食品机械设备课程设计.ppt

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1、食品机械与设备课程设计 带换热装置的搅拌罐(发酵罐/均质机）设计,一、设计目的,（1）培养同学们把所学的食品机械与设备、机械制图、食品工程原理及其相关课程的理论知识，在课程设计中综合加以运用，巩固和强化有关食品工厂设备与原理课程的基本理论和基本知识。 （2）培养同学们对工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力。树立正确的设计思想，掌握搅拌通用搅拌罐设计的基本方法和步骤，为今后从事食品领域和相关技术改造工作打下一定的基础。 （3）培养同学们熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料；进一步培养学生识图、制图、运算、编写设计说明书等基本技能；完成作为工程技术人员在

2、机械设计方面所必备的设计能力的基本训练。,二、课程设计的要求,（1）树立正确的设计思想。在设计中自始至终本着对工程设计负责的态度，从难从严要求，综合考虑经济性、实用性、安全可靠性和先进性，严肃认真地进行设计，高质量完成设计任务。 （2）具有积极主动的学习态度和进取精神。在课程设计中遇到问题不敷衍，通过查阅资料和复习有关教材，积极思考、提出个人见解，主动解决问题，注重能力培养。 （3）学会正确的设计方法，统筹兼顾、抓住主要矛盾。对于初学者，往往把设计片面的理解为是理论上的强度、刚度等计算，认为这些计算结果不可更改，实际上，对于设备的合理设计，其计算结果只是设计时某一方面的依据，设计是还要考虑结构

3、等方面的要求。 （4）严格按照给定的设计任务书的设计参数设计，随意更改设计参数，将视为无效的设计，将直接重修！,三、课程设计的内容,1、准备阶段（分组、分工：1112周） （1）设计前应预先准备好设计资料、手册、图册、计算和绘图工具、图纸等； （2）认真研究设计任务书，分析设计题目的原始数据和工艺条件，明确设计要求和设计内容； （3）设计前应认真复习有关教材，熟悉有关资料和设计步骤； （4）有条件的应结合现场参观，熟悉典型设备的结构，比较其优缺点，以便选择出适当的结构为己所用，没有现场条件的也要先读懂几张典型设备图。,2、工艺计算和机械设计阶段（1315周）,根据设备的工艺条件，围绕设备内、外

4、附件的选型进行结构设计、围绕着确定厚度大小进行强度、刚度和稳定性设计和校核计算，一般步骤如下： （1）全面考虑按压力大小、温度高低和腐蚀性大小等因素来选材。 （2）选用零部件。 （3）强度、刚度、稳定性设计和校核计算。 （4）传动设备的计算与选型。 （5）绘制设备总装配图。对初学者，常采用“边算、边选、边画、边改”的作法，初步计算后，确定大体结构尺寸，分配图纸幅面，绘出视图初稿，待尺寸确定后再加深成正式图纸。 （6）绘制零部件图。 （7）提出技术要求。对设备制造、装配、检验和试车等工序提出合理的要求，以文字形式标注在总装配图上。,3、编制设计计算说明书,设计计算说明数是图纸设计的理论依据，是设

5、计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一，设计说明书内容包括： 目录 设计任务书 设计方案的分析和拟定； 各部分结构尺寸的确定和设计计算； 设计小结； 参考资料。 设计说明书要求计算正确、论述清楚、文字精炼，插图简明，书写工整，装订成册。,课程设计的图样及设计说明书全部完成后，进行课程设计审阅。（初稿提交时间1617周） 19周交正式说明书及图纸。课程设计的成绩根据图样、设计说明书所反映的设计质量和能力以及设计过程中的学习态度综合加以评定。,4、课程设计成绩评定,四、设计步骤,1、概述 阐述设计目的、所设计设备用途。进行搅拌罐（发酵罐）的总体结构设计。根据工艺（温度、压力、容量等）要求并考

6、虑制造、安装、维护检修的方便，确定各部分的结构形式，如封头的形式，传热方式，传动类型、轴封和各种附件的结构形式。,机械搅拌罐在食品加工的应用,搅拌混合：粉体物料与水的混合；萃取混合器； 食品原料加热：预煮、预热、蒸发浓缩等； 食品原料冷却：加工后的冷却 食品原料的反应：淀粉的糖化、味精的结晶操作等； 味精、酱油、柠檬酸等的发酵。,搅拌罐结构,发酵罐的结构,与普通搅拌罐比较，发酵罐增加了无菌空气通风管以及消泡器。 此外罐体的高径比等参数选择不同。,2. 罐体的设计,21 罐体的结构设计 罐体由顶盖、筒体和罐底组成，通过支座（耳座）安装在基础或平台上，罐底通常采用椭圆形封头，顶盖在受压状态下操作，

7、常选用椭圆形封头，对直径较小的搅拌罐，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支撑搅拌器及其传动装置。顶盖与罐底分别与筒体相连，罐底与筒体的连接采用焊接。筒体与顶盖的连接形式分为可拆连接和不可拆连接，筒体内径D11200mm，宜采用可拆的法兰连接，常采用甲型平焊法兰连接。大型搅拌罐一般采用焊接连接。（如图1、2、3）,2.2 罐体几何尺寸的计算,221 确定罐体的内径D（公称直径） 一般由工艺条件给定的容积（公称容积或装料量）、装料系数和高径比H/D，计算确定筒体的内径D。 全容积=公称容积+上封头容积。,V为搅拌罐公称容积或全容积。 公称容积为下封头与筒体容积之和。,对

8、于给定的是装料量数据，计算公式则不同,计算方法为根据装料量及装料系数确定全容积；再初步选定公称直径D，确定封头形式，再根据全容积计算实际公称直径，进行验算（见举例）。 也可计算出全容积直接代入 公式计算。,压力容器公称直径的选择,括号为非优先系列。,尽量不采用括号的直径系列,设计时，应将工艺计算初步确定的设备内径，调整为符合前表所规定的公称直径。 封头的公称直径与筒体一致。,222确定筒体的高度H,筒体的高度H由下式确定：,其中：Vb为下封头的容积 V1为1米高筒体的容积，与内径有关，可查手册确定。 V为公称容积。,将计算出的D与H带入H/D复核，大体符合给定范围即可。,搅拌罐尺寸关系,d/D

9、=1/21/3 W/D=1/81/12 B/D=0.81.0 s/d =1.52.5,223 确定搅拌罐筒体的厚度,根据工艺条件，筒体材料、内压力已确定的内径等参数，按薄壁内压容器强度计算公式确定筒体的设计厚度。,其中td设计厚度，mm； p为设计压力，MPa； D为薄壁圆筒内径,mm 为材料在设计温度t时的许用应力，MPa；,厚度附加量,为焊缝系数,设计压力与工作压力,注意：设计任务书中给定压力为工作压力； 使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压力或取最大工作压力1.051.10倍； 使用防爆破膜时根据其型式，一般取工作压力的1.151.4倍作为设计压力。,许用应力,许用应力是容器壳体等受压

10、元件的材料许用强度，取材料极限强度与相应的安全系数之比。 材料的极限强度的选择取决于容器材料的判废标准，对于常温或温度不高的搅拌罐，为了防止在操作过程中出现过度塑性变形或断裂等破坏形式，在工程设计中通常取屈服点s和抗拉强度b作为强度极限， 与所选材料有关，可以通过查资料或手册得到。,nb、ns分别是抗拉强度、屈服点的安全系数,安全系数是一个反映包括设计分析、材料试验制造运行控制等水平不同的质量保证参数，对于碳素钢、低合金钢、铁素体高合金钢：nb3.0 ns1.6,常用材料的许用应力数据,焊接接头系数,焊接削弱而降低设计许用应力的系数。 根据接头型式及无损检测长度比例确定。,符合压力容器安全技术

11、检察规程才允许作局部无损探伤。抽验长度不应小于每条焊缝长度的20。,厚度附加量,满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度量，包括由钢板负偏差(或钢管负偏差) Cl、腐蚀裕量 C2，即 C Cl十 C2,腐蚀速度0.05mma(包括大气腐蚀)时： 碳素钢和低合金钢单面腐蚀C21mm，双面腐蚀取C22mm， 当腐蚀速度0.05mma时，单面腐蚀取C22mm，双面腐蚀取C24mm。 不锈钢取C20。,封头的设计,封头又称端盖，结构及类型如下：,2.3.4 确定封头的厚度和结构尺寸,封头的设计已标准化，内径与筒体的内径一致，标准锥形封头、椭圆标准封头尺寸、重量可查设计资料。 封头设计厚度按工艺条件，

12、用强度计算公式进行计算。对椭圆形封头，其壁厚计算公式为:,对标准椭圆形封头:K=1,锥形封头,广泛用于化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)的底盖，便于收集与卸除设备中的固体物料。,2.3 罐体压力试验,采用水压试验，试验压力公式为 其中：为实验温度下材料的许用应力，MPa； t为设计温度下材料的许用应力，MPa。,试验压力下圆筒中的应力为： 查材料的屈服点强度s 如满足0.9 s，则压力试验强度足够。,设计厚度,搅拌罐罐体设计举例,试设计一搅拌罐罐体，工艺要求为：装料量为50t，密度为1.076t/m3，要求装料系数为0.8，最高工作压力为0.1MPa,试确定搅拌罐的主要结构尺寸

13、和壁厚。 解: （1）、选材 对于食品工业，搅拌罐的制造材料可以选用碳钢、不锈钢、合金钢，相对于其他工业来说，食品液体对钢材的腐蚀性不大，温度不高，压力为低压，故可选用16Mn钢材, 查表16MnR钢b =510MPa，安全系数nb取3，则材料在设计温度下的许用应力为T=170MPa。,（2）、计算搅拌罐的主要尺寸,搅拌罐的总容积为 搅拌罐为立式容器,上封头选用标准椭圆形封头,下封头为了考虑排料选用无折边的锥形封头,并选取筒体高度H与筒体半径D1的比值为1.2:1；上、下封头也可相同。 初选筒体直径取3600mm,查表得标准椭圆形封头的容积为6.62m3；如下封头也为椭圆形封头，则V2=V1。

14、 设锥形封头锥体高度为h,半锥顶角为30,则h= 故搅拌罐的容积由上封头容积1、下封头容积V2和筒体容积V3组成。,解得D1=3530mm，经圆整并取公称直径为D1=3600mm。H=? （3）、搅拌罐筒体壁厚计算： 取设计压力等于最高工作压力的1.1倍（1.11.4），即1.10.1=0.11MPa。同时还需判断是否需要考虑液体静压力。 罐内实装液体为50/1.076=46.47m3，下封头（锥体）部分的液体为 ，所以筒身部分实装液体为46.47-10.57=35.9m3，故筒身部分液柱高度为 ，筒体底部静压力为：,由上述计算可见，筒体部分液柱静压力0.037MPa已超过设计压力的5%，应计

15、如设计压力内，计设计压力为p=0.11+0.037=0.147MPa 筒体的焊缝采用带垫板的单面对接焊缝，局部无损伤，焊缝系数=0.8。,筒体的计算壁厚为： 根据容器最小壁厚的规定，最小壁厚应不小于3mm，腐蚀裕度另加。 由表查得钢板厚度负偏差c1=0.2mm，腐蚀裕量取c2=1mm， 所以筒体的设计厚度为： td=t+c1+c2=3+0.2+1=4.2mm 考虑安全裕量，圆整后取筒体的名义厚度为5mm。,（4）.上封头壁厚计算,上封头为标准的椭圆形封头，其壁厚按前面公式计算，对于标准椭圆形封头，形状系数K=1，所以上封头计算厚度为： 根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚应不小于3mm，腐蚀裕量

16、另加，所以上封头的设计厚度为： t上d=t上+C2=3+1+0.2=4.2mm。 取与筒体一样的厚度5mm。,（5）.下封头的壁厚计算,下封头为无折边锥形封头(半顶角30），椎体部分厚度可按下式计算： 下封头装液的高度为： 由于静压在封头底部产生的压力为： p2=H2g10766.679.80.07MPa（静压）,可见，锥形封头部分液柱静压已超过了设计压力的5%，应计入设计压力内，即锥形封头的设计压力为： p=0.110.07=0.18MPa 锥体部分的计算厚度为： 根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚应不小于3mm，腐蚀裕量另加，锥体部分的设计厚度为： t下d=tC2=31+0.2=4.2mm

17、 取与筒体一样的厚度5mm 。,（6）.压力试验,采用水压试验，试验压力公式为 其中：为实验温度下材料的许用应力，MPa； t为设计温度下材料的许用应力，MPa。,试验压力下圆筒中的应力为： 而屈服点强度s345MPa 0.9 s0.9345310.5MPa 可见,0.9 s,所以压力试验强度足够。,3. 换热装置设计,换热装置形式有夹套式、内蛇管式、内列管式和外盘管式等几种形式，根据搅拌罐容积和装料量设计选用。 不同的传热装置的实用范围:优先采用夹套。,3.1 夹套设计,确定换热方式： 中小型搅拌罐优先采用夹套换热，当夹套传热面积难以满足工艺温度的要求时，采用内蛇管或列管换热，对特别大型的搅

18、拌罐可以把采用外部夹套和内部蛇管或列管联合换热。 确定夹套材料： 挡板的设计：,夹套常用结构形式,发酵罐通常采用（b）这种结构形式,夹套几何尺寸计算,夹套的内径D2除根据工艺要求确定外，还需根据安装和结构要求合理确定，夹套的内径D2可根据筒体内径D1，按经验选取（验算）。当D超过3000时，则不能采用夹套换热。 表 夹套内径D2 mm,夹套高度H2由传热面积确定，高度不低于装料高度，通常与装料系数有关。 夹套高度H2可按下式计算： H2=( V-V封)/V1m V1m1米高筒体容积，m3/m；V为全容积。 夹套所包围的罐体表面积(筒体表面积F筒+封头表面积F封)一定要大于工艺要求的传热面积F，

19、即:,夹套的强度(厚度)计算,按内压薄壁容器对夹套筒体和封头进行强度计算，计算公式与釜体计算公式完全相同（将罐体抽出，夹套可以看成一个比罐体大的容器，按薄壁容器设计夹套的厚度）。 最后对夹套进行水压校核计算。,例 2,以下表的工艺条件为例，进行罐体结构设计计算,（1）. 确定筒体的直径和高度,根据操作容积，确定装料系数为0.8，计算全容积： V=VL/0.8=1.5/0.8=1.875m3 取搅拌罐的高径比H/D=1.2,取整，公称直径D=1200mm,计算筒体高度H,筒体高度圆整为H=1.4m 演算实际高径比H/D=1.4/1.21.16 复核结果基本接近1.2，满足要求。,（2）. 确定夹

20、套的直径和高度,对于筒体内径D=700-800mm，夹套的内径D1=D+100, 因此Dj=1200+100=1300mm，符合压力容器公称直径。 夹套高度计算： 选取夹套高度Hj=1200mm，则H0=H-Hj=1400-1200=200mm，这样是便于筒体法兰螺栓装拆的。 夹套面积验算：F=F1H1+Fh=3.771.2+1.71=6.23m26m2 夹套传热面积符合设计要求。,（3）. 确定夹套的材料和壁厚,选用Q235-A（A3）为夹套材料，查手册对板厚为4.516mm时，Q235-A在设计温度为150的许用应力t=113MPa，夹套加热蒸汽系统装有安全阀，选取夹套设计压力pd=1.1

21、p，即pd=0.44MPa，夹套筒体与内筒的环焊缝因无法双面焊和作相应的探伤检查，从安全考虑，夹套上所有焊缝均取焊缝系数=0.60，取壁厚附加量偏差c1=0.60，单面腐蚀裕度c2=1mm。夹套的壁厚计算如下：,夹套封头壁厚计算,采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取c=1.6mm 圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头的壁厚均为6mm。,夹套与釜体连接与安装,夹套与釜体的连接可分为: 不可拆卸的整体夹套； 可拆卸的整体夹套。,不可拆整体夹套：一般采用焊接。,可拆卸的整体夹套,夹套与罐体用螺栓连接。,夹套的安装,夹套与筒体的焊接点与法兰的距离要考虑装拆法兰螺栓的方便，一般不小于150

22、200mm。,根据工艺要求温度、总散热量等确定冷却装置（设管、列管等）的冷却面积、管径、长度、高度等参数。 计算依据：设计任务书中的换热面积。,3.2 蛇管换热装置,内部蛇管换热装置,水平蛇管型式： 在满足换热面积的前体下，先选择参数再计算换热面积和蛇管高度等参数。 蛇管中径与容器直径之比Dc/D=0.80; 蛇管管子外径与蛇管中径之比Dco/Dc=0.042; 每圈蛇管之间距与蛇管管子外径之比Sc/dco=1.0; 蛇管距器底的高度与容器直径之比Hc/D=0.10。,立式（蛇管）列管换热装置,蛇管的固定,如果蛇管的中心圆直径较小或圈数不多、重量不大时，就利用蛇管进出口固定在顶盖上，不再另设支

23、架固定蛇管。当蛇管比较笨重或搅拌时有振动，则则需要安装支架以增加蛇管的刚性。 一般采用支柱和(U形)螺栓固定。 蛇管常用的固定结构如图示。,蛇管支柱,因为蛇管本身有一定的重量，且进出口与罐体相连，因此，除有强烈搅拌或剧烈振动外，一般情况支柱不必与设备筒体或下封头固定连接，以便于装拆。,蛇管进出口结构,蛇管进出口一般都设置在顶盖上，有时考虑结构上方便也可设置在筒体上。,(a)用于蛇管与封头一起抽出的情况； (b)可拆卸蛇管； (c)型结构简单，使用可靠。 (d) 有衬里设备的蛇管进出口结构。 (e)进出口与顶盖采用填料函密封； (f)型为适用于常压设备。,例3：已知一容积为50m3, 罐径D为4

24、.5m的搅拌罐，其换热装置的传热面积（由传热量确定）不小于26m2,试进行蛇管的结构设计。,选取管材：根据食品料液的性质，选取不锈钢管为换热管，根据罐体容积选取公称直径为32mm的管材，壁厚为3.5mm。,管材的工程直径系列：,计算蛇管的长度,考虑蛇管由两列蛇管组成，两列蛇管的长度可根据公式计算：,Dcp=0.031+0.007/2=0.0345mm,根据结构设计，罐体直径D=4.5m，蛇管中Dc=0.8D=0.8*4.5=3.6m,根据蛇管高度与已知的装料高度比较，确定是否需要对蛇管高度进行调整。,4. 搅拌装置设计,搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。 当搅拌器型式确定后，设计的主要内容是确

25、定搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构，进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核，选择轴的支承结构。 搅拌器直径Dj与发酵罐D1内径之比根据文献推荐值选取。,4.1 搅拌器的结构形式及安装,典型的搅拌器有旋桨式、推进式、涡轮式等。设计时，搅拌器形式的选择一般根据工艺要求或由任务书给定。 搅拌器的安装形式：中心式、偏心式、倾斜式、旁入式等，一般采用中心式。,桨式搅拌器,桨叶多为两叶，搅拌器内径与罐体内径之比常取0.350.8,多用于n100r/min的场合。 桨式搅拌器常用螺栓对夹,当轴径大于50时,再加圆柱销固定。,桨式搅拌器的主要尺寸如下：,推进式搅拌器,推进式搅拌器的结构和主要尺寸:,推进式搅拌

26、器的安装,搅拌器与轴的连接是通过轴套用平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母。为防螺纹腐蚀可加轴头保护帽。,涡轮式搅拌器,有开启涡轮与圆盘涡轮两种结构型式。 涡轮式搅拌机的主要特点是： 适于搅拌多种物料，尤其对中等粘度液体特别有效；混合生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率较高； 有较高的局部剪切效应； 容易清洗和造价较高。涡轮式搅拌机常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液。,搅拌器选型,4.2 搅拌器的设计要求,通过搅拌器强度设计确定搅拌器桨叶厚度（在此不作要求）。本设计主要进行搅拌器材料、选型和搅拌器层数、主要外形尺寸等的确定。,搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴，主要是进行结构设计（包括轴的支

27、承结构）和强度校核，对于转速n200r/min的轴，还要进行临界转速的校核。,4.3 搅拌轴设计,4.3.1 搅拌轴的结构,常用实心或空心直轴，结构型式根据轴上安装搅拌器类型、支承的结构和数量，以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。 连接桨式和框式搅拌器的轴头较简单，因用螺栓对夹，所以用光轴即可；连接推进式和涡轮式搅拌器的轴头需车削台肩，开键槽，轴端还要车螺纹。 较长的搅拌轴，为加工和安装的方便，常分段制造后用联轴器连接起来。安装搅拌器部分称搅拌轴，与减速器输出轴相联的轴称传动轴，与联轴器配合的轴头部分，按联轴器的要求而定。（见图）,4.3.2 搅拌轴强度校核计算,搅拌轴的特点

28、是细长,搅拌器安装在轴的最远端,轴经常受到的载荷是扭转载荷、弯曲载荷和轴向载荷等组成的合成载荷。计算比较复杂。工程实际中常采用近似的方法进行强度计算，假定轴只承受扭矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料的许用应力，弥补由于忽略弯曲载荷引起的误差。,搅拌轴的直径可按下式估算： mm 式中：P为轴传递的功率，kW； n为轴的转速，r/min； A为随许用剪应力 变化的系数；可查手册选取； 为轴材料的许用剪切应力，MPa。 通常搅拌轴强度校核计算常与轴结构设计同时进行，边画图、边计算、边修改。 设计的d30mm,4.3.3 搅拌轴的支承结构,搅拌轴的支撑常采用滚动轴承。搅拌轴的滚动轴承选型通常根据转

29、速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。,轴承,一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。当搅拌轴较长时，轴的刚度条件变坏，需要增加轴承。为保证搅拌轴悬臂稳定性，轴的悬臂L1、轴径d和两轴承间距B应满足系列关系： L1/B45；L1/d4050。 若轴封能起支承作用，式中B算至轴封处，当d的裕量较大（即取值偏大）和轴转速较低，L1/B及L1/d取偏大值，否则取偏小值。,4.3.4 搅拌轴临界转速校核,搅拌轴上装有搅拌器，往往由于结构不对称、加工安装有误差等原因，使回转中心离开轴线而产生回转离心力，使轴受到周期性载荷干扰。当周期载荷的频率与搅拌

30、轴的自然频率接近时，轴便发生剧烈振动，这种现象称为轴的共振。产生共振时，搅拌轴的转速称为临界转速。 搅拌器的转速n200转/分时，都应作临界转速校核，一般搅拌周常设计成刚性轴，使n（0.750.8) nc1。,轴的临界转速有许多阶，分别是一阶、二阶、三阶临界转速等。工程中将工作转速低于一阶临界转速的轴称为刚性轴，超过一阶临界转速的轴成为挠性轴。 当轴上装有单层且经过很好平衡的搅拌器时，其一阶临界转速nc1为：,W-轴及搅拌器的等效重量，N。,5. 传动装置设计,搅拌罐的搅拌器由传动装置来带动，传动装置通常设置在顶封头的上部，传动装置设计内容一般包括：电机、减速器的计算与选型；联轴器选型；选用和

31、设计机架和底座等。,搅拌罐搅拌装置选用电机，主要是确定电机功率、转速、型号以及安装形式和防爆要求等内容。最常用的为Y系列全封闭自扇式三相异步电动机，当有防爆要求时，可选用YB系列。 Y型三相异步电机主要技术数据查设计手册。,5.1 常用电机及其连接尺寸,电机功率可按 确定 其中：P为电机功率，KW； Pm为搅拌所需的轴功率，KW； PT为轴封摩擦损失功率，KW； 为传动系统的效率。 依据计算的电机功率，同时考虑搅拌器转速，查电机型号。,5.2 减速装置的初步设计,减速装置的类型主要有：两级齿轮传动减速器、三角皮带减速器、摆线针齿行星减速器、蜗杆传动减速器和谐波减速器。 （1）首先根据搅拌传动所

32、需要的电机功率、搅拌轴转速（即减速器输出轴的转速）。然后根据其他具体条件综合考虑，类比确定较适用的减速装置类型。 （2）考虑其他具体条件有：对减速器有无防爆要求；是单相还是双向传动；是连续还是间隙传动等;同时还要考虑维修条件对减速器空间位置的要求。 （3）当选择减速器后得到的输出转速与搅拌转速不完全一致时，在保证搅拌功率的条件下，可允许选择转速比要求转速稍低一些，但不能偏高，以免增大所需搅拌功率。,减速装置的基本类型,传动装置选型的依据是从电机轴到搅拌轴的总传动比。,传动方式,5.3 带传动减速器,带传动减速器的特点： 结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪音小。但不适用于防爆场合。 带

33、传动减速器的基本型式和主要尺寸见图。带传动设计计算的主要内容有：确定带的型号、根数、长度、带轮直径、中心距及带轮的结构尺寸等。,带的类型,按截面形状，传动带可分为：平带、形带（又称三角带）、圆形带等类型，如图33所示。普通V形带的工作面是两侧面，与平带相比，由于截面的楔形效应，其摩擦力较大，所以能传递较大的功率。普通形带无接头，传动平稳，应用最广泛。本设计主要介绍形带传动。,V形带已标准化，按截面尺寸的不同，分为O、A、B、C、D、E、F七种型号，其截面尺寸见表。,三角（V）带尺寸,三角带（V带）型号选型依据,横坐标为带传动设计功率，纵坐标为小带轮转速。,单根三角带传递的功率依据带型号及带速确

34、定,带传动设计举例,以普通V带（三角带）设计为例，已知某搅拌反应器的轴功率为2Kw,采用V带传动，搅拌转速n2=180转/分，试设计V带传动。,解：查表可知V带传动的传动效率为0.96，轴封、轴承摩擦损失功率计5% 电机功率P=（2+25%）/0.96=2.18KW 查手册取电机额定功率2.2KW 确定电机同步转速： 750 rpm 1000 rmp 1500 rpm 3000rpm 旋转同步转速为750rpm的电动机， 额定转速n=710 rpm 选用Y132S-8电机，额定功率P=2.2KW,电机转速n1=710转/分。,确定带传动的工况系数，查表取KA=1.3 计算带传动的设计功率： P

35、d=P*KA=2.21.3=2.86Kw 选择V带型号： 根据设计功率及电机转速n1，查表选择V带的A型带。 计算传动比：i=n1/n2=710/180=3.94 带轮直径计算： A型带：Dmin=75mm 为使结构紧凑，取D1=75mm,验算带速： Vmax=2530m/s，vmin=5m/s 重新选择小带轮直径d1=140mm 验算带速： vminvvmax，满足要求，故小带轮直径d1=140mm,计算大带轮的直径d2 选取带的允许滑动系数为=0.02 d2=id1(1-)=3.94140(1-0.02)=540.6 圆整，取d2=560mm 初定两带轮的中心距a0 按照0.7（d1+d2

36、)a02(d1+d2) 取a0=1000,计算带的基准长度Ldo,圆整，取Ld=3150 确定实际中心距a0，并在最大中心距和最小中心距之间。 a=a0+(Ld-Ld0)/2=1003 最大中心距amax=a+0.03Ld=1092 最小中心距amin=a-0.015Ld=953 满足要求。,计算小带轮包角,计算的小带轮包角应120 可知，小带轮的包角满足要求。,计算带的根数,为使V带受力均匀，V带根数不宜过多，一般取z10。,计算公式为： 查手册确定单根V带功率，P1=1.26Kw P1为当带根数大于1时，单根V带额定功率增量，可查表或算图计算，取P1=0.09； K为包角修正系数，取K=0

37、.93 KL为带长修正系数，取KL=1.13,带的根数取整，z=2,三角带（V带）型号选型依据,横坐标为带传动设计功率，纵坐标为小带轮转速。,单根三角带传递的功率依据带型号及带速确定,V形带的应用范围,通常V形带用于功率小于100kW、带速530m/s、传动比i7(少数可达10)、传动比要求不十分准确的中小功率传动。 。,二级传动设计,对于总传动比大的减速系统可以采用二级传动设计，其中第一级采用齿轮传动，第二级采用带传动；进行第二级带传动系统设计。,n1,n2,n3,5.4 联轴器,电机与减速器输出轴及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。 常用的联轴器有弹性块式联轴器、刚性凸缘联轴

38、器、夹壳联轴器等。这些部件都已有标准化产品，可以根据要求从手册查取。,两种联轴器的结构与尺寸,5.5 机架,机架是安放加速器用的，它一端与减速器底座尺寸相匹配，另一端与安装底盖相匹配。标准机架有无支点机架、单支点机架和双支点机架。 不同的机架用于不同的减速传动系统，具体查取使用见设计手册。,5.6 安装底盖,安装底盖采用螺栓等紧固件，上与机架相连，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。,安装底盖的公称直径与凸缘法兰的公称直径相同。形式选取时，注意与凸缘法兰的密封面配合（凸面配凸面，凹面配凹面）。,5.7 凸缘法兰,凸缘法兰一般焊接于发酵罐上封头上，用于连接搅拌传动装置，也

39、可兼作安装、检修、检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分为凸面（R）和凹面（M）两种，结构及主要尺寸见图及表。,凸缘法兰的结构及主要尺寸,（1） 密封装置,轴封是食品加工用搅拌罐的一个重要组成部分，其任务是保证润滑介质不会泄露到食品原料中。密封装置有填料函密封和机械密封，一般采用机械密封。机械密封分为平衡型和非平衡型两大类，常用的机械密封装置已有标准系列，可根据轴径等要求直接选用。,6. 其他附件的选型,密封装置尺寸确定的主要依据是轴端安装密封装置位置的轴直径,标准釜用机械密封的标记举例如下： 201DgMkT2-50/0.25 HG5-754-78 表示：动环材料为不锈钢堆焊硬

40、质合金，静环材料为浸渍呋喃石墨，与介质接触材料零件为碳钢，密封圈材料为硅橡胶，轴径d等于50mm，Pg=0.25Mpa，标准代号为：HG5-754-78的单端面大弹簧非平衡型机械密封。,（2） 法兰选择,用于搅拌罐的法兰有容器法兰和管法兰。对应有不同的标准。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰两类。 平焊法兰分甲型和乙型两种，其中甲型平焊法兰使用最广泛。,（3） 容器法兰,一般罐径小于2000搅拌罐的封头与罐体可以采用容器法兰连接，当罐径大于2000时，则不能采用法兰连接。压力容器法兰的公称直径与罐体的公称直径取同一系列值，例如DN1000的压力容器，应当配用DN1000的压力容器法兰。 法兰公称

41、压力的确定，与法兰的最大操作压力（即工作压力）与操作温度以及法兰材料有关。,材料最大允许工作压力的确定,试为操作温度300，设计压力0.6MPa的容器选配法兰。 材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。 材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。 而16MnR按公称压力0.60MPa,最大工作压力只有0.51，不能满足要求。,容器法兰选择,依据罐体公称直径和确定的公称压力选择法兰、材料、尺寸。,（4） 管法兰与接管,接管与管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是管材公称直径（DN）和公称压力（PN）。接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。 确定根据管径确

42、定管法兰材料、公称压力、主要尺寸及连接螺栓规格、数量、尺寸等。,例：选择搅拌罐罐体与封头的法兰。罐内径1000mm，操作温度280，设计压力0.2MPa。法兰材料：Q235-A。,根据操作温度、设计压力和所用材料，应按公称压力为0.6MPa查选尺寸。 压力不高，直径不大，选用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用耐高温的聚四氟乙烯垫片。 法兰的各部尺寸从附录表中查， 联接螺栓材料Q235-A，M20共36个。,（5） 手孔及人孔,手孔及人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。 手孔直径一般为150250mm，应使工人带上手套并握有工具的手能方便通过。当设备的直径大于900mm时，应开设

43、人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。圆形人孔制造方便，应用较为广泛。人孔的大小及位置应以能进出尺寸最大设备方便为原则。 手孔和人孔的种类较多，且大部分有标准。,带颈平焊法兰手孔的基本结构,手孔结构：容器上接一短管，其上盖一盲板。,带颈平焊法兰手孔的主要尺寸,回转盖带颈平焊法兰人孔（HG21517-95）,回转盖带颈平焊法兰人孔的主要尺寸,（6） 支座,搅拌罐一般为立式安装，型式有耳座、支承式支座、 裙式支座（多用于塔设备）等。最常用的支座为耳式支座（JB/T4725-29），分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时，选B型，否则选A型。耳式支座的形式及尺寸见图所示。 每台搅拌罐常

44、用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。如果不考虑动载荷，支座承受的总重量为设备的总重量及工作介质及冷却介质的总重量之和。,耳式支座,A型耳式支座,B型耳式支座,用于小型搅拌罐或发酵罐。,B型耳式支座的主要尺寸,支承式支座,主要用于大型搅拌罐或发酵罐。用钢管、角钢、槽钢制作，或用数块钢板焊成， 型式、结构、尺寸及材料JB/T 4724-92 支承式支座。,A型支座,B型支座,适用范围和结构：,支承式支座分A型和B型。,（7） 视镜与液面计,视镜主要用来观察搅拌罐内物料混合情况，也可作液面指示镜。分为两种结构形式，其主要尺寸可查手册。,带灯有颈视镜 1-视

45、镜玻璃 2-衬垫 3-有颈接缘 4-压紧环5-双头螺栓 6-盖形螺母 7-视灯镜,带灯有颈视镜主要尺寸,当视镜需要斜装或设备直径较小时，则需采用带颈视镜。,液面计的简化画法,装配图中带有两个接管的液面计的画法（a) 带有两组或两组以上的液面计画法(b)。,液面计,液面计安装在罐壁上，指示液位的作用。,(8) 无菌空气通风管设计,仅发酵罐选用。 确定进空气管的结构形式以及空气管的管径。 一般采用单管式进空气管。 设计内容：进空气管直径、结构尺寸等。,压缩空气通风管设计举例,已知培养液为20m3，通风比（空气流量与发酵液体积之比）为0.2，发酵温度20， 无菌压缩空气条件为：压力3.5kg/cm2

46、，温度25, 确定通风管管径. 首先计算空气流量： Qg=200.2=4m3/min 计算压缩空气流量： 取通风管内压缩空气流速为10m/s，则管径为： 选用603.5的无缝钢管。,(9) 消泡器设计,用于通风发酵罐，消除产生的泡沫。 一般选用耙式消泡器，确定消泡器的材料、主要尺寸以及安装位置。,装配图的作图要求,1. 视图 要求作主视图和俯视图; 必要的时候,可以作局部剖视图; 2. 尺寸标注 为设备制造、装配、安装检验提供的尺寸数据有： 表示设备总体大小的总体尺寸； 表示规格大小的特性尺寸； 表示零部件之间装配关系的装配尺寸； 表示设备与外界安装关系的安装尺寸,装配图格式,3. 管口符号和

47、管口表,搅拌设备上的管口都有专门用途,都应注明,常用拼音字母顺序编号,并把管口的有关数据和用途等内容标注在专门列出的管口表中 4.零部件编号及明细表 把组成设备的所有零部件依次编号,并把每一个编号的零部件名称、规格、材料、数量、单重及有关标准号等内容，填写在主标题栏上方的明细表内。,5. 技术特性表,技术特性表用表格形式列出设备的主要工艺特性，如操作压力、操作温度、物料名称、设备容积等。 6.技术要求 技术要求常用文字说明的形式，提出设备在制造、检验、安装、材料、表面处理、包装和运输等方面的要求。,7.标题栏,标题栏常放在图样的右下角，有规定的格式，用以填写设备名称，主要规格、制图比例、设计单位、图样编号以及设计、制图、校审人员的签字等。,参考资料,1 陈偕中主编.化工设备设计全书.化学工业出版社.北京:375-415 2 陈乙崇主编.搅拌设备设计.化学工业出版社.北京.79-154 3. 化工设备机械基础，化工出版社，2004 4. 化工设备机械基础课程设计 5. 化工设备设计全书搅拌设备设计,