固定式夹层锅整体结构设计.docx

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固定式夹层锅整体结构设计

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）

G50

0.45

自来水50

0.3

4~5

G100

0.58

自来水100

0.3

5~6

G150

0.88

自来水100

0.3

6~7

G200

1.13

自来水100

0.3

 8~9

G300

1.43

自来水100

0.3

10~15

G400

1.75

自来水100

0.3

11~18

G500

2.00

自来水200

0.3

15~20

G600

2.30

自来水200

0.3

15~20

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-I

50/52×40

可倾

0.09

0.5

90°

1/2"

G50-II

搅拌

36

0.55

G100-I

100/70×50

可倾

0.09

0.5

90°

3/4"

G100-II

搅拌

36

0.55

G100-III

搅拌

0.55

G200-I

200/80×55

可倾

0.09

0.5

90°

3/4"

G200-II

搅拌

36

0.55

G200-III

固定

G300-I

300/90×60

可倾

0.09

0.5

90°

3/4"

G300-II

搅拌

36

0.75

G300-III

固定

G400-I

400/100×65

可倾

0.09

0.5

90°

3/4"

G400-II

搅拌

36

0.75

G400-III

固定

G500-I

500/110×72

可倾

0.09

0.5

90°

3/4"

G500-II

搅拌

36

1.10

G500-III

固定

G600-I

600/120×80

可倾

0.09

0.5

90°

3/4"

G600-II

搅拌

36

1.50

G600-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+0.3MPa

　　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。

2夹层锅整体设计

此次设计的夹层锅型号为:

LT-600L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:

0.35Mpa

2.设计压力:

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

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1010~1150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=0.000625

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

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:

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

3.1.3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=15mm

3.2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.