管束干燥机的结构设计

GSG500管束干燥机的结构设计

作 者 姓 名：rlf 指 导 老 师： 副教授

单 位 名 称：机械工程与自动化 专 业 名 称：机械工程及自动化

东北大学 2008年6月

the Structural Design of GSG500 Dryer

by RLf

Supervisor: Vice Professor ZZw

Northeastern University

June 2008

东北大学毕业设计（论文） 任务书

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目： GSG500管束干燥机的结构设计 基本内容： 根据题目进行调研并参观相似实物及照片，主要进行结构设计，完成GSG500管束干燥机成套图纸的结构设计，并对传动部分的带轮、轴承寿命、轴强度和超静定支撑等进行计算，完成设计计算书。 毕业设计（论文）专题部分： 题目：管束干燥机选型方法 基本内容：根据需要干燥物料的含水量要求和此种干燥机的干燥强度，学会计算换热面积和干燥机选型 学生接受毕业设计（论文）题目日期 第 1 周 指导教师签字： 2007年 3月 4 日 i

东北大学毕业设计（论文） 摘要

GSG500管束干燥机的结构设计

摘 要

管束干燥机是干燥设备中的典型设备， 在现代干燥工艺中应用十分广泛 一般用于干燥粮食、食品、 饲料、 化工、 轻工、 陶瓷、环保等行业中的松散类物料。GSG500管束干燥机的干燥效果很均匀，操作简单，并且自动化程度高， 制作要求和生产成本高， 运输和安装要求有大型起吊装备。由此可见GSG500管束干燥机是一种应用范围十分广泛，适应性很好的干燥设备，有着广阔的使用和推广前景。

GSG型管束干燥机是目前大部分发达国家使用最广泛、最先进的干燥设备之一， 其最大优点是高效节能、 安装方便、 操作简单。该机是间接加热接触式干燥机，它可以广泛应用于化工、 轻工、 食品、 油脂和粮食饲料等行业的松散类物料。

管束内件在管束干燥机的工作过程中起到了关键性的作用。一方面它使物料产生流动；另一方面，蒸汽从它内部通过，使物料在流动过程中被逐步烘干。因而，它不但是烘干物料的主体，还是传递运动或动力的主体。由于故障就出在它身上，所以，对管束内件的受力分析及对其内部主要结构设计的剖析，就是我们从根本上解决蒸汽泄漏的焦点和关键所在。

本设计主要是阐述了GSG500管束干燥机的工作原理及其工作特性，同时将管束干燥机与同类连续运行的干燥机进行了比较，指出了其利用优势。也阐述了管束干燥机工作时可能出现的问题及其解决方案，从而大大提高了管束干燥机的工作效率。

关键词：管束干燥机，管束，工作原理，结构设计

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东北大学毕业设计（论文） Abstract

The Structural Design of GSG500 Dryer

Abstract

Probation dryer drying equipment is typical of modern equipment in the drying process in general very broad application for drying grain, food, feed, chemicals, light industry, ceramics, and environmental protection industries in the category of loose materials. GSG500 control of the dryer drying effect is very uniform, simple operation, and a high degree of automation, production requirements and the high cost of production, transportation and installation requirements of large-scale lifting equipment. This shows that control dryer is a very broad scope of application, adaptability good drying equipment, with wide use and promotion prospects.

GSG500 control dryer is the most developed countries the most widely used and most advanced drying equipment one of its biggest advantage is energy efficient, easy to install, simple operation. The aircraft is indirect contact with heat-drying machine, can also be down principles of counter-current work. It can be widely used in chemical industry, light industry, food, oil and food industries such as feed loose category of materials.

Pipe-clusters play a key role in the working process of pipe-cluster drier, which both makes the raw material flow through the drier and makes the raw material dry gruadually during the flowing of the material. Therefore, it is not only the main part of the drier, but also the main part that transmits movement or monument. Because many malfunctions take place here, analysis of the forces and the inner stoucture are the key for us to resolve the leaking of vapor through it.

The design is described GSG500 dryer control the working principle and its characteristics, while similar control dryer and the dryer running for a comparison, that the use of its advantages. Also expounded on probation dryer when the problems which may arise and their solutions to greatly improve the control of the dryer efficiency.

Key words：Control dryer ，Pipe-clusters ，Principle ，Structural design

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东北大学毕业设计（论文） 目录

目 录

毕业设计（论文）任务书 ............................................................................. I 摘 要 .................................................................................................................... II ABSTRACT ........................................................................................................ III 第1章 绪论 .......................................................................................................... 1

1.1.干燥技术的概况 ................................................................................................ 1 1.2.被干燥的物料的特性....................................................................................... 3

1.2.1物料的状态................................................................................................... 3 1.2.2物料的物理化学性质................................................................................... 3 1.2.3.物料与水分结合的性质............................................................................... 4

1.3.干燥器的特性..................................................................................................... 4 1.4.干燥技术的进展 ................................................................................................ 5 1.5.国内外研究现状、发展动态......................................................................... 8

1.5.1干燥设备的加工质量................................................................................... 8 1.5.2设备规模....................................................................................................... 8 1.5.3装备规模....................................................................................................... 9 1.5.4干燥机主要在粮食方面的发展因素和研发方向....................................... 9

第2章 管束干燥机的性能及工作原理.............................................. 12

2.1.管束干燥机的性能特点 ................................................................................ 12 2.2.主要结构和工作原理..................................................................................... 12 2.3.管束干燥机选用的注意事项....................................................................... 13 2.4.管束干燥机设计制作要点 ........................................................................... 14 2.5.管束干燥机在结构设计上的特点 ............................................................. 16

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2.6.管束干燥机的调试和操作使用 .................................................................. 17 2.7.管束干燥机的总体参数 ................................................................................ 19

第3章 传动齿轮及轴的寿命校核 ........................................................ 20

3.1齿轮校核 ............................................................................................................ 20 3.2轴的结构设计及校核..................................................................................... 25

3.2.1 绘制轴的受力分析图如上........................................................................ 27 3.2.2 作弯矩图.................................................................................................... 27 3.2.3 作转矩T图................................................................................................ 27 3.2.4 计算弯矩McaC图...................................................................................... 28 3.2.5 校核轴的强度............................................................................................ 28 3.2.6 精确校核轴的强度.................................................................................... 28

3.3小结 ..................................................................................................................... 30

第4章 故障问题及其解决方案.............................................................. 31

4.1.问题的提出 ....................................................................................................... 31 4.2.故障模式的确定 .............................................................................................. 31

4.2.1蒸汽均由管束内件的换热管与管板管孔的缝隙之间泄出..................... 31 4.2.2由于封头与管板的联结方式不同，泄露部位也不同............................. 32

4.3故障机理的判断 .............................................................................................. 32 4.4解决方案 ............................................................................................................ 38 4.5解决方案实施后的效果 ................................................................................ 40

4.5.1联接式管束干燥机..................................................................................... 40 4.5.2焊接式管束干燥机..................................................................................... 40

4.6其他 ..................................................................................................................... 40

4.6.1从选用时就考虑设备的使用寿命............................................................. 40 4.6.2细节问题不可忽视..................................................................................... 41

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第5章 环保与经济性分析 ........................................................................ 42

5.1固体废弃物的危害性..................................................................................... 42 5.2管束干燥机物料的经济性和环保性......................................................... 42

第6章 总结 ........................................................................................................ 44 参考文献 ................................................................................................................ 45 结 束 语 ................................................................................................................ 47 附录：英 文 文 献 ........................................................................................ 48

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

第1章 绪论

1.1.干燥技术的概况

干燥技术的应用，在我国具有十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术，就显示了干燥技术的应用。《天工开物》一书中，描述了人工加热干燥过程，总结了我国劳动人民的干燥实践，反映了我国古代劳动人民的高度智慧。在解放前，我国干燥技术的应用，一般仍停留在手工作坊的阶段。解放以后，干燥技术的应用发展很快，20世纪50年代初期，分散悬浮态干燥技术（如气流干燥器等）开始工业应用，干燥技术的研究工作也普遍开展，高效的干燥器也在生产中应用。随着工业现代化的进展，化学工业的机械化、大型化和自动化水平提高，作为化工单元操作设备之一的干燥器，也必将更加迅速的发展。

干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发性湿分（大多数情况下是水），而获得一定湿含量固体产品的过程。湿分以松散的化学结合形式或以液态溶液存在于固体中，或积聚在固体的毛细微结构中。这种液体的蒸汽压低于纯液体的蒸汽压，称之为结合水。而游离在表面的湿分则称之为非结合水分[1]。

当湿物料作热力干燥时，以下两种过程相继发生：

过程1 能量（大多数是能量）从周围环境传递至物料表面使表面湿分蒸发。 过程2 内部湿份传递到物料表面，随之由于上述过程而蒸发。干燥速率由上述两个过程中较慢的。一个速率控制，从周围环境将热能传递到湿物料的方式有对流、传导或辐射。在某些情况下可能是这些传热方式联合作用，工业干燥器在型式和设计上的差别与采用的主要传热方式有关。在大多数情况下，热量先传导湿物料的表面然后传入物料内部，但是介电、射频或微波干燥时供应的能量在物料内部产生热量然后传至外表面。

过程1 液体以蒸汽形式从物料表面排除，此过程的速率取决于温度，空气温度、温度和空气流速，暴露的表面积和压力等外部条件。此过程称外部条件控制过程，也称恒速干燥过程。

过程2 物料内部湿分的迁移是物料性质、湿度和湿含量的函数。此过程称内部条件控制过程。也称为降速干燥过程。

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

整个干燥循环中两个过程相继发生，并先后控制干燥速率。

干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分或溶剂，就化学工业而言的目的在于，使物料便于包装、运输、贮藏、加工和使用。具体为：

（1）悬浮液和滤饼状的化工原料和产品，可经过干燥成为固体，便于包装和运输。

（2）不少的化工原料和产品，由于水分的存在，有利于微生物的繁殖，易腐烂、虫蛀或变质，这类物料经过干燥便于贮藏。例如生物化学制品、抗生素及视频等，若含水量超过规定标准，易于变质，影响使用期限，需要经干燥后才有利于贮藏。

（3）为了使用方便。例如食盐、尿素和硫铵等，当其干燥到含水率为0.2%-0.5%左右时，物料不易结块，使用比较方便。

（4）便于加工。一些化工原料，由于加工工艺要求，需要粉碎（或造粒）到一定的粒度范围和含水率，以利于再加工和利用。如磷矿石经粉碎干燥可以提高化学反应速度；催化剂半成品的造粒干燥，可使其保持一定含水率和粒度范围，有利于压片成型等。

（5）为了提高产品的质量。某些化工原料和产品，其质量的高低与含水量有关。物料经过干燥处理，水分除去后，有效成分相应增加，提高了产品质量。例如涤纶切片在纺织前，干燥到含水率为0.02%以下，可纺织在抽丝时产生气泡，提高丝的质量[2]。

化学工业中的干燥方法有三类：机械除湿法、加热干燥法、化学除湿法。机械除湿法，是用压榨机对湿物料加压，将其中一部分水分挤出。物料中除去的水分量主要决定施加压力的大小。物料经机械除湿后仍保留很高的水分，一般为40%-60%左右。粒状物料或不许受压的物料可用离心机脱水，经过离心机除去水分后，残留在物料中的水分为5%-10%左右。其他，还有各种类型的过滤机，也是机械除湿法的常用设备。机械除湿只能除去物料中部分自由水分，结合水仍残留在物料中。因此，物料经过机械除湿后含水量仍然较高，一般不能达到化工工业要求的较低的含水量。加热干燥法，是化学工业中常用的干燥方法，它借助热能加热物料、气化物料中的水分。除去1Kg的水分，需要消耗一定的热量。例如用空气来干燥物料，同时气化物料中的水分，不能够随空气带出干燥器。物料

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

经过加热干燥，能够除去物料中少量的水分，达到化工工艺上要求的含水量。化学除湿法，是利用吸湿剂除去气体、液体和固体物料中少量的水分。由于吸湿剂的除湿能力有限，仅用于除去物料中的微量水分，化工生产中的应用很少。

化学工业中固体物料的干燥，一般是先用机械除湿法，除去物料中大量的非结合水分，再用加热干燥法除去残留的部分水分（包括非结合水分和结合水分）。

1.2.被干燥的物料的特性

1.2.1物料的状态

（1）.溶液及泥浆状的物料，如工程废液及盐类溶液等。 （2）.冻结物料，如视频、医药制品等。 （3）.膏糊状物料，如活性污泥及压滤机滤饼等。 （4）.粉粒状物料，物焦炭及矿石等。 （5）.棒状物料，如木材等。

（6）.短纤维状物料，如人造纤维等。 （7）.不规则形状的物料，如陶瓷制品等。 （8）.连续的薄片状物料，如带状织物、纸张等。 （9）.零件及设备的涂层，如机械产品的涂层等。

1.2.2 物料的物理化学性质

被干燥物料的理化性质决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因素，因此，干燥器的设计者要了解：

（1）.物料的化学性质。如组成、热敏性（软化点、熔点或分解点），物料的毒性，可燃性，氧化性和酸碱度、摩擦带电性、吸水性等。

（2）.物料的热物理性质。如物料含水率、假密度、真密度、比热容、热导率及粒度和粒度分布等。对于原料液还应当知道浓度、粘度及表面张力等。 （3）.其他性质，如膏糊状物料的粘附性、触变性（即膏糊状物料在振动场中的或在搅拌条件下，物料可从塑性状态，过渡到具有一定流动性的性质），这些性质在设计干燥器及加料器时可加以利用。

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

表1.1 部分物料特性及技术指标

常见物料分类

胚芽 玉米纤维 蛋白粉 淀粉 薯类纤维 啤酒糟（白酒精）

饲料载体 油菜籽 猪血发酵粉 骨粉

进机水分 55% 60% 45% 20% 65% 65% 16% 60% 35% 40%

出机水分 3~5% 10~12% 12~13% 2~3% 10~12% 10~12% 6~8% 5~7% 10% 10%

干燥强度 2.5~3 4.80 4.70 4.30 4.80 4.90 4.20 4.50 4.40 4.60

3500~3800[焦耳

/蒸发kg水][840~910caL/蒸发kg水][折合约1.45~1.50g标准饱和蒸汽]

能耗

1.2.3.物料与水分结合的性质

固体与水分结合的方式是多种多样的，它可以是物料表面附着的，也可以是多孔物料空隙中滞留的水分，也可以是物料所带的结晶水及透入物料细胞内的溶胀水分等。物料与水结合方式不同，除去的方法也不尽相同。例如物料便面附着的水分和大毛细管中的水分，是干燥可以除去的；化学结合水，不属于干燥的范围，经干燥后，它仍残存在物料中[3]。

1.3.干燥器的特性

干燥器的特性包括：

（1）.干燥器对被干燥物料的适应能力。如能否达到物料要求的干燥程度，干燥产品的均匀程度。

（2）.这种干燥器对产品的质量有无损害。因为有的产品要求保持晶体形状、色泽，有的产品要求在干燥中不能变形和龟裂等。

（3）.干燥装置的热效率高低（一般而言，干燥装置热利用好，则热效率高，相反，热效率低），这是干燥的主要技术经济指标。

此外，还应了解干燥器的经济处理能力，干燥设备的生产强度或干燥速率。干燥强度大，所用设备小，其固定投资较少，操作费用就低。干燥器附属设备

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

的多少，有时可能影响这种干燥的应用。例如，悬浮态干燥装置（如流化床干燥器、气流干燥器等）。离不开有效的粉尘分离设备，可靠的通风设备和湿物料的供给装置等，虽然干燥器本身尺寸不大，但由于辅助设备很笨重，应用受到限制。同时，还要求干燥设备控制方便，劳动条件好。

1.4.干燥技术的进展

目前干燥技术辅助的总趋势为： (1).干燥设备研制向专业化方向发展

由前所述，干燥设备应用极广，遍及国民经济各部门，而且需要量也很大，因此为干燥设备向专业化方向发展的基础。 (2).干燥设备的大型化、系列化和自动化

从干燥技术经济的观点来看，大型化的装置，具有原材料消耗低、自动化水平高、生产成本低的特点。设备系列化，可对不同生产规模的工厂及时提供成套设备和部件，具有投产快和维修容易的特点。例如，喷雾干燥装置，最大生产能力为55.6Kg/s产品；流化床干燥器（干燥煤）生产能力可达到97Kg/s产品；双层流化床干燥器，最高年处理物料11×108 Kg。 (3).改进干燥设备，强化干燥过程

近年来，常用的干燥设备（喷雾、流态化、气流干燥等），仍在原有的基础上改进和发展。

①.改善设备内物料的流动状况（或干燥介质的流体力学状况），强化和改善干燥过程。例如气流干燥器，从直管气流干燥，改成脉冲气流，使被干燥粒子在脉冲气流的作用下多次的加速，强化传热介质过程。又如，改进喷雾干燥器的进风装置，达到控制雾滴的运动状况等[4]。

②.增添附属装置，改善干燥器的操作，扩大干燥设备的使用范围。 在气流干燥器的流程中，增添分散器，使气流干燥器用于分散性差的湿物料的干燥；增添破碎机，使气流干燥器用于块状物料的干燥；增添混合器，使气流干燥器用于含水量高的物料；增添分级机，以解决产品粒度的均匀化等。 在喷雾干燥方面，研制了高粘度物料的雾化器；研制各种喷雾干燥器的进气分布装置，使干燥塔中心与塔壁的气速基本一致，减少喷雾干燥的粘壁；干燥电磁自动振动装置，防止物料粘壁等。

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

在流化床干燥器中，增添附属装置，改善其操作性能。例如咋单层圆筒形流化床中，添加旋转分隔板，分隔板从流化床中部开始旋转分隔直至出料口。湿物料从流化床中部加入，在旋转隔板的控制下，物料从进料口至出口一边流化一边运动，而不会“短路”，因此，物料在流化床中的停留时间均匀。在双层流化床中的上层，增添摆动的物料松动器，当流化床操作时，松动器不停摆动，松动物料，避免形成死床层，以改善流化床的特性。在卧式多室流化床中的第一室，增添搅拌装置，使凝聚的湿物料分散，同时排除不能流化的大颗粒。此外，在卧式多流化床，把固定隔板改成悬挂在回转链上的运动隔板，在运到那个隔板的作用下，物料从加料端均匀移动到出料端，实现了物料的“活塞流”，可使被干燥的物料停留时间均匀，产品含水率均匀。 (4).采用新的干燥方法及组合干燥方法

近年来高频干燥、微波干燥、红外线干燥以及组合干燥发展较快。其他，如利用弹性振动能，强化固体物料的干燥。弹性振动能-声波对物料表面作用，可使湿固体表面流体便捷层破坏，减小传热和传质的阻力，故能强化干燥，但声强不能低于143-145dB。

(5).降低干燥过程中的能量消耗

干燥是消耗热量很大的化工单元装置。在干燥过程中，热效率变化很大，如药片包衣干燥时，热效率为7%；视频添加剂的流态化干燥，热效率为20%-50%。提高干燥过程热效率的主要措施如下：

①.对现有干燥设备，如强热管理。如防止干燥介质的泄漏，使燃烧炉中的燃烧完全，对带有热风循环的干燥设备，尽可能地保持最大的循环风量等。

②.改善设备的保温。一般干燥器损失热量为3%-30%。在对干燥器散热量进行测定的基础上，采取措施，改善设备的保温，减少热损失。

③.防止再次的过度干燥。干燥过程中，应严格地把产品控制在要求的含水量范围内，避免造成产品的过度干燥，而增加能量消耗。例如纸张干燥，是为了保证纸张的强度，要求其含水率为7%，而多滚筒干燥器可能靖纸张过度干燥到含水率为4%。为了防止过度干燥，可以减少最后几个滚筒，改为高频加热，严格控制纸张含水率在7%。

④.减少被干燥物料的初水分含量。如果被干燥的物料是溶液，可用薄膜蒸

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

发器浓缩后，再进行喷雾干燥；如果被干燥的物料是悬浮液，可用过滤除去大部分的水分，再进行干燥。这样可以降低单位质量产品的热能消耗。例如，天津油漆总厂把铬黄干燥改成过滤后，把滤饼用往复泵输送至喷嘴，再用气流雾化，进行喷雾干燥，产品质量好，降低了热能消耗。

⑤.回收废气带走的热量。对流干燥器在进口温度不太高的情况下，废气带走的热量与总热量之壁纸是很大的，有的可占总热量的40%。采用热交换器回收废气带走的热，已在工业上实施。例如，用10℃的空气，通过废热回收换热器加热到84.8℃，废气可从150℃降到70℃，回收了废气中热量的25%，节约燃料23%，在两年内即可收回废热，回收换热器所用的投资。用“热管”回收废气中的热量也是很有前途的方法。

⑥.提高干燥器的空气进口温度。被干燥的物料若是非热敏性的，进入干燥器的空气温度，可以提高到650℃以上；对于热敏性的物料，也可在保证产品质量的前提下，尽可能地采用较高的的干燥器气体进口温度。因为，使用的气体温度也高，干燥器的热效率越高。例如，把20℃绝对湿含量为0.01的空气加热到500℃，用于干燥，在干燥器中空气放热而降温的极限是使之绝热饱和到这种状态空气的湿球温度65.8℃其理论热效率可达到90.5%。如果，这种空气只加热到120℃，用同样的方法计算，其理论热效率为82%。课件，提高干燥器的进口空气温度，可以提高干燥器的理论热效率，世纪热效率亦是如此。

⑦.采用过热蒸汽干燥。用过热蒸汽作干燥介质，利用蒸汽显热下降的干燥方法，叫做过热蒸汽干燥。干燥用的蒸汽，可以循环使用，以减少热损失，提高干燥过程的热效率。此外，蒸汽的必比定压热容比空气约大一倍，在相同的干燥热负荷下，水蒸气的用量，仅为空气用量一半，因此，提高了干燥装置的生产能力。它适用于干燥时发臭的物料、有爆炸危险的物料、含有机溶剂物料以及放射性废物的干燥等。

⑧.闭路循环干燥流程的开发和应用。例如用惰性气体作干燥介质的闭路循环流程。北京石油化工总厂向阳化工厂用但其作干燥介质，干燥聚丙烯树脂，生产能力可达1.39Kg/s，产品质量也高。

⑨.消除干燥操作造成的公害问题。在粉尘回收方面，用湿式除尘器洗涤废气，可使排放肺气肿的含粉尘量降到15-35mg/m3（标准），此值的大小还取决

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

于洗水用量。现代化的空气喷吹自动清除粉尘的袋滤器，处理后气体含尘量可以达到20 mg/m3（标准）。还可采用废气洗涤和热回收组合的方式，来净化废气，它既可减少粉尘又降低了热耗。为了减少干燥中的风机产生的噪声，应选用加工精度高、动平衡调节耗的风机，其次，在安装上应采取隔振和减振等措施，务必使风机噪声控制在90dB以下。

1.5.国内外研究现状、发展动态

近年来，随着我国工农业生产的迅速发展，对干燥设备的需求量越来越大，干燥设备的总体水平也不断提高。常规干燥设备基本可以满足生产的需要，并有部分机型出口到国外。干燥设备的进步表现在以下几个方面：

1.5.1干燥设备的加工质量

从干燥设备的制造过程看，干燥设备的加工质量受技术水平及应用行业的制约。干燥设备的应用行业很多，对设备质量要求最高的是制药行业。由于制药行业的特殊性，对所用干燥设备的材质、结构及加工质量都有具体要求，因此要求制造行业提供的设备加工质量较高。其次是食品行业，食品行业对干燥设备及干燥系统有严格的卫生指标要求，因此设备结构及钢材的处理标准较高。质量要求相对不高的是化学工业生产中的部分设备。在所有行业中化学工业不论是设备的用量还是型式都最多最复杂，应该说化工行业的干燥设备有特殊要求的也比较严格，但与上述两个行业相比略低一些。

从最年几年干燥设备总的质量看，多数设备钢板都经过抛光处理，焊缝采用氩弧焊（不锈钢），焊缝也经过处理，有些工厂对直焊缝和环焊缝采用自动或半自动焊接，使设备质量得到保证。

1.5.2设备规模

作为生产中的单元设备，干燥机以满足生产要求为最高目的。随着各行业生产规模的扩大，也推动了干燥设备的规模不断扩大。目前我国生产的闪蒸干燥设备直径可以达到1.6m(超出此规模的应用实例不多)，而且运转良好。桨叶干燥机的传热面积可以达到160平方米，可以通各种载热介质，盘式干燥机最大传热面积已达到180平方米。机械离心式喷雾干燥机的处理量可以达到45t/h，机电

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

一体的离心雾化器也达到处理量5t/h的规模，较好地解决了雾化器的机械问题，离心喷雾干燥机直径已达到10米以上。压力式喷雾干燥机可以达到直径8米，总高50多米，处理能力达到4t/h。回转圆筒干燥机直径可以达到2.5米，长达

30多米。带式干燥机面积也达到140多平方米。

1.5.3装备规模

干燥设备的装备水平主要指干燥系统的控制水平、附属设备的配备、操作的方便程度和安全等级等。纵观我国干燥设备的装备水平，有了长足的进步。特别是大型的干燥系统更是如此。主要表现在以下几个方面： (1).控制系统的配备

自动、半自动控制系统广泛应用，使劳动强度降低，产品质量稳定[5]。 (2).计算机技术的应用

大型系统中多数采用计算机技术进行系统参数的采集、处理和控制，使系统操作条件达到最优。 (3).人性化设计

在设备设计的同时考虑操作者的习惯，维修时的方便程度。 (4).安全化设计

系统中有安全报警、险情排除功能，特别是易燃易爆物料的干燥都要考虑到这一点。 (5).附属设备

系统中的附属设备也趋于合理，加热、加料、气固分离、产品的包装设备与主机的配套关系达到最优化[6]。

1.5.4干燥机主要在粮食方面的发展因素和研发方向

农村劳动力减少的趋势。我国农村经济体制改革后，农村经济逐步向多元化方向发展。我国广大农民已不再单纯地从事种职业，相当一部分农民，尤其是青壮年农民，遗精从事其他行业工作，有相当数量的农村劳动力遗精完全离开了农村，在城市里从事各类非农业工作。农村劳动力的减少，使得农业机械有进一步发展的可能，其中就包括粮食干燥机械化。

国家对农业机械化发展也越来越重视。近年来国家出台的法律法规等一系列

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

文件也为农业机械的进一步发展起到了政策方面的支持。十一五国家科技支撑计划也对小型高效保质干燥设备研制开发给予了资金上的支持。

我国干燥机潜在市场巨大。我国是粮食大国，每年仅稻谷产量约4000亿斤，目前机械化干燥的粮食占总产量很小。随着社会的发展，机械化干燥率每提高1% ，就需要20t/d粮食干燥机2000台，可见粮食干燥机市场潜力巨大，需求处于升势，开发粮食干燥设备即管束干燥机顺应市场发展的要求。

我国有一批长期从事干燥技术和设备研发的科研院所和大专院校是我国粮食干燥设备研发的技术支撑力量。近年来粮食干燥设备的研发逐渐受到科研单位的重视，一些更新换代产品正在研发设计之中，随着干燥技术的不断进步和完善，我国干燥机的各方面性能将逐步改善。

由于现阶段粮食干燥机多为储粮大户，农民联合体和粮食收纳库出资购买， 因此机器要求成本不高，但不能以降低干燥质量和干燥过程的稳定性为代价来换取设备的低成本。目前，我国多数产品的干燥操作是在单一干燥设备内一种干燥参数下完成的，而从物料的干燥动力学特性可以看出，在物料的不同干燥阶段，其最优的干燥参数是不同的。同时，一种干燥设备，往往不能适应物料在不同干燥阶段其含水量和其他物性对干燥设备的不同要求。如果采用单一干燥设备和单一干燥参数，不仅会造成能源和资源的浪费，还会影响干燥质量和产量。因此，必须首先从干燥工艺上进行根本改造，改变粗放型的干燥方式。

随着能源价格的不断增长，干燥用新能源的研究是热点之一。我国的生物能源也相当丰富，尤其在广大农村，用秸秆制造沼气的技术遗精相当成熟，现在要进一步提高技术含量和实行规模化工业生产。另外，生物制取氢气与生物制取工业柴油的研究也在国内外蓬勃开展。用生物制取燃料为干燥提供热源有广阔的应用前景。干燥机采用可再生资源比如秸秆，稻壳等作为热源成为发展的方向之一。

随着人们生活水平的不断提高，人们对粮食的质量也提出了更高的要求，干燥机在满足高效干燥的同时，粮食的高质量干燥也是发展的方向之一。干燥机的工艺选择，机构的设计，材料的选取都会影响干燥后的粮食质量。干燥过程中的质量控制也是重要的研究方向。应运用符合先进控制方向和方法干燥过程控制领域移植和改造，解决过程控制现有的难题，不断完善，发展和创新现有的干燥过程控制算法，达到干燥精度和控制费用的满意折中。干燥过程控制中迫切要求开

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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪论

发出实时性好的模型预测控制方法，在保证干燥质量的前提下使在线计算时间减少，在模型预测控制的3大机理——预测模型，反馈校正方法，求解优化的策略上下功夫，全方位的去加以研究和突破，提高干燥品质自动控制系统的可靠性，建立具有自适应能力的控制算法等。

我国幅员辽阔, 不同地区、不同作物的粮食产地干燥机械化存在较大差异性, 为适应市场需要, 适应农村以家庭联产承包责任制为主的双层经营体制, 应坚持因地制宜、分散与集中相结合、流动与固定相结合的特点。国营粮库集中干燥由于受基础设施影响, 如受场地、设备及收购资金等限制越来越暴露出问题, 造成不能适时收购, 而且收购的主要是合同定购粮, 所占比重很小, 约为30% , 这样造成农民卖粮难, 影响农民种粮积极性, 出现很多社会问题。因此, 北方地区粮食产后农民自行分散干燥是未来的主要形式,这样就迫切需要我们根据实际情况, 设计出适合高寒地区作业、结构简单、日处理量 5～10t, 适应农村能源、运输条件, 成本低廉,能够跨村、跨户联合干燥作业的干燥机,这对我国农业的发展具有重要的现实意义。

总之，国外的先进干燥技术水平带动了国内干燥业的蓬勃发展，管束干燥机的结构设计也随着国内干燥业的发展不断的优化，由于管束干燥机的干燥使用范围很广，管束干燥机的广泛应用会成为国内干燥业的一大亮点。

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东北大学毕业设计（论文） 第2章 管束干燥机的性能及工作原理

第2章 管束干燥机的性能及工作原理

2.1.管束干燥机的性能特点

管束干燥机可广泛用于化工，食品和粮食，饲料等行业的松散类物料，如粉状，颗粒状，片状类无太大粘性的物料。

管束式干燥机是目前大部分先进国家使用最广泛的干燥机之一，GSG型管束干燥机吸收了国外同类产品的优点，并有了一定程度的提高，该机器的优点：主要是热耗低，干燥物料范围广泛； 产量大，水分蒸发量大且可干燥高水分的物料；干燥弹性大（能视不同的物料性质，水分要求对干燥时间进行调整）；能连续生产（即自动化程度高），也可间歇生产（适合于特殊生产工艺）；该机器附加配套设备少，故占地面积少。因此在工艺上显得很紧凑，可放在单层平房，节省土建费用。另外一点是该机器受磨损件少，易于安装，故维修费用很低。

GSG500管束干燥机采用内部间接传热方式（热介质不接触物料），传热面积大，热效率高，单位容积的干燥能力是常规间接加热干燥机的3倍左右，热效率高达80～90% ，节能降耗，是降低干燥产品成本的首选干燥形式。

GSG500管束干燥机操作简单，使用方便，连续运转，处理能力大；干燥时间可长可短，对于瞬间不能干燥的物料以及需要脱除结晶水的物料是首选设备；粉尘回收设备简单，动力能耗小[7]。

GSG500管束干燥机机型设计和干燥能力可大可小，可以采用蒸汽、热水、导热油、烟道气多种干燥介质。通过选择不同的干燥介质，可以选择50-600℃范围内的任何干燥温度区间。对于热敏性物料，干燥温度易于控制；对于易燃易爆的物料，干燥过程比其它干燥形式安全。由于干燥过程中不需要鼓风机和引风机，对于回收有机溶剂比较方便。

GSG500管束干燥机适用范围广，对于化工、医药、建材、煤炭、轻工、食品、冶金、饲料、肥料等行业的颗粒状、粉状和滤饼而粘度不太大的物料都可以达到理想的干燥效果[8]。

2.2.主要结构和工作原理

管束干燥机主要由管芯、管壳、传动、支撑、冷凝水输出系统、蒸汽连接系

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东北大学毕业设计（论文） 第2章 管束干燥机的性能及工作原理

(2).应保证管束干燥机正常使用前的充分预热过程和逐步递增加料过程。只有设备空载运行正常并经过充分的预热，设备的各个部件均正常工作后，才能进行加料。逐步递增加料是为了保证产品质量和设备运行稳定，以及机内温度分布均匀。整个调试过程不能急于求成，要调节好加料量大小，控制时间总量不能太少。

(3).进料水分较大需要回料时，不能直接将湿料加入机内进行调试，以免湿料粘结在设备内表面，可将备用的干燥物料逐步加入，直至干燥物料充满干燥机容腔（注意填充率不能过高）后，在回料里再逐步添加湿料至适当比例。

(4).风机调整是调节干燥机水分和热量平衡的关键。应反复调节风机前阀门，控制出料温度和出机废气温度在所需正常范围内。

(5).物料在干燥机内的填充率必须控制应严格控制进出机速度和抄板角度，保证填充率不致过高，填充率根据物料的差异一般在0.5-0.85[12]。

管束干燥机与同类连续运行干燥机的比较见下表2.1[13]。

表2.1管束干燥机与同类型连续运行干燥机的比较

内容 操作形式 环境状况

状况好

干燥效果

很均匀 颗粒、粉状、片状等

干燥物料

非粘性或半粘性松散

物料

操作简单，自动化程

可控制性

度高

制作要求和生产成本

制作简单，生产成本

高，运输安装要求有

制作和安装运行

大型起吊装备，运行、

运行、操作简单

操作简单

要求

一般，安装有要求，

低，安装运行调试有制作简单，生产成本

度高

度高

况良 一般

颗粒、粉状、片状等非粘性或半粘性松散

物料

操作简单，自动化程

况一般 均匀

颗粒、粉状、片状等非粘性或半粘性松散

物料

操作简单，自动化程

管束干燥机 连续运行 密闭负压运行，环境

转筒干燥机 连续运行 半封闭运行，环境状

带式干燥机 连续运行 半封闭运行，环境状

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东北大学毕业设计（论文） 第2章 管束干燥机的性能及工作原理

2.7.管束干燥机的总体参数

设计压力:0.65MPa

最高许用工作压力：0.6MPa 设计温度：170摄氏度 试验压力：0.85MPa 加热介质：水蒸气 散热面积：500平方米 主轴转速：10rpm 主机功率：45kw 主机重量：39652.02kg

外形尺寸：长×宽×高容积：8.35立方米

12316×2988×3497（mm） - 19 -

东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

3.1齿轮校核

选择齿轮材料、确定精度等级及许用应力。

小齿轮材料选用40Cr钢，调质处理，查机械设计课本中表5-1，硬度为241-286HB，取250-280HB[14]。

大齿轮材料选用ZG45，正火处理，硬度为245-285HB，取250-290HB。 选齿轮精度等级8级(GB10095-88)查机械设计课本中图5-16b，得

?Hlim1?69MPa；?Hlim2?44MPa；

计算应力循环次数N，由机械设计课本[15]中式(5-33)

N1?60n1jLh?60?300?1??10?300?8??4.32?108 (3-1)

8N14.3?2108??1.30?1 N2? 0 (3-2) u3.32查机械设计课本中图5-17，得ZN1?1.05,ZN2?1.13(允许有一定量的点蚀) 取ZW?1.0，SHmin?1.0，ZLVR?0.92， 接触疲劳许用应力(机械设计课本中式5-28)

??H?1???H?2??Hlim1SHminZN1ZW?690?1.05?1.0?0.92?666.5MPa (3-3) 1.0440?1.13?1.0?0.92?461.5MPa (3-4) 1.0?Hlim2SHminZN2ZW?按接触疲劳强度确定中心距a 由机械设计课本中(5-18) a??u?1?3式中 T1?9550?103?KT1?ZHZEZ??2?au????H?? (3-5) ???245?7.136?106N (3-6) 60由于转速不高，初取KtZ?t2?1.0 取

0.4

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东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

由机械设计课本中表5-5，得 ZE? (3-7) MPa由机械设计课本中式(5-14)计算

ZH?22??2.5 (3-8) 00cos?sin?cos20sin20初定中心距

2a??t??u?1?3KT1?ZHZEZ2???au????H???1.0?7.163?106?2.5?188.92??3.32?1?32?0.4?5???461.5?? ?863.93圆整取a?864mm

一般取m??0.01~0.02?a??0.01~0.02??864?2.08~5.60mm 取标准模数m?16mm 齿数 Zam?u?1??2?8641?216??3.32?1??25 Z2?uZ1?3.32?25?83 齿轮分度圆直径

d1?mZ1?16?25?400mmd2?mZ2?16?83?1328mm

齿轮顶圆径 dd*

a1?1?2ham?400?2?1?16?432mm dd*

a2?2?2ham?1328?2?1?16?1360mm 齿轮基圆直径 db1?d1cos??400?cos200?375.877mm db2?d2cos??1328?cos200?1247.912mm 圆周速率 v??d1n1?400?30060?1000??60?1000?6.28m/s 由机械设计课本中表5-6知，选取齿轮精度为8级是合格的。

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(3-9)

(3-10)

(3-11)

(3-12)

东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

由机械设计课本中表5-3知，电机驱动，载荷平稳 取KA?1.0

vZ1.7?025?0.4 25 (3-13) KA?1.01?

100100按8级精度，查机械设计课本中图5-4a 得Kv?1.05

齿宽Kv?1.05b??aa?0.4?864?345.6 (3-14) 按b/d1考虑低速级轴的刚度较大，齿轮相对轴承非对称布置，查机械设计课本中图5-7(a)，得K??1.09

按8级精度，由机械设计课本中表5-4，得K??1.1

K?KAKvK?K??1.0?1.?051.?09?1. 1 (3-15) 由《机械原理》公式计算端面重合度 aa1?cos?1375.877?c?o1s?da1432db2db10 5 (3-16) 2 8.aa2?cos?11247.9120 ?c?o1s?22.60 06 (3-17)

da21360Ea? ?1?Z1tanaa1?tana?Z2tanaa2?tana???2?????1?28??tan28.50?tan200??83??tan22.60060?tan200??

?2???1.661Z??4??a4?1.661??0.88 (3-18) 33由机械设计课本中式(5-17)

?H?ZHZEZ?2KTbd12?1.26?5410003.32?1 安全 ?2112?1123.32?2.5?188.9?0.88?2?273.9MPa???H??345.6MPa- 22 -

东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

校核齿根弯曲疲劳强度 由机械设计课本中式(5-22) ?F?按Z1?25, Z2?83

查机械设计课本中图5-14，得YFa1?2.60, YFa2?2.20 查机械设计课本中图5-19，得YSa1?1.62, YSa2?1.82

0.750.75由机械设计课本中式(5-23)计算 Y??0.25??0.2?5? (3-20) 0.7?a1.6612KT1YFYaYS?a???bd1m? H (3-19)

弯曲疲劳许用应力，由机械设计课本中式(5-31)知

??F???FlimYSaSFminYNYX (3-21)

查机械设计课本中图5-16b，得?Flim1?290MPa, ?Flim2?152MPa 查机械设计课本中图5-19，得YN1?1.0, YN2?1.0

YX1?YX2?1.0

取YST?2.0, SFmin?1.4 ??F?1? ??F?2??FlimY1SaSFminYN1YX?290?2.0?1.0?1.?01.4152?2.0?1.0?1.?01.4 1 4 (3-22) 4?FlimY2SaSFminYN2YX? (3-23) 21 7?F1?2KT1YFa1YSaY?bd1m2?1.26?7.163?106??2.60?1.62?0.7 安全

345.6?400?16?24.06MPa- 23 -

东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

??F?2?YFa2YSa2YFa1YSa12.20?1.82 安全

2.60?1.62?23.16MPa???F?2?217MPa?24.06?

齿轮主要几何参数: Z1?25, Z2?83,u?3.32，m?16mm

d1?mZ1?16?25?400mm d2?mZ2?16?83?1328mm

*da1?d1?2ham?400?2?1?16?432mm

*da2?d2?2ham?1328?2?1?16?1360mm

df1?d1?2.5m?400?2.5?16?360mm

df2?d2?2.5m?1328?2.5?16?1288mm

a?11?d1?d2???400?1328??864mm 22 b1?345mm

b2?b1?(5?10)?350mm

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东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

3.2轴的结构设计及校核

图3.1 轴的受力分析图

图3.2 受力简图

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东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

图3.3 弯矩图

图3.4 转矩图

图3.5 计算弯矩图

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东北大学毕业设计（论文） 第3章 传动齿轮及轴的寿命校核

图3.6 轴简图

3.2.1 绘制轴的受力分析图如上

由?MB?0 得

?RAY?L1?L2??FL2?0 RFLAY??2L?283983?47384738?4738??141991.51?L2??由?Y?0 得

RBY?F?RAY?3350?1675?1675 3.2.2 作弯矩图

垂直面弯矩MY图

C点：

MCY?RAY1L?141991.?54738 ?672755.N7m3. ?6.7?251N0m.

3.2.3 作转矩T图

T?9550?103?45600?716.25N.m - 27 -

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(3-27) (3-28)

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