液体灌装机主要参数的计算.docx

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3.6.1灌装时间的计算

影响灌装时间的因素很多,与物料的性能、灌装通道及待灌容器结构等有关。

而这些因素的综合作用，决定了灌装过程物料的流动状态。

换言之,物料流动状态直接影响到灌装时间的长短。

根据流体力学，流体在流动过程中有2种状态：

①稳定流动状态;②不稳定流动状态。

灌装机中所采用的灌装方法主要是按待灌容器的容积控制其装料高度的定量灌装法和定量杯式计算灌装法。

前者具有稳定流动状态的基本条件，而后者则属于不稳定流动状态。

以下对2种流动状态的灌装时间计算加以详述。

3.6.1.1稳定流动状态下的灌装时间

如图3-45所示,若管口伸至瓶颈部分,储液箱内液位保持不变，储液箱和待灌瓶内气相空间的压力也基本不变，则该灌装过程属于稳定的管口自由流动，亦即液料体积流量V是常量,即

可见,增大灌装通道截面积A0，提高储液箱面距管口高度h增加压差ΔP，均有利于缩短灌装时间。

由压差ΔP影响可见，在灌装时于待灌装器内建立一定的真空度,使液料在一定压差下灌装,可有利于提高灌装速率。

但是,增加C、ΔP、h还应考虑液流过快,以实现稳定的灌装过程；而增加也应考虑瓶内液面超过回气管口，能及时达到定量的精度。

3.6.1.2不稳定流动状态下的灌装时间

图3-46所示为定量杯定量的灌装过程。

定量杯液面和容器均处于常压，其灌装过程为不稳定流动状态。

若管口伸至瓶颈部分，随着定量杯内液位逐渐降低，液体流速也会相应减慢，即液料体积流量V是变量，它是孔口截面压头的函数，即

由式（3-6）可见，在定量杯式灌装中，欲提高灌装速度，主要是增大流通截面积以及改善流速系数，减少流通阻力。

3.6.1.3充气和抽气时间的计算

对于常压法，灌装所需时间即为灌液时间。

而对于等压法和真空法,其灌装所需时间则应是灌液时间与充气或抽气时间之和，这里仅计算充气和抽气时间。

1）充气等压时间

当空瓶上升至灌装头接触并密封时，瓶内的空气由常压充气至与储液箱液面上的气压相等，以流体力学可知，这一过程是容器内〈即储液箱内气相空间〕的气体经收缩形管嘴的外射流动，因为充气的气道在灌装的内部,而充气的时间又很短，故可把充气过程近似看成是没有摩擦损失的绝热过程〔或称等熵过程〕。

由气体绝热过程方程式可知

2）抽气时间

对于负压灌装，灌装前必须使瓶内形成一定的真空度，或者说，将瓶内气压由原来的P0（即大气压）降低为这样，瓶内原有的空气体积则由V0膨胀为V1。

由于被膨胀的空气不断被抽走，温度基本上保持稳定，可近似认为是一个等温过程，故得出

3.6.2生产能力的计算

旋转型自动灌装机的生产能力可用下式计算：

由式（3-14）可见,要提高灌装机的生产能力就必须增大头数α和转速n。

如果采用增大灌装机的头数。

来提高生产率，那么，灌装机的旋转台直径也要相应增大，这不仅使机器庞大，而且在旋转台转速一定的情况下，还必须考虑离心力的影响，即瓶托上的瓶子在尚末升瓶压紧灌装阀之前以及在灌满液料降瓶离开灌装阀之后，其绕立轴旋转时产生的离心力都必须小于瓶子与瓶托之间的摩擦力，否则瓶子将会被抛出托瓶台，从而影响正常操作，由此可得灌装头中心到立轴中心的距离，必须满足下列不等式：

如果采用增大立轴的转速n来提高生产率，那么，除同样需要考虑离心力的影响外，主要的还需考虑灌装时间的影响，当n值提高，但液料灌装速度没有提高而与n值不相适应时，瓶子在旋转台上转动1周的时间内并末能灌满,没有达到定量要求，生产循环也因此受到破坏。

立轴旋转1周即灌装机完成1个工作循环所需时间为

如图3-47所示,其中T1为进、出瓶之间的无瓶区所占去的时间，无瓶区的大小由进瓶、出瓶拔轮的结构所决定，显然，拔轮取的越大，进出瓶越稳,但所占无瓶区的角度相应也要增大。

T2、T3为升瓶、降瓶所占去的时间，它们除应考虑升瓶前、降瓶后尚需稍为稳定的时间外，同时还应考虑升降瓶凸轮所允许的压力角，参照机械原理的有关知识，瓶托上升时为工作行程，许用压力角推荐为α≤30°。

瓶托下降时为空行程，许用压力角α≤70°。

由此可见，圆柱凸轮的半径越大，升降行程越短,升降瓶区在转盘上所占的角度就可越小,但随着升降瓶凸轮半径的减小，在满足一定压力角的情况下,升降瓶区所占角度增大,经济效果不一定有利，另外，在选择灌装阀的阀端结构时,采用短管法当然较之采用长管法可减少升降瓶的行程,从而减少升降瓶区。

T3、T3'（为开阀、关阀区所占的时间，这与灌装阀的结构形式和开闭方法有关系,例如，一般旋转阀较之移动阀开启所需时间长些，利用固定挡块开闭较之利用瓶子本身升降开闭所需时间长些，根据一般阀的生产情况，有入建议这段时间为0.5s~1s。

T4为灌装区所占时间，它必须保证灌装足够的定量。