【正文】 167。 灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì) 六、灌裝裝置基本參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （一）灌裝機(jī)的工藝計(jì)算 （二）閥端孔口流量的計(jì)算 （三）灌裝時(shí)間的計(jì)算 （四）充氣和抽氣時(shí)間的計(jì)算 (五 ) 生產(chǎn)能力的計(jì)算 七、 機(jī)械計(jì)算 一）灌裝機(jī)的工藝計(jì)算 液體產(chǎn)品從貯液槽送往貯液箱的輸液管一般為圓管 ,因此尺寸的確定就是合理選擇圓管的內(nèi)徑和壁厚。 ①圓管內(nèi)徑的確定 設(shè)輸液管的內(nèi)徑為 ,其截面積為 ,液體在 管內(nèi)流動(dòng)的速度為 : , 為流經(jīng)管道任一截面上液料的體積流量 那么 ,輸液管的內(nèi)徑為 : (41) 24 dA??AVu? VuVd?4?又 (42) VW G Q? ? ?? ?max3600式中 : Ｗ — 重量流量 .指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道 任一橫截面 的液料重量 。kg/s ρ— 液體產(chǎn)品的密度 。kg/m3 G— 每瓶灌裝液料的重量 。kg/pc — 灌裝的最大生產(chǎn)能力 ,pcs/h。 Qmax流速 u一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取 ,這是因?yàn)榱魉僭龃?,管徑則小 ,雖使材料消耗和基建投資減少 ,但增大了流體的動(dòng)力消耗 ,又使操作費(fèi)用提高 ,因此 ,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況參考表 ,根據(jù)體積流量 V及 u流速代入公式計(jì)算所等于的管徑 ,還必須根據(jù)工程手冊(cè)中查取的規(guī)格圓整 。 ② 圓管壁厚 一般根據(jù)管子的耐壓和耐腐蝕等情況 ,按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選定壁厚 。 ③ 高位貯液槽安裝高度或液料輸送泵的功率計(jì)算 要在單位時(shí)間內(nèi)供給灌裝機(jī)貯液箱一定量的液料 ,其能量可以來(lái)自高位貯液槽的位能 ,也可以來(lái)自輸入泵的機(jī)械能 ,究竟需要多少能量呢？ 這可由流體力學(xué)中能量守恒的柏努利方程式來(lái)求解 ,一般先取供料開(kāi)始及終了的兩個(gè)截面作為分析面 ,即取液槽的自由液面作為 11液面 ,取灌裝面貯液箱中進(jìn)液管口作為 22截面 ,然后列出兩截面間的柏努利方程式 : (43) 221 1 2 21 1 2 222efP u P uZ H Z hg g g g????? ? ? ? ? ? ? ?Pg??ug22?hf hf hj為損失壓頭 ,它包括直管阻力損失 及局部阻力損失 之和 ,其計(jì)算方法可查閱流體力學(xué)的有關(guān)資料。 式中 :Z 為位 壓頭 。 為靜壓頭 。 為動(dòng)壓頭 ,其中 α為動(dòng)能修正系數(shù) ,層流時(shí) α=2,紊流時(shí) α≈1,計(jì)算開(kāi)始時(shí) ,一般可先假定 α≈1,最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果可再進(jìn)行驗(yàn)算、修正 。 He 為泵的壓頭 ,它指單位重量的液料通過(guò)泵后獲得的能量 。 例 1 ? 有一臺(tái)等壓法灌裝機(jī)，其最大生產(chǎn)能力 Qmax=15000 pcs/h，每瓶的液料質(zhì)量 G = 。液料密度ρ = 103kg/m3,黏度 μ= ,儲(chǔ)液箱內(nèi)的氣體表壓強(qiáng) P2=，輸液管采用無(wú)縫鋼管Φ 38mm 4mm，截面積 A=707mm2，總長(zhǎng) L=20m，管路上需安裝 2到 3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭， 2個(gè)球心閥，為了保證灌裝機(jī)正常工作，確定： 1）若采用高位槽供料（雙點(diǎn)劃線(xiàn)），該槽對(duì)儲(chǔ)液箱進(jìn)液管出口截面的安裝高度； 2）若采用輸液泵供料（實(shí)線(xiàn)），而且儲(chǔ)液池液面低于儲(chǔ)液箱進(jìn)液管出口截面 Z2=3m，該泵所需的軸功率（效率 η=） 解： 1）求高位槽的安裝高度 Z1 設(shè)高位槽的自由液面為 11，儲(chǔ)液箱進(jìn)液管出口為 22，可列出相應(yīng)的伯努利方程式 221 1 2 212 22 fP u P uZ Z hg g g g??? ? ? ? ? ? ?高位槽液面與大氣接觸，按表壓計(jì)算， P1=0，故 1 0Pg? ?高位槽液面較大，流速 u1甚小，可忽略不計(jì)，故 21 02ug ?取截面 22為計(jì)算基準(zhǔn)，故 2 0Z ?再根據(jù)已知條件，依次求得： 3239 8 . 0 6 6 5 1 0 1 0 . 0 4 ( )0 . 9 9 6 1 0 9 . 8 0 6 6 5P mg??????m a x2 360 . 5 1 5 0 0 0 2 . 9 6 ( / )3 6 0 0 3 6 0 0 0 . 9 9 6 1 0 7 0 7 1 0GQu m sA? ??? ? ?? ? ? ?2 22 2 . 9 6 0 . 4 5 ( )2 2 9 . 8 0 6 6 5u mg ???為求管子損失壓頭 ∑ h，需先算出雷諾準(zhǔn)數(shù) 342e 30 . 0 3 8 2 . 9 6 0 . 9 9 6 1 0R 9 . 9 1 00 . 8 9 4 1 0du ?? ?? ? ?? ? ? ??由于 Re2320，可知液料在管內(nèi)是紊流的，流動(dòng)修正系數(shù)可取α =，取管的絕對(duì)粗糙度 δ =，查表得摩擦系數(shù)λ =，則直管阻力損失壓頭 2 200 . 0 3 5 0 . 4 5 1 0 . 5 ( )2 0 . 0 3 8f Luhmdg?? ? ? ? ?又查表得標(biāo)準(zhǔn)彎頭阻力系數(shù) ζ 1=，球心閥全開(kāi)時(shí)阻力系數(shù)ζ 4=，則局部阻力損失壓頭 221 1 2 3 4( 2 2 ) ( 2 0 . 7 5 2 6 . 4 0 . 5 1 ) 0 . 4 5 7 . 1 ( )2uhmg? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 1 0 . 5 7 . 1 1 7 . 6 ( )fh h h m? ? ? ? ??代入相關(guān)值得： 2221 1 0 . 0 4 0 . 4 5 1 7 . 6 2 8 . 1 ( )2 fPuZ h mgg?? ? ? ? ? ? ? ?可見(jiàn)，本例中所需高位槽的液位太高，不便應(yīng)用。 2）求輸出泵所需的軸功率 N 設(shè)儲(chǔ)液池的自由液面為 1180。1180。，儲(chǔ)液箱仍為 22 取 z1=0， z2=3m 代入有關(guān)值，可得泵壓頭 則輸液泵所需的軸功率 管路上多了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭，故損失壓頭 221 1 7 . 6 0 . 7 5 0 . 4 5 1 8 . 0 ( )2uh h mg?? ? ? ? ? ? ???22222 3 1 0 . 0 4 0 . 4 5 1 8 3 1 . 5 ( )2ePuH Z h mgg ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?m a x 3 1 . 5 0 . 5 1 5 0 0 0 0 . 9 2 ( )3 6 0 0 3 6 0 0 0 . 7eeH W H G QN k W????? ? ? ??（二）閥端孔口流量的計(jì)算 液料經(jīng)灌裝閥端孔口的體積流量，表示為 00V A u?A0— 孔口的流通面積， m2 u0— 孔口的液料流速， m/s （ 二 ） 液料流量的計(jì)算 經(jīng)過(guò)灌裝閥孔口出流的液料體積流量為： (41) 式中 : — 孔中截面上液料的流速 。 — 孔口中液道口的截面積 。 液料流速 可以由孔口截面及貯液箱 (或定量杯 )中自由液面間列柏努利方程式求得 。 (42) V u A? ?0 0u0A0u0式中 : 為灌裝時(shí)貯液箱自由液面的液料流速根據(jù)液體流動(dòng)的連續(xù)性方程式 ,可將 折算成 ,而阻力損失 Σh也可寫(xiě)成用 表達(dá)的一般形式 ,則上式可改寫(xiě)成為： u0u1 u0u0221 1 0 010 22 fP u P uZ Z hg g g g??? ? ? ? ? ? ? (43) (44) 式中 : — 貯液箱 (或定量杯 )自由液面的面積 。 — 貯液箱 (或定量杯 )自由溢面的速度折算系數(shù) ,對(duì)于貯液箱情況 ,因自由面積較大故可取 。