新型SLD500流态化速冻机设计

1、天津工业大学 毕业设计（论文）  题目：新型SLD500流态化速冻机设计2017年6月6日摘 要这次设计的内容是新型SLD500流态化速冻机，薯条一类食品为主要冻品。这种速冻机的冻结能力是500kg/h。主要是通过网带运送物品经过制冷区域进行速冻，一般的入料温度是15，出料温度是-18。设计内容主要分为库体部分，支撑部分，进出货栏部分和挡风部分，以及蒸发器，网带，电机，振动装置的选择，最后进行传动系统和电控系统的设计。 流态化速冻机冻品经振动布料机均匀送入速冻机不锈钢输送网带上，经传动进入速冻库内冻结，随着气流速度的增加，食品层开始松动，当压力降达到一定数值时，食

2、品颗粒不再保持静止状态，部分颗粒悬浮向上，造成床层膨胀，空隙率增大，即形成流化床；在此流化床上受由下而上的强冷风吹浮处在悬浮状态下的冻品各面均受到冷风绕流，来实现冻品的快速冻结，形成单体速冻，使冻品迅速依次实现冷却、表层冻结、深层冻结三个阶段，从而获得高品质的速冻食品。因此该速冻机具有速冻效率高，能耗低，冻品质量好等特点。关键词：冻结能力；气流速度；悬浮；快速冻结；单体ABSTRACTThe design of the content is a new type of SLD500 fluidized quick-freezing machine, fries a class of food

3、as the main frozen. This ability to freeze freezer is 500kg / h. After cooling mainly frozen region conveying articles through the mesh belt, the feed temperature is generally 15 , the material temperature is -18 . The design content is divided into the part of the reservoir, the support part, the a

4、ccess section and the wind section, and the choice of the evaporator, the net belt, the motor and the vibration device, and finally the design of the transmission system and the electronic control system.Fluidized quick-freezing machine frozen goods by the vibration of the machine evenly into the fr

5、eezer stainless steel conveyor belt, the drive into the frozen frozen, with the air velocity increases, the food layer began to loose, when the pressure drop to a certain value, Food particles no longer remain in a static state, part of the particles suspended upward, resulting in bed expansion, por

6、osity increases, that is, the formation of fluidized bed; in the fluidized bed by the bottom of the strong cold wind blowing in the suspended state Of the frozen products are surrounded by cold air to achieve the rapid freezing of frozen products, the formation of single quick-frozen, so that frozen

7、 products in turn quickly to achieve cooling, surface freezing, deep freezing three stages, so as to obtain high-quality frozen food. Therefore, the quick-freezing machine has the characteristics of quick freezing efficiency, low energy consumption and good quality of frozen products.Keywords: freez

8、ing capacity; airflow velocity; suspension; rapid freezing; monomer目 录第一章 绪 论11.1课题背景11.1.1国外速冻机研究情况11.1.2国内速冻机现状及前景11.2研究内容、目的和意义2研究内容2研究目的3研究意义31.3制冷负荷3第二章 新型SLD500流态化速冻机整体设计32.1库体设计4 库体4库门52.2底架52.3支撑架设计62.3.1龙门72.3.2离心风机封板82.3.3离心风机封板支架102.3.4离心风机电机支架102.3.5托轨112.4蒸发器参数计算与选型122.4.1蒸发器122.4.2水盘13

9、2.5进出货栏设计142.5.1进货栏框架142.5.2进货栏前罩板152.5.3进货栏侧罩板162.5.4出货栏框架172.55出货栏前罩板182.5.6出货栏侧罩板182.5.7地脚182.6网带计算与选型192.7导风设计与风机选型212.7.1离心风机212.7.2回风网212.7.3上封板222.8振动系统设计与选型242.8.1振动装置242.8.2振动轴24第三章 新型SLD500流态化速冻机控制系统设计263.1机械系统26机械系统说明26机械系统原理图263.2电气控制系统29电气控制说明29电气控制原理图313.3冷源系统31第四章 新型SLD流态化速冻机其他设备型号选择3

10、3第五章 新型SLD流态化速冻机系列化355.1产品系列化355.2系列化表格38结论41参考文献42附录43谢辞76前 言流态化速冻机根据冻品以及产量的不同分为：一段式，二段式。一段式流态化单体速冻机是物料在整个冻结过程中始终在一条网带上进行流态化运动，因此适用于容易破碎食品单体速冻，如：芦笋，草莓等等。二段式流态化单体速冻机是食品在冻结过程中分成两区段进行，第一区段为表层快速冻结，在脉冲振动装置的作用下，食品颗粒互不粘黏，然后进入第二区段进行深层冻结，完成食品颗粒完全冻结。流态化单体速冻机是颗粒状，片状，条状或块状等果蔬食品单体快速冻结的最佳选择，如：草莓，薯条，青刀豆，豇豆，豌豆，辣椒，

11、黄瓜，板栗，玉米粒，蒜薹，胡萝卜，冬笋，菜花，香菇等等。随着人民生活水平的调高，生活节奏的加快，人们对速冻食品的需求越来越强，为此研制各种新型速冻机来满足市场需求。本次设计就是进行新型SLD流态化速冻机的设计，充分发挥出流态化速冻机的优点。其中需要对速冻机的外形尺寸进行计算，如库体，网带的长度，蒸发器的蒸发面积，画出零件图与装配图。最后对传动路线，电路进行设计，画出传动图，电路图，完成本次设计。第一章 绪 论1.1课题背景国外速冻机研究情况国外冷库行业发展较快的国家主要有日本、美国、芬兰、加拿大等国。日本是亚洲最大的速冻食品生产国，-20 以下的低温库在冷库中占80%以上。70年代以前国外冷库

12、普遍采用以氨为制冷剂的集中式制冷系统，70年代后期逐渐采用以R22为制冷剂的分散式制冷系统1。美国和加拿大占80%以上的冷库都以使用R717为制冷剂2。80年代以来，分散式制冷系统在国外发展很快，冷却设备由冷风机逐步取代了排管，贮藏水果冷库中近1/3为气调库，在冷库建造方面土建冷库正向预制装配化发展，自动化控制程度比较高。比较著名的装配式冷库的制造商如芬兰的辉乐冷冻集团（HUURRE）,其库板HE-3由无氟绝缘聚氨酯板和两层镀锌的钢层组成，轻便易拆卸，施工期短、气密性好、空间利用率高。近年来，国外新建的大型果蔬贮藏冷库多是果品气调库，如美国使用气调贮藏苹果已占冷藏总数的80%；法国、意大利也大

13、力发展该项技术，气调贮藏苹果均达到冷藏苹果总数的50%70%以上；英国气调库容达22万t。日本、意大利等发达国家已拥有10座世界级的自动化冷库。1.1.2国内速冻行业现状以及发展趋势随着人们生活节奏的加快，速冻食品逐渐在人们的生活占据了一席之地。这种起源于美国的速冻食品在便捷、保鲜方面具有强大优势，因此速冻产品、速冻食品发展十分快速，这也带动着我国速冻机等速冻设备快速发展。目前速冻设备产业规模在迅速发展。尽管我国速动设备受全球经济影响，在2008年有所低落过，但是近几年已经重新发展起来。经过调整之后，我国的速冻设备产业正处于快速发展时期，这与我国速冻食品的市场规模尚有较大发展空间相关。但是面对

14、良好的发展前景的同时，也要清醒的认识到，目前我国速冻设备发展中存在的问题，尤其是在技术领域与国际水平的差距。在进口速冻机价格昂贵，使得企业难以承受这样的支出背景下，提升自主研发能力，实现高科技速冻机的国产化就显得十分重要。如带流化床的速冻机、叉螺旋速冻机、液氮喷淋速冻机等，都是我国应当积极开发的速冻设备。对于我国速冻食品产业来说，速冻设备的应用能够更好的推动产业健康、快速发展。手工操作与机械加工相比，更容易有微生物污染、规格大小不一、单体质量不一、成型不良等问题。因此利用速冻机等机械化自动化生产线，来进行成型、填制、包装、密封、热烫、冷却等工序，就显得十分重要。如果我国能够在这些设备领域实现国

15、产化，不仅是速动设备产业的一次大发展，也是速度食品的一次发展机遇。1.2研究内容目的和意义研究内容本次设计的新型流态化速冻机是菜类（根、茎、叶）、菇类（蘑菇）、水果类（荔枝）、颗粒类（青刀豆）等食品单体快速冻结中最佳的选择。其中，最适合小颗粒状水产品速冻，如：虾仁、扇贝丁等。新型流态化速冻机是实现食品单体速冻最为理想的方法。所谓流态化单体速冻是指使均匀置于网带上的菜类、菇类、颗粒类等食品，在强烈的冷气流自下而上的作用下，使食品呈现“流态化”运动，并在此运动中被快速冻结的过程。由于这种强烈的冷气流与食品相互充分作用，食品层内的传热十分迅速，使食品在短时间内迅速完成冷却、表层冻结、深层冻结三个阶段

16、 ，从而实现食品单体快速冻结的目的。与传统的速冻机相比，新型流态化速冻机能够使冻品不粘连，更好的形成单体。采用上吹风的冻结方式，能够高效地快速冻结并且达到节能的目的（减少冻品直接耗冷量、电机耗冷量、机械耗冷量、维护耗冷量、开门跑冷量等）。其可靠性好，维护操作简单，自动化程度髙。研究目的食品是人类赖以生存的重要物质基础。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们更多关心食品的品质。在人类的食物结构中大部分食品属于易腐食品，常温下容易滋生微生物，甚至腐烂、变质。所以食品的保存至关重要，而低温是目前保存食品的最好方法，通过对食品原料的化学成分的了解，掌握食品冷冻冷藏原理，有利于更好的在低温下保证食

17、品的品质。研究意义民以食为天，在科技十分发达的当今社会，生活节奏越来越快，因此速冻食品就有着越来越大的比重。防止食品的腐败，对于动物性食品来说，主要是降低温度，防止微生物的活动和生物的化学变化；对于植物性食品来说，只要是保持适当温度，控制好果树的锇呼吸作用，以保持食品的良好品质。在现代社会，利用速冻技术来保持食品的新鲜程度，满足顾客的要求，适应紧张快速的社会活动是十分有意义的。1.3制冷负荷制冷负荷定义冷间的制冷负荷就是为维持冷间低温单位时间需取出的热量。由于外界环境温度，食品储藏量，食品加工季节和操作等的差异，制冷负荷是不相同的。制冷负荷的计算冷库制冷量的冷间冷却设备负荷应按下式计算：Qq=

18、Q1+PQ2+Q3十Q4+Q5Qq一冷间冷却设备负荷(千卡/小时)：Q1一围护结构传热量(千卡/小时);Q2一货物热量(千卡/小时);Q3一通风换气热量(千卡/小时);Q4一电动机运转热量(千卡/小时);Q5一操作热量(千卡/小时);P一负荷系数(千卡/小时)。冷库冷却间和冻结间的负荷系数P应取1.3，其它冷间取1。冷库制冷量的冷间机械负荷应分别根据不同蒸发温度按下式计算：Qj=(n1Q1+N2Q2+N3Q3+N4Q4+N5Q5)R式中Qj一机械负荷(千卡/小时);n1一冷库的围护结构传热量的季节修正系数;n2一货物热量的机械负荷折减系数;n3一同期换气系数，一般取0.5-1.0(“同时最大换

19、气量与全库每日总换气量的比数”大时取大值);n4一冷库冷间用的电动机同期运转系数;n5一冷库的冷间同期操作系数;R一冷库的制冷装置和管道等冷损耗补偿系数，一般直接冷却系统取l.07，间接冷却系统取1.12。冷库制冷量中围护结构传热量的季节修正系数(n1)，一般应根据生产旺季出现的月份，按附录三规定采用。当全年生产无明显淡旺季区别时，应取1。冷库制冷量中货物热量的机械负荷折减系数(n2)应根据冷间的性质确定，冷加工间和其它冷间应取1;冷却物冷藏间宜取0.3-0.6;冻结物冷藏间宜取。第二章 新型SLD500流态化速冻机整体设计新型SLD500流态化速冻机主要是由蒸发器，网带，进出货栏，库体，支撑

20、部分，导风部分和振动部分组成。下面会对几个部分分别详细介绍。下图是整机结构示意图：图2 整机示意图 2.1库体设计库板采用双面不锈钢自熄阻燃型聚氨酯夹芯隔热板，面板厚度0.6mmSUS304不锈钢板，库板厚度150mm。板内保温材料采用自熄阻燃型硬质聚氨酯符合以下指标：1、容重要求40kg/m3（非整板平均容重，为随即切块抽检容重）；2、导热系数0.024w/m.k；3、抗压强度要求：墙板、顶板为150200kpa，地面300kpa；4、吸水率4%；尺寸稳定性1%（-30，48h）；自熄性7秒下图是库体结构示意图：图2-1 库体结构图库体库体长、宽、髙是根据冻结能力、冻结时间、入料密度、网带宽

21、度、蒸发器宽度和入网面高度等参数计算推导得出的。计算公式如下：（单位：mm）库体长L=冻结能力×冻结时间/60/入料密度/网带宽度库体宽W=网带宽度+蒸发器宽度+2000库体髙H=入网面高度+1100因此，根据表2-1-1中参数可以计算出库体长、宽、高。即：L=4167mm，W=3940mm，H=2850mm。此计算得出的库体长、宽、髙为理论值，实际库体长、宽、髙为L1=4500mm，W1=3940mm，H1=2850mm库体材料采用双面不锈钢聚氨酯保温板容重40kg/m3，厚度150mm。库板内外平板且库体四个外侧面（包含顶、底板的端、侧面）拉丝；库板表面无划伤、磕碰等缺陷。端板、

22、底板不锈钢封严，偏心钩拼板，仅侧、顶板锁钩扳手口在外面。下表是SLD500库体相关尺寸：表2-1-1 库体尺寸库门库门尺寸分别为1350×600（1樘）和900×600（1樘），此为通用件非计算得出。库门采用双面不锈钢聚氨酯保温板，厚度150mm，且每樘门上各两把锁。大门设置36V，40W/M门加热，小门25W/M，门边双皮口。2.2底架设计底架底架长、宽与实际库体长、宽有关，随着实际库体长、宽变化而变化。其长、宽满足下式：（单位：mm）底架长L2 =实际库体长L1-310底架宽W2=实际库体宽W1-325 W3=网带宽度+90N1=风机数量其中：L1=4500mm，W1=

23、3940mm，网带宽度=1100mm即：底架长L2=4190mm，底架宽W2=3615mm，W3=1190mm，N1=3如图2-1-2所示，结构尺寸的固定值（非计算得出）已在图中标出，此情况后文不再说明。材料规格分别为碳槽钢60×40×4.8共长50米，碳槽钢120×53×5.5共长12米，碳板 厚10×40共长5米图2-2-1 库体底架2.3支撑架设计2.3.1龙门 龙门的设计满足了后续振动和运输过程，它的材料为不锈钢304方管，不锈钢304矩形管和不锈钢304扁钢。 如图2-3-1，由于底架倾斜，龙门两端立柱随着斜率变化。因此先要求出底架斜

24、率。推导过程如下：（单位：mm）tan=即：x=因此：H2=1846.6- 由此可知，H2与W3有关，也就是与网带宽度有关。同理可得：H3=1787.1-即：H2=1812.9mm，H3=1470mm图2-3-1 龙门离心风机电机支架离心风机电机支架是为支撑离心风机所用电机而做的。其所用材料为不锈钢304方管40×2与厚1mm的不锈钢304板。下图为离心风机电机支架：图2-3-2 电机支架蒸发器底架蒸发器底架是为了支撑蒸发器而设计的，它的尺寸满足蒸发器的放置，材料为不锈钢方管和不锈钢板。下图为其示意图：图2-3-3 蒸发器底架2.3.4托轨托轨分为上边托轨和下边托轨，分别用来支撑上下

25、运行的网带。图2-3-4 上边托轨图2-3-4 下边托轨2.4蒸发器参数计算与选型蒸发器图2-4-1 蒸发器蒸发器选型与材料：1 氟系统蒸发器采用Ø19铝管外穿铝翅片；2 外壳采用304不锈钢制作；3 框架与不锈钢四周封严，留过水孔，避免导风短路；4 保压1.2MPa,要求管内干净、干燥，无水分、无杂质。5配用高效节能低噪音离心风机，风筒为不锈钢，风叶为防锈铝合金，电机为全封闭低温防潮防水电机，运转平稳。 6采用手动冲霜操作方式，冲霜淋水装置在蒸发器上部，冲霜均匀、快速、彻底，冲霜排水管避免结冰堵塞排水及风循环，设防冲霜水飞溅措施。根据耗冷量选择蒸发器型号。新型SLD500流态化速冻

26、机所用蒸发器的参数如表2-4-1：表2-4-1 蒸发器参数表2-4-1 蒸发器参数2.5进出货栏设计2.5.1进货栏结构库体实际高度和进出货长度设计为固定值，方便整个速冻机系列化，只有宽度根据是网带宽度而变化的。其函数关系如下：（单位：mm）W5=网带宽度+50 W6=网带宽度+266 W7=网带宽度+166W8=网带宽度-60即：W5=1150mm，W6=1366mm，W7=1266mm，W8=1040mm。其组成材料为不锈钢50×3工业管、不锈钢50×5角钢、不锈钢50×2方管和不锈钢40×10扁钢以及超高分子量聚乙烯耐磨条。下图为进货栏结构示意图:

27、图2-5-1 进货栏进货栏的结构是考虑到和库体的衔接以及进货，出货的高度统一设计的，其中多余的横向栏杆是考虑电机的放置和结构稳定性。2.5.2进货栏组装轴进货栏组装轴由链轮，轴承座，轴，和白丙轮组装而成，电机带动链轮传动，运输冷冻食品进入库体。下图为进货栏轴组装图：图2-5-2 进货栏组装轴2.5.3网带减速机底座图2-5-2 减速机底座网带减速机底座是根据电机尺寸设计的，电机在底座上可以相对滑动，来满足工作要求，因为受力不大，采用铸铁工艺加工。另外，底座上需要加防震装置，预防电机脱落。本次设计的电机底座具体尺寸如上图所示。2.5.4出货栏结构图2-5-4 出货栏 出货栏框架和进货栏框架相似，

28、唯一的区别就是出货栏下部要放置传动所需的电机和减速器，因此出货栏比进货栏多了一根与减速器相连接的传动轴。所用材料为不锈钢50×3工业管长3.5m，不锈钢,40×2工业管长4.0m，不锈钢50×5角钢1.0m和超高分子耐磨条。2.5.5出货栏组装轴图2-5-2 出货栏组装轴出货栏组装轴和进货栏组装轴相似，唯一的区别就是出货栏组装轴在轴的同一边安装两个链轮，一个和进货栏链轮连接，另一个和减速机连接。中间的白丙轮平均放置，使网带能够水平放置不倾斜。2.5.6前罩板进货栏和出货栏都有前罩板。前罩板和侧罩板都是用来将进货栏表面封堵。W9=网带宽度+288其中：网带宽度=11

29、00mm即：W9=1388mm 其材料规格为白丙板296×700mm的2件，不锈钢304板厚1.5mm展开长684×821mm，684×366mm，684×1191mm各1件，白丙板厚10mm1305×1191mm的1件。图2-5-6 前罩板2.5.7侧罩板进出货栏都有侧罩板，且尺寸一样，都是根据龙门尺寸设计。侧罩板（上）分左右各1件，侧罩板（下）4件。材料规格为侧罩板（上）：不锈钢304板厚2mm展开长583×810mm的2件，白丙板厚10mm 296×700mm的2件，附不锈平板278.3×167.5mm的2件

30、。侧罩板（下）：不锈板厚1.5mm 2件，白丙板厚10mm684×366mm、684×821mm各2件。下图为侧罩板：图2-5-7 侧罩板（上）图2-5-7 侧罩板（下）2.5.8货栏水盘货栏水盘是放置在进出货栏框架上，用来盛速冻食品运输过程中滴落的水，水盘下方连接下水管道，水盘的尺寸根据进出货栏确定，示意图如下：图2-5-8 货栏水盘货栏水盘展开尺寸1285×588mm2件。2.5.9地脚地脚为标准通用件，用来支撑进出货栏结构。如图所示：图2-5-9 地脚2.6网带计算与选型网带总长=（实际库体长+进货长+出货长+入出网面高-0.45）×2其中： 实际库体长=4500mm，进货长=500mm，出货长=700mm，入