CC BY
1УДК 62
Соколов И.В.
аспирант
Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург, Россия)
ВАКУУМНЫЙ НАСОС ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЮ ДРЕВЕСИНЫ
Аннотация: в статье рассматривается актуальность выбора водоструйного типа вакуумных насосов для проведения лабораторных испытаний по термомодифицированию древесины, принцип его работы, а также предложения по оптимизации его использования.
Ключевые слова: термомодифицирование древесины, вакуумные насосы, водоструйные насосы.
Термомодифицирование древесины - инновационное направление в развитии деревообработки, позволяющее создать материал, не только сохраняющий экологичность и все преимущества натуральной древесины, но и значительно превосходящий её - и по эстетическим, и по многим физико-механическим свойствам, и в десятки раз более долговечный, чем обычная древесина.
Термомодифицирование проводится при высоких (от 160 до 260 °С) температурах по специальной технологии в бескислородной среде, без применения каких-либо химических средств. В качестве защитной среды, предотвращающей воспламенение древесины, в зависимости от технологии, применяется насыщенный водяной пар (финская технология Thermowood®), инертные газы (французская технология Retification®), органические масла (немецкая технология Oil HeatTreated) и т.д.
Одним из наиболее перспективных направлений создания новых, наиболее эффективных, с точки зрения снижения стоимости и получения продукции высокого качества, технологий термомодифицирования древесины является использование в качестве защитной среды - разряженного воздуха, вакуума.
Проблема в том, что многие вакуумные насосы не предусмотрены для работы в агрессивных условиях высоких температур, а продолжительность процесса термомодификации, в зависимости от технологии и необходимой степени термомодифицирования древесины, составляет от нескольких часов до нескольких суток.
Однако, в этих условиях возможно применение обычных стеклянных водоструйных насосов, которым нипочём ни влажный воздух, ни высокие температуры на протяжении длительного времени беспрерывной работы. При этом их стоимость существенно ниже электрических вакуумных насосов, а регулировка степени вакуума может осуществляться изменением скорости потока воды. В связи с этим, выбор водоструйного типа вакуумных насосов для создания термокамеры для лабораторных испытаний по термомодифицированию древесины является вполне актуальным вариантом.
В основе работы водоструйных насосов лежат уравнение неразрывности: произведение скорости течения несжимаемой жидкости V на поперечное сечение трубки тока Б есть величина постоянная для данной трубки тока, которое вытекает из условия равенства объемов жидкости, которые должны пройти через соответствующие сечения трубки (рисунок 1),
I1, s
h
ll; Лгл
Sv = const, SiV 1 = S2V 2 Рисунок 1. Уравнение неразрывности.
а также уравнение Бернулли, выведенное им в 1738 году: в установившемся движении идеальной жидкости полное давление, слагающееся из динамического, гидростатического и статического, одинаково для всех поперечных сечений трубки тока.
2
pv ,
+ pgh + р = const,
где:
p - статистическое давление,
pgh - гидростатическое давление,
pv2
—— динамическое давление.
Следствие уравнения Бернулли - давление оказывается больше в тех точках, в которых скорость течения жидкости меньше. Практическое применение это явление находит в разряжающих водоструйных насосах.
При течении жидкости в трубе с разным сечением, наибольший перепад давления будет в более узком сечении (там скорость больше). Это может привести к подсасыванию воздуха.
Рисунок 2. Статистическое давление текущей жидкости в узких частях трубы меньше, чем в широких.
Рисунок 3. Воздух засасывается в узкую часть трубы, где давление меньше атмосферного.
Используемые в лаборатории водоструйные насосы должны соответствовать ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры.
Недостатком водоструйных насосов является необходимость их подключения к источнику водоснабжения под давлением (водопроводу), а также большой расход воды.
Для решения этой проблемы можно создать замкнутый контур, состоящий из ёмкости с водой, в которую помещен насос для чистой воды, создающий необходимое давление в системе, и вакуумного водоструйного насоса, слив воды от которого осуществляется обратно в ту же ёмкость.
В результате потребление энергии, скорее всего, окажется даже ниже, чем при использовании электрических вакуумных насосов. Также, для более удобной регулировки степени вакуума, можно перед вакуумным насосом установить разветвитель шланга с кранами и им регулировать мощность потока воды.
1. ГОСТ 25336-82. Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры: межгосударственный стандарт. Введ. 1984-0101. - Москва: Стандартинформ, 2009. - 102 с;
Рисунок 4. Схема водоструйного насоса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
2. Ландау, Л. Д. Теоретическая физика Том VI. Гидродинамика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц // Теоретическая физика в 10 томах. - М.: Наука, 2006. -720 с;
3. Специальные главы технологии деревопереработки: учебное пособие / Р. Г. Сафин, Д. Ф. Зиатдинова, Н. Ф. Тимербаев, Х. Г. Мусин. - Казань: КНИТУ, 2016. - 460 с;
4. Стационарное течение жидкости. Уравнение неразрывности [Электронный ресурс] // Файловый архив студентов: сайт. Дата публикации: 10.11.2019. - Режим доступа: https://studfile.net/preview/9728044/page:4/;
5. Шаяхметова, А. Х. Основы развития техники и технологии модифицирования древесины и древесных материалов: учебное пособие / А. Х. Шаяхметова, Р. Р. Сафин, А. Е. Воронин. - Казань: КНИТУ, 2016. - 100 c
Sokolov I.V.
Ural State Forest Engineering University (Yekaterinburg, Russia)
VACUUM PUMP FOR LABORATORY TESTS ON THERMAL MODIFICATION OF WOOD
Abstract: the article discusses the relevance of choosing a water-jet type of vacuum pumps for conducting laboratory tests on thermal modification of wood, the principle of its operation, as well as proposals for optimizing its use.
Keywords: wood modification, vacuum pumps, water-jet pumps.
