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摘要
氣流干燥機(jī)是近年來一種新型物料干燥設(shè)備，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能很好的滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要。它具有干燥效果好、體積小、熱效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、建材等行業(yè)的粒狀、粉狀并帶有一定粘性物料的干燥。
在查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料并進(jìn)行詳細(xì)綜述分析的基礎(chǔ)上，介紹了氣流干燥機(jī)在現(xiàn)代要求的工業(yè)環(huán)境中的發(fā)展歷史、在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用及我國(guó)現(xiàn)在氣流干燥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀并討論了今后的發(fā)展現(xiàn)狀。本文主要分析了干燥機(jī)的工作原理，確定了干燥機(jī)筒體的長(zhǎng)度，筒體的直徑以及操作參數(shù)，，對(duì)傳動(dòng)部分進(jìn)行了電機(jī)的選擇，傳動(dòng)部分各零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。最后用 CAD 進(jìn)行繪圖，用 Solidworks 對(duì)部分典型零件進(jìn)行了三維建模。
本次設(shè)計(jì)的干燥機(jī)體積小，工作效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，便于維修， 適合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：離心；干燥機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三維建模
XVII
ABSTRACT
Air dryer is in recent years a new item, traditional design methods have been unable to match the needs of product design. It has a good effect on dry, small size, high thermal efficiency, simple structure, and other features, it can be widely applied in the chemical, food, medicine, building materials industries diffluence and somewhat viscous materials dry. First of all, the parametric design is establish by set up a geometric model whose characteristics and sizes are bound. And then, make some of the main parameters of the model as the entrance of driving the model regenerating. Finally, Change these parameters to generate a series of the geometric models associated with the original one.
In consulting the relevant documentation and detailed summary of the analysis, describes the drying machines in the modern requirements of industrial development in the context of history, in application of the various industries and our present state-of-the-art air dryer and discusses the development of the future. And analyzes the dryer works, determining the length of the drying cylinder, the diameter of the cylinder and operation parameters, etc. Last part with Solidworks on typical parts are three-dimensional modeling.
This design of dryer is small, efficient, and the structure is simple, easy to operate, easy maintenance, suitable for modern industrial production.
Key Words：Centrifugal；Drier；Architectural design；3D modeling
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
1. 緒論 1
1.1 干燥機(jī)的發(fā)展 1
1.2 干燥機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 2
1.3 我國(guó)干燥機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向 2
1.4 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 4
2. 氣流干燥機(jī)的工作原理和經(jīng)濟(jì)環(huán)境性分析 5
2.1 氣流干燥機(jī)的工作原理 5
2.2 經(jīng)濟(jì)環(huán)境性分析 7
3. 筒體部分的設(shè)計(jì)和計(jì)算 9
3.1 氣流干燥設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原理和物料參數(shù)的給定 9
3.2 氣流干燥機(jī)操作參數(shù)的確定 14
3.3 干燥機(jī)圓筒直徑的設(shè)計(jì) 15
3.4 干燥機(jī)長(zhǎng)度的計(jì)算 17
3.5 阻力損失的分析計(jì)算 20
3.6 本章小結(jié) 22
4. 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
4.1 電機(jī)的選擇 23
4.2 聯(lián)軸器的選擇 23
4.3 減速器的選擇 24
4.4 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
4.5 軸的設(shè)計(jì)和校核 30
4.6 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 32
4.7 本章小結(jié) 33
5. 總結(jié)與展望 34
參考文獻(xiàn) 35
致謝 36
附錄一 外文譯文 37
附錄二 外文原文 46
III
臥式離心氣流干燥機(jī)的設(shè)計(jì)
1. 緒論
干燥的目的是為了物料使用或進(jìn)一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品變形，陶瓷坯料在煅燒前的干燥可以防止成品龜裂。另外干燥后的物料也便于運(yùn)輸和貯存，如將收獲的糧食干燥到一定濕含量以下，以防霉變。隨著現(xiàn)代工業(yè)，如冶金、建材、化工、陶瓷、造紙等行業(yè)迅速發(fā)展，由于自然干燥遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，各種機(jī)械化干燥器越來越廣泛地得到應(yīng)用。
1.1 干燥機(jī)的發(fā)展
遠(yuǎn)古以來，人類就習(xí)慣于用天然熱源和自然通風(fēng)來干燥物料，完全受自然條件制約，生產(chǎn)能力低下。隨生產(chǎn)的發(fā)展，它們逐漸為人工可控制的熱源和機(jī)械通風(fēng)除濕手段所代替。
近代干燥器開始使用的是間歇操作的固定床式干燥器。19 世紀(jì)中葉，洞道式干燥器的使用，標(biāo)志著干燥器由間歇操作向連續(xù)操作方向的發(fā)展?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥器則較好地實(shí)現(xiàn)了顆粒物料的攪動(dòng)，干燥能力和強(qiáng)度得以提高。一些行業(yè)則分別發(fā)展了適應(yīng)本行業(yè)要求的連續(xù)操作干燥器，如紡織、造紙行業(yè)的滾筒干燥器。
20 世紀(jì)初期，乳品生產(chǎn)開始應(yīng)用噴霧干燥器，為大規(guī)模干燥液態(tài)物料提供了有力的工具。40 年代開始，隨著流化技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度、高生產(chǎn)率的沸騰床和氣流式干燥器相繼出現(xiàn)。而冷凍升華、輻射和介電式干燥器則為滿足特殊要求提供了新的手段。60 年代開始發(fā)展了遠(yuǎn)紅外和微波干燥器。
干燥設(shè)備的科技含量初顯出主導(dǎo)作用。2004 年以來，受全國(guó)化工發(fā)展形勢(shì)持續(xù)向好帶動(dòng)，干燥設(shè)備市場(chǎng)形勢(shì)穩(wěn)中看好，生產(chǎn)企業(yè)普遍獲得了較好的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)。目前干燥設(shè)備服務(wù)化工行業(yè)的顯著特點(diǎn)是技術(shù)含量的作用日益突出。這與過去銷售產(chǎn)品主要靠?jī)r(jià)格競(jìng)爭(zhēng)已有很大不同。其中，一些干燥設(shè)備技術(shù)含量高，注重發(fā)展新品的廠家， 效益日漸提升；相反，一些產(chǎn)品技術(shù)含量低，新品和新技術(shù)開發(fā)能力弱的企業(yè)，效益開始下滑。
市場(chǎng)反應(yīng)顯示，化工行業(yè)期待干燥設(shè)備制造業(yè)按照高品質(zhì)、低能耗、環(huán)保型的要求調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，夯實(shí)應(yīng)用研發(fā)的基礎(chǔ)。在技術(shù)方面，加強(qiáng)自動(dòng)化、測(cè)試、制造工藝和材料材質(zhì)外觀設(shè)計(jì)等方面的研究。在應(yīng)用研發(fā)方面，既要注重國(guó)際間的交流與合作，又要注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)；既要注重新技術(shù)、新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，又要注重傳統(tǒng)工藝和傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的革新和創(chuàng)新。
59
1.2 干燥機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域
隨著干燥技術(shù)的日益成熟與完善，他已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，并占據(jù)著越來越重要的地位，因此也受到我國(guó)各界的極大重視。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的常規(guī)干燥設(shè)備， 以及主要的國(guó)際市場(chǎng)干燥設(shè)備，基本都在中國(guó)制造，這表明，在中國(guó)干燥設(shè)備進(jìn)口為導(dǎo)向的歷史已經(jīng)結(jié)束。預(yù)計(jì)“十五”期間，中國(guó)干燥設(shè)備在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率將達(dá)到 90%。以下列舉了干燥設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。
干燥設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域:
石油及化學(xué)工業(yè)：聚合、縮合、蒸餾、熔融、脫水、強(qiáng)制保溫。油脂工業(yè)：脂肪酸蒸餾、油脂分解、濃縮、酯化、真空脫臭。 合成纖維工業(yè)：聚合、熔融、紡絲、延伸、干燥。
紡織印染工作：熱定型、烘干、熱容染色。非織造工業(yè)：無紡布。
飼料工業(yè)：烘干。
塑料及橡膠工業(yè)：熱壓、壓延、擠壓、硫化成型。造紙工業(yè)：干燥、波紋紙加工。
木材工業(yè)：多合板、纖維板加壓成型、木材干燥。
建材工作：石膏板烘干、瀝青加熱、混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)。機(jī)械工業(yè)：噴漆、印花烘干。
食品工業(yè)：烘烤、加熱。
空調(diào)工業(yè)：工業(yè)廠房及民用建筑采暖。筑路工業(yè)：瀝青熔化、保溫。
制藥工業(yè)：烘干。
輕工業(yè)：生產(chǎn)油墨、洗衣粉。
1.3 我國(guó)干燥機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向
1.3.1 我國(guó)干燥機(jī)的現(xiàn)狀
我國(guó)的干燥工業(yè)在近 10 年來發(fā)展很快，干燥范圍不斷擴(kuò)大，干燥新工藝不斷涌現(xiàn)。在醫(yī)藥化工領(lǐng)域，流態(tài)化技術(shù)廣泛應(yīng)用于粉粒體干燥，如氣流(脈沖旋風(fēng))干燥器, 流化床(振動(dòng)、臥式多層)干燥器，為烘干膏狀物料發(fā)展了真空耙式干燥機(jī)及流化床—
——?dú)饬鹘M合干燥器。在谷物干燥方面采用干濕糧混合干燥工藝，降水幅度大，節(jié)能顯著，微波干燥也得到應(yīng)用,開發(fā)了一些帶式、廂式和滾筒式穿流干燥機(jī)，用于片狀、
塊狀顆粒狀物料的干燥，開發(fā)了一些環(huán)式氣流干燥機(jī)，用于各種高水分含量的粉狀、濕粘狀物料的干燥;開發(fā)了離心噴霧干燥機(jī)用于溶液、乳濁液或漿狀物料的干燥。
但與國(guó)外相比, 我國(guó)目前干燥設(shè)備產(chǎn)品品種少，技術(shù)水平低，產(chǎn)品質(zhì)量差，成套性不強(qiáng)，還不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)干燥設(shè)備科技含量的提高， 正在產(chǎn)生令人欣喜的效果。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)干燥設(shè)備行業(yè)一直有這樣的特點(diǎn)：生產(chǎn)規(guī)模小，入門門檻低，整體技術(shù)含量不高，全行業(yè)年銷售收入 500 萬元以下的企業(yè)約占60%以上，年銷售收入過千萬元的廠家僅占 5%～8%，產(chǎn)品檔次普遍偏低、雷同。尚未形成出口規(guī)模，出口量還不及總量的 5%，且主要銷往東南亞。
1.3.2 我國(guó)干燥機(jī)的發(fā)展方向
隨著干燥工藝的發(fā)展，干燥范圍不斷擴(kuò)大，干燥設(shè)備的市場(chǎng)需求越來越大。在化 學(xué)和建材工業(yè)中，最為廣泛的是干燥顆粒狀物料，特別是結(jié)晶物料，它們可能是有機(jī) 的, 也可能是無機(jī)的。干燥方法也是多種多樣的，特別要重視新型氣流式、流化床和噴動(dòng)床等干燥裝置的研究。在制藥工業(yè)中，干燥在生產(chǎn)過程中所占比例很大，制劑質(zhì) 量在一定程度上受干燥過程的控制。國(guó)外采用供熱流化床和脈沖流化床聯(lián)合干燥裝置, 大大強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程，從根本上改變了勞動(dòng)條件。在建筑陶瓷生產(chǎn)部門，箱式干 燥裝置應(yīng)用較普遍。采用一些新型干燥設(shè)備，如噴射式干燥器等，代替一些老式 的干燥器, 既能保證干燥產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，也可提高經(jīng)濟(jì)效益。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，干燥前景十分廣闊，近年來，農(nóng)副產(chǎn)品深加工發(fā)展迅速。農(nóng)副產(chǎn)品深加工是使農(nóng) 產(chǎn)品增值, 解決農(nóng)村富裕勞動(dòng)力, 使農(nóng)民脫貧致富的重要手段。而干燥是許多農(nóng)副產(chǎn)品深加工的重要環(huán)節(jié)。但由于干燥工藝及設(shè)備的落后，致使在收獲季節(jié)大量農(nóng)副產(chǎn) 品霉?fàn)€變質(zhì)，造成巨大損失。通過干燥，既保證了產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間貯藏，又提高了產(chǎn)品質(zhì) 量。
據(jù)權(quán)威預(yù)測(cè)，隨著技術(shù)發(fā)展，未來幾年內(nèi)中國(guó)出口干燥設(shè)備占總產(chǎn)量的比例將由 5%提升至 10%，外銷市場(chǎng)也將由東南亞拓展到歐美。國(guó)內(nèi)大型干燥設(shè)備制造與國(guó)際水平存在較大差距的局面由此可望改善。
干燥機(jī)的未來發(fā)展將在深入研究干燥機(jī)理和物料干燥特性，掌握對(duì)不同物料的最優(yōu)操作條件下，開發(fā)和改進(jìn)干燥機(jī)；另外，大型化、高強(qiáng)度、高經(jīng)濟(jì)性，以及改進(jìn)對(duì)原料的適應(yīng)性和產(chǎn)品質(zhì)量，是干燥機(jī)發(fā)展的基本趨勢(shì)；同時(shí)進(jìn)一步研究和開發(fā)新型高效和適應(yīng)特殊要求的干燥機(jī)，如組合式干燥機(jī)、微波干燥機(jī)和遠(yuǎn)紅外干燥機(jī)等。
干燥機(jī)的發(fā)展還要重視節(jié)能和能量綜合利用，如采用各種聯(lián)合加熱方式，移植熱泵和熱管技術(shù)，開發(fā)太陽(yáng)能干燥機(jī)等；還要發(fā)展干燥機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)、以保證最優(yōu)操作條件的實(shí)現(xiàn)；另外，隨著人類對(duì)環(huán)保的重視，改進(jìn)干燥機(jī)的環(huán)境保護(hù)措施以減少粉塵和廢氣的外泄等，也將是需要深入研究的方向。
1.4 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)主要是要設(shè)計(jì)出一種體積小，結(jié)果簡(jiǎn)單，干燥效果好的氣流干燥機(jī)本文主要完成干燥機(jī)筒體的設(shè)計(jì)計(jì)算以及傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。
寫作思路：
（1） 通過比對(duì)如今市場(chǎng)通用的氣流干燥機(jī)，設(shè)計(jì)出臥式離心氣流干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)以及工作原理；
（2） 通過給定一定的物料參數(shù)，設(shè)計(jì)出臥式離心氣流干燥機(jī)的主要筒體的結(jié)構(gòu)；
（3） 根據(jù)筒體的結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)出傳動(dòng)部分的重要零件零件；
（4） 分析臥式離心氣流干燥機(jī)的環(huán)保性。
2. 氣流干燥機(jī)的工作原理和經(jīng)濟(jì)環(huán)境性分析
2.1 氣流干燥機(jī)的工作原理
氣流干燥適合對(duì)顆粒狀物料進(jìn)行干燥。濕淀粉懸浮在高速流動(dòng)的熱氣流中，在流動(dòng)的氣流中達(dá)到干燥。具有以下特點(diǎn)：導(dǎo)熱系數(shù)高，導(dǎo)熱面積廣，干燥用時(shí)短。干燥過程中加熱介質(zhì)與需要干燥的物料在高速流動(dòng)的熱氣流中充分接觸，兩者接觸范圍大，增強(qiáng)了傳熱效果，從而在短時(shí)間內(nèi)揮發(fā)干燥。
旋風(fēng)分離器將干燥過的物品排出，由旋風(fēng)除塵器或布袋除塵器殼得到小部分可回收利用的飛粉。
熱敏物料特別適合用具有分散作用的風(fēng)機(jī)來進(jìn)行干燥。風(fēng)機(jī)葉輪的快速旋轉(zhuǎn)可以將濕的或者已經(jīng)結(jié)塊的物料打散，同時(shí)在此過程中混合攪拌，之后物料與氣流平行流動(dòng)。此種干燥機(jī)，適用于對(duì)結(jié)塊的，但還只是表面含有水分的物料，含濕量
≤40%。當(dāng)物料含濕量超過 40%，小于 60%時(shí)，加入物料就會(huì)比較麻煩，這時(shí)應(yīng)當(dāng)使用混料器，在濕物料中加入干物料來減小進(jìn)料的含水量。不過，采用這種方法干燥設(shè)備的總產(chǎn)量就會(huì)大幅度下降，從經(jīng)濟(jì)方面考慮這事不劃算掉的。所以，用戶應(yīng)當(dāng)先使用一些常規(guī)的機(jī)械辦法，比如說離心脫水和壓濾，來大幅度的減少進(jìn)料的含水量，保證干燥過程可以正確完成。
本次設(shè)計(jì)的干燥機(jī)是臥式離心氣流干燥機(jī)，它含有電機(jī)、圓形干燥筒和機(jī)架， 干燥筒上有進(jìn)料口和出料口，干燥筒體放置于機(jī)架上，其特點(diǎn)在于通過筒體兩端的軸承座在干燥筒體內(nèi)安裝了一個(gè)與筒體軸線重合的軸，在該軸上設(shè)有旋轉(zhuǎn)葉片。筒體一端設(shè)有該筒體切線方向上布置的進(jìn)料口，且進(jìn)料口與輸料管相連，輸料管另一端與鼓風(fēng)機(jī)相連，輸料管側(cè)壁的上方設(shè)有進(jìn)料斗。筒體另一端設(shè)有與該筒體橫斷面相連的出料口，其形狀呈錐狀體，并在該出料口上通過引料管連接旋風(fēng)分離器。軸一端通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電機(jī)相連。旋轉(zhuǎn)軸上的葉片與軸線成 20°，葉片末端均設(shè)有刮板，且旋轉(zhuǎn)葉片間距從進(jìn)料口至出料口方向依次加大。當(dāng)裝有旋轉(zhuǎn)葉片的軸轉(zhuǎn)動(dòng)
時(shí)，因每排旋轉(zhuǎn)葉片與軸線方向呈一傾角 α 設(shè)置，每排旋轉(zhuǎn)葉片相互垂直，旋轉(zhuǎn)葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中即可使物料破碎，使之干燥均勻，又可以協(xié)助熱風(fēng)推動(dòng)物料沿筒壁螺旋前進(jìn)，因此可以是幾十米的干燥距離，變成螺旋線的距離，使干燥機(jī)體積減 小。每排旋轉(zhuǎn)葉片間距從進(jìn)料口至出料口方向依次加大，因此物料干燥距離也逐漸增大，使物料干燥質(zhì)量更好。熱風(fēng)與物料同時(shí)沿圓筒切線方向設(shè)的進(jìn)料口，進(jìn)入圓形干燥筒，沿筒壁進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)向前運(yùn)動(dòng)，形成螺旋狀離心氣流，并進(jìn)行熱交換，能使物料充分干燥。
按照?qǐng)D 2.1(a)電機(jī) 1 采用可變速電機(jī)，該電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 2，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可采用皮帶或齒輪，帶動(dòng)軸 7 轉(zhuǎn)動(dòng)，軸上設(shè)旋轉(zhuǎn)葉片 3，每排旋轉(zhuǎn)葉片之間呈十字形設(shè)
置，旋轉(zhuǎn)葉片與軸線成 20°，該傾角可因各種不同物料，選擇不同角度。葉片外端設(shè)有刮板 4，以防止物料粘結(jié)筒壁，軸的兩端設(shè)有一對(duì)軸承座 9，其中靠近進(jìn)料口處的軸承座，通過筒體端部的墻板固定與筒體上，而靠近出料口處的軸承座通過輻條固定于筒體上，被干燥物料從進(jìn)料口 5 進(jìn)入設(shè)在機(jī)架 8 上的圓形干燥筒 6，隨熱風(fēng)進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行熱交換，物料在旋轉(zhuǎn)葉片作用下邊破碎，邊干燥，邊前
進(jìn)；干燥后的物料從與圓形干燥筒體橫斷面相連的呈錐狀體的出料口10 經(jīng)引料管 11 進(jìn)入旋風(fēng)分離器 12，已干燥物料從旋風(fēng)分離器下部排出，殘氣通過引風(fēng)機(jī) 13 排入大氣中。
按照?qǐng)D 2.1(b)所示，進(jìn)料口與輸料管相連，輸料管另一端與鼓風(fēng)機(jī)相連，輸料管側(cè)壁的上方設(shè)有進(jìn)料斗。物料從進(jìn)料斗 15，在螺旋定量進(jìn)給器 16 的作用下進(jìn)入輸料管 17，此管為熱風(fēng)與進(jìn)料共用，鼓風(fēng)機(jī) 14 把熱風(fēng)鼓入輸料管內(nèi)，并把被干燥的物料從進(jìn)料口 5 吹入干燥筒 6，然后物料按上述路徑繼續(xù)運(yùn)行，完成物料干燥過程。
本課題所設(shè)計(jì)的臥式離心氣流干燥機(jī)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：體積小，比市場(chǎng)上相同產(chǎn)量的干燥機(jī)體積小大約 6 倍；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；生產(chǎn)量為相同體積干燥機(jī)的 2.5 倍； 工作原理先進(jìn)，變直線氣流為旋轉(zhuǎn)氣流；干燥質(zhì)量好?？蓮V泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、建材等行業(yè)中粒狀、粉狀物料的干燥，而且非常適宜于水分大的酒糟渣、淀粉渣、糖渣、醋渣等帶有黏性物料的干燥。
圖 2.1(a) 臥式離心氣流干燥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
圖 2.1(b) 臥式離心氣流干燥機(jī)進(jìn)料口處橫斷面剖示圖
1-電機(jī) 2-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
3-旋轉(zhuǎn)葉片
4-刮板 5-進(jìn)料口 6-筒體 7-旋轉(zhuǎn)軸
8-機(jī)架 9-軸承座
10-出料口
11-引料管 12-旋風(fēng)分離器
13-引風(fēng)機(jī)
14-鼓風(fēng)機(jī)
16-螺旋定量進(jìn)基給器 17-輸料管
通過這一章的介紹，了解了氣流干燥機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)思路。在第三章中，將對(duì)干燥機(jī)的主要參數(shù)做初步計(jì)算，然后對(duì)一些主要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
2.2 經(jīng)濟(jì)環(huán)境性分析
隨著中國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境問題日益明顯，已變?yōu)橹萍s經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的難題。傳統(tǒng)觀念覺得，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)肯定會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境保護(hù)是相對(duì)的， 要增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)一定要面對(duì)環(huán)境污染所帶來的問題。許多發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)歷似乎也證明了這一點(diǎn)，大多都采用了先增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)，接著治理污染的做法。但這并不能作為發(fā)展中國(guó)家借鑒的模板。眼下，全球經(jīng)濟(jì)通過上百年的發(fā)展，資源的缺乏問題更加明顯。所以， 先破壞環(huán)境后修復(fù)的方法已不行了，不珍惜資源，經(jīng)濟(jì)就不會(huì)達(dá)到增長(zhǎng)。
現(xiàn)代觀念認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境保護(hù)兩者可以達(dá)到共同發(fā)展?？梢园循h(huán)保歸到經(jīng)濟(jì)發(fā)展體制之中，將兩者一起策劃，使商人可以從中獲益，與其利益最多化的目的相符合，這樣可以環(huán)保將會(huì)變?yōu)槿藗內(nèi)粘５幕顒?dòng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展從矛盾到共同發(fā)展的轉(zhuǎn)變，最終達(dá)到雙贏。
(1) 從經(jīng)濟(jì)效益考慮
① 現(xiàn)有的各種氣流干燥機(jī)都為長(zhǎng)管型，要么十幾米，甚至有的多達(dá)二、三十米， 并配有龐大的鼓風(fēng)或引風(fēng)設(shè)備，而臥式離心氣流干燥機(jī)干燥部分僅需 2 米，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這樣一來減少了基建投資，大大減低了設(shè)計(jì)研發(fā)成本；
② 臥式離心氣流干燥機(jī)質(zhì)量好，干燥效率高，大大降低了能源的消耗，并且対黏性結(jié)塊物料也有較好的干燥作用，這是一般機(jī)器很難做到的。
(2) 從環(huán)保角度考慮
① 臥式離心氣流干燥機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小，所占用空間較小；
② 臥式離心氣流干燥機(jī)工作效率高，節(jié)約了能源，并且噪音低、振動(dòng)小。
臥式離心氣流干燥機(jī)生產(chǎn)成本低，資源消耗少，有利于可持續(xù)發(fā)展，因此其具有良好的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境性，有廣闊的發(fā)展前景。
3. 筒體部分的設(shè)計(jì)和計(jì)算
作為一項(xiàng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的設(shè)備，干燥機(jī)的安全性與經(jīng)濟(jì)性是十分重要的， 如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，不僅會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)?duì)工作人員造成身體上的傷害。因此合 理的設(shè)計(jì)計(jì)算是必不可少的，這樣干燥機(jī)才可以安全平穩(wěn)的工作。
本章主要設(shè)計(jì)筒體的直徑和長(zhǎng)度。
3.1 氣流干燥設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原理和物料參數(shù)的給定
3.1.1 氣流干燥設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原理
氣流干燥的本質(zhì)主要是氣力輸送和傳熱傳質(zhì)的問題。為了介紹顆粒在氣流中的運(yùn)動(dòng)行為，以單一顆粒為研究對(duì)象。顆粒在氣流中運(yùn)動(dòng)分兩個(gè)階段，第一階段為加速運(yùn)動(dòng)階段，第二階段為等速運(yùn)動(dòng)階段，兩個(gè)階段的受力狀態(tài)不同。
（1） 單一顆粒在加速運(yùn)動(dòng)階段的基本方程
為了簡(jiǎn)化推導(dǎo)，現(xiàn)以球形顆粒為例，單一顆粒在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到以下幾個(gè)力的作用，如圖 3.1
圖 3.1 顆粒在氣流管中的受力狀態(tài)
① 氣流對(duì)顆粒的阻力 FRa
FRa
在數(shù)值上等于顆粒對(duì)氣流的阻力，但其方向與氣流方向相反。
(u - u )2
FRa
= eAd ra
a m
2
(3.1)
式中 ra —— 氣體的密度；
Ad —— 顆粒垂直與氣流方向的最大投影面積，對(duì)于球形顆粒
Ad =
pd 2
4
d —— 顆粒直徑；
ua —— 氣體速度；
um —— 顆粒的速度；
e —— 顆粒與氣體的阻力系數(shù)，是Re 的函數(shù)，見下表 3.1
表 3.1 Re 與e 關(guān)系
Re
0~1
1~100
500~1500
e
24 Re
18.5 Re0.6
0.44
顆粒的阻力 Fg
Fg = Vrm g
(3.2)
式中 r m —— 顆粒的密度；
pd 2
V —— 顆粒的體積；球形顆粒V = 。
4
② 氣流對(duì)顆粒的浮力????
Fb = Vra g
當(dāng)顆粒加速時(shí)，合力 Fm = FRa - (Fg
- Fb )
(3.3)
即
(u - u ) 2
Fm = eAd r a
a m - Vg(r
2 m
- r a )
(3.4)
因?yàn)?r m 遠(yuǎn)大于 ra ，浮力 Fb 可以忽略。所以
pd 2
(u - u ) 2
pd 3
Fm = e
4 r a
a m -
2
6 r m g
(3.5)
根據(jù)牛頓第二定律：
Fm = ma
pd 3
(3.6)
m 為顆粒的質(zhì)量：
m = 6 rm
m dum
dt
= FRa
- (Fg
- Fb )
(3.7)
相對(duì)于其他兩個(gè)力， Fb 很小，如果忽略 Fb 后
dum pd 2
(u - u ) 2
pd 3
= e
dt?4
r a m -
a 2m
r m g
6m
(3.8)
代入式m = p d 3 r
6 m
并簡(jiǎn)化，得
du
3er (u
- u ) 2
m = ?a a m - g dt 4dr m
（2） 單一顆粒在減速運(yùn)動(dòng)階段的基本方程
(3.9)
單一顆粒在減速運(yùn)動(dòng)中的受力， Fg 、 Fb 的計(jì)算方式和方向與加速段相同。由于在減速運(yùn)動(dòng)中ua＜um ，氣流對(duì)顆粒的作用力 FRa 的方向應(yīng)向下，其力的平衡關(guān)系
Fm = FRa + (Fg - Fb )
帶入相關(guān)量后
- m dum
dt
= FRa
+ (Fg
- Fb )
(3.10)
du 3er (u - u ) 2
- m = ?a a m + g dt 4dr m
（3） 統(tǒng)一基本方程的歸納
當(dāng)規(guī)定相對(duì)速度ur 的值必須為正值，則
加速運(yùn)動(dòng)時(shí)， ur = ua - um
微分得， dur
= -dum
(3.11)
減速運(yùn)動(dòng)時(shí)， ur = um - ua
微分得， dur = dum
(3.12)
將式(3.11)帶入(3.7)，式(3.12)代入方程(3.10)，并將其歸納為統(tǒng)一方程得
- m dum
dt
= FRa
m (Fg
- Fb )
(3.13)
式(3.12)中“-”號(hào)表示顆粒被加速，“+”號(hào)表示顆粒被減速。將式(3.1)、式(3.2)、式(3.3)以及相關(guān)參數(shù)分別代入式(3.13)，并經(jīng)化簡(jiǎn)可得
m
du 3er u 2
令 Rer
r = ??a r g dt 4dr m
= dur ra ，代入式(3.14)并化簡(jiǎn)整理得
m
(3.14)
a
4r d dRe
2 4gd3 (r - r )
- m ′ ?r = eRer
m ?m a
(3.15)
3ma dt
3m 2
a
式(3.15)即為氣流干燥顆粒加速及減速運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一基本方程。
（4） 單一顆粒在等速運(yùn)動(dòng)段的基本方程
當(dāng)顆粒等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力 Fm = 0 ，即 FRa + Fb - Fg
= 0 也可以寫作
Fg = FRa + Fb ， 即
pd 3
6
r m g = e
pd 2
4
2
u
r t
a 2
(3.16)
ut =
(3.17)
式中 ut —— 顆粒的沉降速度
（5） 顆粒群在氣流干燥機(jī)中的運(yùn)動(dòng)
氣流干燥的具體過程中，固態(tài)顆粒是通過粒子群的狀態(tài)完成運(yùn)動(dòng)。但因?yàn)轭w粒之間會(huì)有互相作用，導(dǎo)致顆粒的形狀和大小會(huì)發(fā)生變化，所以需要對(duì)單個(gè)顆粒運(yùn)動(dòng)做一定的校正。
① 對(duì)顆粒形狀的校正
非球狀顆粒的直徑可用球狀的當(dāng)量直徑來表示。當(dāng)量直徑是取這種物料的百分率為 50%的直徑與這一點(diǎn)的顆粒沉降速率為
umc =
(3.18)
② 對(duì)顆粒群的校正
物料倒進(jìn)干燥器時(shí)，顆粒的密度很大，同時(shí)阻力系數(shù)e 也比較大，阻力系數(shù)約為單一球狀物體的 2.5 倍。顆粒進(jìn)入干燥機(jī)后開始會(huì)進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，達(dá)到一定速度后進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)，速度不斷變大，阻力系數(shù)就會(huì)減小直至達(dá)到球體的程度。顆粒群的加速度過程圍繞在進(jìn)料口 3~4mm 處，大約會(huì)加速 85%以上，之后即達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)。
③ 對(duì)顆粒直徑和密度的校正
在干燥進(jìn)行中顆粒的直徑和密度會(huì)發(fā)生變化，在含水率小時(shí)不明顯，在含水率較大時(shí)需要糾改。對(duì)于非結(jié)合水有下列關(guān)系：
) r
pd 3 p
P r
6 m
(1 + c) =
6 (d Pl
3
ml
(3.19)
式中 c —— 物料干基含濕量；
dPl , d p —— 干燥前后的顆粒直徑；
r ml , r m —— 干燥前后的顆粒密度；
④ 對(duì)氣速的校正。
在干燥過程中，因?yàn)闅怏w的溫度會(huì)慢慢變小，所以氣體的體積也在慢慢減小，這樣導(dǎo)致干燥器內(nèi)氣流的速度也會(huì)慢慢變小。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，可分段計(jì)算，取各段兩邊的速度均值ua 為定量，并計(jì)算出顆粒的速度um ，對(duì)氣流干燥機(jī)長(zhǎng)度 L 作圖，如下圖
3.2 所示為顆粒進(jìn)入干燥器后速度沿長(zhǎng)度的
氣流速度
氣流管長(zhǎng)度
圖 3.2 顆粒進(jìn)入氣流干燥器后氣流速度沿長(zhǎng)度的變化
3.1.2 物料工藝參數(shù)的給定
本次干燥機(jī)的設(shè)計(jì)是根據(jù)以下物料的的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。物料平均粒徑： dp = 150μm
產(chǎn)量： G2 = 2000kg/h
物料含水率： w1 = 20%
產(chǎn)品含水率： w2 = 2%
熱風(fēng)入口溫度： t1 = 300°C
熱風(fēng)出口溫度： t2 = 85°C
熱風(fēng)入口濕度： x1 = 0.015kg/kg
熱風(fēng)出口濕度： x2 = 0.084kg/kg
熱風(fēng)傳給空氣的總熱量： Q = 645798kj/h 干燥機(jī)內(nèi)熱風(fēng)平均流速為： ua = 3.5 m/s 物料溫度： tm1 = 20°C
產(chǎn)品溫度： tm2 = 65°C
物料全壓：???? = 23.46????/??2
絕干物料比熱容： cs
= 1.672kj（/
kg× °C）
干燥機(jī)容積給熱系數(shù)： ha = 4176kj/(m × h×°C)
3
在后面的設(shè)計(jì)計(jì)算中均采用上述物料工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
3.2 氣流干燥機(jī)操作參數(shù)的確定
氣流干燥機(jī)的參數(shù)確定是與三個(gè)溫度有關(guān)的，分別是熱風(fēng)入口氣體溫度t1 、熱風(fēng)出口氣體溫度t2 、產(chǎn)品溫度tm2 。下面來說一下這三個(gè)溫度的選定與計(jì)算。
(1) 熱風(fēng)入口氣體溫度t1 的選定：
氣流干燥是并流操作，而且干燥用時(shí)短，因此可選用溫度比較高的氣體。入口氣體溫度t1 越大，熱效率和干燥質(zhì)量越好，對(duì)特殊物料來說甚至可稍大于最大溫度。
根據(jù) 3.1.2 中的物料參數(shù)，這里t1 取 300°C。
(2) 熱風(fēng)出口氣體溫度t2 的選定：
此溫度低對(duì)熱量的利用是有利的，但是其下限應(yīng)比出口氣體的絕熱飽和溫度高20℃~25℃，以避免在旋風(fēng)分離器和除塵器上析出水珠。根據(jù) 3.1.2 中的物料參數(shù)，這里t2 取 85°C。
(3) 產(chǎn)品溫度tm2 的計(jì)算：
當(dāng)成品的含水量比臨界含水量大時(shí)，物料的溫度將會(huì)恒定保持在濕球溫度。如果成品含水量低于臨界含水量，依照 3.20 產(chǎn)品溫度估算公式計(jì)算：
c - c
g w2 (cc -ce )
γ (c - c ) - c (t - t
)( 2 e ) cs (t2 -tw2 )
t - t
w2 2 e
s 2 w2
c - c
2 m2 = ?2 w2
(3.20)
t2 - tw2 γw2 (c2 - ce ) - (t2 - tw2 )
式中 t2
—— 熱風(fēng)出口氣體溫度；
tm2
—— 產(chǎn)品溫度；
tw2
—— 出口氣體濕球溫度；
γw2
—— 溫度為tw2 時(shí)水的汽化熱；
cs —— 絕干物料比熱容； ce
—— 物料平衡含水量；
c2 —— 干燥后產(chǎn)品含水量；
2
c —— 物料臨界含水量。
W
根據(jù) 3.1.2 中的物料參數(shù)，這里直接給出產(chǎn)品溫度tm2 為 65°C。
3.3 干燥機(jī)圓筒直徑的設(shè)計(jì)
干燥機(jī)的直徑是由氣流速度決定的，可分為兩種設(shè)計(jì)方法，分別為等直徑的設(shè)計(jì)和變直徑的設(shè)計(jì)
（1） 等直徑管的設(shè)計(jì)：
從氣體輸送的角度，只要大于最大顆的下落速度，就代表能把全部物料輸送出去。但出于對(duì)安全問題的考慮，選擇氣流出口的速度是最大顆粒物料下落速度的 2 倍。但是如果按照這個(gè)速度的話，物料在干燥機(jī)中的分散性和運(yùn)動(dòng)程度會(huì)相對(duì)來說較差，會(huì)影響干燥的效果，所以我們一般選擇 20m/s 的速率當(dāng)作氣體速度的均值。直徑按下式(3.21)計(jì)算;
D = (3.21)
式中 Va
—— 氣體的平均體積流量；
ua —— 氣體速度。
（2） 變直徑管的設(shè)計(jì)：
因?yàn)轭w粒在勻速運(yùn)動(dòng)段和加速運(yùn)動(dòng)段的給熱參數(shù)和氣流的運(yùn)動(dòng)速度不同，在勻速運(yùn)動(dòng)后，氣流與顆粒間的相對(duì)速率與離子的沉降速率相同，所以給熱參數(shù)與氣流速度的絕對(duì)值相關(guān)。而在加速段，由于氣流速度不斷快，平均給熱參數(shù)也變得更高。所以， 可以將干燥機(jī)以進(jìn)料口氣流速度為 30m/s 范圍設(shè)計(jì)加速段管徑，而勻速段以能輸送最大物料顆粒的基礎(chǔ)確定出口的氣體速度，這樣，完整的干燥過程分粗細(xì)兩部分進(jìn)行。
加速段管徑
D 加 =
(3.22)
式中 Va（入） —— 入口氣量；
ua（入） —— 入口氣流速度。
勻速段直徑
D等 = (3.23)
式中 Va（出） —— 出口氣量
ua（出） —— 出口氣流速度。
在本次設(shè)計(jì)中我們選用等直徑管的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)干燥筒的直徑。根據(jù)物料參數(shù)可知：
干燥前物料含水量 ??
= ??1 = 20%
= 0.25????/????
1 1???1
1?20%
干燥后產(chǎn)品含水量 ??
= ??2 = 2%
= 0.0204????/????
2 1???2
1?2%
干燥應(yīng)出去的水分 ?? = ??2 = 2000
= 459????/h
??1???2 0.25?0.0204
取此時(shí)水的汽化熱為gW = 2362kj/kg ，則干燥必須的熱量
Qc = [WgW +W (tm2 - tm1 ) + G2cs (tm2 - tm1 )]
=[459′ 2362+ 459′ (65 - 20) + 2000′1.672′ (65 - 20)]
=1321120kj/h
若選設(shè)備壁面熱消耗為干燥必須熱量的 15%，空氣比熱容為c空 = 1.045kj/kg
則所需風(fēng)量 ??
= ??c(1+15%) = 1321120×1.15
= 6761kg/h
?? ??空（t1-t2）
1.045×（300-85）
干燥機(jī)內(nèi)空氣量為
Q = L
′ 22.4 ′ 273+ 192.5
a a 29
273
= 6761′ 22.4 ′ 273+ 192.5
29
= 9613m3/h
273
水蒸氣量平均濕度
x = x1 + x2
p 2
= 0.015+ 0.084 = 0.0495kg / kg 2
水蒸氣的體積容量
Q = L ′ x
′ 22.4 ′ 273+ 192.5
g a p 18
273
= 709m3/h
上式中 22.4 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾體積。29 和 18 分別為空氣和水的摩爾質(zhì)量，
192.5°C 為熱風(fēng)進(jìn)出口的平均溫度， 0.0495kg / kg 為空氣進(jìn)出口的平均濕度。
氣體的平均體積容量
Va = Qa + Qg
= (8904+ 709)m3 /h = 9613m3 /h
根據(jù)式(3.21)可知干燥機(jī)通體直徑為
D = = m = 1m = 1000mm
綜上可知此次設(shè)計(jì)的干燥機(jī)筒體直徑為 1000mm。
3.4 干燥機(jī)長(zhǎng)度的計(jì)算
設(shè)計(jì)氣流干燥機(jī)的核心問題是其長(zhǎng)度的計(jì)算，即顆粒在管內(nèi)的停留時(shí)間，計(jì)算方法較多，這里我們采用以一定的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。
根據(jù)預(yù)熱、表面汽化、降速等階段，干燥機(jī)長(zhǎng)度可劃分為幾個(gè)區(qū)域。對(duì)各個(gè)區(qū)域分別把氣體速度作為定值，即可用試差計(jì)算粒子加速的飛行軌跡。
開始 L = 0 ，考慮物料濃度的影響，粒子上升速度從um = 0 開始計(jì)算，如下圖 3.3
以t 對(duì)um 、 L 對(duì)um 作圖。
圖 3.3 停留時(shí)間對(duì)粒子速度、干燥機(jī)長(zhǎng)度對(duì)粒子速度的圖解
加速段內(nèi)的傳熱系數(shù)是變化的，由于物料投入后的相對(duì) Rer 數(shù)已知，可以根據(jù)下試(3.24)、(3.25)求得 Nu max 稱為點(diǎn)(A)。
max r
Nu = 0.95′10-4 Re 2.15 ,
max r
Nu = 0.76Re 0.65 ，
400 < Rer <1300
30 < Rer < 400
(3.24a)
(3.24b)
Reg
= dP (ua - um )ra
m
(3.25)
a
式中 Rer
—— 真實(shí)雷諾數(shù)；
ua —— 氣體速度；
um —— 顆粒速度。
其次在終速(等速)段，沉降速度ut 可確定，顆粒的 Ret 可求。
根據(jù)相關(guān)條件求 Nu 稱為 B 點(diǎn)，在雙對(duì)數(shù)紙上把這兩點(diǎn)相連。如圖 3.4，傳熱系數(shù)就是按這條 AB 線而變化。也不難建立直線 AB 的方程式，這樣可以根據(jù)不同um 求得各區(qū)域給熱系數(shù)。
圖 3.4 傳熱系數(shù)的圖解
在設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)入終速段的空氣條件是未知的，可以假定適當(dāng)溫度來求 Ret 。比較準(zhǔn)確的是采用試差法，先以假設(shè)的溫度進(jìn)行計(jì)算，一直到終速段使所假設(shè)的溫度與計(jì)算所得的溫度相同。
這種計(jì)算極其復(fù)雜，好在這個(gè)溫度即使變化幾十度，對(duì) Ret 的影響也較小，因此如果這個(gè)溫度取得適當(dāng)，亦不必用時(shí)差法。為了安全起見，對(duì)一般物料來說，與臨界含水率相對(duì)應(yīng)的空氣條件就可作為選取依據(jù)。
如果求得粒子的速度，進(jìn)而求得傳熱系數(shù)，則在這個(gè)區(qū)域內(nèi)傳遞的熱量Q 為
Q = ha
p D 2 L(Dt)
4 ln
(3.26)
式中 ha
(Dt)ln
—— 容積給熱系數(shù)；
—— 物料進(jìn)出口溫差；
L —— 干燥機(jī)長(zhǎng)度；
D —— 干燥機(jī)直徑。
Q 可以從分熱段熱量衡算得到，根據(jù)式(3.26)可以算出所需長(zhǎng)度 L ，在整個(gè)干燥區(qū)域內(nèi)可按上法以此計(jì)算。
上法有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)過程分析比較透徹，所以比較可靠，但要求差分和試差計(jì)算過程相當(dāng)繁瑣，不宜使用。根據(jù)此過程的運(yùn)動(dòng)分析，對(duì)傳熱關(guān)聯(lián)式及物料溫度計(jì)算式，將上式簡(jiǎn)化。
在本次設(shè)計(jì)中為了計(jì)算出所需通體長(zhǎng)度根據(jù)式(3.26)可知要想計(jì)算出干燥機(jī)的長(zhǎng)度只需再知道對(duì)數(shù)平均溫差( Δt)ln 即可。
( Δt)
= (t1 - tm1 ) - (t2 - tm 2 ) = (300- 200) - (85 - 65) °C = 98.5°C
ln ln t1 - tm1
t2 - tm 2
ln 300- 20
85 - 65
由式(3.26)變形可得，干燥機(jī)長(zhǎng)度 L 為
L = 4Q
a
ln
h pD2 (Dt)
= 4 ′ 645798 4176′p ′12 ′ 98.5
m = 2 m = 2000mm
3.5 阻力損失的分析計(jì)算
一般認(rèn)為干燥機(jī)內(nèi)損失同粒子與熱風(fēng)的混相密度有關(guān)，但這些因素在管內(nèi)是變化的，計(jì)算誤差大。在一般氣流下干燥機(jī)總的壓力損失大約是 1000~1500Pa 左右。如果把管中氣體速度增加，壓力損失將成平方地增大。、
當(dāng)氣體流過氣流干燥機(jī)時(shí)，必定產(chǎn)生一定的壓力損失，作為干燥系統(tǒng)的組成部分， 氣流干燥機(jī)的壓力損失是選擇鼓風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)。氣流干燥機(jī)的壓力損失、顆粒加入和加速所引起的壓力損失以及氣流管的局部阻力損失。
（1） 摩擦阻力損失Dp1 (Pa)
摩擦阻力損失用下式計(jì)算：
Δp
= d ax u r dL
(3.27)
L
1 2D ò0
a a×m
式中 x —— 館內(nèi)氣流阻力系數(shù)；
D —— 干燥機(jī)直徑；
ua —— 氣流速度；
L —— 干燥機(jī)長(zhǎng)度；
r a×m
ra
r m
—— 顆粒對(duì)空氣的混合密度；
—— 氣體密度 ；
—— 顆粒密度；
d a —— 壓損比系數(shù)。
因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的氣流干燥機(jī)采用的是臥式，因此應(yīng)按水平管的計(jì)算公式計(jì)算，隊(duì)水平管有
d a =
+ 0.2m
(3.28)
氣流阻力系數(shù)x 可用下試求取:
)
x = K (0.125 + 0.0011
(3.29)
D
式中 K —— 系數(shù)。對(duì)于光滑管， K = 0 ；對(duì)于焊接管， K = 1.3 ；對(duì)于舊焊接管， K = 1.6 。對(duì)于純空氣， x = 0.02 ~ 0.04 。
L
（2） 位頭損失Dp2 (Pa)， 位頭損失是由于位置而引起的：
在等速段可用下式近似求取：
Δp2 = ò0 ra×m gdL
Δp2 = ra×m gL
(3.30)
(3.31)
（3） 顆粒加入和加速所引起的壓力損失Dp3
G u 2 - u 2
Δp3 = ra ( s )( m2 m1 )
(3.33)
式中 ra
—— 氣體密度；
La + k 2
Gs —— 干物料量；
La —— 干空氣量；
um2
—— 顆粒的終端速度；
um1
—— 顆粒加入時(shí)的速度；
k —— 加料系數(shù)，星形加料器、螺旋加料器等均勻加料器。
（4） 局部阻力系數(shù)Dp4 (Pa)
ρ u 2
2
Δp4 = ?ò a×m m
(3.34)
式中 ?ò —— 局部阻力系數(shù)之和。
總阻力系數(shù) Δp = Δp1 + Δp2 + Δp3 + Δp4
在一般情況下，干燥機(jī)的阻力損失大約為 1000~1500Pa。
3.6 本章小結(jié)
這一章主要介紹了氣流干燥機(jī)主要參數(shù)選取的理論根據(jù)，并進(jìn)行了一些公式的推導(dǎo)和計(jì)算。
根據(jù)干燥機(jī)的工作情況與所給出的物料參數(shù)，計(jì)算出干燥機(jī)筒體直徑設(shè)計(jì)為1m，干燥機(jī)長(zhǎng)度為 2m，熱風(fēng)入口氣體溫度t1 為 300°C，熱風(fēng)出口溫度為 85°C，產(chǎn)品溫度tm2 為 65°C，干燥機(jī)的阻力損失大約為 1000~1500Pa。
4. 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 電機(jī)的選擇
軸功率計(jì)算公式為
式中
?? × ??
N =
3600 × 102
（4.1）
?? —— 氣體和物料的流量（??3/?）=v??2
?? —— 氣體和物料的全壓（????/??2）23.46 ????/??2
?? —— 進(jìn)料口氣體和物料的速度
?? —— 圓筒直徑將數(shù)據(jù)代入得N = 6.6kw 而電動(dòng)機(jī)功率
??
??1 = η η
（4.2）
1 2
式中
η1 —— V 帶傳動(dòng)效率（查資料得 0.92）
η2 —— 減速器傳動(dòng)效率（查資料得 0.96） 所以??1 = 7.5????
由于此次設(shè)計(jì)的干燥機(jī)特性需求，需要可變速電機(jī)。并查閱文獻(xiàn)[10]了解到用于
高效氣流干燥機(jī)中的離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般取 1200～1500r/min。所以我們選用 Y132M-4
型三相異步電動(dòng)機(jī)，此電動(dòng)機(jī)的額定功率為 7.5kw，轉(zhuǎn)速為 1440r/min。
4.2 聯(lián)軸器的選擇
4.2.1 類型選擇
聯(lián)軸器可以連接兩根軸（或者是軸鏈接其他回轉(zhuǎn)零件)，在二者之間遞送轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。用聯(lián)軸器組合起來的兩根軸，有時(shí)候因?yàn)樯a(chǎn)加上組合所產(chǎn)生的誤差，或者溫度等因素的等等，通常無法確保有很好的對(duì)中，往往有一些相對(duì)位移。這就需要我們?cè)诼?lián)軸器的設(shè)計(jì)時(shí)，一定要從構(gòu)造上應(yīng)用所有種方法，使其能夠符合一定范圍的相對(duì)位移。
聯(lián)軸器可以分成兩個(gè)大類：一是剛性聯(lián)軸器（無補(bǔ)償能力），二是彈性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）。而在我的設(shè)計(jì)中，選擇的是彈性聯(lián)軸器，因?yàn)槲倚枰溄拥氖菧p速器的高速軸。能夠讓被連的兩根軸之間有少許的角度位移和直徑方向的位移，正好適用于啟動(dòng)次數(shù)多、軸的方向更改較大并且正反轉(zhuǎn)變化較多和的情況。
4.2.2 載荷計(jì)算
計(jì)算轉(zhuǎn)矩
式中
??0
0
??0 = 9550 ??
= 985.63?? · ??
?????? = ???? · ??0
???? —— 工況系數(shù)（取 1.0） 所以?????? =985.63N·m
4.2.3 型號(hào)選擇
彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、尺寸不大，質(zhì)量不高，容易安裝，彈性元件厚度較薄，彈性變形有限，一般用于沖擊載荷不大、中小功率的傳動(dòng)。選擇 GB/T4323—-
2017 彈性套柱銷聯(lián)軸器，HL 型— HL4 聯(lián)軸器，其中許用最大轉(zhuǎn)速為 4000r/min，許用轉(zhuǎn)矩為 1250N·m，因而適用。
4.3 減速器的選擇
本次設(shè)計(jì)選用的減速器型號(hào)為 ZD10。ZD10 減速器是單級(jí)漸開線圓柱齒輪減速器， 高速軸轉(zhuǎn)速不超過 1500r/min,齒輪圓周速度不大于 18m/s，工作環(huán)境為－40℃～＋ 40℃，可正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。查閱圖 4.1 以及表 4.1，4.2 得到 ZD10 型號(hào)減速機(jī)的安裝尺寸， 傳動(dòng)比為 2。
圖 4.1 ZD10 減速機(jī)的示意圖
表 4.1 單級(jí)圓柱齒輪減速器安裝尺寸
表 4.2 單級(jí)圓柱齒輪減速器安裝尺寸
4.4 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1） 確定設(shè)計(jì)功率
設(shè)計(jì)功率P????是根據(jù)傳遞的功率??和皮帶的工作條件而確定的：?????? = ??????。其中， 小帶輪的功率（P）等于電機(jī)的功率(??額)乘上減速器的效率（η）。根據(jù)上節(jié)知道??額 = 7.5????，查閱文獻(xiàn)[12]得η = 0.96。查閱表 4.3 得知工況系數(shù)????。
表 4.3 工況系數(shù)
據(jù)表 4.1 得知，我們需要的工況系數(shù)???? = 1.0，
所以設(shè)計(jì)功率
?????? = ??????額η = 7.2????
（2） V 帶帶型的選擇
已知設(shè)計(jì)功率?????? = 7.5????，小帶輪轉(zhuǎn)速??1 = n電??。ZD10 型減速器傳動(dòng)比為 2。所以??1 = 720??/??????。查圖 4.2 可得知，V 帶的帶型為 B 型帶。
圖 4.2 普通 V 帶選型圖
（3） 傳動(dòng)比的計(jì)算
已知小帶輪的轉(zhuǎn)速??1 = 720??/??????，大帶輪的轉(zhuǎn)速??2 = 364??/??????。傳動(dòng)比
（4） 大小帶輪的基準(zhǔn)直徑小帶輪的基準(zhǔn)直徑查表 4.4 得
??1
i =
??2
= 1.98 （4.3）
表 4.4 小帶輪直徑與 V 帶帶型的關(guān)系
查表得到小帶輪基準(zhǔn)直徑????1 = 140????
大帶輪基準(zhǔn)直徑
????2 = ??????1(1 ? ??) （4.4）
式中
?? —— 傳動(dòng)比；
?? ——彈性滑動(dòng)率（取?? = 0.01）
所以
????2 = ??????1(1 ? ??) = 280????
（5） V 帶帶速
??????1??1
v =
60 × 1000
（4.5）
（6） 初定中心距
= 5m/s
≤ ????????(25 ? 30)
0.7（????1 + ????2) ≤ ??0 < 2(????1 + ????2) （4.6）
取??0 = 500????
（7） V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
??
????0 = 2??0 + 2 (????1 + ????2) +
(????2 ? ????1)2 4??0
（4.7）
代入數(shù)據(jù)得到????0 ≈ 1670????
（8） 實(shí)際中心距
式中
?? = ??0 +
???? ? ????0 （4.8）
2
???? —— 查表所選得基準(zhǔn)長(zhǎng)度=1760mm 代入數(shù)據(jù)得到 ?? = 545mm
（9） 小帶輪包角
（10） V 帶的根數(shù)
??1 = 180° ?
≈165°
z