透视泵阀内部组件 倡导使用安全可靠

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发布时间:2017年6月17日

    虽然在食品和饮料生产行业中,泵和阀的模样看起来并不那么讨人喜欢。它们的主导颜色总是枪炮灰色和不锈钢金属色。但是泵和阀的内部组件却相当美妙。


    泵和阀是多数食品装置亚结构的关键组成部分。制造商正在响应食品加工商对于更高的可靠性、更加容易的清洗和更加简单的维修的要求。 

    食品工业要求它们更加可靠、坚固、高效和低维护,同时还要重视卫生消毒设计。制造商们不断地被要求满足、甚至超越3A这样的标准。

    就地消毒(CIP)元器件一直是食品加工业的重点,它帮助推进了过程自动化的目标。消毒牛奶条例(PMO)等规范有时限制使用那些实现CIP和自动化的技术,但是有志者事竟成,就像防混合阀开始应用在大颗粒乳制品的输送中一样。

    Davisco Foods International公司的工程师希望将防混合阀加入公司在爱达华州Jerome市生产装置的三台新干酪槽的工艺控制中。令人遗憾的是,PMO不认可任何隔断-排放阀,而这种阀门能够处理干酪槽系统的凝乳。位于伊利诺斯州Rockford市的Sudmo North America公司接受了设计一种能够处理大颗粒但不发生堵塞的阀门的挑战,并且随后获得了该设计的规范许可。

     明尼苏达州Le Sueur市的Davisco公司的工程师Tim Tolley说:"PMO的规定使奶酪生产槽的后面安装了过多的阀门。"除了阀门本身的成本之外,还必须对额外的设备和设施投资。在Jerome的装置上,每台干酪槽的后面所安装的附加设施占据了6英尺的厂房空间,管道和其它众多的设备散布在这个空间里。

    一个标准的PMO认可的防混合阀会在数秒钟内被干酪颗粒堵塞,因此Sudmo的工程师采用了一种4英寸的阀门,但是检测孔的尺寸产生了一些问题。最终,检测孔缩小为2.5英寸以配合就地消毒(CIP)元件孔。一台4英寸的阀门与一个6英寸的物体连接在一起以便让颗粒通过。FDA权威机构审查了设计并提出了几个微小的修改建议,一年之后项目启动,干酪槽系统开始运行。

    Tolley说:"我们已经运行了4个月没有出现任何问题。我们将干酪槽上的阀门数量减少了6个,系统的反冲频次也减少。"据Tolley估计,传统的阀系统反冲掉了大约10~15磅的奶酪。假设装置有12台干酪槽,采用新设计之后消除了大量产品废料,厂房的清扫次数也减少。这种阀门被安装在Davisco公司建在南达科他州Lake Norden市的投资4千万美元的装置上。该装置计划于九月份投产。

    Sudmo公司的总裁Jack Jordan承认:“实话说是Davisco促动我们这样做的。总得有人坐下来重新设计处理颗粒的阀门,而这是一个极大的挑战。但是处理最大直径达1.5英寸颗粒的能力为我们打开了全新的市场。”酸奶中的水果、汤料和宠物食品都是采用这种技术的食品加工领域。

    防干扰阀门

    另一种在食品加工业广泛应用之前必须通过卫生消毒检验的阀门是GATE LLC公司的恒流阀(CF),是John Newton应E.I. Dupont de Nemours公司的请求而开发,旨在提高农业化学药品喷洒的准确性。

John Newton是佛罗里达州的一个发明人同时也是Grand Banks Yachts公司的创立者。如果压力稳定,则很容易实现准确喷洒,但是实际上并非如此。恒流阀的设计简化,通过预调可以准确地分布液体或者气体。
    Dennis Richardson说,包括佛罗里达州的一家橙汁大公司在内的饮料公司正在CIP应用中尝试使用恒流阀。Dennis Richardson是佛罗里达州Sarasota市SSOE Gateway公司的总裁,这家工程设计和建设公司正在帮助将恒流阀推向市场。城市供水系统的压力变化是确定的,因此出现了用自动系统进行消毒清洗的效力问题。如果压力降在预设定值以下,恒流阀将自动关闭,防止CIP系统在非优化条件下继续生产循环。

     Richardson说:“农用背负式喷雾器是恒流阀目前最大的应用市场,但是开发人员希望向食品和医药领域扩展。我本人作为一名工程师,认为恒流阀具有广阔的潜在应用市场。工厂经理和工程师总想对阀门做极限使用,但是由于它有一个预先设定的压力,因此它成为防干扰阀门。”

     恒流阀在饮料行业的最初应用可能要算饮料的调制。饮料销售商因改变配送器中糖浆/碳酸水的比例而一直声名狼藉,生产商对此深恶痛绝。

    在食品生产商考虑在浇注机和其它加工设备上使用阀门之前,SSOE Gateway必须制造出一种不锈钢阀门。Richardson解释说:“目前设计中未出现卫生问题,但是由于食品工业与食品卫生息息相关,生产商需要使用不锈钢阀体。”

    乳制品业一直以来是泵、阀制造商的传统市场,任何泵、阀产品的开发初期首先应当考虑卫生设计。

    泵送

    威斯康辛州Middleton市的Fristam Pumps公司的北美地区销售经理Bruce Smith说:“离心泵变得更加坚实耐用,对公差和零部件应力分析的要求更加严格,泵送效率提高,机器加工时间延长。”轴变形造成运动部件撞击静止部件,这是离心泵发生故障的主要原因。泵制造商正在试图解决这个问题。

     Smith补充说,液环泵正在进入食品业,作为标准离心泵的一个替代选项。尽管这种吹洗泵只有25年的历史,但是医药公司已经开始利用它,并且对它做了重新设计以扩大其应用领域。液环泵尤其适合于泵送在传送途中起泡的夹气流体,如奶油。液环泵可以彻底抽净罐中的流体,这种节约原料的优点对冰激凌生产商和液体鸡蛋加工商来说非常有吸引力。

    威斯康辛州Pleasant Prairie市Alfa Laval公司的泵业务开发经理Russell Jones指出,计算机流体动力学(CFD)软件的应用加速了泵的改进。他说:“从研发的角度看,CFD大大推动了设计的优化和泵效率的提高。”近年来,CFD软件将泵的效率从40%提高到了60%~70%。

    许多公司可以提供现成的CFD软件,如安大略省Waterloo市的AEA Technology Engineering Software公司。

这家公司近期针对泵的气蚀推出了CFX-TASCflow的升级版。Jones说气蚀是泵发生故障的首要原因。Alfa Laval公司主要在泵的液压流和透平机的叶轮设计中使用CFD软件,结果是离心泵产生的剪切力减小,并且可以执行以前正位移泵的泵送任务。
    在离心泵的影响下,正位移泵不得不进行重新设计,改进性能以匹配它们的高昂价格。定子的几何形状被大幅度改进,从而可以处理含易碎成分(如烤豆和带水果的酸奶)的粘稠物质。

    但是最大的技术进步是兼容CIP的正位移泵。Jones说:"这是行业的一大飞跃。这是一种相当精致的设备,加工精度达千分之一英寸。切勿派一组技术不熟练的清洗工人去拆卸、清洗泵,以防泵被损坏。"

    自动清洗和停工时间短一直是防混合阀的主要优点。多亏规范制定者放宽了许可条件,可以有更多的乳制品加工商利用这项技术。Alfa Laval的业务开发经理Mark Ream说:“防混合技术已经出现了一段时间,但是被消毒牛奶条例(PMO)接受只是近期的事。”Alfa Laval在公司的泵、阀产品系列中增加了采用防混合技术的Tri-Clover型号。为适应从牛奶到粘稠产品的各种流体,Alfa Laval开发了一系列可清洗的泵、阀设备。公司的螺旋清洗技术可以清洗阀内部和堵塞区域,代表了公司成熟、可靠的CIP技术。