（船舶与海洋工程专业论文）93QH500型青饲料烘干机的计算和设计.pdf

西北1 业大学颤 学位论文摘璺 摘要 本文介绍了我国草业的发展现状 发展前景以及与国外草产业之间存在的差距 在 对9 3 q h 一3 0 0 型燃煤牧草烘干机组进行结构分析的基础上 阐述了9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草 烘干机组的设计要点 并从技术可行性和经济可行性两个方面进行了分析 通过采用新 的设计分析手段 使用有限元分析计算工具解决了9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组设计 过程中的计算分析困难的问题 对其主要结构件迸行了有限元分析 对关键部分结构件 进行了优化 验证了计算结果 证明了9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的设计满足设计 要求 取得了研制成功 同时 在技术上为研制新的大型9 3 q h 一1 0 0 0 型烘干机组的设计 提供了一条参考路线 通过以有限元分析与计算为基础的设计 必将大大加快大型 9 3 0 h 一1 0 0 0 型烘干机组的研制进程 文中的有关热力计算分析依据是以煤为燃料 以干净的高温热空气 5 5 0 6 0 0 c 作为干燥介质 每小时生产 鲜草含水量6 0 7 0 快速烘干后含水量9 1 2 5 0 0 公 斤草粉的工作量作为计算初始条件 对9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的性能 功能进 了计算论证 进一步阐述了其研制的社会意义 并给出了在实际生产过程中需要解决的 关键技术问题等 本机组快速烘干加工的紫苜蓿草粉 色泽鲜艳 气味芳香 草粉质量符合国际草粉 等级标准 在2 0 0 4 年加工草粉的时问近4 0 0 0 小时 草粉的产量达2 0 0 0 吨 在2 0 0 4 年 l 0 1 1 月份进行了1 5 0 小时的样机生产考核 对高温热风炉进行了改进设计 对草粉生 产工艺进行了完善 该机组系列产品的研制成功 在我国尚属首例 填补了我国青饲料 快速烘干设备的空白 具有较高的科研价值和应用推广前景 关键词 热风烘干机牧草青饲料有限元分析 西北t 业夫学顾i 学位论文 摘要 a b s t r a c t s t a t u si nq u oa n dd e v e l o p m e n to fg r a s si n d u s t r yo fo u rc o u n t r ya r ei n t r o d u c e da n d d i s p a r i t i e sb e t w e e ni n t e m a la n di n t e m a t i o n a la r eg i v e ni nt h i sp a p e r i ti si m p o r t a n tc o n t e n t t h a ti sd e s i g n e da b o u tt h e9 3 q h 一5 0 0t y p eo fh e r d i n gg r a s sd r y e ro nt h et h e9 3 q h 一3 0 0 t y p e a n df e a s i b i l i t yo nt e c h n i c a l l ya n de c o n o m ya r ep r o v e d u s i n gn e wt o o lo f d e s i g na n da n a l y s i s a n s y as o f t w a r ea b o u tf i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s s o l v e dd i f f i c u l t i e s o fc o m p u t i n ga n d a n a l y z i n gi nc o u r s eo fp l a n n i n gt h e9 3 q h 5 0 0t y p eo fh e r d i n gg r a s sd r y e r a n dc a l c u l a t e dt h e m a i ns t r u c t u r ep a r t s a n do p t i m i z e dt h ek e yp o i n t so fs t r u c t u r e a n dv a l i d a t e dc a l c u l a t i n g r e s u l t s a n da t t e s t e dt h a ta c c o r dw i t hd e m a n do f d e s i g no f t h e9 3 q h 一5 0 0t y p eo f h e r d i n gg r a s s d r y e r a n da c q u i r e ds u c c e s s f u ld e v e l o p m e n t i tp r o v i d e dan e wt e c h n i c a lw a yf o rp l a n n i n g l a r g eh e r d i n gg r a s sd r y e r t h e9 3 q h 一1 0 0 0t y p e t h r o u g hs i m i l a rs i m u l a t i o nc a l c u l a t e dw o u l d e x p e d i t e dd e v e l o p m e n to f t h e9 3 q h 一1 0 0 0t y p eo f h e r d i n gg r a s sd r y e r r e g a r dc o a la st h ef u e lt h en e x ti no r d e r l i et h eq u a l i t yw i t ht h eh o ta i r 5 5 0 6 0 0 i n c l e a nh e a tc o n d u c ta n da c t i o n sa r i d i t y ac o a lh e r d i n gg r a s sd r y e rat e c h n i q u ef o ro ff u n c t i o n r e s e a r c h i n g t om a n u f a c t u r em e a n i n g d e s i g na c c o r d i n gt o c o n s t r u c t i o ne x p l a i n i n ga n dd e s i g n c o m p u t i n g i na c t u a lp r o d u c t i o nl i n es o l v i n gk e ye t c o fp e rh o u rp r o d u c t i o n t h ef r e s hg r a s s c o n t a i n st h ew a t e rm e a s u r e s6 0 7 0 c o n t a i na f t e rd r y i n gq u i c k l yt h ew a t e rm e a s u r e s 9 1 2 5 0 0k i l o g r a m so f g r a s s e sp o w d e rp r o c e e d e dt h ei n t r o d u c t i o n t h j sm a c h i n ei sap u r p l ec l o v e rf o rq u i c k l yd r y i n gp r o c e s s i n gg r a s sp o w d e r f r e s hi n c o l o ra n d1 u s t e r t h es m e l li ss w e e ts m e l l t h eg r a s sp o w d e rq u a n t i t ym a t c h e st h ei n t e m a t i o n a l g r a s sp o w d e rg r a d es t a n d a r d m a c h i n ep r o c e s s e dg r a s sp o w d e ra l m o s t4 0 0 0h o u r s t h ey i e l d o ft h eg r a s sp o w d e ra m o u n t e dt o2 0 0 0t o nf o rat i m ei n2 0 0 4 t h ek i n dm a c h i n ew a sc h e c k e d f o rp r o d u c t i o ni n v e s t i g a t e sf o r15 0h o u r si nt h eo c t o b e ra n dn o v e m b e rm o n t h 2 0 0 4 t h eh e a t c o o k e ro ft h eh o tb r e e z ew a sp r o c e e d e dt ot h ei m p r o v e m e n td e s i g n p r o c e e d i n gt ot a k ei n t ot o t h eg r a s sp o w d e rp r o d u c t i o nc r a f tp e r f e c t r e s e a r c h i n ga n dm a n u f a c t u r es u c c e s so ft h i s m a c h i n ef i l l e du pab l a n ko f t h eq u i c k l yd r y i n ge q u i p m e n t so f a n i m a lf e e d a to u rc o u n t r ys t i l l b e l o n g i n gt ot h ef i r s t l y h a v i n gt h eh i g h e rs e c t i o nr e s e a r c hv a l u ea n dt h ef o r e g r o u n df o r a p p l y i n gt oe x p a n d i n g k e y w o r d s h o tb b r e e z ed r y e r a n i m a lf e e d h e r d i n gg r a s s f e a 两北t 业人学坝l j 学位论文 第一章国内外草产业发腱比较 第一章国内外草产业发展比较 1 1 国外草产业发展状况 目前 许多发达国家草地牧业的产值已占农业总产值的5 0 以上 有的甚至高达 8 0 我国只有1 0 左右 欧美和澳洲等一些国家对草业十分重视 将其看做 绿色黄 金 澳洲人更称其为 立国之本 美国苜蓿种植面积达1 2 0 0 万公顷 年产值近百亿 美元 在全美栽培农作物中居第四位 我国目前苜蓿种植面积约1 0 0 万公顷 但产业发 展水平仍较低 1 2 国内草产业的发展过程 草产业在我国是一项新兴产业 尽管近年来取得了迅猛发展 但整体产业水平与发 达国家相比仍存在着巨大差距 立草为业 的理念我国早在2 0 世纪八十年代就已提出 1 9 8 4 年 著名科学家钱学森首次提出密集型草产业的问题 一年之后 钱学森又对草业 做了进一步诠释 以草原为基础 利用日光能量合成牧草 然后用牧草通过家畜 生 物 再通过化工 机械手段 创造物质丰富的产业 钱学森说 草产业的概念不仅是 开发草原 种草 还包括饲料加工 养畜 畜产品加工 最后一项也含毛纺织工业 中国工程院院士 著名草原生态学家任继周认为 草业的内涵从草地的生境 大气 土 地等自然因素 丌始 到草地 到家畜 到产品 到市场流程 这是一个很长的产业系 统 而不是单纯资源性的自然再生产 1 3 草产业的发展给牧草烘干设备带来了市场机遇 草业研究者和投资者普遍认为 我国西部地区出现的新一轮革业投资热将有助于逐 渐缩小中外草产业的发展差距 目前我国已有少数省区有了草粉厂 这种草粉厂主要靠 自然风干后 经粉碎机加工成草粉 那么青草既然可以自然风干 为什么还要研制耗能 的烘干机组呢 第一 科学研究表明 收割的鲜草 如何干燥对鲜草的饲草价值和营养成份保存 有极大的关系 如在气候条件较好时 自然风干 蛋白质损失达3 0 左右 胡萝h 素损 失达9 7 在不良气候条件下风干 蛋白质损失4 5 5 0 而胡萝h 素损失达9 9 另外 牧草在人工翻晒过程中含营养成份最集中部分嫩叶损失很大 如武邑县草粉厂 送来的 干苜蓿 叶子已经很少 而资料表明 叶中的蛋白质和矿物质含量较茎中大2 7 5 倍 胡梦h 素多1 0 1 5 倍 如苜蓿损失叶2 0 时 干草的饲用价值约下降3 0 如果把自然 l 两北t 业人学坝l 学位论盘 蚺节田内外草产业发展比较 第一章国内外草产业发展比较 1 1 国外草产业发展状况 目前 许多发达国家草地牧业的产值已占农业总产值的5 0 以上 有的甚至高达 8 0 我国只有1 0 左右 欧美和澳洲等些国家对草业十分重视 将其看做 绿色黄 余 澳洲人更称其为 立国之本 美国苜蓿种植面积达1 2 0 0 万公顷 年产值近百亿 美元 在全美栽培农作物中居第四位 我国目前苜蓿种植面积约1 0 0 办公顷 但产业发 展水平仍较低 1 2 国内草产业的发展过程 草产业在我国是一项新兴产业 尽管近年来取得了迅猛发展 但整体产业水平与发 达国家相比仍存在着巨大差距 立草为业 的理念我国早在2 0 世纪八十年代就己提出 1 9 8 4 年 著名科学家钱学森首次提出密集型草产业的问题 一年之后 钱学森又列草业 做了进一步诠释 以草原为基础 利用日光能量合成牧草 然后用牧草通过家眚 生 物 再通过化工 机械手段 创造物质丰富的产业 钱学森说 草产业的概念不仅是 开发草原 种草 还包括饲料加工 养畜 畜产品加工 最后一项也含毛纺织工业 中国工程院院士 著名草原生态学家任继周认为 草业的内涵从草地的生境 大气 土 地等自然因素 开始 到草地 到家畜 到产品 到市场流程 这是个很长的产业系 统 而不是单纯资源性的自然再生产 1 3 草产业的发展给牧草烘干设备带来了市场机遇 草业研究者和投资者普遍认为 我国西部地区出现的新 轮草业投资热将有助于逐 渐缩小中外草产业的发展差距 目前我国已有少数省区有了草粉厂 这种草粉厂主要靠 自然风干后 经粉碎机加工成草粉 那么青草既然可必自然风十 为什t 么还要研制耗能 的烘干机组呢 第一 科学研究表明 收割的鲜草 如何干燥对鲜草的饲草价值和营养成份保存 有极人的关系 如在气候条件较好时 自然风干 蛋白质损失达3 0 左右 胡萝i 素损 失达9 7 在不良气候条件下风干 蛋白质损失4 5 5 0 而胡萝h 素损失达9 9 另外 牧草在人工翻晒过程中含营养成份最集中部分嫩叶损失很大 如武邑县草粉厂 送束的 干苜蓿 叶子已经很少 而资料表明 叶中的蛋白质和矿物质含量较茎巾大2 75 倍 胡萝h 索多1 0 1 5 倍 如苜蓿损失叶2 0 时 干草的饲用价值约下降3 0 如果把自然 胡萝h 素多1 0 1 5 倍 如苜蓿损失叶2 0 时 干草的饲用价值约下降3 0 如果把自然 翌 l 些叁兰堡 兰些堡墨 塑二童里塑丝望 些垄壁堕丝 风干中的生理生化作用和氧化作用造成的损失以及干草调制中机械损失加在一起 那 么 自然晒干就只能保持青草营养成份的4 0 甚至更少 换句话说这样调制的干草只 有不到一半的营养被利用 而大部份养分被浪费掉了 而快速人工干燥其营养成份可保 持青草蛋白9 5 胡萝h 素的9 0 9 5 并有多种维生素 这些是普通草粉不能比的 也 就是说人工干燥的优质草粉比自然风干的草粉营养成份高1 5 2 倍 如果单靠自然干燥 做草粉 我国的草地种植的牧草有一半以上被白自地浪费掉了 第二 有了青饲料牧草烘干机组 可做到随采割 随干燥 随加工成粉 而靠自然 干燥 因受自然条件限制很大 如遇雨季往往由于积压造成霉烂损失 因怕霉烂而不敢 刈割 资料表明按季刈割三次牧革产量可大大增加 有了烘干机组就解除了草农的后顾 之忧 第三 人工干燥的优质革粉可成为配合饲料工业中重要的蛋白质补充饲料来源 这一点正是我国饲料工业的薄弱环节 据有关专家估计明年我国草粉需要量为2 5 0 5 0 0 万吨 优质草粉中含有几十种营养成份 一公斤优质草粉相当于0 9 个饲料单位 其中 含可消化蛋白2 0 维生素a 3 0 0 毫克 胡萝h 素2 5 0 3 0 0 毫克 此外还有非常重要的原 生维生素c k e 和动物肌体所必须的b 族维生素 赖氨酸 重酸两氨酸等氨基酸 其 营养价值接近于动物蛋白饲料 有关资料介绍 饲料中添加优质草粉饲喂牲畜 效果非 常显著 例如 喂鸡 产蛋率可提高8 2 0 蛋增重1 2 1 7 喂奶牛 牛奶产量能提高 1 7 2 0 喂绵羊 可提高剪毛量1 5 将草粉配制成混合饲料喂猪 可减少精饲料消耗 2 0 2 5 降低成本2 0 喂牛羊等草食动物 可节省精料更多达4 0 5 0 可见 草粉产 业的发展具有其有重要的现实意义 发展草粉产业也具有迫切的社会意义 这是我国农业整体发展及其畜牧业发展的要 求 主要表现在 首先 我国饲料工业急需蛋白饲料 当前我国饲料工业和喂养业不适应 一个重要 问题就是蛋白饲料不足 除开发动物蛋白饲料外 优质草粉则大有可为 其次 以草代粮解决饲料粮不足矛盾 我国约有1 3 亿人口 每年有不同程度灾害 饲料用粮十分紧张 而我国的配合饲料厂大都以粮食做原料 如上海配合饲料厂的饲料 配方为 主原料 玉米 大麦 小麦 高梁等占7 0 副原料 大麦皮 米糠 草饼等 占3 0 其它还有鱼粉 羽毛粉为蛋白 维生素添加剂等 而饲料工业发达国家七十年 代后粮食比例大幅度下降 如欧洲共同体国家下降到3 8 9 丹麦 西德下降到3 0 荷 兰下降到1 9 我固有丰富的草原资源 以草粉为主或以草粉为辅的配合饲料会大大降低饲料用 2 翌 塑些查堂塑 兰些堡兰笙二里垦旦盐堂主些丝堡竖塑 粮 同时还增加了蛋白维生素的成份 目前我国牧草资源如不加以合理利用也会大大降 低饲用价值 甚至白白地浪费 同时也打击了种草的积极性 因此 就有必要研制青草 高温快速烘干机 前苏联生产的高温快速烘干机以a b m 系列 产量5 0 0 公斤 i 5 时 5 吨 小时 有单滚 桶和三滚桶两形式 荷兰凡登布克厂生产六种机型 其中产量为7 5 0 公斤 小时 l j 吨 小时 美国生产的m e c 烘干机组有单简和三筒式 产量为4 5 0 公斤 小时 1 3 6 吨 小时 日本科技株式会社生产2 吨 1 1 时的三筒式烘干机 法国生产1 7 吨 小时三 筒式烘干机 我国1 9 7 0 年引进的日本 荷兰 瑞士等国的烘干机组是烧重油的 由于不合我国 国情 运行成本高 5 0 万美元到l o o 万美元的设备有的根本未用 被闲置 有的使厂家 负债累累 1 9 8 6 年北京大兴引进法国烘干机 每小时生产1 7 5 吨草粉的烘干机组就是 烧煤和用热空气干燥 这台机器售价达1 2 0 万美元 综上所述 国外的小型机组一般为 4 0 0 7 5 0 公斤 小时 中型机组为 l 2 吨 小 时 大型机组则为 5 吨 1 3 吨 小时 困外的机组大多生产在6 0 年代 当时均使用烧 柴油和重油 用烟道器直接烘干 到1 9 6 7 年中东战争和海湾战争爆发后 世界油价爆 涨 结果牧草脱水从烧油转向烧煤 同时 环保的要求予以加强 我国又是产煤大国 加之国际石油供应r 益趋紧 所以 我们开发燃煤型 环保型的大中型牧草烘干机组不 仅适应了我国草产业发展的现状 也填补了国内空白 两北 一业大学坝l 学位论文 第一章9 3 q t 系列牧草烘十帆组 第二章9 3 q h 系列牧草烘干机组 2 19 3 q h 一3 0 0 型牧草烘干机组简介 9 3 q h 一3 0 0 型牧草烘干机组于1 9 8 8 年研制成功 该机组是农业部招标项目 也是国 家科委1 9 8 8 年批准的首批 火炬计划 项目 河南省高新技术产品项目 机组具有高 温 无污染 快速干燥的显著特点 它以煤作为能源 用干净的热空气作为干燥介质 使新鲜牧草在几十秒钟至几分钟之内即可加工成气味芬芳 无任何污染 符合国际等级 标准的优质绿色草粉和草捆或草颗粒 该机组充分考虑了中国国情 采用国际先进技术 体现了快速 高效 低耗 电测 温控 操作方便 寿命长 维修少 自动化程度高的 整体优化设计的指导思想 全套机组由高温热风炉 铡草 升运 除铁 烘干 粉碎 检斤以及自动测温 显示 报警 监控等二十多个单机组合而成 其生产工 艺流程如图 2 1 所示 二引 高 f 涅 l 蟪i 热 1 蟹 匾 忭 斗 i 三 纠 器 0 断 i 艋 r 1 高 i 器 图2 1 9 3 0 h 一3 0 0 型牧草烘干机组生产工艺流程图 符 壁 望 9 3 q h 一3 0 0 型牧草烘干机组 如图2 2 所示 主要特点 1 采用国际流行的高温快速烘干技术 该机组吸取了国外高温快速烘干机组的优 点 结合我国国情 精心设计 使牧草在烘干装置内只需几十秒至几分钟内就可以完成 传热传质的干燥过程 从而较好地保持了鲜牧草原有的营养成分 2 以煤作能源 成本低 符合中国国情 搓 每 同 一 一 一 i ir 预 矬 一款r 田 图 一 一洒珏玎包叽t 昧重 司型司 园 目罔 两北t 业人学顾 学位论文 笫二章9 3 q h 系列牧草烘十机鲺j 3 用干净的热空气做干燥介质 该机组可提 供5 0 0 c 以上的热空气做干燥介质 对干燥物料 无污染 4 风温可控 物料在干燥过程中的温度可 在电控台直接测出 有超温报警和风温控制装茕 从而保证草产品的干燥质量 j 可连续生产 自动化程度较高 6 核心设备高温热风炉采用耐高温金属材料 和独有的强化换热技术 工作可靠 故障少 维 图2 2 9 3 q h 一3 0 0 型牧草烘干机组 修部件少 热效率高 寿命长 7 采用重力和旋风二级分离组合式分离器 既干净了物料 又有利于环境保护 9 3 0 h 一3 0 0 型牧草烘干机组主要性能指标和9 3 q h 一5 0 0 型的技术要求指标如表2 1 烘 干机组的主要能耗指标表中所示 表2 1 烘干机组的主要能耗指标 指标 参数名称 9 3 q h 3 0 0 型9 3 q h 5 0 0 型 鲜草生产率 k g h 9 0 0 9 8 l 1 5 0 0 1 6 3 5 煤耗比 k g 草粉 k g 标煤 1 7 8 2 2 22 9 5 3 4 5 每吨草粉的耗l 乜率 k w h t 1 2 0 1 5 0 干草粉额定生产率 k g h 3 0 0 5 0 0 鲜草含水率 6 0 7 0 草粉含水率 9 1 2 草捆 饼 颗粒 含水率 1 4 1 8 额定功率 7 0 k w 设备重量 约2 5 吨 电源 3 8 0 2 2 0 v 5 0 h z 该机组自1 9 8 9 年投放市场后 已有几十套机组先后在河北 l l f 西 北京 河南 两北t 业人学坝l 学位论文第二章9 3 q h 系列牧学烘十机纽 广西 宁夏 重庆等地安装运行 其产量与性能均超过设计指标 产生了广泛的经济和 社会效益 新华社 中央电视台 人民日报 经济日报等媒体均曾有过报道 9 3 q h 一3 0 0 型牧草烘干机组的研制成功 填补了我国牧草烘干加工设备的空白 具有 国内领先水平 有较高的科研和社会价值 应用推广前景广阔 该系列机组同国外同类 机组相比 具有性能优越 工作可靠 适用性强 设备投资少 运行成本低 草产品等 级高等无可比拟的优越性 2 29 3 q h 5 0 0 型牧草烘干机组 随着市场需求的发展 9 3 q h 一3 0 0 型燃煤牧草烘干机组的产量已经难以满足用户的应 用需求 因此 丌发设计更高产量的牧草烘干机组既有重要的现实意义 经过大量的实 地考察及市场调研 进行9 3 0 h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的研制与开发是可行的 具有 市场前景的 本课题的提出是适应我国当前草业的发展现状 在已定型的9 3 q h 一3 0 0 型 燃煤牧草烘干机组基础上 根据市场需求 对大型9 3 q h 5 0 0 型烘干机组进行技术经济 和可行性分析的基础上进行研制开发 通过分析 计算和设计取得了初步研制成功 我们在农业部畜牧局的指导下 充分考虑了我国的国情 生产了产量为5 0 0 7 0 0 公 斤 小时的烘干机组 在水份为7 0 时产量为5 0 0 公斤 小时 水份为6 0 时产量为7 0 0 公斤 小时 型号为9 3 q h 一5 0 0 的产品具有如下特点 1 采用目前国际流行的高温快速烘干技术 我们在仔细考察了荷兰 瑞士 日本 法国的青饲料烘干机组之后 吸取了它们的先进之处 根据我国国情 经过精心设计 使其牧草在烘干机中只有几十秒至几分钟就可以干燥 保持了青饲料的营养 这种技术 就是把高温热介质 为热空气 4 5 0 6 0 0 与物料同方向移动 在特制的回转滚筒中 这时物料处于表面蒸发阶段 故牧草温度仍然保持湿球温度 很少超过3 j 在回转干燥 器中 由于在挡板 扬料板的机械作用下 向滚筒末端传递 由于扬料板把草料不断扬 起 落下 增加了物料与干燥空气的接触面积 草料处于较复杂的螺旋线向前运动 增 加了干燥的机会 当物料干燥后 就沿直线向分离器运动 叫 子和茎杆可自动调节在滚 筒内的干燥时间 2 以煤为能源 不但符合我国国情 也符合国际潮流 本机组一公斤标准煤可以 生产2 2 7 公斤草粉 整机能耗 煤 电 为1 6 2 4 千卡 公斤 达到国内先进水平 法国 的机组必须用2 0 m m 的煤块 不能大 也不能小 而本机组可使用3 0 r a m 以下的煤块直至 煤面均可 6 堕 王些苎堂竺芏 兰丝堡 塞 笙二 望罂旦 墨型竺 兰竺士 塾 3 用干净的热空气做干燥介质 无污染 比用国外烧油的烟道气干燥先进 4 风温可控 物料在干燥过程中的温度 可在电控台直接测出 有超温报警和可 拉电闸阀兑冷风的机构 使温度保持在一定的范围 这样可保证产品烘干质量 如超温 过多可切断助燃风机 使烧煤火势减弱 避免事故的发生 5 本机组包括了青饲料切碎 升运 快速干燥 分离除尘 除铁 粉碎 自动检 斤和自动封口 自动温度显示和控制的全套设备 包括了铡草机 运输机 螺旋输送机 高温热风炉 螺旋给煤机 空气预热机 助燃风机 冷风机 烟道机 主风机 带电控 调速的回转干燥器 密封装置 重力旋风式组合分离器 除铁装置 粉碎机 除尘机 自动检斤机 自动封口机 前后热风补偿管道等2 0 多种单机组合而成 6 本机组工作可靠 故障少 维修部件少 寿命达十年以上 热风炉采用不锈钢 和优质钢制造 为全焊接多层套筒结构 将燃烧炉与换热器合为一一体 在高温区均采用 不锈钢板和不锈钢管制造 在中温区用优质碳素钢和锅炉纲制造 在换热器和内层各壁 面涂有耐高温的高辐射红外涂料 即可防止钢表面氧化 又增大了烟气侧与钢板内室及 钢板外壁与空气侧中的红外辐射换熟份额 所以维修量极少 为了满足各种物料烘干 回转干燥筒 螺旋送料机都使用了电控自动无级调速 回 转干燥筒采用磨擦轮转动 工作十分平稳 采用下饲式机械输煤 一般小型热风炉均为手烧炉 手烧炉是问歇加煤 煤燃烧需 要的空气量和实际进入的空气量不相协调 新燃料投入不久 不完全燃烧的热损失就增 加 燃烧过程结束 因空气过量而增加了排烟热损失 这种燃烧过程周期变化所带来的 经济损失是手烧炉的严重缺点 而且炉门经常开启 造成温度波动 本热风炉采用下饲 式机械输煤 完全克服了手烧炉的缺点 使热风炉的热效率达到7 0 以上 7 采用重力和旋j t 级分离组合式分离器 不但使废气和干燥物料分离 同时还 能去除物料中的灰尘 并不使废气和灰尘排入大气 既干净了物料也有利于环境保护 2 3 项目研究的主要内容 在9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的设计开发过程中 通过采用有限元分析计算工 具a n s y s 软件 对其主要结构件进行了仿真分析 对关键部分结构件进行了优化 使用 有限元分析计算工具解决了9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组设计过程中的计算分析困难 的问题 验证了计算结果 证明了9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的设计满足设计要求 取得了研制成功 同时为研制新的大型9 3 0 h 一1 0 0 0 型烘干机组提供了一条新的技术路线 通过类似有限元分析与计算 以此为基础的设计 必将大大加快大型9 3 0 i 一1 0 0 0 型烘于 堕 些叁兰坚 兰些堡苎 笙三童 里 至型墼 坐 坐 机组的研制进程 同时为民用新产品的开发提供了一条技术参考路线 本文中的热力计算分析是以煤为燃料 以干净的高温热空气 5 5 0 6 0 0 c 作为干 燥介质 每小时生产 鲜草含水量6 0 7 0 快速烘干后含水量9 1 2 5 0 0 公斤草粉 的9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的性能 研制意义 设计依据 结构说明以及主要设 备 结构的设计计算进行了详细的介绍 最后 本文对在调试 实际生产过程中遇到的问题及技术关键等的解决进行了简要 介绍 同时在附录中 对目前正在研制中的大型9 3 q h 一1 0 0 0 型烘干机组进行了简单的分 析与计算 西北t 业大学硕十学位论文第三章9 3 0 h 一5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的设计 第三章9 3 q h 一5 0 0 型牧草烘干机组的设计 3 1 机组的工作原理 把刈割的青牧草经铡草机压扁 切碎 后 投入料仓 经控制开口使料均匀地落 入胶带运输机上 然后升运到横向螺旋给 料机的料斗 通过横向螺旋推进器排出的 草经由倾斜的导槽进入回转干燥筒 在进 口处与高温热风炉 如图3 一l 所示 输出 的高温气流 5 0 0 6 0 0 热空气 汇合 然 后在干燥筒特制的隔板和料板的作用下 草料被迫沿着螺旋曲线移动 并使9 0 以 j 的物料处于悬浮状态与热空气进行热交 换 使草料的水份迅速蒸发 载料的湿热 空气很快通过干燥筒 一般只用0 5 5 分 钟 进入主旋风重力分离器 由于空间突 然增大 使干草沉降到分离器底部和湿热 废气分离 此时干草已被干燥到1 2 1 5 的水份 干草经关风器排出 经输料斗上 方悬挂的除铁装置 以清除干草的铁屑 然后进入粉碎机 干草粉碎并过筛后进入 离心卸料器内集中 草粉流入自动计量装 图3 1 高温热风炉示意图 置称量后装袋 然后经适当时间经自动封口机封口 作为商品出售 在重力旋风组合式 分离器中的湿热空气经主风机后管道排出 经草粉分离器的余风由除尘布袋上过滤并泄 掉 3 2 青牧草 干燥物料 对机组设计的要求 牧草在于燥前的含水率很高 通常达7 0 8 5 而干燥后的含水率为9 1 2 这 就要求烘干机的脱水量要大 从几何形状上看 牧草的叶片和茎杆之间 厚薄相差悬殊 这要求干燥器能自动调节烘干时间 青牧草不能长时间处于高温状态 否则营养损失巨 9 p q 北1 业人学颐i j 学位论义第三章9 3 q h 一5 0 0 型燃煤牧草烘十机纽的醍汁 大 要求烘干机能快速烘干 青牧草在烘干过程中 不得受到炉气中有毒气体的污染 青牧草在刈割季节 产量高 时间有限 要求烘干机组的产量尽量高 同时能连续作业 青牧草的单价低 要求烘干机组尽量采用便宜的能源和高效率 3 3 烘干机组设计的技术要求 在鲜草含水率7 0 草粉 成品 含水率9 1 2 的条件下 每小时生产草粉不少 于5 0 0 公斤 每公斤草粉耗标准煤0 2 9 公斤 样机应在正常条件下 连续运转2 0 0 小 时 进行可靠性考核 样机负荷生产总寿命1 一年 每年连续工作三个月 不需大的维修 在我国草粉标准制定颁布前 产品质量暂参照前苏联国家标准 t o c t l 8 6 9 1 8 3 草粉质 量的有关规定执行 机组除包括切碎 干燥 分离 粉碎 传送等部分外 还应包括检 斤 包装部分 3 4 机组结构设计的特点 3 4 1 采用了高效低耗的高温热风炉 高效低耗的高温热风炉如图3 1 所示 高温热风炉为本机组的供热源 它由热风炉 本体 给煤装置空气预热器 引风机及其管道 鼓风机及其管道组成 热风炉系全钢焊接结构 炉胆等高温区用不锈钢制造 炉体的中下部为炉膛 上部 和四周为换热器 冷风从炉下四周进入 经外壳内壁与烟环外壁的环形通道向上流动 进行一次热交换 然后通过2 4 根横向联通管进入烟管束 进行第二次热交换 烟管束 是用隔板分成1 8 区段的 空气进入后 先通过第一块隔板中间 向外流动 然后进入 第二块隔板外周与内烟环内壁的环形通道 转入内向流动 又经过第二块隔板中问 这样依次类推交错流动 提高了传热效果 最后 从烟管束出来的热空气进入燃烧室炉 胆外壁的环形空间 经过空气管束中的换热管管内迸入下环形空问 进行第三次热交换 此后 直接向下流动进行第四次热交换 经热风出口法兰输出约6 0 0 的热空气 称为 空气四回程 煤通过螺旋给煤机 到达炉排上燃烧 在炉膛内燃烧后的烟气向上流动 通过反射板的烟道进入燃烧室 经冲刷空气管束后进入烟管束 然后经烟箱转为向下流 动 进入烟环 通过排烟接管法兰 最后流入空气予热器 经烟气引风进入烟窗排出 称 烟气三回程 采用助片式空气予热器是通过鼓风机从侧面送空气到炉内 空气经予热器的三个回 程通过引风管送到炉篦下部进行助燃 1 0 河北丁业人学钡 学位论文第三章9 3 q h 一5 0 0 型燃煤放学烘十杉l 纽的垃汁 3 4 2 具有特制隔板的扬料板干燥筒和电控制调速的传动装置的干燥器 干燥器示意图如图3 2 所示 干燥器是青饲料脱水的场所 它是一个低速放置的滚 筒 由内筒 外筒 保温材料等组成 内筒里固定装有环形挡料板和成一定角度 与轴 线方向 的扬料板 其作用是在使牧草在机械力和风力的双重作用下向滚筒术端传送 同时 扬料板将牧草不断扬起和落下 达到与热空气充分接触 在滚筒的入口处 由于 青物料湿度高 重量大 就会迫使它沿着螺旋曲线前进 加强了干燥的机会 当其水分 蒸发掉后 就变轻会沿着直线轨迹 通过圆形挡板的中心孔 向滚筒出口飞去 这种扬 料的挡料板还能自动调节叶和茎的干燥时间 外筒上装有两个大滚筒 被四个托轮托住 当电机通过传动装置使主动托轮旋转时 靠磨擦力转动滚筒 滚筒转速的改变则靠电机的无级调速 滚筒与进风管道的密封 则采用迷宫式密封装置 为了减少滚筒的散热损失 在滚 筒内 外筒问充满保温材料 l y b 岩面板 123 45 6789 10 1 密封装置2 干燥简3 保温层4 挡圈5 调遗电机6 减速机1 链传动8 拖轮9 杨料扳1o 滚圈 图3 2 干燥筒示意图 3 4 3 分离物料和载热废气采用组合式分离器 组合式分离器如图3 3 所示 由重力分离器和旋风分离器组成 当载革的气流从干 燥器出来后进入热风管道 此时由于管道截面积减小 气流速度较高 当进入分离器时 由于体积突然增大 烘干的物料靠重力沉降到分离器底部 在关风机的作用下排出 而 含有部分微粒和粉尘的混合气流以一定风速进入安装在重力分离器内的旋风分离器中 分离器中的螺旋体使混合气流呈螺旋运动 含尘气流在运动过程中 因受离心力作用 被抛向螺旋体的边缘 并沿着圆锥体下部的落灰管 而后被卸出 而废热气流则经引风 机排出 西北工业夫学硕1 学位论文第三章9 3 q h 5 0 0 型燃煤牧草烘干机组的设计 这种分离器的特点是 既能分离物料 又能分离粉尘 还能回收部分下脚料 3 4 4 采用自动温控装置和电测温 系统 为了保证烘于物科的质量 本设计采 用了电测温控装置 在热风炉出口处进入 干燥器入口处 干燥器出口处和废热空气 出口处分剐设置测温点 采用x f t 1 0 1 动圈式温度指示调节仪和w r k 6 2 0 热电偶 当温度超过给定值的温度差值时 电控台 上的声光报警装置会发出警报 在干燥筒 前热风管道上的电闸阀就会控制调温鼓 风机的进风量 使进入干燥筒的热风温度 始终保持在一定范围内 如果废热空气出 r 的温度超过规定值 则可以通过操纵螺 旋给料机的调节电机 使青牧草增加 除 此外 在空气预热器上有八个测温点 采 用双金属温度计以便了解和掌握空气预 热器的工作情况 3 4 5 钢材选用和使用的保温材料 为使设备经久耐用 在热风炉 干燥 器 分离器 热风管道的用材上 经过设 计计算和慎重考虑 选用了优质钢材 这 样虽然在成本上有所提高 但是 保证了 i i i i il u 一 f 1 11 1 一 一 二 刖 一r y 心i 一 r z y 1 墨i j 图3 3 组合式分离器示意图 十年以上的使用寿命 同时减少了使用过程中的维修时间 使产量增加 效益提高 因 此还是合算的 本设计的高温热风炉 仅用钢材5 3 5 3 公斤 未包括给煤机 引风机 鼓风机等配 套设备 其中不锈钢板 1 c 1 8 n 9 t 1 2 吨 不锈钢管5 6 3 公斤 锅炉钢板1 2 吨 优质钢1 1 吨 其余为普通碳素结构钢a 3 干燥筒 分离器多采用a 钢 热风管道中除 前热风管选用低合金结构钢1 6 m 其余也为a 3 钢 1 2 翌i 王些尘堂堡 兰垡笙兰笙兰量 型 塑型塑燮墼 坐 丝箜壁生 本设计的保温材料选用北京新型建筑材料总厂生产的岩棉 具有极佳的绝热和吸声 性能 且化学稳定性 耐热性及不燃性良好 该厂引进瑞典客克公司的成套设备 达到 国际高水平标准 3 5 机组结构设计的技术难点及其解决方案 基于技术成熟产品的9 3 q h 3 0 0 牧草烘干机组技术特点 进行9 3 q h 一5 0 0 牧草烘于 机组设计与开发 主要依据用户最关心的产品产量要求而进行展开的 细观产品的整个 生产流程 要提高整个机组的产量 在技术方案上不外乎是两种技术途径 一是提高烘 干速度而加大干燥器的转速并同时提高热风的热容量 二是扩大干燥器的容积而扩大工 作容量并同时提高热风热容量提高 或者两者兼而有之 在我们前期试验的基础上 发 现仅仅技术方案一是行不通的 所以 扩大干燥器的容积就成为势在必行之举 围绕这 一关键 有相当技术难度必须展开的工作有 依据烘干对象的物理特性 结合产品的产量的要求 确定扩大干燥器的容积量 在新的干燥器的容积量条件下求得烘干室的热平衡 热风气耗量等 在新的热风气耗量满足要求的条件下 确定热风炉的热平衡 干燥器的容积量的扩大导致物理结构上的变化 相关的支撑结构 传动结构也 必须随之改变 必须进行结构的优化设计与计算 以便确保其强度和工作稳定 性 适应新的工作介质流的分离器结构设计 计算与分析 热风管路热补偿的设计 计算与分析 主风机的技术要求及其选择 由上述七个方面需要解决的技术问题可以看出 每个问题的关键都是计算与分析的 问题 都是进行结构设计前提和依据 也都存在着进行结构优化的可能 因此 进行 9 3 q h 5 0 0 牧草烘干机组设计与开发的首要问题也就是计算与分析的问题 是结构优化 的问题 在此之后的物理样机的主要是解决解决调试过程中的存在的问题 两北1 业大学 0 l 学位论文 第p u 章结构设计的计算畸分析 第四章结构设计的计算与分析 4 1 结构设计计算分析的关键问题 4 1 1 筒体结构设计是所有分析计算的关键 与9 3 q h 3 0 0 牧草烘干机组相比 进行9 3 q h 一5 0 0 牧草烘干机组结构计算的关键问 题是干燥器进行了扩容 从而使得干燥筒加粗变长 因此 为了达到介质烘干的技术条 件必须保证烘干室的热平衡条件 由此而必须进行一系列的计算 烘干室的热平衡分析 计算 热风炉的计算 以便于确定热风炉的技术要求 干燥器结构变化导致的结构强 度分析与计算 匹配的分离器的计算与设计 热风管路的热补偿问题和主风机的选型问 题等等 可见 9 3 q h 5 0 0 牧草烘干机组干燥器的扩容及其相关计算是所有计算的关键 所在 同时 关于干燥筒加粗变长后 在新的工作条件下 即高产量所要求的设备 即 干燥筒 的快速转动 更高热风环境 更大的结构构造 更多的烘干介质等等所引起的 结构上的强度变化是否仍然满足设计技术要求 也需要进行有限元计算 我们将逐个进 行计算分析 应该注意到 每个计算结果都为其它计算提供了条件 是其它某个计算的 初始条件 对于具体产品开发来说 我们计算的最主要的目的有两个 一是验证干燥筒 加粗变长后能否达到9 3 q h 一5 0 0 牧草烘干机组的设计要求 二是通过计算分析能够进行 结构上的优化 对于像研制来说 我1 f 计算的最主要的目的也是两个 一是解决 9 3 q h 5 0 0 牧草烘干机组设计的分析计算问题 二 是为下一代产品的设计开发提供一一条 技术路线 4 1 2 筒体结构设计的分析与计算 简体直径设计的分析与计算 先通过干燥器的物料和热量的衡算 求得干燥过程中水分的蒸发量和干空气的消耗 量 然后计算空气离开干燥筒式的流量矿 矿 1 x 2 k g 湿空气 s 4 1 其中 三 干空气的消耗量 k s x 离开干燥器时空气的湿含量 再根据规定的热空气速度u 可以求得转筒的截面积 故转筒的直径d 为 4 西北t 业火学颂j 学位论文 第叫章结构设计的汁算1 j 分析 圆筒截面气体速度一般为 0 5 5 5 5 k g m s 截面的线速度为 2 5 m s 简体长度设计的分析与计算 筒体长度设计有两种方法 一是干燥强度法 二是容积传热系数法 首先 用干燥强度法进行设计的分析计算 即通过9 3 q h 一3 0 0 牧草烘干机组回转干 燥筒的结构数据 也就是在已知干燥筒内径和长度的条件下 反求出9 3 q h 5 0 0 牧草烘 干机组的干燥强度 然后用相似条件下的干燥强度求出其干燥筒的容积矿 y 1 2 里 4 3 月 其中 干燥器的蒸发量 k g h a 干燥强度 k g b 其次 用容积传热系数法进行设计的分析计算 有 y 殳 m3 4 4 口 a t 其中 容积传热系数 k c a l m h 9 干燥物料时所需的总热量 k c a l h t 进出口温差 容积传热系数由经验如下公式得出 铲草 州一 4 5 于是 干燥筒筒体的长度z 为 t z 二 m r 4 6 其中 f 是干燥筒的横截面积 由于物料在干燥筒内的每一部分都有吸收热量兼或水分蒸发 为了方便计算 可将 物料在回转筒中的移动分为三段 即 预热段 蒸发段和加热段 其长度分别为 预热 段 蒸发段z 和加热段丑 则有 在预热段 物料接受自空气传给的热量q f 由其出示温度9 加热至空气的湿球温 度 此段内物料吸收热量而水分不蒸发 且 q f g c c s c l c 0 一0 1 4 8 假设热损失为2 0 则 g i 1 2 9 4 9 另外有 i5 两北1 业人学彤 学位论文 第蛐章结构改计的计算与分析 q l l o 2 4