包装机械设计课程设计-灌装机体液装置设计说明书模板.docx

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1、 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计1 绪论1.1 灌装定义灌装是指将液体或半流体灌入容器内的操作，容器可以是玻璃瓶、塑料瓶、金属罐及塑料软管、塑料袋等。影响液体食品灌装的主要因素是粘度，其次为是否含有气体、起泡性、微小固体物含量等。因此，在选用灌装方法和灌装设备时，首先要考虑液体的黏度。液体按其粘度分为三类：流体：指靠重力在管道内按肯定速度自由流淌，粘度为 0.0010.1Pa.s 的液料。如牛奶、饮料、酒等。半流体：除靠重力外，还需加上外压才能在管道内流淌，粘度为 0. 110Pa.s的液料。如炼乳、蜂蜜、番茄酱等。粘滞流体：靠自重不能流淌，必需靠外压才能流淌，粘度在 10Pa.s

2、 以上的物料。如调味酱、果酱等。1.2 根本灌装方法1) 常压灌装在常压下，直接依靠灌装液料的自重流进包装容器内。主要用灌装低粘度的不含气液料。如牛奶、白酒、酱油、醋。使用的设备构造简洁、操作便利、易于保养，至今仍被广泛使用。灌装过程：液体从贮液槽 1 流经灌装阀 4 进入容器。灌装时升降机构将容器向上托起或将灌装管向下降，容器口部和灌装阀下部的密封盖 5 接触并将容器密封，然后 使容器再上升顶开而开启灌装阀，液体靠重力自由流入容器中， 即停顿流淌，液位到达规定高度完成灌装后，升降机构将容器下降，灌装阀失去压力并由弹簧自动关闭。容器内的空气经设在灌装管端部的空气出口 2 通到贮液槽液面上部的排

3、气管 3 排出。第 1 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计2) 真空灌装图 1.1 常压灌装在低于大气压的条件下进展灌装，适用于灌装粘度稍大的液料，如油类、糖浆等。又适于灌装含维生素的饮料，如蔬菜汁、果汁等；重力真空灌装在低于大气压的条件下进展灌装，适用于灌装粘度稍大的液料，如油类、糖浆等。又适于灌装含维生素的饮料，如蔬菜汁、果汁等。灌装过程：位于顶部的贮液槽是封闭，供液管 1 从槽顶介入并浸没在液体下部， 由浮子 2 掌握液面，其上部空间保持低真空，当容器输送到灌装阀 4 下方时，升降机构将它托起，与密封盖5 吻合，将容器密封，连续上升将阀开启。由于容器经阀中的排气

4、管 3 与贮液槽上部簿册形成低真空，因而液体经阀中的套管靠重力灌入容器内。与重力灌装一样，当排气口被上升的液体封闭时，容器中的液面就不再上升。灌装完毕，容器下降，灌装阀由弹簧自动关闭。第 2 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计图 1.2 重力真空灌装 真空压差灌装适用于易氧化变质的液体食品，如富含维生素等养分成分的果蔬汁产品的灌装。即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽真空，料液依靠贮液箱与待灌装容器间压差作用产生作用产生流淌而完成灌装。供液管 1 由供液阀 2 掌握，液位由浮子 3 保持。另设有真空泵 7 和真空室 6 以建立真空。溢流至真空室的液体由供液泵 5 送回贮

5、液槽。应用此法灌装时，瓶子上升或灌装阀下降，将瓶口密封，并在瓶内建立高真空860-930Pa，然后开启灌装阀 10。阀中套管内有真空管与真空室相连。当封住瓶口并开启后，真空口也同时开启，瓶内变为真空。液体靠压力差从贮液槽第 3 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计流入瓶内。当液体上升到灌装阀中真空管口中时即停顿流淌，液位保持不变，假设瓶子不离开瓶口，液体会连续缓慢地流出，由于抽真空时会将液体从瓶内吸出， 形成溢流和回流。3） 等压灌装图 1.3 真空压差灌装在高于大气压的条件下，首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱箱等的气压，然后依靠被灌装液料的自重流进包装容器内。常用

6、于灌装含气饮料、啤酒等的灌装。等压灌装过程：回转台上方的贮液槽是密封的，其液面由浮子 1 掌握，液面以上空间充有压缩空气或 CO2,以保持肯定压力灌装啤酒时要求用 CO2, ，以避开啤酒与氧气接触。液体经下部的供液口 2 进入。灌装阀 4 装在贮液槽内，其中部设有的排气管顶端伸出液面，下端为排气口 7 和泄压口 5.当容器上升至灌装阀口时，先由密封盖 3 将容器封闭，然后压缩弹簧，顶开灌装阀，开头灌装；同时，机械弹簧翻开排气管顶部的充气阀6，使容器的压力与贮液槽上部的压力相等，通常称为“建立背压”。当液体上升到排气管口时， 液位不再变化。承受等压灌装时，在灌装过程中可以转变排气速度，借以转变灌

7、装速度。当液体灌装到规定液位时，容器顶部的空气具有肯定的压力，为排解这种压力，在阀门中装一个机械泄压口，使容器顶部与大气压力一样，保证当容器下降失去密第 4 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计封时，液体不至喷出。图 1.4 等压灌装法4） 机械压力灌装利用机械压力如液泵、活塞泵或气压将灌装液料挤入包装容器内。主要用于灌装粘性较大的稠性液料，假设酱、奶油等机械压力灌装过程：贮液槽经供液阀 2 与供液槽 1 连接，液面由浮子 4 掌握。灌装阀 5 与贮液槽 8 分开放置，供液泵 7 将液体送入灌装阀，容器与阀连接处靠密封盖 6 密封后，灌装阀开启进展灌装，同时容器内的空气

8、由溢流管 3 排至贮液槽，当容器内液面到达溢流管口处时，液体开头 经溢流管流回贮液槽，液面不再变动。溢流管口与容器顶部的相对位置打算了灌装液面的高度，只要保持灌装阀与容器的密封，液体就会连续不断地通过溢流管流出，当容器不再密封时会关闭灌装阀和溢流口。第 5 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计图 1.5 机械压力灌装2 设计内容和要求1) 设计自吸泵，及与之关零件；2) 灌装量能进展调整；3) 常压灌装能满足灌装的工艺要求；4) 储液箱内液面距灌装阀出口约550mm ；5) 灌装时间为 7 秒；6) 灌装的容器为350ml7) 灌装零件材料选择、安装等。3 总体设计进

9、液料由贮液槽经泵、输液管道送到贮液箱中的装置称为液料供送系统，即灌装机的供液装置，它包括贮液槽、泵、管道、阀门、贮液箱及高度调整装置， 液位掌握器等。由此可分析知灌装机的供液装置设计主要设计以下几点：泵的设计、输液管的设计、阀门的设计、贮液箱高度调整装置的设计、贮液箱液位定量第 6 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计装置的设计。结合设计任务中要求常压灌装能满足灌装的工艺要求，故首选常压灌装机运用常压法灌装。下面结合常压灌装法的灌装特点来完成设计方案。常压法灌装是在大气压力下，依靠液体的自重自动流进包装容器内，其整个灌装系统处于放开状态下进展，其中，利用液面掌握灌装的常

10、压灌装法的工作过程为： 液并排气 液料灌入容器内，同时将容器内的空气自排气管排出；到达定量停顿进液容器内的液料到达定量要求后，自动停顿灌装；排解余液 将进入排气管内的残液排解，为下一次灌装进液排气做好备。压法灌装主要用于黏度不大、不含二氧化碳、不散发不良气味的液体产品的灌装，如酱油、牛奶、白酒、醋、果汁等。本方案设计承受白酒为灌装物进展供液装置设计。3.1 泵的设计由液料供送系统各部件的作用来看，泵的作用是将贮液槽中的灌装物经泵的加压由输液管送到贮液箱中进展灌装。一般离心泵，假设吸入液面在叶轮之下，启动时应预先灌水，很不便利。为了在泵内存水， 吸入管进口需要装底阀，泵工作时，底阀造成很大的水力

11、损失。所谓自吸泵，就是在启动前不需灌水安装后第一次启动仍旧需灌水，经过短时间运转，靠泵本身的作用，即可以把水吸上来，投入正常工作。在此选用自吸泵。下边简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：泵启动前先在泵壳内灌满水或泵壳内自身存有水。启动后叶轮高速旋转使叶轮槽道中的水流向涡壳，这时入口形成真空， 使进水逆止门翻开，吸入管内的空气进入泵内，并经叶轮槽道到达外缘。另一方面，被叶轮排到气水分别室中的水又经左右回水孔流回到叶轮外缘。左回水孔流回的水在在压力差和重力的作用下，射向叶轮槽道内，并被叶轮击碎，与吸入管路来的空气混合后，甩向蜗壳，向旋转方向流淌。然后与右回水孔流来的水集合，

12、顺着蜗壳流淌。由于液体在蜗壳内不断冲击叶栅，不断被叶轮击碎，就同空气猛烈搅拌混合，生成气水混合物，并不断地流淌致使气水不能分别。混合物在蜗壳出口被隔舌剥离，沿短管进入分别室。在分别室内空气被分别出来，由出口管排掉，而水仍经左右回水孔流向叶轮外缘，并与吸入管空气相混合。如此反复循环，第 7 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计渐渐将吸入管路中的空气排尽，使水进入泵内，完成自吸过程。自吸泵的自吸高度，与叶轮前密封间隙、泵的转数、分别室液面高度等因素有关。叶轮前密封间隙越小，自吸高度越大，一般取为 0.3-0.5mm；在间隙增大时，除自吸高度下降外，泵的扬程、效率均降低。泵的

13、自吸高度随叶轮的圆周速度 u2 的增大而增大，但到最大自吸高度时，转数增加而自吸高度就不再增加了，此时只是缩短自吸时间；当转数下降时，自吸高度则随着下降。在其它条件不变的状况下，自吸高度还随着储水高度的增加而增加但也不能超过分别室的最正确储水高度。为了在自吸泵中更好地使气水混合，叶轮的叶片须少些，使叶栅的节距增大；并宜承受半开式叶轮或叶轮槽道较宽的叶轮，这样更便利于回水深入地射进叶轮叶栅中。在此主要通过计算输液管的管口尺寸来确定泵的功率及其他相关参数。3.2 输液管的设计从储液槽到灌装机储液箱的输液管路一般均用圆管，设计时首先要合理选择他的内径和壁厚，圆管的管径可依据任务书中相关数据利用体积流

14、量公式、流速公式及柏努利方程式计算。圆管的壁厚一般依据它的面耐压和耐腐蚀等条件，按标准规格选定。在流量保持定值的条件下，虽然提高流速会使管径和设备投资费用都相应削减，但往往要增加输送液料所需的动力和操作费用。依据任务书中的数要求算出管径后，参照现有圆管规格圆整至标准值。这样，输液圆管的内径及壁厚可确定，并由其可确定泵的入口及出口直径。3.3 自吸泵阀门的设计“阀”的定义是在流体系统中，用来掌握流体的方向、压力、流量的装置。阀门是使配管和设备内的介质液体、气体、粉末流淌或停顿、并能掌握其流量的装置。阀门分类方法很多，但主要是按其在管路中所起的作用进展分类。工业和民用工程中的通用阀门可分成 11

15、类，即闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、 隔 膜阀、止回阀、节流阀、安全阀、减压阀和疏水阀。在自吸泵中的止回阀，又称单向阀或逆止阀，其作用为容许流体朝一方向自由流淌，而限制其反流淌，当流体通过系统时的压力，把阀门开启，任何流体的反向，会把阀门关闭。阀的公称直径，与流道之直径不肯定全都，其选择之大小，由输送流体之条件算出后圆整按国家标准求取。3.4 贮液箱高度调整装置的设计第 8 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计常用的调整贮液箱与装有托平台的下转盘工作台之间距离的装置有中心调整式和三支柱调整式两种形式。中心调整式有无导向机构和有导向机构两种， 在此可选用有导向机构调整

16、装置，该机构调整便利，贮液箱稳定性好，因承受手工调整，故适用于小型灌装机。3.5 贮液箱液位定量装置的设计目前，常用的液料定量法是掌握液位定量法，因液料的性质不同，所选的定量法和定量机构也不一样，主要有以下四种：掌握液位定量法，定量杯定量法， 定量泵定量法，电子式定量法。在此选用常用的定量杯定量法，这种方法是先将液料灌入定量杯内，然后在将定量杯内的液料注入灌装容器内。要转变灌装量时， 只需调整定量调整管在定量杯内的高度，或者更换定量杯。定量精度较高，适用于灌装不含气液体。4 尺寸计算1下锅炉供水8105Pa 以3.0离心泵吸入管水类1.52.0下液体饱和蒸汽2040离心泵排出管水类2.53.0

17、承受常压法灌装,灌装物为白酒，灌装容器的容积为 350ml，灌装时间为 7 秒；:白酒的密度为 p=0.933*10 3kg/ m 3，罐装容器为 350ml，则体积流量V=350ml/7s=50 ml/s=50*10-6 m3/s 。查表 4-1 可选出流速 u 。流体及其流淌类别流速范围/m/s流体及其流淌类别流速范围/m/s自来水3105Pa11.5高压空气1525水及低粘度液体1.53.0一般气体常压1020105Pa1106Pa真空操作下气体流速50高粘度液体0.51.0鼓风机吸入管1020工业供水8105Pa 以1.53.0鼓风机排出管1520第 9 页 共 12 页 中北大学 2

18、023 级包装机械设计课程设计液体过热蒸汽3050往复泵吸入管水类0.751.0液体蛇管、螺旋管内的冷却1.0往复泵排出管水类1.02.0水液体低压空气1215液体自流速度冷凝0.5水等表 4-1 某些流体在管道中的常用流速范围查相关标准有以下规定离心泵吸入管 1 内径小于 250mm 时，流速选用 1.01.2m/s 离心泵排出管 2内径小于 250mm 时, 流速选用 1.52.0m/s.取 u =1.1m/su =1.7m/s12液体在离心泵吸入管内的流速:u =1.1m/s1液体在离心泵排出管内的流速:u =1.7m/s4Vu2故得 d =1=6.81mmd =4Vu2=5.47mm取

19、整得 d =7 mmd =6 mm12依据计算结果及所查资料可选用 JMZ 型不锈钢自吸泵，本泵具有构造紧凑、操作简便、体积小、重量轻、性能稳定、不用底阀、起动是不需引灌等特点。JMZ 型不锈钢自吸泵(酒泵)承受型机械密封组装，安装防爆，常年不漏，适合输送-35+120的各种酒精、饮料、乳品、药剂、汽油、溶剂油、糖浆等。型号进口mm)出口mm)流量m3/h)扬程m)吸程m)转速(r/min)功率KW25JMZ-222525322529601.125JMZ-302525330629601.540JMZ-224025622529601.540JMZ-304025630629602.240JMZ-4

20、04025640629603第 10 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计50JMZ-2250401222529602.250JMZ-30T5050203062960450JMZ-405040124062960465JMZ-226550242252960465JMZ-30T65653030629605.580JMZ-2280654822529605.580JMZ-3080654830529607.5125JMZ-18125100100185296015表 4-2 JMZ 型自吸泵性能参数表 4-1 为 JMZ 型自吸泵的不同型号参数，由计算结果结合表 3-1 可选用25

21、JMZ-22 型自吸泵，其进出口口径为 2525mm) ，流量 3 m3/h，扬程 22 m 功率为 1.1 KW型号意义：5 课程设计心得通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的力量，提高了我对包装机械设计这门课的兴趣，做课程设计同时也是对课本学问的稳固和加强，由于课本上的学问太多，寻常课间的学习并不能很好的理解，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们对书本学问有了更深的生疏。对于以后的学习生活有肯定的帮助。对于自身各方面的综合素养有了肯定的方向。首先是想象力的培育，保持和进展古怪心，学问面要有广度，假设没有肯定的学问面，艺术创作中的想象只会沦为浅薄的形式表现；其次是发散性思维的培育，留意思维的流畅性的培育、敏捷性的培育、独创性的培育及逆向思维的培育；再者是激发了自己的创作灵感。为自己以后的进展奠定了根底。第 11 页 共 12 页 中北大学 2023 级包装机械设计课程设计参考文献【1】高德.包装机械设计.北京：化学工业出版社，2023【2】许林成. 包装机械学. 长沙：湖南大学出版社，1989【3】马喜川. 包装机械概论. 北京：印刷工业出版社，1998【4】孙风兰. 食品包装机械学. 哈尔滨：黑龙江科技出版社, 1990【5】许林成. 包装机械原理与设计. 上海：上海科学技术出版社，1988第 12 页 共 12 页