毕业设计（论文）-LT-600固定式夹层锅设计.doc

LT-600固定式夹层锅设计说明书1绪论1.1夹层锅用途及特性1.用途：不锈钢夹层锅又名夹层蒸气锅，广泛用于糖果、制药、乳品 、酒类、糕点、饮料、蜜饯、罐头等食品加工，也可用于大型餐厅或食堂熬汤、烧菜、炖肉、熬粥等，是食品加工提高质量、缩短时间、改善劳动条件的优良设备。2.工作原理:工作时,物料从进料口输送至锅内。然后进气管通蒸汽,达到了工作压力时关闭进气阀门。通蒸气时,如果压力过大,则安全阀自动打开,释放多余的压力。当夹套内有冷凝水时,疏水阀工作,排出冷凝水。加热完毕后,打开卸料阀,物料则排放出来。3. 特性：夹层锅以一定压力的蒸汽为热源（也可选用电加热），夹层锅具有受热面积大、热效率高、加热均匀、液料沸腾时间短、加热温度容易控制等特点。夹层锅锅内层锅体(内锅)采用耐酸耐热的奥氏型不锈钢制造,配有压力表和安全阀,外型美观、安装容易、操作方便、安全可靠。1.2夹层锅的分类及主要性能参数1.2.1 夹层锅的分类1）按结构形式分为：固定式夹层锅和可倾式夹层锅；2）按有无搅拌装置分为:带搅拌式夹层锅与不带搅拌式夹层锅；3）按加热方式分为：电加热夹层锅、蒸汽加热夹层锅。1.2.2 夹层锅主要技术特性、参数1）各型号夹层锅受热面积及液料沸腾时间表型号受热面积（M2）参数沸腾时间 （min)液料及加入量(Kg)蒸气压力(MPa)G500.45自来水500.345G1000.58自来水1000.356G1500.88自来水1000.367G2001.13自来水1000.389G3001.43自来水1000.31015G4001.75自来水1000.31118G5002.00自来水2000.31520G6002.30自来水2000.31520表1.1 各型号夹层锅受热面积及液料沸腾时间表2）各型号夹层锅性能参数产品型号公称容量(L)形式额定工作压力(MPa)搅拌速度(r/min)最大可倾角进出口管径(inch)电机功率(kw)直径深(cm)G50-I50/5240可倾0.090.5901/2G50-II搅拌360.55G100-I100/7050可倾0.090.5903/4G100-II搅拌360.55G100-III搅拌0.55G200-I200/8055可倾0.090.5903/4G200-II搅拌360.55G200-III固定G300-I300/9060可倾0.090.5903/4G300-II搅拌360.75G300-III固定G400-I400/10065可倾0.090.5903/4G400-II搅拌360.75G400-III固定G500-I500/11072可倾0.090.5903/4G500-II搅拌361.10G500-III固定G600-I600/12080可倾0.090.5903/4G600-II搅拌361.50G600-III固定表1.2各型号夹层锅性能参数1.3夹层锅使用注意事项1、使用蒸气压力，不得长时间超过定额工作压力。2、进汽时应缓慢开启进汽阀，直到需用压力为止，冷凝水出口处的截止阀，如装有疏水器，应始终将阀门打开；如无疏水器，则先将阀门打开直到有蒸气溢出时再将阀门关小,开启程度保持在有少量水汽溢出为止。3、对安全阀，可根据用户自己使用蒸气的压力，自行调整。4、蒸气锅在使用过程中，应经常注意蒸气压力的变化，用进汽阀适时调整。5、停止进气后，应将锅底的直嘴旋塞开启，放完余水。6、可倾式和搅拌式夹层锅，每班使用前，应在各转动部位加油；搅拌式夹层锅锅体面上的部件，建议采用熟菜油；其它各处均采用30#-40#机械油。1.4夹层锅维护保养1、进汽管和出水管接头漏汽，当选紧螺帽不解决问题时，应添加或更换填料。2、压力表和安全阀应定期检查，如有故障及时调换和修理。3、减速箱开始使用50小时后，应拆下来放掉润滑油，用煤油或柴油冲洗，加入30#-40#干净机油，使用150小时后，第二次换油，以后可视具体情况，每使用到1000小时左右换油一次。4、防锈油剥落，应及时涂刷，涂外锅的油漆，建议采用X55-3铝粉乙烯耐水漆。5、本锅使用5年后，建议进行安全性水压试验，以后进行水压试验的间隔时间，按各地技术部门的要求进行。水压试验的压力P水按下列情况决定：当额定工作气压P额0.6MPa时,P水=0.15MPa;当额定工作气压P额=0.6-0.8MPa时,P水=P额+0.3MPa6、本锅外层锅体使用3毫米厚的钢板制造,钢号Q235,当外锅经多年锈蚀减薄到2mm以下时,应停止使用。7、本锅不锈钢的焊接和不锈钢其它钢材连接处的焊接,应采用不锈钢焊条奥102、奥107、奥132、奥137,不宜采用其它牌号。2夹层锅整体设计此次设计的夹层锅型号为:LT-600 L指立式。T指夹套材质为碳钢。600指有效容积为600L。2.1性能参数的确定1.最大工作压力:0.35Mpa2.设计压力:3.工作温度:1454.容积:600L5.容器直径:600mm6.容器高度:760mm7.腐蚀裕量:C=1mm2.2设备的主要组成部分1.锅体夹层锅的主要部分,主要作用为盛装物料与通压力蒸气。2.管口的接管用于连接锅体与外部结构。3.支脚用于支撑锅体。4.疏水阀用于排冷凝蒸汽水。5.安全阀排蒸气及控制气体的压力。6.搅拌装置搅拌物料,使物料均匀受热。7.支撑板及底座支撑减速机及电动机。8.传动装置设备的动力机构,带动搅拌器运行。3夹层锅各零部件的设计3.1锅体锅体由内层锅与外层锅焊接而成3.1.1内层锅1.材质的确定在满足安全和使用条件的前提下，还要考虑工艺性和经济性。 参考GB150-1998内层锅选用材料不锈钢OCr18Ni9, 固溶10101150快冷处理，拉伸强度，屈服强度，弯曲疲劳极限，扭剪疲劳极限。内层锅形状为一个半球壳与一段圆柱壳。球壳半径为600mm圆柱壳高160mm.加工方法为冲压。满载物料时,锅受物料给的力.示意图:2.受力分析及壁厚的确定满载非工作状态时.内层锅所受拉力：其中 为物料的密度 取 当时， 拉伸强度条件A内层锅体的横截面积S安全系数，材质均匀，载荷和应力计算不够精确时取正常工作时，夹层锅受外压力0.35Mpa的作用。当球壳受外压力时存在着可能失稳的问题.即存在于外压球壳上的压缩应力经常是当它的数值还远远低于材料屈服极限时,球壁会突然被压瘪,这时圆形横截面一瞬间变成了曲波形.因此这是一个外压球壳的稳定计算。参照GB150-1988 只能用推算的方法算得锅的壁厚。算得的厚度为4mm计算方法如下:假设:a),令定出b)利用公式计算系数A=0.000625c)根据所用材料查图表求得系数B=60则许用外压力小于0.35Mpa为内层锅的名义厚度 内层锅的有效厚度A. B均为BG150-1988图-3图-10查找的系数C 为腐蚀裕量.取1mm由以上的计算，可知:内层锅的厚度符合工作需求3.压力试验容器制造时钢板经弯卷或焊接或拼装工序以后,能否承受规定的工作压力。是否会发生过大的变形。在规定的工作压力作用下.焊缝等处又会不会发生局部渗漏?必须经过压力试验予以考核。采用液压试验:液压试验时压力应缓慢上升,达到规定的试验压力()后,保压10-30分钟,然后降至设计压力p.至少再保持30分钟,以检查容器的密封性及强度。液压试验强度条件:此内层锅用冲压而得,无焊接.因此焊接系数故强度符合条件3.1.2外层锅1.材质的确定选用Q235-B。材料的力学性能:屈服点 抗拉强度 加工方法为冲压.2.尺寸的确定考虑到内.外二层之间要通蒸气以及外层内壁必须附加一层隔热层。取内层锅与外层锅的距离为50mm.则外层锅的内径为654mm设其厚度为则:锅内壁要附加一层隔热层.不受介质的腐蚀。可以不考虑腐蚀因素因此取壁厚3.压力试验同样外层锅也采用液压试验:液压试验时压力应缓慢上升,达到规定的试验压力()后,保压10-30分钟,然后降至设计压力p。至少再保持30分钟,以检查容器的密封性及强度。液压试验强度条件:3.1.3开孔补强的考虑由于工作的需要,须在内层锅的锅底开一个孔,用于排料。在外层锅上开四个孔。各用于进气.出气.排水.排料。由于在内.外层锅上都开了孔。开孔后器壁金属连续性受到破坏。产生峰值应力。又由于器壁是二向应力,在开孔处装有接管。所以在开孔边缘出现的多种应力叠加的较复杂应力集中的状况。影响应力集中的因素如下:1.开孔孔径的相对尺寸d/D越大.应力集中情况越严重所以开孔不宜于过大。2.被开孔壳体的厚度/D越小.应力集中情况越严重。 为了改善应力集中的情况.须在开孔处局部补强.具体办法:在开孔处一定范围内(此范围的B=2d)补焊一块金属板以使该处得到局部增强。对于静压,常温,中低压容器常用的结构为补强圈。补强圈的材料一般与器壁相同。厚度也与器壁相同。 依据实际工作需要以及影响应力集中的因素。设计开孔尺寸如下:进气孔.D=20mm出气孔D=20mm(参照下述选择的安全阀)排料孔D=30mm排水孔D=15mm3.2锅外接管3.2.1进气孔接管选取材料:因其工作为通气。工作环境介质为水蒸气。因此选择不锈钢0Cr18Ni9 其力学性能:拉伸强度，屈服强度，弯曲疲劳极限，扭剪疲劳极限根据上面设计的进气孔孔径为20mm则进气接管管外径为20mm设其厚度为 利用公式 求得其厚度考虑到加工的方便等因素.取厚度为5mm于是管的孔径为10mm设计接管长度为65mm 加工M101.5 长为30mm的内螺纹.用于连接外部进气机构。示意图如下:3.2.2出气孔接管选取材料:因其工作为通气。工作环境介质为水蒸气。因此选择不锈钢0Cr18Ni9 根据上面设计的出气孔孔径为20mm则出气接管管外径为20mm 依据下述所选的安全阀.出气接管的内径为15mm如上算法取管的厚度为2.5mm于是管的孔径为15mm设计接管长度为30mm 加工M151.5 长为15mm的内螺纹,用于连接外部进气机构。3.2.3排水孔接管选取材料:因其工作为通气.工作环境介质为水蒸气。因此选择不锈钢0Cr18Ni9 根据上面设计的排水孔孔径为15mm则排水接管管外径为15mm如上算法取管的厚度为2.5mm于是管的孔径为10mm设计接管长度为45mm 加工M151.5 长为25mm的外螺纹。用于连接外部机构。 示意图如下:3.2.4排料孔接管选取材料:因其工作于两层锅之间。外表面工作环境为水蒸气,内表面工作环境为物料。因此选择不锈钢0Cr18Ni9根据上面设计的排料孔孔径为30mm因为此接管连接到了内层锅。中间有一部分在内层锅与外层锅之间.受外压力的作用。可以依据外压圆筒环向失稳的临界压力计算公式: 其中为筒体的有效壁厚,mm为筒体的外直径,mmL为筒体的计算长度计算得:考虑到加工的方便等因素.取厚度为5mm于是接管的孔径为20mm设计接管长度为95mm 加工M301.5 长为25mm的外螺纹.用于连接外部排料机构。3.3支脚支脚选择材料铸造铁HT150 材料的力学性能:锅体采用三个支脚支撑.位置设计如下:为了保证排水与卸料的方便.取锅底离地面距离为H为约为500mm.算得:L=621mm 取用L=620mm 支脚的作用为支撑锅体.因此当锅内满装物料时.支脚应该要有足够的强度.当满载物料时.整个锅及锅内物料总质量(锅的重量忽略)锅由三个支脚支撑.因此单个支脚受力设支脚的横截面积为应满足算得在此设定的支脚形式为：三棱锥形式.为不使支脚压坏地面.特在下方焊上一块垫板.示意图如下:具体尺寸见图纸.面积最小截面为截面B-B算得其面积A=3359 大于以上算出的13.525.因此符合工作要求.3.4疏水阀的选用3.4.1疏水阀简介疏水阀全称自动蒸气疏水阀,又名阻气排水阀.它能自动地从蒸气管路或容器中排除凝结水.空气及其它不凝性气体.并能防止蒸汽泄漏的一类自动阀门.疏水阀的工作原理如下:1.当设备刚启动时，疏水阀是凉的，膜盒感温元件收缩，阀口（A）开放，连续排出初始空气，实现快速启动。2.当冷凝水进入疏水阀时空气从阀口（A）排出，浮球随冷凝水液位上升，冷凝水从阀口（B）排出。3.当热凝水及蒸汽进入疏水阀时，膜盒内感温液体受热膨胀，带动阀芯关闭阀口（A），浮球随凝结水液位调节阀口（B），排出冷凝水。4.当没有凝结水进入疏水阀时，浮球随液位下降关闭阀口（B），由于阀口（B）总是在凝结水位以下，形成水封，无蒸汽泄漏。3.5.2疏水阀选择根据此设备上疏水阀的工作压力及工作温度.选用CS11H-16螺纹自由浮球式蒸汽疏水阀自由浮球式蒸汽疏水阀的结构简单，内部只有一个精细研磨的不锈钢空心浮球，既是浮子又是启闭件，无易损零件，使用寿命很长。装置刚起动时，管道内出现空气和低温冷凝水，手动排空气阀能迅速排除不凝结气体，疏水阀开始进入工作状态，低温冷凝水流进疏水阀，凝结水的液位上升，浮球上升，开启阀门。装置很快提升温度，管道内温度上升到饱和温度之前，自动排空气阀已经关闭；装置进入正常运行状况，凝结水减少，液位下降，浮球随液位升降调节阀孔流量；当凝结水停止进入时，浮球随介质流向逼近阀座，关闭阀门。自由浮球式蒸汽疏水阀的阀座总处于液位以下，形成水封，无蒸汽泄漏。材质：阀体、阀盖：铸铁阀座、球罩：不锈钢规格及技术参数 ： 公称通径（ DN ）： 15mm ； 公称压力（ PN ）： 1.6-4.0Mpa ； 最高工作压力 (PMO) ： 0.4 Mpa ； 最高工作温度 (TMO) ： 350 ； 工作介质：蒸汽凝结水； 无负荷漏气率小于 3% ；过冷度 0.5% 排水量表 型号 通径 (mm) 最高工作压力 不同压差 (P)下的排水量（Kg/h) 0.5 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 CS11H-16 CS11H-16C CS41H-16 15 20 25 0.4 310 500 620 0.8 260 390 500 550 580 1.2 300 340 370 400 430 460 490 1.6 260 290 320 350 380 410 440 470 3.5安全阀的选用3.5.1安全阀简介1安全阀又称排气阀。是自动阀的一种。根据工作压力能自动启闭，安装于设备或管路上。当设备或管道内压力超过规定值时，即自动开启，释放压力，从而达到安全保护的目的。2安全阀的分类按其整体结构及加载机构的不同可以分为重锤杠杆式、弹簧式和脉冲式三种。按照介质排放方式的不同，安全阀又可以分为全封闭式、半封闭式和开放式等三种。按照阀瓣开启的最大高度与安全阀流道直径之比来划分，安全阀又可分为弹簧微启示封闭高压式安全阀和弹簧全启式安全阀两种。按作用原理分类，可以分为直接作用式安全阀和非直接作用式安全阀。按压力是否调节分类，可分为固定不可调安全阀和可调安全阀。3安全阀的工作原理当设备内压力没超过额定值时.阀芯不开启. 当设备内压力超过额定值时.阀芯开启.释放压力.3.5.2安全阀选择1. 安全阀工作环境的压力为0.35Mpa2. 安全阀的工作温度为夹层锅的工作温度1473. 工作介质为蒸气.因此选用不封闭带扳手全启式安全阀4. 选择阀的公称直径为15mm根据上述选用A27W-10T型外螺纹弹簧全启式安全阀本阀适用于工作温度小于等于200度的空气,水,蒸汽等介质的设备或管道上，作为超压保护装置，当设备或管道内压力超过允许值时，阀门自动开启。继而全量排放，当压力低到规定值时，阀门自动关闭，保证设备安全运行。本安全阀的材质阀体：铸铁阀杆、阀瓣、阀座：铸铜弹簧：硅锰铜调节螺丝：黄铜3.6搅拌装置3.6.1搅拌器采用框式.示意图如下:1搅拌器功率的计算 其中:N搅拌器消耗的功率 :功率准数 :搅拌的雷诺数 :搅拌的佛鲁特数 因夹层锅的功用为煮各类物料.再以牛奶为例查得其粘度为110250(110250)物体粘度随温度升高而降.正常情况下牛奶粘度不能达到250因此这里计算取其值为200计算搅拌的雷诺数在层流区.可以不考虑佛鲁特数. 因此: 为功率因数进一步得到:2电动机功率的计算K为启动时功率超载系数,大多情况可以取1为传动机构效率为轴封损失功率为搅拌器需要的功率 其中： 变速机效率，取值为0.98 联轴器效率，取值为0.97此夹层锅密封要求不严格.因此可以不采用轴封装置.则查电动机手册,圆整为电动机的额定功率=1.5KW3搅拌器强度的校核桨叶使用材料45钢.其力学性能: 这种桨叶是具有两个完全一样的对称桨叶组成.作用力均布在两个桨叶上.使桨叶产生弯矩.最易断裂处是在轮毂根部.如图截面.此处弯矩值等于搅拌轴受扭矩的一半.please contact Q 3053703061 give you perfect drawings3.6.2搅拌轴搅拌轴的三项功能:传递旋转运动.传递扭转力偶矩.传递功率因该轴主要承受转矩，从强度及实际工作条件方面来考虑，应选用圆截面材料的选择所选材料为45钢 经调质处理，其机械性能:轴径的初步确定因轴主要承受扭矩.扭转强度条件为:对实心圆轴. 可得轴的最小直径:轴的最小直径是安装在联轴器处的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,需同时选取联轴器的型号. 联轴器的计算转矩考虑到转矩变化很少,故取=1.3则查手册选用联轴器为YL型凸缘联轴轴器YL10型号公称转矩TNNm许用转速n r/min钢轴孔直径d(H7)轴孔长度LDD1螺栓L0mm质量 mkgmm钢Y型J1Z1型数量n直径MmmY型J1Z1型YL10YLD10630600045-60112/14284/10716013012(6)M12229/289173/21912.46故取轴的直径d=45mm轴的受力分析搅拌轴在其两端受一对大小相等,转向相反的外力矩M作用.扭矩图如下:较核轴的强度因轴上各点受的扭矩相等.故安全.轴的刚度校核 工程上以单位长度扭转角不超过许用扭转角作为扭转的刚度条件:G为轴材料剪切弹性模数 45钢为轴截面极惯性矩.单位.对于实心轴为许用扭转角.取故刚度符合工作要求键的选择轴与搅拌器的连接为焊接.与联轴器的联接采用普通平键联接根据轴径d=45mm查手册,选用普通平键A型.截面尺寸为128键.长为20mm.材料为45号钢.键联接的强度验算键受到的挤压应力：T传递的转轴，搅拌轴所受的最大转矩 d轴的直径，；h键高度，h=8mm； 键的工作长度，A型平键键联接的许用挤压应力，对铸钢零件，取所以，键联接强度符合要求3.7传动装置传动装置设置在夹层锅的顶部.采用立式布置.电动机经减速装置将转速降低.至工艺要求的搅拌转速.再通过连轴器带动搅拌轴.减速机下设一机座以便安装在夹层锅的锅盖上.考虑到传动装置的装卸检修方便.在盖上焊接一底座.整个传动装置连机座一起安装在这个底座上.3.7.1电动机及减速机的选用对于此类容器的搅拌器,一般采用立式竖直轴传动,所以选用的电动机及减速机为立式安装形式的.在以上对搅拌器的分析中,为了校核搅拌器.已经对电动机的功率作了推算.为1.5KW.依据工作需求以及安装尺寸的大小,选用单级立式摆线针轮减速器:BLY1.5B235 此减速器与电机配套使用.具有传动比大,传动效率高.输出轴转速范围为17至160r/min.结构紧凑,相对体积小,重量轻.传动功率范围为0.09至55KW.其具体安装尺寸如下: 基本参数如下:功率:P=1.5KW满载转速:n=1400r/min减速比:i=35公称许用转矩:M=400Nm重量M=83Kg3.7.2底座的设计为了使减速机的装卸及维修方便.在减速机下面设计一个底座.然后将底座焊接于锅盖上.从而利于装与拆.底座的材料选择45钢.底座要与减速机的下部配合.因此设计如下:在底座上加工了6个螺孔M10X1.5.用于联接减速机用.3.7.3螺栓的选用选用GB578086M10螺栓的校核螺栓组为不受任何工作载荷作用的紧螺栓联接。尽管该联接并不受任何工作载荷作用，但是由于装配时已经将螺母拧紧，因此，螺栓必然受到预紧力F和螺纹副摩擦力矩T的作用。按照第四强度理论，螺栓危险截面上的当量应力为此处故螺栓螺纹部分的强度条件为式中经查表可得，M10的=8.367mm，许用应力取值范围为34，取=3.5Mpa。 因此螺栓强度符合条件。3.7.4支撑板的设计 在此锅盖上加一块支撑板,用于支撑电动机及减速机.此板主要用途是支撑作用.而电机重不大.因此取材料为45钢.板厚度为5mm 板的示意图如下:板上钻两个孔.其中一个用于通过传动轴.另一个用于接进料管.4夹层锅的有关计算 4.1生产能力计算. q 每次加料量,kg 操作一次的周期时间,h,5锅体隔热层 隔热层用高温粘接剂粘贴在夹层锅外层壁体的内壁 隔热层外部从里向外依次涂有防水胶膜和防水漆膜,中间是保温材料,从而减少热量向空气扩散,节约能源,缩短工作周期改善操作者作业条件,保证安全. 保温材料最里面的是石棉,再一层是钢丝网,再一层耐火水泥,珍珠岩及石棉丝拌和的材料;再一层纱布,再一层高温漆.总的厚度为20mm 6夹层锅的整体外观 7总结这次毕业设计让我达到了深化理论、学以致用、理论与实践结合的目的，给了我初步体现设计能力的机会，也反映了大学四年基础及专业知识的学习情况。鉴于