RU2511302C2

RU2511302C2 - Device for impregnation of wood under pressure from wood end

Info

Publication number: RU2511302C2
Application number: RU2012133835/13A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Шамаев; Василий Анатольевич Манаев; Владимир Александрович Кондратюк; Игорь Васильевич Воскобойников; Вячеслав Михайлович Щелоков; Светлана Алексеевна Константинова; Александр Евгеньевич Варнаков
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-04-10
Also published as: RU2012133835A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to woodwork, particularly, to equipment for through impregnation of wood with fluids. Proposed device comprises welded frame 1 with metal tube 2 secured thereto, left taper nozzle 3, right taper nozzle 4, ultrasound radiator 5 acting radial direction, impregnation fluid tank 6, hydraulic pump 7, pressure gage 8, pressure pneumohydraulic accumulator 9, hydraulic pulsator 10 with check valve, auxiliary pipeline 11, water collection tank 12, horizontal hydraulic cylinder 13, ultrasound radiators 14 acting in horizontal direction. Extra ultrasound radiators are secured in metal tube generatrix to get in contact with processed wood at spacing multiple of half the ultrasound wavelength in wood. Hydraulic pulsator incorporates encased distribution mechanism composed of the shaft with mutually perpendicular bores and working fluid feed channels that allow working fluid oscillation frequency of 0.3-10 Hz and amplitude of 0.1-0.2 mm.

EFFECT: expanded performances.

2 dwg

Description

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к оборудованию сквозной пропитки древесины жидкостями.The invention relates to the woodworking industry, in particular to equipment for through impregnation of wood with liquids.

Известны устройства для пропитки и сушки древесины под избыточным давлением (патент РФ №2255857, В27К 5/04, 2004 г.; патент РФ №2307026, В27К 3/10, В27К 5/04, F26В 5/04, 2007 г.).Known devices for the impregnation and drying of wood under excessive pressure (RF patent No. 225857, B27K 5/04, 2004; RF patent No. 2307026, B27K 3/10, B27K 5/04, F26 5/04, 2007).

Недостатком устройства является то, что они позволяют осуществить лишь поверхностную пропитку древесины.The disadvantage of this device is that they allow only surface treatment of wood.

Известно устройство для пропитки древесины под давлением, позволяющее осуществить сквозную пропитку древесины легкопропитываемых пород древесины (патент РФ №2227779, В27К 3З/10, 2004 г.).A device for impregnating wood under pressure is known, which allows for through impregnation of wood of easily impregnated wood species (RF patent No. 2227779, B27K 3Z / 10, 2004).

Известен гидравлический пульсатор для древесины (патент РФ №2433001, В06В 1/18, 2011 г.). Однако этот пульсатор не позволяет ускорить процесс движения жидкости в древесине.Known hydraulic pulsator for wood (RF patent No. 2433001, BV 1/18, 2011). However, this pulsator does not allow to accelerate the process of fluid movement in the wood.

Наиболее близким из известных аналогов - прототипом является устройство для пропитки труднопропитываемых пород древесины, описанное в способе пропитки древесины с торца под давлением (патент РФ №2378106, В27К 3/02, В27К 3/08, 2009 г.). Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет вводить в древесину вязкие и высокомолекулярные жидкости, например красители, стабилизаторы размеров, пластификаторы упрочнители, наиболее эффективные антисептики.The closest known analogue - the prototype is a device for the impregnation of difficult to impregnate wood species described in the method of impregnating wood from the butt under pressure (RF patent No. 2378106, V27K 3/02, V27K 3/08, 2009). The disadvantage of this device is that it does not allow viscous and high molecular weight liquids to be introduced into the wood, such as dyes, size stabilizers, plasticizers, hardeners, and the most effective antiseptics.

Изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей установки и дает возможность пропитывать древесину вязкими и высокомолекулярными жидкостями, а также суспензиями и гелями наночастиц.The invention solves the problem of expanding the functionality of the installation and makes it possible to impregnate wood with viscous and high molecular weight liquids, as well as suspensions and gels of nanoparticles.

Это достигается тем, что в устройстве для пропитки древесины с торца под давлением, содержащем металлическую трубу, к торцам которой прикреплены конусные насадки, в одной из которых встроен ультразвуковой излучатель, горизонтальный гидроцилиндр, гидропульсатор пневмогидравлический аккумулятор, согласно изобретению по образующей металлической трубы закреплены ультразвуковые излучатели, контактирующие с обрабатываемой древесиной, на расстоянии между собой, кратном длине полуволны ультразвуковых колебаний в древесине, а гидропульсатор имеет в корпусе распределительный механизм, выполненный в виде вала со взаимно перпендикулярными отверстиями и каналами подвода рабочей среды, позволяющий задавать частоту колебаний рабочей среды 0,3-10 Гц и амплитуду 0,1-2 мм.This is achieved by the fact that in the device for impregnating wood from the end under pressure containing a metal pipe, conical nozzles are attached to the ends, in one of which there is an ultrasonic emitter, a horizontal hydraulic cylinder, a hydro-pulsator, a pneumohydraulic accumulator, according to the invention, ultrasonic emitters are fixed by a metal pipe in contact with the treated wood, at a distance between themselves, a multiple of the half-wavelength of ultrasonic vibrations in the wood, and The OR has a distribution mechanism in the housing, made in the form of a shaft with mutually perpendicular openings and channels for supplying a working medium, which allows you to set the frequency of oscillations of the working medium of 0.3-10 Hz and an amplitude of 0.1-2 mm.

Известно, что по мере роста дерева центральная часть ствола прекращает сокодвижения, и микрокапиляры и поры древесины забиваются отложениями смолы, камедей, восков и т.д. У лиственных пород поры зарастают тилами, затрудняющими движение жидкости (см. Б.Н.Уголев Древесиноведение с основами лесного товароведения. Учебник. М.: МГУЛ, 2006 - 340 с.). Маловязкие и низкомолекулярные жидкости могут двигаться, по самим волокнам древесины или огибая отложения в порах и торусы, если вся капилярно-пористая структура древесины приведена в подвижное состояние, что и реализуется в способе пропитки по патенту №2378106. В настоящее время наиболее эффективным способом упрочнения древесины является введение в нее гидрогеля нанокристаллической целлюлозы, однако реализация этого способа возможна лишь для самой легкопропитываемой древесины березы, где в порах отсутствуют отложения и торусы. Глубина пропитки с торца под давлением при этом не превышает 0,5 м.It is known that as the tree grows, the central part of the trunk stops sap flow, and microcapillaries and pores of the wood become clogged with deposits of tar, gums, waxes, etc. In hardwood, the pores are overgrown with tyls, which impede fluid movement (see B.N. Ugolev, Wood Science with the Fundamentals of Forestry Commodity Science. Textbook. Moscow: MGUL, 2006 - 340 p.). Low-viscosity and low molecular weight liquids can move along the wood fibers themselves or around deposits in pores and tori if the entire capillary-porous structure of the wood is brought into a mobile state, which is implemented in the method of impregnation according to patent No. 2378106. At present, the most effective method of hardening wood is the introduction of a hydrogel of nanocrystalline cellulose into it, however, the implementation of this method is possible only for the most easily absorbed birch wood, where deposits and tori are absent in the pores. The depth of impregnation from the end under pressure does not exceed 0.5 m.

Для разрушения торусов и выбивания из пор отложений необходимый перепад давлений в процессе колебаний жидкости должен составлять 2-2,5 МПа, а амплитуда колебаний 0,1-2 мм. Кроме того, воздействие ультразвука должно осуществляться по всей длине заготовки, причем излучатели должны располагаться на расстоянии, кратном длине волны, т.е. когда их колебания в древесине складываются, и, следовательно, амплитуда колебаний возрастает, и они взаимно усиливают друг друга.For the destruction of tori and knocking out sediment pores, the necessary pressure drop in the process of fluid oscillations should be 2-2.5 MPa, and the oscillation amplitude is 0.1-2 mm. In addition, the effect of ultrasound should be carried out along the entire length of the workpiece, and the emitters should be located at a distance multiple of the wavelength, i.e. when their vibrations in the wood add up, and therefore the amplitude of the vibrations increases, and they mutually reinforce each other.

На фиг.1 представлена общая схема устройства; на фиг.2 - схема гидропульсатора.Figure 1 presents the General diagram of the device; figure 2 is a diagram of a hydro pulsator.

Устройство содержит сварную раму 1, с закрепленной на ней металлической трубой 2, левую конусную насадку 3, правую конусную насадку 4, ультразвуковой излучатель 5, действующий в радиальном направлении, 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, ультразвуковые излучатели 14, действующие в поперечном направлении. Гидропульсатор содержит корпус 15, распределительный механизм 16, выполненный в виде вала со взаимно перпендикулярными отверстиями и каналами подвода рабочей среды, позволяющие задавать частоту колебаний рабочей среды 0,3-10 Гц и амплитуду 0,1-0,2 мм, входные нагнетательные штуцера 17, общую смесительную полость 18, выходной штуцер переменного давления 19.The device comprises a welded frame 1, with a metal pipe 2 fixed to it, a left cone nozzle 3, a right cone nozzle 4, an ultrasonic emitter 5 acting in the radial direction, a container with impregnating liquid 6, a hydraulic pump 7, a pressure gauge 8, a pneumohydraulic pressure accumulator 9 , a hydro pulsator 10 with a non-return valve, an auxiliary pipe 11, a water collecting tank 12, a horizontal hydraulic cylinder 13, ultrasonic transducers 14 operating in the transverse direction. The hydraulic pulsator comprises a housing 15, a distribution mechanism 16, made in the form of a shaft with mutually perpendicular openings and channels for supplying a working medium, allowing to set the frequency of oscillations of the working medium of 0.3-10 Hz and an amplitude of 0.1-0.2 mm, inlet discharge nipples 17 , the total mixing cavity 18, the outlet fitting of variable pressure 19.

Устройство работает следующим образом. Сырое оцилиндрованное бревно закладывается в металлическую трубу 2. Закрывается левая 3 и правая 4 конусные насадки. Гидроцилиндром 13 осуществляется закрепление заготовки в неподвижное положение. Затем к пропитываемой заготовке подкручиваются все ультразвуковые излучатели 5 и 14. Включается насос 7, подающий из бака 6 пропиточную жидкость в полость между металлической трубой 2 и пропитываемой заготовкой. Включаются ультразвуковые излучатели 5 и 14. Затем включается гидравлический пульсатор 10, подающий пропитываемую жидкость в торец заготовки. После завершения процесса пропитки жидкость сливается в емкость для сбора воды 12.The device operates as follows. Raw rounded log is laid in a metal pipe 2. Closed left 3 and right 4 conical nozzles. The hydraulic cylinder 13 is carried out fixing the workpiece in a stationary position. Then, all ultrasonic emitters 5 and 14 are tightened to the impregnated workpiece. A pump 7 is turned on, supplying impregnating liquid from the tank 6 to the cavity between the metal pipe 2 and the impregnated workpiece. The ultrasonic emitters 5 and 14 are turned on. Then the hydraulic pulsator 10 is turned on, supplying the impregnated liquid to the end face of the workpiece. After completion of the impregnation process, the liquid is discharged into a container for collecting water 12.

Пример 1. Для пропитки оцилиндрованного бревна из сосны диаметром 21,5 см и длинной 3 м его укладывают в трубу. Затем бревно зажимают между рабочей и вспомогательной головками. Происходит полная герметизация устройства. В трубу закачивают каменноугольное масло с температурой 60°С, и создают гидравлическое давление 30 атм. Одновременно с этим включают ультразвуковые головки с интенсивностью колебаний 13 Вт/см². Включают гидропульсатор, задающий амплитуду 0,15 мм с частотой 5 Гц. Время пропитки при этом составляет 108 мин. Содержание каменноугольного масла в древесине по всему сечению бревна составило 22% по отношению к абсолютно сухой древесине.Example 1. To impregnate a rounded log of pine with a diameter of 21.5 cm and a length of 3 m, it is placed in a pipe. Then the log is clamped between the working and auxiliary heads. The device is completely sealed. Coal oil with a temperature of 60 ° C is pumped into the pipe and a hydraulic pressure of 30 atm is created. At the same time include ultrasound heads with an intensity of 13 W / cm ² . They include a hydro pulsator that sets the amplitude of 0.15 mm with a frequency of 5 Hz. The impregnation time is 108 minutes. The content of coal oil in the wood over the entire cross section of the log was 22% with respect to absolutely dry wood.

Пример 2. Для пропитки оцилиндрованного бревна из осины диаметром 19 см и длинной 3 м его укладывают в трубу. Затем бревно зажимают между рабочей и вспомогательной головками. Происходит полная герметизация устройства. В трубу закачивают водный раствор карбамида с красителем индиго с температурой 55°С и создают гидравлическое давление 25 атм. Одновременно с этим включают ультразвуковые головки с интенсивностью колебаний 17 Вт/см². Включают гидропульсатор, задающий амплитуду 0,13 мм с частотой 6 Гц. Время пропитки при этом составляет 45 мин. Содержание водного раствора карбамида с красителем индиго в древесине по всему сечению бревна составило 22% по отношению к абсолютно сухой древесине.Example 2. To impregnate a rounded log of aspen with a diameter of 19 cm and a length of 3 m, it is placed in a pipe. Then the log is clamped between the working and auxiliary heads. The device is completely sealed. An aqueous urea solution with an indigo dye with a temperature of 55 ° C is pumped into the pipe and a hydraulic pressure of 25 atm is created. At the same time include ultrasonic heads with an intensity of 17 W / cm ² . They include a hydro pulsator that sets the amplitude of 0.13 mm with a frequency of 6 Hz. The impregnation time is 45 minutes. The content of an aqueous urea solution with indigo dye in the wood over the entire cross section of the log was 22% relative to absolutely dry wood.

Преимуществом данного устройства является то, что оно позволяет не только полностью реализовать способ по патенту РФ №2378106, но и селективно прокрашивать труднопропитываемую древесину различными высокомолекулярными красителями, изменяя их текстуру. Например, путем двойной пропитки можно из древесины осины по всему сечению заготовки получить текстуру древесины с махагони или палисандра.The advantage of this device is that it allows you not only to fully implement the method according to the patent of the Russian Federation No. 2378106, but also to selectively stain hard-to-absorb wood with various high molecular weight dyes, changing their texture. For example, by double impregnation it is possible to obtain a wood texture from mahogany or rosewood from aspen wood over the entire cross section of the workpiece.

Claims

A device for impregnating wood from an end face under pressure, comprising a metal pipe, conical nozzles are attached to its ends, one of which has an ultrasonic emitter, a horizontal hydraulic cylinder, a hydraulic pulsator, a pneumohydraulic accumulator, characterized in that additional ultrasonic emitting contactors are fixed along the generatrix of the metal pipe with processed wood, at a distance between themselves, a multiple of the half-wavelength of ultrasonic vibrations in the wood, and the hydro-pulsator has the housing is a distribution mechanism made in the form of a shaft with mutually perpendicular openings and channels for supplying a working medium, which allows setting the frequency of oscillations of the working medium of 0.3-10 Hz and an amplitude of 0.1-0.2 mm.