинами усушки и обычно имеют радиальное направление.

Совершенно избежать внутренних напряжений при некоторых видах сушки невозможно, но снизить их до величин, не достигающих предела прочности на растяжение поперек волокон, реально возможно.

Рис 3. Разновидность покоробленности а - поперечная: 1-желобчатая: 2-ромбовидная; 3- овальная; б - продольная по пласти; в - продольная по кромке; г - крыловатость.

Короблением называется изменение заданной формы пиломатериалов и заготовок при сушке, хранении, выпиловке. Коробление может происходить вследствие неравномерного распределения влаги в древесине, при распиловке сырых бревен из-за напряжений, имеющихся в растущем дереве, при неправильной укладке в штабеля вследствие анизотропии усушки. Структурное коробление, происходящее вследствие анизотропии усушки, может наблюдаться в поперечной и продольной плоскостях сортиментов.

Поперечная покоробленность зависит от разницы в величине радиальной и тангенциальной усушки, расположения годичных слоев на торце сортимента (рис. 20, а) и выражается изменением формы поперечного сечения (рис. 20, а, 2 и 3).

При желобчатой покоробленности максимальная стрела прогиба будет у центральной доски (рис. 20, а,1).

Продольная покоробленность возникает из-за различий в усушке по длине волокон. Например, в одном сортименте оказываются участки разной по строению древесины - крень, молодая древесина у сердцевины, имеющая большую усушку, чем нормальная древесина (рис. 20. б, в).

Такую разновидность покоробленности как крыловатость (рис. 20, г) вызывает наклон волокон - порок строения древесины.

Способность древесины к короблению затрудняет ее обработку и использование в условиях переменной влажности. При сушке пилопродукции коробление можно уменьшить с помощью специальных прижимов или веса вышележащих частей штабеля.

Таким образом, мы видим, что для получения более качественной конечной продукции, древесину в виде оцилиндрованного бревна необходимо перед распиловкой качественно высушить до 12-14% остаточной влажности.

1.1. Способ и устройство сушки очищенных от коры или оцилиндрованных брёвен

Изобретение относится к способу и технике сушки древесины. Техническим результатом изобретения является качественная и быстрая сушка древесного материала с малыми энергетическими затратами

Способ сушки окоренных или оцилиндрованных бревен осуществляется следующим образом. Окоривают или фрезеруют ствол дерева для получения бревна с произвольным диаметром. Загружают бревно на приемный стол-рольганг для перемещения бревна к ТКИ-установке , в которой передвигают тяговым транспортером с определенной оптимальной скоростью бревно через систему термокерамических индукционных излучателей ТКИ-излучателей , с помощью которых нагревают бревно за счет процесса контактной теплопроводности и высокочастотного поглощения ИК-излучения в слабосолевом водном растворе свободной и связаной воды влажного бревна и получают высушенное бревно путем гидродинамического перемещения пара связаной воды к поверхности бревна, в результате неоднородного разогрева по радиусу, и перемещения свободной воды по капиллярам под действием неоднородного разогрева вдоль оси бревна и упорядочения движения жидкости, находящейся в капилляре, становящейся менее вязкой за счет векторно направленной электромагнитной индукции, при этом осуществляется режим пуазейлевского течения при котором основная масса влаги движется к торцу бревна в виде жидкой фазы, что существенно уменьшает затраты электроэнергии на сушку; готовое высушенное бревно . перемещают на выгрузочный стол-рольганг. Устройство бескамерной непрерывной сушки окоренных или оцилиндрованных бревен для осуществления предлагаемого способа, отличается тем, что содержит приемный стол-рольганг для перемещения бревна к ТКИ-установке , состоящей из тягового транспортера, с помощью которого осуществляют перемещение бревна через систему термокерамических индукционных излучателей (ТКИ-излучателей установленной мощностью 81 кВт.) с определенной оптимальной скоростью и выгрузочного стола-рольганга. На корпусе тягового транспортера смонтированы защитный корпус ТКИ-установки и система кольцевых термокерамических индукционных излучателей (ТКИ-излучателей) с потребляемой мощностью порядка 40 - 50 кВт., состоящих из ферритокерамических колец на которые намотаны обмотки низкочастотных электромагнитных индукционных катушек, которые одновременно являются электронагревательными элементами ИК-излучателей, разогревающих керамику до 300-450 оС , излучающей длину волны 100 мкм. Низкочастотные обмотки индукционных катушек подключены через выводы к низковольтным вторичным обмоткам стационарных сварочных трансформаторов постоянного тока с безопасным, с точки зрения "Правил техники безопасности", напряжением 36 В. Удельные затраты электроэнергии, в зависимости от плотности древесины и ее сортамента, составляют 60-112 кВт/м3.

Загружают бревно 1 на приемный стол-рольганг 2 для перемещения бревна к ТКИ-установке 3, в которой передвигают бревно тяговым транспортером 4 с определенной оптимальной скоростью через систему ТКИ-излучателей 5, с помощью которых нагревают бревно. Нагрев идет за счет процесса контактной теплопроводности и высокочастотного поглощения ИК-излучения в слабосолевом водном растворе.Таким образом из влажного бревна 1 и получают готовое высушенное бревно 6. Затем, высушенное бревно перемещается на выгрузочный стол-рольганг 7. Предлагаемый способ отличается тем, что установка для бескамерной сушки древесины состоит из системы транспортеров-рольгангов, обеспечивающих горизонтальное перемещение древесины подлежащей обезвоживанию и ряда кольцевых термокерамических ТКИ-излучателей, электронного блока управления процессом обезвоживания, датчиками температуры и влажности, с автоматическим управлением подачи и перемещения сырых бревен транспортерами-рольгангами через ТКИ-излучатели со скоростью, соответствующей оптимальной сушке древесины путем перемещения свободной и связанной воды по радиусу и длине бревна.

Далее бревно подается на распиловку.