Лесная, лесозаготовительная, деревообрабатывающая промышленность, лесохимическое и бумажно-целлюлозное производство, а также комплексная переработка древесины с изготовлением пеллет (т.н. «экотопливо») формируют основные сегменты предприятий лесопромышленного комплекса нашей страны с потенциалом лесных зон более 1,19 млрд. гектар (5 часть лесов в мире). Традиционно большая доля предприятий лесопромышленного комплекса сконцентрированы в Вологодской, Архангельской, Иркутской, Ленинградской областях, Карелии, республике Коми и Красноярском крае, а в производственно-технологических процессах используется различная специализированная техника для сбора, обработки, транспортировки пиломатериалов, их переработки в готовую продукцию (или полуфабрикаты для дальнейшего применения в других производствах).

Наиболее сложной по процессам, оборудованию и многоплановой по целевой деятельности предприятий является деревообрабатывающая промышленность, поставляющая на национальный рынок страны пиломатериалы, заготовки (доску, брус и пр.) для строительной отрасли, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, фанеру, мебель и т.д.

На предприятиях деревообработки практически все силовое оборудование низкого (или низкого среднего) напряжения, а также вентиляционные, насосные, компрессорные агрегаты, установки, станции работают на приводах с электродвигателями, но далеко не всегда на современных частотно-регулируемых (variable frequency drives – VFD) с ШИМ преобразователем (PWM-type variable voltage variable frequency - VVVF). Работа оборудования без VFD повышает энергопотребление, износ механических частей, риски аварийных отказов, себестоимость продукции и, соответственно снижает конкурентоспособность предприятий, а часто и качество выпускаемой продукции.

Особенности нагрузки оборудования и систем деревообрабатывающих предприятий.

В зависимости от этапа переработки бревна в готовые изделия (мебель, оконные, дверные блоки, половая доска, паркет, вагонки, наличники, плинтус) или продукции для строительства (обрезная доска, брус, бруски, фанера, древесноволокнистые, древесностружечные плиты) деревообрабатывающие предприятия используют:

• линии сортировки и упаковки, станки рамнопильные, торцешлифовальные, фрезерные, для цилиндровки бревен перед лущением, для производства паркета, барабаны полировочные, для вощения;
• станки продольного раскроя, торцовочные, маятникового, линейного типа, шипорезные, прессы сращивания заготовок по длине, многопильные, для производства и раскроя лущеного шпона из фанерного кряжа, делительные (для рубки шпона), конвейера-накопители (в линии между лущильным и рубильным оборудованием), прессы для фанеры, брикетировщики стружки, прессы для изготовления гнутоклееных деталей, щита, бруса, 3-хслойного паркета, включая плоские, вакуумные;
• круглопильные, ленточнопильные, ламелерезные, шипорезные, сверлильно-пазовальные, цепнодолбежные, фуговальные, рейсмусовые, торцовочные станки, пантографы, линии оптимизации для вырезки дефектов (сучков, смоляных карманов), линии сращивания для коротких заготовок и т.д.

Практически все деревообрабатывающее оборудование базируется на приводах от электродвигателей, а предваряет переработку пиломатериалов сушка в камерах (традиционная с увлажнением для предотвращения растрескивания, вакуумная, с термической модификацией древесины), где процесс обеспечивается принудительной вентиляцией, распылением влаги насосными агрегатами, созданием разрежения компрессорами, имеющими свою специфику нагрузки на привод (см. о вентиляционных системах здесь, о компрессорных, насосных – в этом материале).

Частотные преобразователи и приводы заслонок в деревообрабатывающей промышленности.

Если рассматривать оборудование для переработки древесины, то в зависимости от конкретного станка, агрегата, линии это может быть нагрузка с постоянным, переменным вращающим моментом и постоянной мощностью, что определяется типом и характером нагрузки (см. таблицу типа, режима нагрузки, моментов и скоростей исполнительного механизма в этом материале).

Наибольший эффект энергосбережения можно получить для нагрузок со степенной зависимостью мощности от скорости (числа оборотов) двигателя (подавляющее большинство станков, центробежные насосы, вентиляторы и пр.), однако даже при линейной зависимости (прессы для фанеры, сращивания, конвейера-накопители и т.п.) частотно-регулируемые приводы будут быстро окупаться, как за счет экономии энергии, так и благодаря снижению износа механики привода и нивелированию рисков аварийных ситуаций.

Отдельного внимания заслуживает применение приводов заслонок в деревообрабатывающей промышленности для дросселирования. Так, например, в сушильных камерах для снижения рисков растрескивания, раскалывания древесины под контролем температуры и влажности используют дозированную подачу влажного пара с принудительной циркуляцией воздуха, обеспечивающей (условно) равномерное высыхание доски в штабелях.

Регулирование потока воздуха можно осуществлять, как дросселированием воздушными заслонками/клапанами (вручную или управляемыми программно-логическими контроллерами (ПЛК) через привод), так и с помощью частотных преобразователей. Практика показывает, что при снижении расхода с 90% до 60% в случае дросселирования заслонками потребляется (а вернее – теряется) до 70% энергии, а при регулировании частотным преобразователем не более 25%.

Объяснение этому можно найти в физической аналогии работы VFD и заслонок – управлении движением автомобиля, если принять, что частотно-регулируемый привод выполняет функцию педали газа, а дросселирующий клапан/заслонка – педали тормоза. Так, при необходимости уменьшить скорость автомобиля, например, при въезде в город (или на улицу с оживленным движением) можно сбросить педаль газа и естественные силы противодействия движению (трение, сопротивление воздуха) обеспечат процесс без потери энергии двигателя. В то же время, если снижать скорость тормозными колодками (дросселирующими клапанами), то энергия тратится впустую, причем это одинаково и в случае торможения при нажатой педали газа (или работающем электродвигателе привода), и при использовании только педали тормоза, ведь полученная автомобилем кинетическая энергия могла бы использоваться в практических целях, а не на трение в колодках.

Вместе с тем, на практике неразумно использовать только частотно-регулируемый привод, или только дросселирование клапанами, заслонками, как и в случае необходимости экстренного (или быстрого) торможения автомобиля. Поэтому современные системы вентиляции, подачи/отвода жидких сред насосными установками, в том числе под давлением с использованием компрессоров работают и с VFD, и имеют в сети дросселирующие заслонки, клапаны с приводом, управляемым программно-логическим контроллером.