可倾式夹层锅的设计

1、1 绪 论1.1 引 言 夹层锅简介 夹层锅又称二重锅.双重釜等。它属于间歇式预煮设备。常用于物料的热烫,预煮,调味料的配制及熬煮一些浓缩产品。它结构简单使用方便,是定型的压力容器,属于食品预煮机械。 夹层锅用途 预煮的目的是破坏原料中的多酚氧化酶,保持原料在加工过程中不变颜色;排除原料部分水分,减少原料体积,使原料具有柔软性,方便装灌工序的操作;排除原料组织内的空气,提高成品的真空度;破坏原料的原生质,在榨汁时提高出汁率;杀灭污染在原料上的部分微生物,提高原料在加工过程中的新鲜程度;通过预煮,可使表皮蛋白质凝固,使皮与肉脱离,方便除皮操作;对于脱水产品;经预煮后能加快干燥的速度。按其深度可分

2、为线型,半深型,深型。按其操作方式可分为固定式和可倾式。最常用的为半球形(夹层)壳体上加一段圆柱形壳体的可倾式夹层锅。1.2 可倾式夹层锅概述 可倾式夹层锅结构 （图1 可倾斜式夹层锅）可倾式夹层锅主要由锅体,填料盒,冷凝水排出管,压力表,倾覆装置及排出管口等组成。锅体内壁是由一个半球形与圆柱形壳体焊接而成的容器,锅体外壁是半球形壳体,用普通钢板制成。内外壁用焊接法焊成,以防漏气。 可倾式夹层锅工作原理 全部锅体用轴颈连接在支架两边的轴承上,轴颈是空心的,蒸汽从一端的进气管通过轴颈进入夹层,通过另一端的出气管排出蒸汽。通过蒸汽的热量传递,使食品达到预煮目的。倾覆装置是专门为出料用的,包括一对具

3、有手轮的蜗轮蜗杆,蜗轮与轴颈固接,轴颈与锅体固接,当摇动手轮时可将锅体倾倒和复原。可倾式夹层锅两边的轴颈对称的。为使进气管不与外部的蒸汽输入管道一起随锅转动,一般用螺母通过螺纹连接进汽管,通过填入橡胶材料连接外部的蒸汽输入管道,停止进气后,可将锅底的冷凝水出口打开,将锅底的积水排出,每班使用前在各转动部位加润滑油。 2 可倾式夹层锅性能参数2.1 夹层锅的相关性能参数产品型号公称容量(直径<cm>）最大可倾角进出口管径液料及最大加入量G100-I10090°20mm液料密度，取一般液料密度为V半圆锅体的体积2.2 夹层锅设计要求 设计要求： 1、确保各零件有足够强度承受载

4、荷 2、确保各零件能够安装配合 3、确保各零件有足够寿命和抗腐蚀能力 4、减少加热物料的水蒸气热量散失 5、确保操作安全和省力3锅 体3.1 内层锅内层锅材料的选择 选择不锈钢0Cr18Ni9，在焊接后多用固溶处理，1100，快速冷却加热到1050,保温一段时间再快速水冷，现场一般不作固溶处理。硬度HB187，奥氏体基本钢种，用途最为广泛，耐腐蚀耐热性优良。拉伸强度，屈服强度，弯曲疲劳极限，扭剪疲劳极限。 内层锅受力情况分析 满载不倾斜时，内层锅所受拉力： 当时， 拉伸强度 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内层锅厚度，取 内层锅相关尺寸的确定 内层锅受高压

5、蒸汽压力，属于外压容器 假设内层锅厚度:-外压锅的有效壁厚-钢板厚度负偏差，-腐蚀裕量，R-外压锅体内径 0Cr18Ni9钢的B-A曲线，查得A在曲线左侧外层钢的-许可外压力 P-额定工作压力内层锅厚度符合要求内层锅内径为，外径3.2 外层锅 外层锅材料的选择 选择不锈钢OCr18Ni9奥氏体型固溶快冷处理，拉伸强度，屈服强度，硬度HB187,具有良好的耐蚀及耐晶间腐蚀性能。在轴与外层锅体接触的应力最好。 外层锅受力情况分析 分析知外层锅受拉伸应力，则有以下相关计算： 接触面积-外层锅厚度 D-外层锅与轴颈焊接处的直径 拉伸应力 外层锅相关尺寸的确定 外层锅受内部水蒸气压力，属于内压容器,对其

6、进行相关计算如下：1) 计算厚度：-筒体的理论计算壁厚，-筒体的计算压力，-筒体的设计压力，取-筒体内径，-钢板在设计温度下的许用应力时许用应力为：-焊接接头系数,2）设计厚度：-腐蚀裕量取外层锅厚度为1mm，内径，外径3.3圆柱形壳体 圆柱形壳体材料的选择选择不锈钢OCr18Ni9，奥氏体型固溶快冷处理，拉伸强度，屈服强度，硬度为HB 187，具有良好的耐蚀及耐晶间腐蚀性能。 圆柱形壳体的相关尺寸内径，外径，高3.4 排水管 排水管的相关尺寸内径5mm，外径6mm，长7mm.4 蜗轮蜗杆4.1 蜗轮蜗杆工作要求蜗轮在10s内转动90°，使得锅体在10s内转动90°卸料。蜗

7、轮蜗杆右旋，传动比,每天工作8小时，每年工作300天，使用寿命5年。4.2 蜗轮蜗杆传动受力图（见下图）4.3 蜗轮蜗杆类型的选择选择普通圆柱蜗杆传动（阿基米德蜗杆ZA型）4.4 蜗轮蜗杆材料的选择及精度的选择 蜗杆材料及精度的选择 蜗杆40Cr，表面高淬火，,齿面粗糙度。 蜗轮材料及精度的选择蜗轮材料ZCuAl10Fe3，速度较低，金属模浇铸并进行发黑处理，许用接触应力，精度GB1008988 8级。4.5 按接触强度确定主要参数及尺寸因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数；载荷均匀，无冲击，使用系数； 转速不高，冲击不大，可取动载系数； 则载荷系数。 蜗杆传动效率：暂取传动比，则 蜗轮角

8、速度： 蜗轮转速： 因为载荷稳定故在使用寿命内蜗轮循环次数： 查表得寿命系数： 蜗轮接触应力： 蜗轮转矩，当锅体倾斜角度为90°时，蜗轮所受转矩， 取齿数， 闭式传动接触强度计算： 初取 则： 标准中心距 查表取 齿轮变位系数 则查表得蜗杆直径系数，分度圆柱导程角4.6 传动效率的计算 蜗杆角速度： 滑动速度： 查表得蜗杆传动的当量摩擦角 取轴承效率与搅油效率乘积 啮合效率 蜗杆传动总效率4.7热平衡计算 由减速器装配图估算，散热的计算面积: 式中：-内表面被油浸溅而外表面又被自然循环的空气所冷却的空气所冷却的箱体表面积；-计算表面的加强筋和凸座的表面及装在金属底座或框架上的箱体底面

9、积 因通风良好，取传热系数 热平衡时润滑油的温度为： 低于润滑油允许的工作温度，一般润滑油温度应小于，不需要采取其他冷却措施。当油温过高时可采取强制冷却方式，如果蜗杆轴端装风扇或在油池内加蛇形冷却水管，采用循环油润滑等。4.8 蜗杆，蜗轮的其他主要尺寸 齿顶高： 分度圆直径： 齿根高： 齿根圆直径： 蜗杆齿宽：，取 蜗轮外径： 蜗轮咽喉母圆半径： 蜗轮齿宽： 蜗杆轴向齿距：蜗杆导程:蜗轮所受最大切向力：蜗轮所受最大圆心力： 蜗杆所受最大转矩：10 螺栓10.1 径向滑动轴承的4个螺栓 螺栓组结构设计轴如图所示结构，螺栓数，对称布置，采用铰制孔用螺栓径向滑动轴承的4个螺栓受力图 螺栓受力分析螺栓

10、所受横向力:B点所受转矩：受转矩作用螺栓的工作剪力为： 螺栓1，2所受总载荷： 螺栓材料选则，及螺栓直径的确定1）选则材料为Q253，4.6级的螺栓。底台的厚度为。屈服极限为，抗拉强度为；取静载下的安全系数，所以螺栓材料的许用应力为 取，许用挤压强度2）确定螺栓直径螺栓危险截面直径按粗牙普通螺纹标准（GB196-81），选用螺纹直径（螺纹小径，中径，螺距）10.2 固定蜗杆的2根支架（安装在三角支架上）的8个螺栓 螺栓组结构设计 支架采用如图所示结构，螺栓数，对称布置，采用饺制孔用螺栓 螺栓受力分析 1)轴向力：垂直横向力：蜗杆对O点的水平横向力：蜗杆对点的转矩：2)受转矩作用受力最大螺栓的工

11、作剪力为： 3）螺栓1，2受力最大，所受总载荷为：4）确定螺栓直径选择螺栓材料为Q235，4.6级的螺栓，屈服极限为，抗校强度，取静载下的安全系数，所以螺栓材料的许用应力为。 取，许用挤压压强: 螺栓危险截面直径：按粗牙普通螺纹标准（GB19681），选用螺栓公称直径，螺栓小径，螺距，中径10.3 固定进气管支架的螺栓 螺栓组结构设计 采用如图所示结构，螺栓数，对称布置，采铰制孔用螺栓 螺栓受力分析受转矩作用，螺栓1，2所受工作剪力为：螺栓1，2所受横向总载荷：确定螺栓直径选用螺栓材料Q235,4.6级的螺栓，屈服极限，抗校强度，取静载下的安全系数，所以螺栓材料的许用应力为：， 取，许用挤压强

12、度： 螺栓危险截面直径：按粗牙普通螺纹标准（GB19681），(选用螺纹公称直径，螺纹小径，螺距，中径11 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,再一层是耐火水泥,珍珠岩及石棉丝拌和的材料;再一层纱布,再一层高温漆。12 夹层锅的有关计算:12.1 生产能力计算q-每次加料量,kg,取 ,-操作一次的周期时间,h,12.2热量计算 加热物料消耗的热量G-一次投料量,kg,C-物料比热,物料终温及初温,

13、K;令水比热为，则 对锅体加热消耗的热量-夹层锅质量，取-锅体材料的比热，,不锈钢 -锅体初温,k(可取车间温度),取 -锅体终温,k(可取锅水或物料温度) 锅内液体表面蒸发热量 m-被蒸发液体的质量（kg）.取200kg水蒸发5%r-蒸发潜热,J/kg, 取100C常压下水的 向周围介质辐射和对流的热量损失 （J）-锅体外表面积,-锅体外壁温度,k,有绝热层时取, 取-周围空气的平均温度,K,取 -对流辐射的给热系数,； (是一个综合系数,包括) 因设备不密闭而泄漏的热量损失-漏损系数，开口预置槽式夹层锅,取 蒸汽消耗量-加热蒸汽的热焓,(J/kg);取下的水蒸汽，-加热蒸汽冷凝水的热焓,J

14、/kg-冷凝水比热,可取水的比热-冷凝水温度,近似取加热蒸汽温度,K,参 考 文 献1于永泗，齐民主编.机械工程材料.大连理工大学出版社,20032唐金松主编.简明机械设计手册.上海科学技术出版社，19893杨明忠，朱家诚主编.机械设计.武汉理工大学出版社,20014曾志新，吕明主编.机械制造技术基础.武汉理工大学出版社，20015刘鸿文主编.高等教育出版社.20006濮良贵，纪名刚主编.机械设计.高等教育出版社.20067谭建荣，张树有，陆国栋，施岳定主编.图学基础教程.高等教育出版社，20048编辑委员会编.机械工程手册.机械工业出版社，1979致 谢 这次毕业设计可以圆满的完成首先要感谢我们的指导老师涂建平老师，此次设计是在涂老师的悉心指导下完成的，涂老师广博的学识、严谨求实创新的治学风范、敏锐深刻的洞察力、开放性思维方式、平易近人的作风、对科学事业的不懈追求和孜孜不倦的工作精神都深深的影响着我，使我终生受益。在此，谨向涂老师在我做毕设期间的培养和关怀致以最诚挚的敬意和衷心的感谢！同时感谢徐雪红老师和吴彦红老师的指