多筒式烘干机结构与传动系统设计

摘要

单筒式回转烘干机适用范围广、操作方便、运转率高，在水泥工业中被广泛用于烘干粘土、矿渣、碎石、煤等原、燃料。干燥时，热空气或热烟气将热量传给物料，使水份蒸发，同时依靠通风设备的作用，使干燥设备内的干燥介质不断更新，以排除水汽。干燥设备的形式也是多种多样的，水泥工业中常用的有回转烘干机、流态烘干机、搅拌烘干积极气流式干燥管等。近年来国内外还在研究喷雾干燥装置。这些设备一般都利用热烟气进行对流烘干回转烘干机筒体一般为单直筒型，安装时筒体与水平成一倾斜角度，物料从高端进入，随着筒体的回转缓缓流向低端而后卸出。在中小型水泥厂中，烘干机的筒体长度一般为12-20m，以保证物料在烘干机内的停留时间，满足烘干工艺要求。出热风炉的热气流和物料在筒体内以顺流或逆流形式进行热交换。在烘干过程中，单筒式烘干机约有35％－55％的热量随废气流失和由筒体向外散失掉。

针对单筒式回转烘干机存在的弊端，我们设计一种多筒筒式烘干机。该机结构新颖独特，占地面积小、单位机重产量高、热效率高、运转可靠。

关键词：烘干机，回转圆筒，结构设计

Abstract

Single barrel rotary dryer is widely used in drying clay, slag, gravel, coal and other raw materials and fuels in the cement industry. In drying, the heat air or hot gas passes the heat to the material to make the water vaporized. At the same time, the drying medium in the drying equipment is constantly updated to eliminate the water vapor by the effect of the ventilation equipment. There are various forms of drying equipment. There are commonly used rotary drying machines, flow drying machines, mixing and drying, active air drying pipes and so on. In recent years, spray drying equipment is also being studied at home and abroad. These equipment generally use hot flue gas for convection drying rotary dryer cylinder body generally single straight tube type, when the installation of the cylinder body and the level of an angle, material from the high-end entry, with the barrel of rotation slowly flow to the low end and then unloaded. In small and medium-sized cement plants, the length of the cylinder of the dryer is generally 12-20m, so as to ensure the material residence time in the dryer and meet the drying process requirements. The heat flow and material of the hot blast stove heat exchange in the cylinder body in the form of downstream or countercurrent. During the drying process, about 35% to 55% of the heat of a single drum dryer is lost with the exhaust gas and away from the cylinder.

Aiming at the drawback of single drum rotary dryer, we design a multi cylinder dryer. The machine is novel and unique in structure, small in occupied area, high in unit weight and output, high in thermal efficiency and reliable in operation.

Key words: Dryer，rotary drum，structure design

目录

摘要 (i)

Abstract.......................................................................................................................................................... i i 第1章绪论.. (1)

1.1烘干机设计背景 (1)

1.2多筒烘干机工作原理 (2)

1.3回转干燥器发展趋势 (2)

第2章回转烘干机筒体设计 (4)

2.1筒体壁厚计算 (4)

2.2筒体载荷计算 (5)

2.3筒体弯矩与应力计算 (5)

2.4筒体变形计算 (7)

2.5悬伸端扰度计算 (8)

2.6支座处弯矩计算 (8)

2.7支座处轴向弯曲应力计算 (8)

2.8筒体安装尺寸计算 (9)

第3章支撑结构设计与计算 (10)

3.1托轮支承装置 (10)

3.1.1托轮 (10)

3.1.2托轮宽度 (10)

3.1.3托轮轴 (11)

3.1.4托轮轴的弯矩校核 (11)

3.2挡轮及轴的设计计算 (12)

3.2.1挡轮受力 (12)

3.2.2挡轮参数确定 (13)

3.2.3挡轮轴计算 (14)

第4章传动装置设计计算 (16)

4.1电动机选型 (16)

4.2传动装置设计与计算 (16)

4.2.1传动装置的确定 (16)

4.2.2开式齿轮设计 (16)

4.2.3传动轴的设计与校核 (20)

4.2.4轴承的选用与校核 (27)

结论 (31)

参考文献 (32)

结束语 (33)

第1章绪论

1.1烘干机设计背景

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。解放前，我国的干燥技术一直停留在手工作坊阶段。解放后，我国的干燥技术发展很快，尤其是改革开放以后，随着工农业的迅速发展，为了提高生产效率，干燥技术迅猛发展。

干燥是通过一定方法将物料中的水分或其他溶剂去除或减少的操作，通常各种产品的含水量都有一定的要求，以便于贮存、运输、加工和使用。例如食盐、尿素和硫氨等，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。干燥技术广泛应用于工农业生产中，据统计资料表明，我国干燥能耗约占整个加工过程总能耗的10%，但干燥过程的热效率很低特别是对流干燥一般只有20%～60%，这主要是由于干燥过程中尾气直接排空，因而尾气带走余热浪费能源，并且一些有害的产品进入大气污染空气，特别是在干燥一些化工产品时。进入70年代以来能源问题在世界各国引起普遍的重视，干燥加工是一项耗能巨大的作业过程，特别是近几年（美国攻打伊拉克以后），随着能源价格的不断提高，为了降低生产成本，一种新的低耗能的干燥技术出现迫在眉睫。据英国对11种行业的统计，干燥作业的能源消耗占总能源消耗的11.6%；意大利科学家的调查则显示，水稻干燥加工的能源消耗占水稻生产加工总能耗的64%。自20世纪70年代初发生石油危机以来，世界各国均对干燥加工的节能技术展开了广泛而深入的研究，我国也将“开发与节能并重，近期把节能放在首位”作为能源方针，因此，千燥过程的节能问题也日益被人们重视。

20世纪50年代初期，分散悬浮态技术（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的提高，作为化工单元操作设备之一的干燥器，也必将迅速的发展。目前，化工产品干燥的设备种类繁多，特点各异，对干燥的效果要求也越来越高。

目前国内市场大量应用的回转圆筒燥机。回转圆筒干燥器是一种处理大量物料干燥的干燥器。其主要特点：

生产能力大、运转可靠、操作弹性大、适应性强、流体阻力小等优点，因此广泛用

于冶金、建材、轻工等部门。在化工行业中使用尤为广泛。

1.2多筒烘干机工作原理

多筒式烘干机是通过对单筒烘干机的单一筒体改为套叠在一起的两筒或三筒，以缩短烘干机的外形尺寸。该机工作时，物料和热气流依次进入内外筒体，在烘干机内作“V”或“N”形往复折流后，充分利用热能烘干物料后再卸出。

该烘干机筒体部分由两个筒轴水平放置的内外套筒组成，内通为一锥筒，外筒为直筒，这就使通体的截面得到充分利用，其筒体外形总长度约为相当的单筒的50％－60％，从而大幅度的减少了占地面积和厂房建筑面积。

该机的支撑装置，在高温端采用活套在内筒上的轮带与托轮支撑，低温端则在中心轴上用一滚动轴承支撑，并采用中心传动，使总体结构紧凑、合理。为便与磨损件的检修和更换，在中间一般设计成轴向剖分式，用螺栓固定连接。

该机工作时，物料与热气流顺流从内锥筒的小端进入，被扬料板扬起与热气流进行充分的热交换，同时向大端移动。同理，进入外筒后，物料被勺形扬料板扬起，并均匀地撒落在内锥筒外壁的上部，随筒体慢速回转，物料在环形空间能经历一较长的滞留时间，最后沿筒壁和内筒外壁上的导料板流向出口端，通过翻板阀卸出，废气由卸料罩上的旋风收尘器收尘后排出。

从上述物料的流程可以看出，物料在被外筒热气流直接烘干的同时，又被内筒的热气流间接烘干。内筒里的物料与热气流之间的热交换以辐射、对流传热形式为主，而在外筒内，气体湿度已较大，温度较低，物料撒落在内筒外壁上，使两者的热交换以传导、对流形式为主，从烘干机原理上也是非常合理和科学的，再者，低温段的外筒对高温段的内筒有保温隔热作用，并使设备的总散热面积有对于单筒烘干机减少了30％～40％，总之，该烘干机，在设备的总体设计和结构设计方面有较大的创新。

1.3回转干燥器发展趋势

回转圆筒干燥器将沿着提高能源利用率，提高产品质量和产量，减少对环境的污染，安全操作，易于控制，一机多用等方向发展。

多筒式烘干机是很多工业生产中用于大处理量的大负荷设备。这种设备投入大，

效益低，但弹性大。在旋转外壳内插入蒸汽管可以提高多级多筒式烘干机的热效率。

然而一段时间以来，这种干燥技术没有什么真正的创新。最近，日本东京Yamoto Sankyo Mfg公司取得了一项多筒式烘干机专利，设计较为简单：干燥气流由许多从

中心管分出的支管注入旋转回转圆筒携带的物料层中。其热质传递速率提高了近两倍，并且具有尺寸小、结构简单、成本低等优点。然而这种烘干机并不能适用于通常

由多级多筒式烘干机处理的所有物料。但在可行的情况下，相似的操作条件，Yamoto

的设计可以减少一半设备容积。这是该多筒式烘干机创新思维的一个主要优点。

目前真空干燥设备也随着真空技术计算机控制技术的发展的发展得到相应地发展，这主要因为真空技术有许多优点，在低压干燥时含氧量低，能防止物料被氧化变质，可干燥易燃易爆的危险品；可在低温时使水分气化，易干燥热敏性物料；能回收干燥物料中的贵重成分等一系列优点。但还有以噢些不足之处，需要一套玩整的抽水蒸汽真空，因此成成本较高。但随着现代控制技术和真空技术的发展，还有广大科研工作者的共同努力，真空干燥设备还有很好的发展空间。

随着人们对转筒干燥器研究的不断深入以及生产经验的不断积累，一些问题将会得到进一步的解决。转筒内抄板的结构形式对干燥效果的影响，将得到进一步的研究。也将会为转筒转数、倾斜度、干燥介质温度、速度对干燥速率的影响，提供较为准确的最佳参数范围。为进一步提高效率、降低能耗、优化干燥器性能，提高控制水平和产品质量，不断增强在线检测的能力，计算机技术、专家系统将在转筒干燥器的应用领域得到进一步的应用和发展。

第2章 回转烘干机筒体设计

我们设计的双筒烘干机是利用“内循环式烘干”的工作原理，设计的一种结构独特的的水平布置多筒回转式烘干机。本机主要由正面框、密封装置、回转部分、出料装置、传动装置、支承装置等组成，水平布置，中心传动。烘干机筒体部分由多个同心水平放置的内外筒体组成，内筒体由直端和锥体拼接而成以利物料的流动；外筒为一直筒，设计为两段，其中一端为可拆分式，以便修理；筒体长度约为同等烘干能力的单筒烘干机的 50％～60％，从而大幅度减少了占地面积和厂房建筑面积。

工作时，物料由提升仓送到料仓，经自制圆盘喂料机喂料，由下料管喂入内筒与热气体顺流由内筒体的支端进入，物料经螺旋板的推进流入内筒锥体部分，随着筒体回转及扬料板的抛散，物料一边与热气体进行交换，一边向前移动，从内筒体的出料口进入外筒体内。为了防止出料口的物料堵塞，在外筒体两端各设置了螺旋板，同时，外筒体中的养料板也呈一定的角度布置，作用形似轮旋板，在内筒外壁上，也布置了几块物料导向板。物料在外筒体中，通过扬料板的作用，分别与热气体及内筒外壁再次进行热交换。烘干好的物料由外筒上的出料口卸入翻板阀，废气则由出料口经出料罩上部入除尘器除尘。

2.1筒体壁厚计算

筒体壁厚与许多因素有关，若跨径比/m Z D 偏小，壁厚可略小；反之，壁厚增大，通体的最小壁厚按一下经验公式核算：

2

4min 7.0710s R k δσ-=?? (2-1)

K ——抄板与筒体壁重量比的系数，对于升举式抄板K =1.6；

R ——筒体半径，1100mm ；

s σ——筒体材料在操作温度下的屈服应力，2200/N mm (温度为150°时的s σ)。

24

min 11007.0710 1.6 4.28200mm δ-=???= 考虑到实际生产时筒体要受到一定的腐蚀，为了安全，取min δ=8mm 。

2.2筒体载荷计算

(1) 筒体自重

筒体自重s q '的估算：

7.859.8()s

q D πδδ'=???+ (2-2) 式中，δ——筒体壁厚，0.008m ；

D ——筒体直径，2.2m 。

7.859.8 3.14(2.20.008)0.008 4.3/s

q KN m '=???+?= 考虑到滚圈下面垫板的质量还有叶片的质量等，单位长度重量取

1.25 5.3/s s

q q KN m '== （2）筒体齿轮的重力计算

设齿轮靠近托轮1.8m 处，齿轮重量为126.4p KN =

(3)物料重量m q

24m q D π

ρφ= (2-3)

ρ——为物料的堆积密度，

本文是以煤泥为例进行计算的，故堆积密度为1450kg/m 3 φ——物料在筒体内的填充系数，即填充率，取0.14φ=

则物料重量：

23.1414500.14 2.2771/0.77/4

m q N m KN m =???== 由以上的计算可得筒体的均布载荷q ：

5.30.77

6.07/s m q q q KN m =+=+= (2-4)

（4）单个轮带重量为 267.5P K N =

2.3筒体弯矩与应力计算

由均布载荷引起的最大弯矩

由均布载荷引起的最大弯矩

由均布载荷引起的最大弯矩图如图2.1所示，

图2.1 筒体所受弯矩图

22max1(14)8

m qZ M λ=- （2-5） 40000.33312000

h

M Z Z λ===

（2-6） 所以

2

8max122.412000(140.111) 2.2410.8M N mm ?=?-?=?

由集中载荷引起的弯矩其弯矩图如图2.2所示，

图2.2 集中载荷所受弯矩图

max 2pab

M L =

（2-7） 式中 c=1800mm ，b=10200mm ，12000m L Z mm ==，126.4p p KN ==

7

max 226400180010200 4.010.12000M N mm ??==?

假设均布载荷引起的弯矩与集中载荷引起的弯矩作用在同一面上，则

878max max1max 2 2.2410 4.010 2.6410.M M M N mm =+=?+?=?

（2-8） 计算弯曲应力

[]s T M

K K W

σσ=≤

（2-9） 44[(2)]32(2)W D D D π

δδ=+-+

（

2-10）

44733.14

[(220016)2200] 3.110322208W mm =?+-=?? 式中，M ——8

max 2.6410.M M N mm ==?；

s K ——筒体焊缝系数，取0.9；

T K ——温度系数，取1；

W ——筒体抗弯截面系数，831.010W mm =?；

[]σ——许用弯曲应力，2[]10~15/N mm σ=；

8

72.64109.46.[]10.9 3.110N mm σσ?==≤???

2.4筒体变形计算

轴线挠度计算

4

2max (524)384m

m qz y y EI λ==- （2-11） 44((2))64I D D π

δ=+-

（2-12） 441043.14

[(220016)2200] 3.381064I mm =?+-=?

式中，

E ——材料弹性模量，522.110/E N mm =? ； I ——筒体惯性矩，1043.3810mm ?。

4

max 5106.0712000(5240.111)0.1079384 2.110 3.3810m y y mm

?==?-?=???? 只需检验

max

[]0.3/m m

y y mm m Z Z ≤= 是否成立，代入数据可得 max

0.10790.009[]0.3/12m m

y y

mm m Z z ==≤=

（2-13） 上式成立，所以筒体满足使用要求，故筒体安全。