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1、§4.4灌装系统设计六、灌装装置基本参数的设计计算（一）灌装机的工艺计算（二）阀端孔口流量的计算（三）灌装时间的计算（四）充气和抽气时间的计算(五)生产能力的计算七、机械计算一）灌装机的工艺计算1.输液部分计算液体产品从贮液槽送往贮液箱的输液管一般为圆管,因此尺寸的确定就是合理选择圆管的内径和壁厚。①圆管内径的确定设输液管的内径为,其截面积为,液体在管内流动的速度为:,为流经管道任一截面上液料的体积流量那么,输液管的内径为:(4-1)又(4-2)式中:Ｗ—重量流量.指单位时间内流经管道任一横截面的液料重量;kg/sρ—液体产品的密度;kg/m3G—每瓶灌装液料的重
2、量;kg/pc—灌装的最大生产能力,pcs/h。流速u一般根据经验选取,这是因为流速增大,管径则小,虽使材料消耗和基建投资减少,但增大了流体的动力消耗,又使操作费用提高,因此,在设计时应根据具体情况参考表4.2选取,根据体积流量V及u流速代入公式计算所等于的管径,还必须根据工程手册中查取的规格圆整。②圆管壁厚一般根据管子的耐压和耐腐蚀等情况,按标准规格选定壁厚。③高位贮液槽安装高度或液料输送泵的功率计算要在单位时间内供给灌装机贮液箱一定量的液料,其能量可以来自高位贮液槽的位能,也可以来自输入泵的机械能,究竟需要多少能量呢？这可由流体力学中能量守恒的柏努利方程式来求
3、解,一般先取供料开始及终了的两个截面作为分析面,即取液槽的自由液面作为1-1液面,取灌装面贮液箱中进液管口作为2-2截面,然后列出两截面间的柏努利方程式:(4-3)为损失压头,它包括直管阻力损失及局部阻力损失之和,其计算方法可查阅流体力学的有关资料。式中:Z为位压头;为静压头;为动压头,其中α为动能修正系数,层流时α=2,紊流时α≈1,计算开始时,一般可先假定α≈1,最后根据计算结果可再进行验算、修正;He为泵的压头,它指单位重量的液料通过泵后获得的能量;例1有一台等压法灌装机，其最大生产能力Qmax=15000pcs/h，每瓶的液料质量G=0.5kg/pc。液料
4、密度ρ=0.996×103kg/m3,黏度μ=0.894×10-3Pa.s,储液箱内的气体表压强P2=98.0665kPa，输液管采用无缝钢管Φ38mm×4mm，截面积A=707mm2，总长L=20m，管路上需安装2到3个标准弯头，2个球心阀，为了保证灌装机正常工作，确定：1）若采用高位槽供料（双点划线），该槽对储液箱进液管出口截面的安装高度；2）若采用输液泵供料（实线），而且储液池液面低于储液箱进液管出口截面Z2=3m，该泵所需的轴功率（效率η=0.7）解：1）求高位槽的安装高度Z1设高位槽的自由液面为1-1，储液箱进液管出口为2-2，可列出相应的伯努利方程式高
5、位槽液面与大气接触，按表压计算，P1=0，故高位槽液面较大，流速u1甚小，可忽略不计，故取截面2-2为计算基准，故再根据已知条件，依次求得：为求管子损失压头∑h，需先算出雷诺准数由于Re>2320，可知液料在管内是紊流的，流动修正系数可取α=1.另外，取管的绝对粗糙度δ=0.2，查表得摩擦系数λ=0.035，则直管阻力损失压头又查表得标准弯头阻力系数ζ1=0.75，球心阀全开时阻力系数ζ4=1.若各安装两个弯头和球心阀，则局部阻力损失压头代入相关值得：可见，本例中所需高位槽的液位太高，不便应用。2）求输出泵所需的轴功率N设储液池的自由液面为1´-1´，储液箱仍为2
6、-2取z1=0，z2=3m代入有关值，可得泵压头则输液泵所需的轴功率管路上多了一个标准弯头，故损失压头（二）阀端孔口流量的计算液料经灌装阀端孔口的体积流量，表示为A0—孔口的流通面积，m2u0—孔口的液料流速，m/s（二）液料流量的计算经过灌装阀孔口出流的液料体积流量为：(4-1)式中:—孔中截面上液料的流速;—孔口中液道口的截面积。液料流速可以由孔口截面及贮液箱(或定量杯)中自由液面间列柏努利方程式求得。(4-2)式中:为灌装时贮液箱自由液面的液料流速根据液体流动的连续性方程式,可将折算成,而阻力损失Σh也可写成用表达的一般形式,则上式可改写成为：(4-3)(4
7、-4)式中:—贮液箱(或定量杯)自由液面的面积;—贮液箱(或定量杯)自由溢面的速度折算系数,对于贮液箱情况,因自由面积较大故可取;—从由自液面至灌装嘴口截面之间，因通流截面积不同各段流道的速度折数系数;—各段直管阻力系数之和;—各种局部阻力系数之和。由此,可求得孔口截面上液料的流速为(4-5)因此,经孔口出流的液料流量为:(4-6)式中:C—灌装阀中液道的流量系数;Y—孔口截面上的有效压头(包括静压头与位压头)。由上式可见,液料体积流量主要是三个参数的函数,这三个参数为：(1)液道流量系数C,(2)孔口截面积,(3)孔口截面上有效压头Ｙ。(三)灌装时间的计算1.灌
8、装的水利过
