氣體、液體與粉體顆粒輸送控制閥在設(shè)計(jì)原理上的本質(zhì)區(qū)別
對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，選擇用于粉體顆粒輸送系統(tǒng)的控制閥是一項(xiàng)極大的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)樵谑袌?chǎng)上存在各種各樣的閥門可用選擇，但絕大多數(shù)閥門在處理粉體顆粒物料時(shí)總是存在這樣那樣的問(wèn)題。粉體顆粒輸送對(duì)于閥門的選型有著更高的要求。本文著重闡述了氣體、液體輸送控制閥與粉體顆粒輸送控制閥在設(shè)計(jì)原理上的本質(zhì)區(qū)別，希望對(duì)廣大服務(wù)于化工行業(yè)、食品加工行業(yè)等有著粉體顆粒輸送的要求的工程師有所幫助。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)時(shí)往往面臨著眾多的方案可供選擇。其挑戰(zhàn)在于基于對(duì)所處理物料的特性和系統(tǒng)所要達(dá)成的功能選擇最合適的方案。氣體、液體和粉體顆粒由于其固有特性不同，對(duì)于輸送系統(tǒng)特別是閥門有著不同的要求。氣體和液體的流動(dòng)性極強(qiáng)，能夠很容易地隨著蝶閥的圓盤和傳統(tǒng)閘板閥的移動(dòng)而移動(dòng)。正是由于氣體和液體這種極強(qiáng)的流動(dòng)性，使得閥門的密封圈與蝶閥圓盤和閘板閥閘刀之間的接觸面能夠?qū)崿F(xiàn)完全的密封。氣體和液體也不存在自身的切斷和磨損問(wèn)題。因此在用于輸送氣體和液體的閥門主要采用軟質(zhì)彈性材料密封設(shè)計(jì)。
干燥的粉體顆粒料由于其固體的特性較之氣體或液體來(lái)說(shuō)更具有磨損性同時(shí)流動(dòng)性也較差。傳統(tǒng)的閥門由于其最早設(shè)計(jì)用來(lái)處理氣體和液體，所采用的軟質(zhì)彈性密封圈在輸送干燥粉體顆粒時(shí)往往極易被刮擦而使閥門達(dá)不到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。粉體顆粒料在閥門關(guān)閉時(shí)被閘刀截留并在密封圈處產(chǎn)生堆積，從而阻礙了閥門的完全閉合。同時(shí)暴露在物料流經(jīng)方向上的軟質(zhì)密封圈要經(jīng)受粉體顆粒料不斷的沖擊并受到極大磨損。由于這種磨損性而產(chǎn)生的破壞性會(huì)隨著物料流動(dòng)的速度的加快而以指數(shù)方式倍增。

蝶閥

蝶閥由于其自身的設(shè)計(jì)和功能的局限，有著內(nèi)部清潔的問(wèn)題。 當(dāng)所輸送的物料具有很高粘性時(shí)會(huì)導(dǎo)致圓盤閘刀阻礙物料流或者導(dǎo)致物料腐敗變質(zhì)，當(dāng)輸送系統(tǒng)需要輸送不同物料時(shí)會(huì)產(chǎn)生交叉污染。蝶閥在設(shè)計(jì)中存在內(nèi)部空腔，粉體物料在此堆積后產(chǎn)生交叉污染。同時(shí)圓形閘刀與閥體接觸的地方形成一個(gè)鍥口，粉體顆粒會(huì)在此堆積導(dǎo)致閥門卡住。另外在閘門關(guān)閉過(guò)程中，由于粉體顆粒的較差流動(dòng)性，閘刀會(huì)將物料推至閥體頂部形成堆積。更為重要的是此類閥門沒(méi)有任何機(jī)械方式可以保證在下次啟動(dòng)閥門時(shí)清除上次閥門開(kāi)啟時(shí)所堆積的物料。這將極大的阻礙閥門的完全閉合?？傊?，蝶閥這種主要用于輸送其體和液體的閥門因?yàn)椴淮嬖谧晕仪鍧嵐δ懿贿m合輸送干燥粉體顆粒物料。

蝶閥密封圈磨損實(shí)例

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再者，由于氣體和液體所具有的低磨損性，在蝶閥的設(shè)計(jì)中并沒(méi)有加入密封系統(tǒng)的耐磨損設(shè)計(jì)和閥門“在線維護(hù)”的設(shè)計(jì)。因此在干燥粉體顆粒物料輸送系統(tǒng)中選用蝶閥會(huì)造成閥門失效、高維護(hù)成本、清潔問(wèn)題和系統(tǒng)停機(jī)等問(wèn)題。這些問(wèn)題經(jīng)常導(dǎo)致蝶閥較高的使用周期成本并極大降低使用者滿意度。
蝶閥在輸送干燥粉體顆粒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生其它問(wèn)題，比如蝶閥的圓形閘板處于物料流內(nèi)，這導(dǎo)致了阻礙物料流動(dòng)的問(wèn)題，常常需要使用更大口徑的管道和更加大的管道內(nèi)壓力來(lái)防止物料在輸送中的堆積。物料架橋是蝶閥的另一個(gè)典型問(wèn)題，隨著開(kāi)啟閉合運(yùn)動(dòng)的增加而變得復(fù)雜。蝶閥的圓形閘刀和圓形的軟質(zhì)彈性密封圈始終暴露在物料流的沖擊下，長(zhǎng)此以往會(huì)產(chǎn)生磨損問(wèn)題。尤其是顆粒物料會(huì)在閘板和密封圈之間堆積，妨礙閘門完全閉合。因此如果物料流動(dòng)性強(qiáng)并且沒(méi)有磨損性或者是粉末狀態(tài)的話，可以選擇蝶閥，但是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮將來(lái)的清潔問(wèn)題。
在粉末狀物料輸送系統(tǒng)中采用蝶閥需要注意粉末常常會(huì)侵入蝶閥驅(qū)動(dòng)軸內(nèi)導(dǎo)致閥門開(kāi)啟閉合時(shí)震動(dòng)。因此在粉末物料輸送系統(tǒng)中的蝶閥應(yīng)盡量避免帶料閉合。

傳統(tǒng)圓頂閘板閥

傳統(tǒng)圓頂閘板閥解決了蝶閥中部閘刀驅(qū)動(dòng)軸阻礙物料流動(dòng)的問(wèn)題。但是由于物料堆積致使閥門不能完全閉合以及物料交叉污染的問(wèn)題導(dǎo)致傳統(tǒng)閘板閥在粉體顆粒輸送系統(tǒng)中鮮有成功案例。由于沒(méi)有“自我清潔”功能，傳統(tǒng)圓頂閘板閥經(jīng)常需要將閥門從系統(tǒng)中拆卸下來(lái)得以進(jìn)入閥體內(nèi)部進(jìn)行清潔工作。這導(dǎo)致了很長(zhǎng)的系統(tǒng)停止時(shí)間。傳統(tǒng)的圍在閘刀四周的軟質(zhì)密封材料不能抵御磨損性物料的持續(xù)摩擦，這種情況導(dǎo)致了傳統(tǒng)圓頂閘板閥經(jīng)常需要維護(hù)來(lái)防止物料泄漏。

顆粒物料嵌入傳統(tǒng)圓頂閘板閥密封圈實(shí)例

以上兩種閥門設(shè)計(jì)在用于粉體顆粒物料輸送系統(tǒng)中，重置成本相當(dāng)高。其中最大的成本是因?yàn)榫S護(hù)而停止系統(tǒng)的成本。通常情況下，閘板閥閥體是鑄造件，這使得閥門重量極大而且毫無(wú)必要大大增加了閥門安裝維護(hù)的困難度和成本。由于此兩種閥門沒(méi)有“易于維護(hù)”設(shè)計(jì)使得工廠的維護(hù)成本高居不下。有些閥門維護(hù)成本升值高于重新購(gòu)買新的閥門。
總體來(lái)說(shuō)，干燥粉體顆粒物料特殊的屬性使得輸送此類物料的閥門需要解決物料較低流動(dòng)性、較高磨損性問(wèn)題并具有保持閥門自我清潔便于維護(hù)等功能。目前在市場(chǎng)上的絕大多數(shù)干燥物料閥門都是在氣體、液體閥門的基礎(chǔ)上稍加修改而成的。在用于干燥物料輸送系統(tǒng)中不可避免的產(chǎn)生這樣那樣的問(wèn)題。
美國(guó)弗泰斯閥門公司創(chuàng)始人Neil Peterson先生深知傳統(tǒng)的蝶閥和閘板閥適用于氣體和液體的輸送但是在輸送粉體顆粒時(shí)面臨相當(dāng)大的難題。業(yè)界急需一種可以替代蝶閥和閘板閥的粉體顆粒專用閥門來(lái)徹底解決當(dāng)時(shí)閥門的物料流動(dòng)阻塞，不能自我清潔和密封圈易磨損等問(wèn)題。他的不懈堅(jiān)持最終得到了回報(bào)：一個(gè)全新的設(shè)計(jì)誕生了。這就是公司的第一個(gè)產(chǎn)品：孔板閥。孔板閥于1980年獲得專利，此項(xiàng)設(shè)計(jì)大大超越了業(yè)界對(duì)于粉體顆粒氣動(dòng)輸送閥門的預(yù)期，孔板閥的發(fā)明也徹底改變了工程師選擇粉體顆粒閥門的固有標(biāo)準(zhǔn)。
整個(gè)上世紀(jì)八十年代，弗泰斯公司陸續(xù)推出了幾項(xiàng)革命性產(chǎn)品，包括基于與孔板閥相同設(shè)計(jì)原理的用于替換傳統(tǒng)撥片式和通道式換向閥的“Y”型換向閥、滾柱支撐閘板閥和自清潔閘板閥。每一種創(chuàng)新設(shè)計(jì)都極大地拓寬了弗泰斯公司控制閥和換向閥的處理物料的能力。為了滿足不斷增加的市場(chǎng)需求，更好的服務(wù)于亞太特別是中國(guó)市場(chǎng)，弗泰斯公司于2009年4月在上海成立其亞太區(qū)銷售總部。

關(guān)于弗泰斯閥門
美國(guó)弗泰斯閥門公司自１９７７年成立之初就致力于干燥粉體顆粒物料閥門的研發(fā)和生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)３２年的發(fā)展已成為全球最大的用于粉體顆粒輸送領(lǐng)域的控制閥的專業(yè)制造商，產(chǎn)品銷售遍及世界５０多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。更多信息可以訪問(wèn)弗泰斯閥門中國(guó)：www.vortexvalves.com.cn

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