包裝機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-灌裝機(jī)體液裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、1 緒論1.1灌裝定義灌裝是指將液體（或半流體）灌入容器內(nèi)的操作，容器可以是玻璃瓶、塑料瓶、金屬罐及塑料軟管、塑料袋等。影響液體食品灌裝的主要因素是粘度，其次為是否含有氣體、起泡性、微小固體物含量等。因此，在選用灌裝方法和灌裝設(shè)備時(shí)，首先要考慮液體的黏度。液體按其粘度分為三類(lèi)：流體：指靠重力在管道內(nèi)按一定速度自由流動(dòng)，粘度為0.0010.1Pa.s的液料。如牛奶、飲料、酒等。半流體：除靠重力外，還需加上外壓才能在管道內(nèi)流動(dòng)，粘度為0. 110Pa.s的液料。如煉乳、蜂蜜、番茄醬等。粘滯流體：靠自重不能流動(dòng)，必須靠外壓才能流動(dòng)，粘度在10Pa.s以上的物料。如調(diào)味醬、果醬等。1.2基本灌裝方法1

2、) 常壓灌裝在常壓下，直接依靠灌裝液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。主要用灌裝低粘度的不含氣液料。如牛奶、白酒、醬油、醋。使用的設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、易于保養(yǎng)，至今仍被廣泛使用。灌裝過(guò)程：液體從貯液槽1流經(jīng)灌裝閥4進(jìn)入容器。灌裝時(shí)升降機(jī)構(gòu)將容器向上托起（或?qū)⒐嘌b管向下降），容器口部和灌裝閥下部的密封蓋5接觸并將容器密封，然后 使容器再上升頂開(kāi)而開(kāi)啟灌裝閥，液體靠重力自由流入容器中，即停止流動(dòng)，液位達(dá)到規(guī)定高度完成灌裝后，升降機(jī)構(gòu)將容器下降，灌裝閥失去壓力并由彈簧自動(dòng)關(guān)閉。容器內(nèi)的空氣經(jīng)設(shè)在灌裝管端部的空氣出口2通到貯液槽液面上部的排氣管3排出。 圖1.1常壓灌裝2) 真空灌裝在低于大氣壓的條件下進(jìn)行

3、灌裝，適用于灌裝粘度稍大的液料，如油類(lèi)、糖漿等。又適于灌裝含維生素的飲料，如蔬菜汁、果汁等；1 重力真空灌裝在低于大氣壓的條件下進(jìn)行灌裝，適用于灌裝粘度稍大的液料，如油類(lèi)、糖漿等。又適于灌裝含維生素的飲料，如蔬菜汁、果汁等。灌裝過(guò)程：位于頂部的貯液槽是封閉，供液管1從槽頂介入并浸沒(méi)在液體下部，由浮子2控制液面，其上部空間保持低真空，當(dāng)容器輸送到灌裝閥4下方時(shí)，升降機(jī)構(gòu)將它托起，與密封蓋5吻合，將容器密封，繼續(xù)上升將閥開(kāi)啟。由于容器經(jīng)閥中的排氣管3與貯液槽上部簿冊(cè)形成低真空，因而液體經(jīng)閥中的套管靠重力灌入容器內(nèi)。與重力灌裝一樣，當(dāng)排氣口被上升的液體封閉時(shí)，容器中的液面就不再上升。灌裝完畢，容器下

4、降，灌裝閥由彈簧自動(dòng)關(guān)閉。圖1.2重力真空灌裝2 真空壓差灌裝適用于易氧化變質(zhì)的液體食品，如富含維生素等營(yíng)養(yǎng)成分的果蔬汁產(chǎn)品的灌裝。即貯液箱內(nèi)處于常壓，只對(duì)包裝容器抽真空，料液依靠貯液箱與待灌裝容器間壓差作用產(chǎn)生作用產(chǎn)生流動(dòng)而完成灌裝。供液管1由供液閥2控制，液位由浮子3保持。另設(shè)有真空泵7和真空室6以建立真空。溢流至真空室的液體由供液泵5送回貯液槽。應(yīng)用此法灌裝時(shí)，瓶子上升或灌裝閥下降，將瓶口密封，并在瓶?jī)?nèi)建立高真空（860-930Pa），然后開(kāi)啟灌裝閥10。閥中套管內(nèi)有真空管與真空室相連。當(dāng)封住瓶口并開(kāi)啟后，真空口也同時(shí)開(kāi)啟，瓶?jī)?nèi)變?yōu)檎婵?。液體靠壓力差從貯液槽流入瓶?jī)?nèi)。當(dāng)液體上升到灌裝閥中

5、真空管口中時(shí)即停止流動(dòng)，液位保持不變，如果瓶子不離開(kāi)瓶口，液體會(huì)繼續(xù)緩慢地流出，因?yàn)槌檎婵諘r(shí)會(huì)將液體從瓶?jī)?nèi)吸出，形成溢流和回流。圖1.3真空壓差灌裝3） 等壓灌裝在高于大氣壓的條件下，首先對(duì)包裝容器充氣，使之形成與貯液箱箱等的氣壓，然后依靠被灌裝液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。常用于灌裝含氣飲料、啤酒等的灌裝。等壓灌裝過(guò)程：回轉(zhuǎn)臺(tái)上方的貯液槽是密封的，其液面由浮子1控制，液面以上空間充有壓縮空氣或CO2,以保持一定壓力（灌裝啤酒時(shí)要求用CO2, ，以避免啤酒與氧氣接觸）。液體經(jīng)下部的供液口2進(jìn)入。灌裝閥4裝在貯液槽內(nèi)，其中部設(shè)有的排氣管頂端伸出液面，下端為排氣口7和泄壓口5.當(dāng)容器上升至灌裝閥口時(shí)，

6、先由密封蓋3將容器封閉，然后壓縮彈簧，頂開(kāi)灌裝閥，開(kāi)始灌裝；同時(shí)，機(jī)械彈簧打開(kāi)排氣管頂部的充氣閥6，使容器的壓力與貯液槽上部的壓力相等，通常稱(chēng)為“建立背壓”。當(dāng)液體上升到排氣管口時(shí)，液位不再變化。采用等壓灌裝時(shí)，在灌裝過(guò)程中可以改變排氣速度，借以改變灌裝速度。當(dāng)液體灌裝到規(guī)定液位時(shí)，容器頂部的空氣具有一定的壓力，為排除這種壓力，在閥門(mén)中裝一個(gè)機(jī)械泄壓口，使容器頂部與大氣壓力相同，保證當(dāng)容器下降失去密封時(shí)，液體不至噴出。 圖1.4等壓灌裝法4） 機(jī)械壓力灌裝利用機(jī)械壓力如液泵、活塞泵或氣壓將灌裝液料擠入包裝容器內(nèi)。主要用于灌裝粘性較大的稠性液料，如果醬、奶油等機(jī)械壓力灌裝過(guò)程：貯液槽經(jīng)供液閥2與

7、供液槽1連接，液面由浮子4控制。灌裝閥5與貯液槽8分開(kāi)放置，供液泵7將液體送入灌裝閥，容器與閥連接處靠密封蓋6密封后，灌裝閥開(kāi)啟進(jìn)行灌裝，同時(shí)容器內(nèi)的空氣由溢流管3排至貯液槽，當(dāng)容器內(nèi)液面達(dá)到溢流管口處時(shí)，液體開(kāi)始 經(jīng)溢流管流回貯液槽，液面不再變動(dòng)。溢流管口與容器頂部的相對(duì)位置決定了灌裝液面的高度，只要保持灌裝閥與容器的密封，液體就會(huì)連續(xù)不斷地通過(guò)溢流管流出，當(dāng)容器不再密封時(shí)會(huì)關(guān)閉灌裝閥和溢流口。圖1.5機(jī)械壓力灌裝2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求1) 設(shè)計(jì)自吸泵，及與之關(guān)零件；2) 灌裝量能進(jìn)行調(diào)節(jié)；3) 常壓灌裝能滿足灌裝的工藝要求；4) 儲(chǔ)液箱內(nèi)液面距灌裝閥出口約； 5) 灌裝時(shí)間為7秒；6) 灌裝的

8、容器為7) 灌裝零件材料選擇、安裝等。3 總體設(shè)計(jì)進(jìn)液料由貯液槽經(jīng)泵、輸液管道送到貯液箱中的裝置稱(chēng)為液料供送系統(tǒng)，即灌裝機(jī)的供液裝置，它包括貯液槽、泵、管道、閥門(mén)、貯液箱及高度調(diào)節(jié)裝置，液位控制器等。由此可分析知灌裝機(jī)的供液裝置設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)以下幾點(diǎn)：泵的設(shè)計(jì)、輸液管的設(shè)計(jì)、閥門(mén)的設(shè)計(jì)、貯液箱高度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)、貯液箱液位定量裝置的設(shè)計(jì)。結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)中要求常壓灌裝能滿足灌裝的工藝要求，故首選常壓灌裝機(jī)運(yùn)用常壓法灌裝。下面結(jié)合常壓灌裝法的灌裝特點(diǎn)來(lái)完成設(shè)計(jì)方案。 常壓法灌裝是在大氣壓力下，依靠液體的自重自動(dòng)流進(jìn)包裝容器內(nèi)，其整個(gè)灌裝系統(tǒng)處于敞開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行，其中，利用液面控制灌裝的常壓灌裝法的工作過(guò)

9、程為：1 液并排氣 液料灌入容器內(nèi)，同時(shí)將容器內(nèi)的空氣自排氣管排出；2 到達(dá)定量停止進(jìn)液 容器內(nèi)的液料達(dá)到定量要求后，自動(dòng)停止灌裝；3 排除余液 將進(jìn)入排氣管內(nèi)的殘液排除，為下一次灌裝進(jìn)液排氣做好備。壓法灌裝主要用于黏度不大、不含二氧化碳、不散發(fā)不良?xì)馕兜囊后w產(chǎn)品的灌裝，如醬油、牛奶、白酒、醋、果汁等。本方案設(shè)計(jì)采用白酒為灌裝物進(jìn)行供液裝置設(shè)計(jì)。3.1泵的設(shè)計(jì)由液料供送系統(tǒng)各部件的作用來(lái)看，泵的作用是將貯液槽中的灌裝物經(jīng)泵的加壓由輸液管送到貯液箱中進(jìn)行灌裝。普通離心泵，若吸入液面在葉輪之下，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)預(yù)先灌水，很不方便。為了在泵內(nèi)存水， 吸入管進(jìn)口需要裝底閥，泵工作時(shí)，底閥造成很大的水力損失。所

10、謂自吸泵，就是在啟動(dòng)前不需灌水（安裝后第一次啟動(dòng)仍然需灌水），經(jīng)過(guò)短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵本身的作用，即可以把水吸上來(lái)，投入正常工作。在此選用自吸泵。下邊簡(jiǎn)述一下外混式自吸泵的工作原理。外混式自吸泵的工作原理是：泵啟動(dòng)前先在泵殼內(nèi)灌滿水（或泵殼內(nèi)自身存有水）。啟動(dòng)后葉輪高速旋轉(zhuǎn)使葉輪槽道中的水流向渦殼，這時(shí)入口形成真空，使進(jìn)水逆止門(mén)打開(kāi)，吸入管內(nèi)的空氣進(jìn)入泵內(nèi)，并經(jīng)葉輪槽道到達(dá)外緣。另一方面，被葉輪排到氣水分離室中的水又經(jīng)左右回水孔流回到葉輪外緣。左回水孔流回的水在在壓力差和重力的作用下，射向葉輪槽道內(nèi)，并被葉輪擊碎，與吸入管路來(lái)的空氣混合后，甩向蝸殼，向旋轉(zhuǎn)方向流動(dòng)。然后與右回水孔流來(lái)的水匯合，順著

11、蝸殼流動(dòng)。由于液體在蝸殼內(nèi)不斷沖擊葉柵，不斷被葉輪擊碎，就同空氣強(qiáng)烈攪拌混合，生成氣水混合物，并不斷地流動(dòng)致使氣水不能分離?；旌衔镌谖仛こ隹诒桓羯鄤冸x，沿短管進(jìn)入分離室。在分離室內(nèi)空氣被分離出來(lái)，由出口管排掉，而水仍經(jīng)左右回水孔流向葉輪外緣，并與吸入管空氣相混合。如此反復(fù)循環(huán)，逐漸將吸入管路中的空氣排盡，使水進(jìn)入泵內(nèi)，完成自吸過(guò)程。自吸泵的自吸高度，與葉輪前密封間隙、泵的轉(zhuǎn)數(shù)、分離室液面高度等因素有關(guān)。葉輪前密封間隙越小，自吸高度越大，一般取為0.3-0.5mm；在間隙增大時(shí)，除自吸高度下降外，泵的揚(yáng)程、效率均降低。泵的自吸高度隨葉輪的圓周速度u2的增大而增大，但到最大自吸高度時(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)增加而自

12、吸高度就不再增加了，此時(shí)只是縮短自吸時(shí)間；當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)下降時(shí)，自吸高度則隨著下降。在其它條件不變的情況下，自吸高度還隨著儲(chǔ)水高度的增加而增加（但也不能超過(guò)分離室的最佳儲(chǔ)水高度）。為了在自吸泵中更好地使氣水混合，葉輪的葉片須少些，使葉柵的節(jié)距增大；并宜采用半開(kāi)式葉輪（或葉輪槽道較寬的葉輪），這樣更方便于回水深入地射進(jìn)葉輪葉柵中。在此主要通過(guò)計(jì)算輸液管的管口尺寸來(lái)確定泵的功率及其他相關(guān)參數(shù)。3.2輸液管的設(shè)計(jì)從儲(chǔ)液槽到灌裝機(jī)儲(chǔ)液箱的輸液管路一般均用圓管，設(shè)計(jì)時(shí)首先要合理選擇他的內(nèi)徑和壁厚，圓管的管徑可根據(jù)任務(wù)書(shū)中相關(guān)數(shù)據(jù)利用體積流量公式、流速公式及柏努利方程式計(jì)算。圓管的壁厚一般根據(jù)它的面耐壓和耐腐蝕等

13、條件，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選定。在流量保持定值的條件下，雖然提高流速會(huì)使管徑和設(shè)備投資費(fèi)用都相應(yīng)減少，但往往要增加輸送液料所需的動(dòng)力和操作費(fèi)用。根據(jù)任務(wù)書(shū)中的數(shù)要求算出管徑后，參照現(xiàn)有圓管規(guī)格圓整至標(biāo)準(zhǔn)值。這樣，輸液圓管的內(nèi)徑及壁厚可確定，并由其可確定泵的入口及出口直徑。3.3自吸泵閥門(mén)的設(shè)計(jì)“閥”的定義是在流體系統(tǒng)中，用來(lái)控制流體的方向、壓力、流量的裝置。閥門(mén)是使配管和設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)（液體、氣體、粉末）流動(dòng)或停止、并能控制其流量的裝置。閥門(mén)分類(lèi)方法很多，但主要是按其在管路中所起的作用進(jìn)行分類(lèi)。工業(yè)和民用工程中的通用閥門(mén)可分成11類(lèi)，即閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥、蝶閥、 隔 膜閥、止回閥、節(jié)流閥、安全閥、

14、減壓閥和疏水閥。在自吸泵中的止回閥，又稱(chēng)單向閥或逆止閥，其作用為容許流體朝一方向自由流動(dòng)，而限制其反流動(dòng)，當(dāng)流體通過(guò)系統(tǒng)時(shí)的壓力，把閥門(mén)開(kāi)啟，任何流體的反向，會(huì)把閥門(mén)關(guān)閉。閥的公稱(chēng)直徑，與流道之直徑不一定一致，其選擇之大小，由輸送流體之條件算出后圓整按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)求取。3.4貯液箱高度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)常用的調(diào)節(jié)貯液箱與裝有托平臺(tái)的下轉(zhuǎn)盤(pán)（工作臺(tái)）之間距離的裝置有中央調(diào)節(jié)式和三支柱調(diào)節(jié)式兩種形式。中央調(diào)節(jié)式有無(wú)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)兩種，在此可選用有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)裝置，該機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方便，貯液箱穩(wěn)定性好，因采用手工調(diào)節(jié)，故適用于小型灌裝機(jī)。3.5貯液箱液位定量裝置的設(shè)計(jì)目前，常用的液料定量法是控制液位定量法，

15、因液料的性質(zhì)不同，所選的定量法和定量機(jī)構(gòu)也不相同，主要有以下四種：控制液位定量法，定量杯定量法，定量泵定量法，電子式定量法。在此選用常用的定量杯定量法，這種方法是先將液料灌入定量杯內(nèi)，然后在將定量杯內(nèi)的液料注入灌裝容器內(nèi)。要改變灌裝量時(shí)，只需調(diào)節(jié)定量調(diào)節(jié)管在定量杯內(nèi)的高度，或者更換定量杯。定量精度較高，適用于灌裝不含氣液體。4 尺寸計(jì)算采用常壓法灌裝,灌裝物為白酒，灌裝容器的容積為350ml，灌裝時(shí)間為7秒；已知:白酒的密度為p=0.933*kg/，罐裝容器為350ml，則體積流量V=350ml/7s=50 ml/s=50*10-6 m3/s 。查表4-1可選出流速u(mài) 。流體及其流動(dòng)類(lèi)別 流速

16、范圍/（m/s）流體及其流動(dòng)類(lèi)別 流速范圍/（m/s）自來(lái)水（3105Pa）11.5 高壓空氣1525 水及低粘度液體（1105Pa1106Pa）1.53.0 一般氣體（常壓）1020 真空操作下氣體流速50高粘度液體 0.51.0 鼓風(fēng)機(jī)吸入管 1020 工業(yè)供水（8105Pa以下）1.53.0 鼓風(fēng)機(jī)排出管1520 鍋爐供水（8105Pa以下）3.0 離心泵吸入管（水類(lèi)液體）1.52.0 飽和蒸汽2040離心泵排出管（水類(lèi)液體）2.53.0過(guò)熱蒸汽 3050往復(fù)泵吸入管（水類(lèi)液體）0.751.0蛇管、螺旋管內(nèi)的冷卻水 1.0 往復(fù)泵排出管（水類(lèi)液體）1.02.0低壓空氣 1215液體自流速

17、度（冷凝水等）0.5 表4-1 某些流體在管道中的常用流速范圍查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有以下規(guī)定離心泵吸入管1內(nèi)徑小于250mm時(shí)，流速選用1.01.2m/s離心泵排出管2內(nèi)徑小于250mm時(shí), 流速選用1.52.0m/s.取u1=1.1m/s u2=1.7m/s液體在離心泵吸入管內(nèi)的流速: u1=1.1m/s 液體在離心泵排出管內(nèi)的流速: u2=1.7m/s故得 d1=6.81mm d2=5.47mm 取整得d1=7 mm d2=6 mm根據(jù)計(jì)算結(jié)果及所查資料可選用JMZ型不銹鋼自吸泵，本泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、不用底閥、起動(dòng)是不需引灌等特點(diǎn)。JMZ型不銹鋼自吸泵(酒泵)采用新

18、型機(jī)械密封組裝，安裝防爆，長(zhǎng)年不漏，適合輸送-35+120的各種酒精、飲料、乳品、藥劑、汽油、溶劑油、糖漿等。 型 號(hào)進(jìn)口（mm) 出口（mm) 流量（m3/h) 揚(yáng)程（m) 吸程（m) 轉(zhuǎn)速(r/min)功率（KW） 25JMZ-222525322529601.125JMZ-302525330629601.540JMZ-224025622529601.540JMZ-304025630629602.240JMZ-40402564062960350JMZ-2250401222529602.250JMZ-30T5050203062960450JMZ-405040124062960465JMZ-226550242252960465JMZ-30T65653030629605.580JMZ-2280654822529605.580JMZ-3080654830529607.5