弟5卷弟5期饮料工业外置式流体机械灌装阀孔样玉顾建新刘瑜南京轻工业机械集团江苏南京210016装原理u前言纵观当今啤酒饮料市场的发展，灌装形式多种多样，在这纷繁复杂的灌装领域决定灌装机技术水平的关键部件之一是灌装阀，灌装阀的结构直接决定了灌装后啤酒的稳定性、增氧量以及灌装液位的精度等主要指标。

　　目前用于工业化生产的流体灌装机械（如啤酒灌装机等）的灌装阀有两种形式：机械阀和电子阀。

　　就机械阀而言，现行的等液位灌装机械阀基本上是内置式，这种机械阀存在以下几点不足：a、充回气阀和液体阀的开启靠弹簧，作等压灌装时不能真正实现等压开阀，致使灌装存在不稳定因素。

　　b、整个阀置于灌装缸内，浸在物料中，不易清冼且运转时会对物料起搅拌作用，不利于灌装c、回气管上为单个分流伞，对瓶颈曲线有要求，加之上述影响，因而现行的机械灌装阀灌装欠稳定，灌装液位波动大。

　　电子阀有效地解决了上述机械阀的不足之处，但控制、维护比较复杂，制造和使用成本高。

　　本文介绍的新型外置式流体机械灌装阀有效地解决了现有内置式机械阀灌装不稳定、灌装液位波*：2002―：孔祥玉，工程师。

　　动大的问题，并且结构简取可完全替代电子阀。

　　适用于需等压、常压或负压的流体灌。

　　下面就这种新型的外置式流体机械灌装阀的机构作一些介绍（以啤酒灌装为例）。

　　1结构1.1主要结构组成（）本外置式流体机械灌装阀主要包括：（1）对中导向装置、（2）充回气管、（3）阀身、（4）操作阀杆（）通气管。通气管通过阀身内腔与液体阀杆相通。

　　对中导向装置由对中杯、瓶口密封垫及升降装置构成，它通过凸轮在双导杆的带动下上下移动，在酒瓶进出灌装机时起到预罩作用，罩住瓶口，保证瓶子的准确定位和可靠密封使其平稳地进出灌装机。瓶口密封垫安装在对中杯内上部，瓶子在提升气缸作用下上升到一定高度后，瓶口密封垫与阀座接触并压紧，实现了啤酒瓶与灌装阀间的密封，从而保证灌装过程中的抽真空效果和等压的建立。

　　充回气管是在灌装前向瓶内注入C2和灌装过程中瓶内气体返回的通路，充回气管的孔径和长短直接影响着灌装速度及灌装液位的高低。

　　饮料工业处置式流体机械灌装阀结构充回气管的中部有两个分流伞。双分流伞的结构，能更好地保持灌装平稳。

　　阀身自下而上由阀座、阀芯等构成。梳形套组件安装在阀座内腔下部的出液口处，出液处的截面呈内外锥形。阀身是阀座和阀盖的连接件，设有与灌装缸相通的流体通道，和与真空系统相通的气体通道。

　　阀座由抽真空装置、排气装置、阀座体、梳形套组件等组成。它与其他部套的连接均用密封圈密封。

　　抽真空装置位于阀身下端的阀座内腔中。

　　为了保证啤酒的货架寿命，必须有效控制啤酒灌装后的增氧量和瓶颈空气含量，灌装阀上的抽真空装置就是据此而设计。在啤酒灌装前，啤酒瓶在提升气缸作用下抬起，提升过程的同时带动对中装置上升，提升到位并密封后，在抽真空凸轮作用下，接通啤酒瓶与阀座通路，通过抽真空装置实现真空之作用。

　　灌装完成后的瓶颈气体的压力高于外部大气压力，如果此处的压力突然释放，会导致瓶内啤酒起泡喷出，排气装置在排气凸轮作用下，接通啤酒瓶与大气通路，将瓶颈的压缩气体缓慢排放，以达到瓶内外压力平衡。

　　梳形套组件的作用是灌装过程的稳流和灌装结束后的封液，的双分流伞和螺旋封气梳形套结构I21其不仅有利于液体的流动、使残留的流体减少，而且还能使排气压力降低，减少了排气量，节省了排气所用的时间。

　　阀芯位于阀身的内腔中，由液体阀密封垫、液体阀杆、充气阀杆、阀杆连接组件等组成。液体阀杆的上端通过阀杆连接组件与充气阀杆相连，其下端与充回气管相接，充气阀杆的上端伸出阀身。

　　液体阀杆和充气阀杆可在操作阀杆的带动下，上下动作，实现开关阀。这样，能够实现液体阀和充气阀按时序主动分别开阀，能保证液体阀为等压开阀。同时，能通过开闭阀装置，控制开阀过程中阀门的开度及速度。

　　充气阀以差动活塞取代弹簧，并与液体阀融合为一体，以差动保持充气阀开度的同时也保持了液体阀的开度，既能做到分别开阀，又能保持阀门开度。由于充气与抽真空和排气是不同的气路，故可在抽真空的同时也可充气，以达到气体置换和气体啤酒瓶灌装前的抽真空功能，寸能起到无瓶不抽冲刷的效果。此册醒的申子阀。更的弟5卷弟5期孔祥玉，顾建新，刘瑜：外置式流体机械灌装阀进瓶骱密封抽真空充气灌装回气灌尤束图S是，由于充气阀和酒阀是主动分别开启，不会因调整不当而把酒抽出。

　　1.1.4操作阀杆操作阀杆由滚轮、面板、外操作杆、内操作杆及上盖等构成。滚轮与外操作杆相连，外操作杆通过轴与内操作杆相连，内操作杆的一端作用于充气阀杆的凹槽内。

　　整个操作阀杆通过面板固定在阀身上。通过双曲柄机构，控制充气阀杆的上下运动，来达到开闭阀的目的。双曲柄机构的开阀和闭阀，不仅可分别开启（充气阀和液体阀）而且还具有一定的自锁作用，使开启与关闭阀门更加可靠。

　　1.1.5通气管路通气管路通过操作阀杆与阀身连接，再通过阀身内腔与液体阀杆相通。这样，灌装缸内气体通过通气管路一-阀身内腔一-液体阀杆一-充回气管，到达瓶子内腔，以达到充气的目的。而回气则是瓶内气体沿上述通路反向流动的过程。

　　2工作原理本文介绍的灌装阀直接安装于灌装缸的侧面，随灌装缸的旋转而一起转动。下面简单介绍一下此灌装阀的工作过程（以一次抽真空为例）。

　　当啤酒瓶被送入灌装机的托瓶台时，原被凸轮抬起的对中导向装置自由落下，对中杯将瓶子罩住（参见、）。灌装缸继续旋转，抽真空装置被凸轮顶开，抽真空通路被接通，即可对灌装瓶进行抽真空。

　　抽真空完毕后，灌装缸继续旋转，抽真空装置脱离凸轮复位，从而关闭抽真空通路。外操作杆在开阀装置的作用下，带动外操作阀杆旋转，从而使内操作杆发生偏转，作用于充气阀杆上，使充气阀杆上升，充气通路连通，灌装缸内气体（CO2）通过通气管路充入瓶内，直至瓶内气体压力与灌装缸内压力相等。此时，液体阀不会被打开，即不会形成提前开阀，因此，不存在冲击现象，即含气物料不会被冲入瓶内（参见）。

　　灌装缸继续旋转，在开阀装置的作用下，外操作阀杆继续发生偏转，从而使充气阀杆继续上升，带动液体阀杆动作，打开液体灌装通路，物料从灌装缸经流体通道及阀身内腔流入瓶内（参见）。随瓶内物料液面上升，瓶内气体经回气通路回到灌装缸内。当物料液面至回气管口时，形成液封，灌装结束（参见）。灌装缸继续旋转，在闭阀装置作用下，外操作阀杆发生反向旋转，迫使充气阀杆及液体阀杆下降，关闭液体灌装及回气通路，灌装过程结束。接着，排气装置被凸轮顶开，排气通路连通，瓶颈内气体被排至大气中。灌好的啤酒被送出至压盖。

　　饮料工业3结构特点综述以上内容，本文介绍的外置式机械阀有以下几个特点：①气阀和酒阀无需弹簧，故不会由此而引发使用中的诸多不稳定因素，灌装液位精度高；②流道简洁，便于清洗，确保卫生；③气阀和酒阀分别开启，时间控制，能真正实现等压开阀；④二次抽真空时的充气即使达等压，酒阀也不会开启，不象现行机械阀那样，调整不当而导致啤酒抽出；⑤运转时缸中啤酒稳定、无现行内置式机械阀的搅拌作用，有利于灌装；⑥双分流伞的回气管结构，灌装稳定；⑧根据需要能方便地实现灌装时的单独回气通道，使回气不与缸中气体混合，以提高灌装质量；⑨该阀略作改动也适用于含气或不含气饮料的灌装；4阀杆连接组件的设计前文中提到，充气阀杆与液体阀杆通过阀杆连接组件来连接。由于充气和回气都是通过液体阀杆中间的通道来实现的，考虑到气体流动性的好坏直接影响灌装的速度及效果，所以要尽量减少气体通路中直角转弯的设计结构，同时受结构的限制，阀杆连接组件设计完成后，其截面如0所示。

　　面外形，在操作阀杆的作用力中，有一个沿圆心的切向分力，使得充气阀杆在上下运动的同时作旋转运动，即件1绕圆心旋转。所以为保证充气阀杆动中任一位置，都能同时有三点接触到液体阀杆。但另一个问题是，充气阀杆在旋转过程中会导致截面中气体流通所占面积在不断发生变化（见1、2中阴影部分）从图中我们可以看出，1、2是充气阀杆在旋转过程中的两个典型位置，其中1是充气阀杆占用流通截面大的位置，也就是回气截面积小的位置。

　　啤酒瓶内气体回流速度，直接影响灌装速度。而在压力和结构一定的情况下，回气通道的截面积就决定了回气速度。因此，从理论上计算，假设回气截面积小为Smm，则必须要保证充气阀杆在旋转过程中的任何一个位置时，其总的流通截面积不得小于Smin，即S，>Smin.比如，假设回气管内孔的直径是Yd则d必须满足Ttd2/所以，在1位置时，决定各尺寸的一个主要条件便是S>Smin.如3所示，式⑴作的稳定性。，特设计为四棱形，以保证在旋转过程S1孔祥玉。顾建新。刘瑜：外置式流体机械灌装阀十S8天津大学化工原理教研室编。化工原理（第2版）1987黄锡恺，郑文纬主编。机械原理（第5版）1981