Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ С ТОРЦА ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к оборудованию сквозной пропитки древесины жидкостями.

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.).

Недостатком устройства является то, что они позволяют осуществить лишь поверхностную пропитку древесины.

Известно устройство для пропитки древесины под давлением, позволяющее осуществить сквозную пропитку древесины легкопропитываемых пород древесины (патент РФ №2227779, В27К 3З/10, 2004 г.).

Известен гидравлический пульсатор для древесины (патент РФ №2433001, В06В 1/18, 2011 г.). Однако этот пульсатор не позволяет ускорить процесс движения жидкости в древесине.

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.

Изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей установки и дает возможность пропитывать древесину вязкими и высокомолекулярными жидкостями, а также суспензиями и гелями наночастиц.

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.

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.

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.

На фиг.1 представлена общая схема устройства; на фиг.2 - схема гидропульсатора.

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.

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.

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.

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.

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.