Systems. Methods. Technologies 3 (39) 2018

Системы Методы Технологии. Б.М. Локштанов и др. Обезвоживание влажной … 2018 № 3 (39) с. 103-107 105 Жидкость, находящаяся в капиллярах древесины (щепы), вытекает из них под действием центробежной силы, возникающей при вращения барабана центрифуги: rmF б 2 ω= , (2) где m — масса отсека жидкости в капилляре, кг ; r — радиус капилляра, м . Для описания процесса удаления свободной влаги из капилляра используем уравнение динамики тела с переменной массой [3]: ( ) , dt dmv dt dvm dt mv d F + = = H, ( 3) где F — сумма сил, действующих на отсек жидкости в капилляре, H ; m — масса отсека жидкости в капилляре, кг ; v — скорость движения жидкости в капилляре вдоль его оси, м/с ; t — время удаления жидкости из капилляра, с . Масса влаги в капилляре будет: ( ) lR r m Ж − ⋅π ρ= 2 , (4) где ρ Ж — плотность жидкости, находящейся в капилля- ре, кг/м 3 ; R — расстояние от оси вращения центрифуги до капилляра (до торца капилляра), м ; l — расстояние от оси вращения капилляра (от оси вращения центри- фуги) до ближайшего к оси центра мениска жидкости в капилляре, м ; r — радиус капилляра, м . Скорость движения жидкости в капилляре при цен- трифугировании имеет вид: ( ) dt dl dt lRd v −= − = , м/с . (5) Время t , в течение которого из капилляра будет удаляться жидкость под действием центробежных сил, можно подсчитать по формуле (6):               − + µ α ω ρ− α ω ρ µ = 0 2 2 2 2 2 2 2 2 16 cos ln cos 16 l R R r R r t Ж Ж (6) где μ — динамический коэффициент вязкости. α — угол наклона капилляра 2 π− до 2 π+ . Из формулы (6) видно, что время удаления жидко- сти из капилляра при центрифугировании, зависит от размеров центрифуги, скорости вращения барабана и свойств древесины (щепы), например, от ее размеров, начальной влажности, породы древесины. Рассмотрев единичный капилляр, можно перейти к расчетам по удалению свободной влаги из щепы, нахо- дящейся в центрифуге. Количество жидкости dQ , удаляемой из древесины (щепы) за единицу времени, можно подсчитать по уравнению (7): Ф dt dl dQ ω = , (7) где Ф ω — площадь фильтрации с каждого 1 мм 2 , мм 2 . Величина Ф ω у цельной древесины различных по- род разная. Так, у березы Ф ω = 0,259 мм 2 , а для сосны Ф ω = 0,495 мм 2 . Эти величины указывают, что у сосны радиус капилляра значительно меньше, чем у березы, а сопротивление жидкости к удалению в 1,5–2,5 раза выше. Центрифугирование щепы можно осуществлять в центрифугах различной конструкции барабана: гори- зонтальной, наклонной, вертикальной, с конусной стенкой барабана, с принудительной выгрузкой и т. д. Но чем сложнее конструкция центрифуги, тем труднее ее эксплуатировать, особенно при необходимости обез- воживания больших объемов древесных отходов, в том числе лесосечных отходов, щепы из низкокачественной древесины и топляка и т. д. Для исследования процесса центрифугирования щепы была создана установка с вертикальным барабаном центрифуги (рис. 1). За счет небольшой конусности барабана щепа по мере обезво- живания под действием центробежных сил поднима- лась вверх и выходила из центрифуги подсушенной (рис. 1) [12]. Рис. 1. Экспериментальная центрифуга для обезвоживания щепы С помощью подвижного загрузочного устройства 1 можно регулировать количество загружаемой щепы в барабан 2 , т. е. величину слоя щепы, находящегося на внутренней поверхности барабана. Благодаря некоторой конусности барабана (угол конусности 1–2°) обеспечиваются движение слоя щепы (вверх) и выход обезвоженной щепы из барабана в про- странство между корпусом центрифуги 5 и отбойником жидкости 6 . Сухая щепа выходит из установки через выпуск 4 . Удаляемая жидкость через перфорацию ба- рабана сливается через выпуск 7 в чашку 15 электрон- ных весов 16 . С пульта управления 8 ведется включе- ние двигателя 9 и установка режима его работы. Через съемные шкивы 12 , 14 и вал 13 производят изменения скорости вращения центрифуги для обеспечения фак- торов разделения F r = 350G; 700G; 1050G. Основные результаты исследований приведены на рис. 2–4. При проведении экспериментов выявлено, что про- цесс обезвоживания щепы зависит от породы древеси- ны. Время удаления свободной влаги из березы (рис. 2 а ) почти в 1,5 раза меньше, чем у сосны (рис. 2 б ). При увеличении фактора разделения (рис. 4) интенсивность удаления свободной влаги из березовой и сосновой щепы увеличивается (рис. 3, 4).