固定式夹层锅整体结构设计论文

LT 600 固定式夹层锅设计说明书 1 1 绪论绪论 1 1 夹层锅夹层锅用途及特性用途及特性 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夹层锅的分类及主要性能参数 1 2 1 夹层锅的分类夹层锅的分类 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 参数 型号 受热面积 M2 液料及加入量 Kg 蒸气压力 MPa 沸腾时 间 min G500 45 自来水 50 0 34 5 G1000 58 自来水 100 0 35 6 G1500 88 自来水 100 0 36 7 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 2 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 公称容量 L 产品 型号直径 深 cm 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 G50 I 可倾 G50 II 50 52 40 搅拌 0 090 5 36 90 1 2 0 55 G100 I 可倾 G100 II 搅拌 360 55 G100 III 100 70 50 搅拌 0 090 5 90 3 4 0 55 G200 I 可倾 G200 II 搅拌 360 55 G200 III 200 80 55 固定 0 090 5 90 3 4 G300 I 可倾 G300 II 搅拌 360 75 G300 III 300 90 60 固定 0 090 5 90 3 4 G400 I 可倾 G400 II 搅拌 360 75 G400 III 400 100 65 固定 0 090 5 90 3 4 G500 I 可倾 G500 II 搅拌 361 10 G500 III 500 110 72 固定 0 090 5 90 3 4 G600 I 可倾 G600 II 搅拌 361 50 G600 III 600 120 80 固定 0 090 5 90 3 4 表 1 2 各型号夹层锅性能参数 G2001 13 自来水 100 0 3 8 9 G3001 43 自来水 100 0 310 15 G4001 75 自来水 100 0 311 18 G5002 00 自来水 200 0 315 20 G6002 30 自来水 200 0 315 20 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 3 1 3 夹层锅使用注意事项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 3MPa 6 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 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 4 2 2 夹层锅整体设计夹层锅整体设计 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 性能参数的确定性能参数的确定 1 最大工作压力 0 35MpawP 2 设计压力 1 050 3675wPPMPa 3 工作温度 145 4 容积 600L 5 容器直径 600mm 6 容器高度 760mm 7 腐蚀裕量 C 1mm 2 2 设备的主要组成部分设备的主要组成部分 1 锅体锅体 夹层锅的主要部分 主要作用为盛装物料与通压力蒸气 2 管口的接管管口的接管 用于连接锅体与外部结构 3 支脚支脚 用于支撑锅体 4 疏水阀疏水阀 用于排冷凝蒸汽水 5 安全阀安全阀 排蒸气及控制气体的压力 6 搅拌装置搅拌装置 搅拌物料 使物料均匀受热 7 支撑板及底座支撑板及底座 支撑减速机及电动机 8 传动装置传动装置 设备的动力机构 带动搅拌器运行 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 5 3 3 夹层锅各零部件的设计夹层锅各零部件的设计 3 1 锅体锅体 锅体由内层锅与外层锅焊接而成 3 1 1 内层锅内层锅 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 1010 1150快冷处C 理 拉伸强度 屈服强度 弯曲疲劳极限MPa b 520 MPa s 205 扭剪疲劳极限 1185Mpa MPa105 1 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 o x Fr FT G 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 cosGFt 其中 GVg 为物料的密度 取 33 0 8 10 kg m 32323 1414 0 60 60 160 633 2323 VRd hm 当时 0 max1800 0 633506 4FGN 拉伸强度条件 SA F st b max A 内层锅体的横截面积 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 6 S 安全系数 材质均匀 载荷和应力计算不够精确时取3 S 2 max 2 2 506 4 3 7 41 205 6006001200 t s Fs Amm A 0 002mm 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4nmm 4 13enCmm 0 eR b 利用公式计算系数 A 0 000625 0 0 125 e A R c 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 0 60 0 3 600 3 e B pMpa R 为内层锅的名义厚度n 内层锅的有效厚度e 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4mm 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 1 5Tpp 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 1 0 9 2 Te Ts e pD 此内层锅用冲压而得 无焊接 因此焊接系数1 1 1 25 0 3675 12004 69 140 90 9 205184 5 22 4 1 Te Ts e pD MPaMPa 故强度符合条件 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 7 3 1 2 外层锅外层锅 1 材质的确定 选用 Q235 B 材料的力学性能 屈服点 抗拉强度195sMpa 加工方法为冲压 375 460bMpa 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1 则 1 0 3 654 2 2 6 4 375 4 ci t p D mm 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13mm 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1 5Tpp 检查容器的密封性及强度 液压试验强度条件 1 0 9 2 Te Ts e pD 此内层锅用冲压而得 无焊接 因此焊接系数1 1 1 25 0 3675 13083 100 40 90 9 195175 5 22 3 1 Te Ts e pD MPaMPa 故强度符合条件 3 1 3 开孔补强的考虑开孔补强的考虑 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 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 8 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 15mm LT 600 固定式夹层锅设计说明书 9 3 2 锅外接管锅外接管 3 2 1 进气孔接管进气孔接管 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MPa b 520 MPa s 205 限 扭剪疲劳极限1185Mpa MPa105 1 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 1 2 pD 1DD 求得其厚度 20 0 35 0 017 22 2050 35 pD mm p 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 M10 1 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 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 10 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 M15 1 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 M15 1 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 2 5 0 0 2 59 e cr D pE L D 其中为筒体的有效壁厚 mme 为筒体的外直径 mm0D L 为筒体的计算长度 计算得 LT 600 固定式夹层锅设计说明书 11 0 5 0 50 0 35 2 52 5 300 129 2 592 59 1 85 1030 e Lp Dmm ED 考虑到加工的方便等因