灌装阀及其利用灌装阀灌装物料的工艺 【技术领域】
本发明涉及灌装阀及其利用灌装阀灌装物料的工艺，特别是涉及能够灌装含气和不含气的包括纯净水、矿泉水、茶、果汁、碳酸饮料、啤酒等多种不同性能物料的灌装阀和灌装工艺。
背景技术
易拉罐包装的含气、非含气产品，以其清爽口感、容易保存、运输方便以及环保等的优点，自上世纪八十年代初登陆中国大陆。而中国第一条易拉罐包装生产线在1984年于广东三水投产后，易拉罐包装设备便在全国各地开始使用。据统计，国内易拉罐包装设备生产厂家，基本上集中于浙江、江苏一带，所沿用技术基本上是80年代初国家引进意大利设备时，对轻工部下属几家大型国营轻机厂所分发的技术，距今已有近30年的历史，依然没有多大的改动。灌装机的核心技术在于灌装阀的结构及工艺应用。传统的灌装阀技术，是纯机械阀，这种机械阀存在以下缺点：
1、自清洗能力差：
由于是等压开阀原理的机械阀，灌装阀的主体里安装有开阀弹簧，直接和物料接触；同时物料缸里的机械构件比较多，这些因素均导致了灌装阀里的卫生死角多，难于对其进行彻底清洗。这样的灌装阀，对产品的质量，保质期和口感的影响都比较大，特别是对于纯生啤酒、无菌冷包装饮料、果汁，是绝对不能接受的。
2、可控性差：
机械阀属于纯机械控制。灌装工艺程序完全依靠外部机械控制块来完成，这就对控制块的加工质量和选材提出较高的要求。同时，由于其灌装工艺是单一的，在厂家更换物料容器时，工艺程序需要较长时间进行调整。另外，产品的产量由工艺时间决定，不同的物料包装有不同的工艺时间，因而对性质相差较大的物料需要在同一台灌装机上包装，灌装阀需要更换。
3、灌装量误差大：
此种灌装阀是依靠阀口浮子或物料自动堵塞回气管的方式来保证液位的相对稳定，这样包装容量的准确性由以下三方面决定：①浮子材料的稳定性和制造水平高低；②回气管的加工质量和现场安装人员的实战经验；③易拉罐罐体的制造误差。
还有种灌装阀利用伸入到易拉罐中的探针来控制液位的高度，其控制方法是：当探针接触到物料时，则关闭开关阀，使物料停止进入到易拉罐中，但是，在灌装过程中，易拉罐在运动，易拉罐内的液面产生波动，因此，探针接触到的物料部精确，从而导致灌装量误差大。
综上所述，这种等压式灌装阀或自重式单移阀，均有以上全部或部分的缺点，在日益激烈的啤酒、软饮料市场上，基本上不为高端产品包装厂家所接受。
【发明内容】
本发明的第一目的是提供一种灌装阀，这种灌装阀，自清洗能力强、灌装量误差小、能够灌装含气和不含气的多种性能的物料。
本发明的第二目的是提供一种利用灌装阀灌装物料的工艺，本发明的灌装物料工艺的灌装量误差小，能够防止反泡现象。
本发明的第三目的是提供一种工艺简单的利用灌装阀灌装物料的工艺。
为达到上述的第一目的，一种灌装阀；包括阀板，阀板上设有膜片阀阀组、计量计、进料开关阀、灌装开关阀及推动灌装开关阀上下运动的定中架；所述的膜片阀阀组包括1-5个膜片阀及集气通道板；所述的集气通道板上设有背压通道、回气通道和排气通道；所述的阀板内设有灌装室及排气室，所述的阀板上设有进料口、计量计的连接口及灌装阀阀口；所述的灌装室与进料口、计量计的连接口和灌装阀的阀口相通；所述的进料开关阀设在与进料口相对应位置的阀板上，所述的灌装开关阀设在与灌装阀阀口相对应位置地阀板上，所述的计量计连接在计量计的连接口上；所述的的背压通道的一端和计量计的上端相连接；回气通道与灌装阀阀口之间设有回气管；所述的排气室的一端与灌装阀阀口相连接，另一端与排气通道相连接；所述的膜片阀阀组上设有第一通道。
上述结构由于设置了膜片阀阀组，在膜片阀阀组包括1-5个膜片阀，设置了背压通道、第一通道、回气通道、回气管、排气通道、灌装室、排气室、物料开关阀和灌装开关阀，根据不同性质的物料控制膜片阀的开启和关闭，以达到灌装的质量要求，因此，利用这种结构的灌装阀能够灌装多种不同性能的物料；由于设置了计量计，灌装在容器中的物料量通过计量计来控制，与现有技术中的利用探针检测液位的方法相比，灌注量误差小，能够控制在±2ml的范围内；当此结构使用一段时间后需要清洗时，在灌装阀阀口上套一个假杯，形成密封空间，使用清洗液、无菌水按照设定的CIP工艺，能够在所有与物料接触的容器及通道内自由通过，达到彻底洁净的效果，与现有技术的机械阀相比，不会存在卫生死角，因此，自清洗能够强。这种灌装阀结构由膜片阀阀组、集气通道板、计量计、进料开关阀、灌装开关阀、定中架、阀板独立组合而成，在检修和维修时能够独立进行，因此，给检修、维修和更换带来了方便。
作为改进，所述的计量计包括量筒和设在量筒上端的浮球液位计；所述的背压通道连接在量筒的上端；所述的浮球液位计包括浮球。所述的浮球能够上下浮动，控制进入到量筒内的液位高度；浮球液位计用来读取量筒内的物料体积，以精确控制灌装在容器中物料量。
作为具体化，所述的灌装开关阀包括灌装开关阀阀体、灌装开关阀阀芯，所述的灌装开关阀阀芯设在灌装开关阀阀体内，所述的回气管从灌装开关阀阀芯中穿过。
作为具体化，所述的定中架包括气缸、叉板、滚轮及导向杆；所述的气缸设在阀板上，气缸的活塞杆与导向杆相连接，叉板与导向杆的下端相连接，且与灌装开关阀相连接，所述的滚轮设在导向杆上。这种结构的定中架，气缸工作时，气缸的活塞向下运动，带动导向杆和叉板向下运动，叉板带动灌装阀阀口向下运动，使容器与灌装阀阀口密封，这种结构由于是灌装阀阀口向下运动来达到密封的目的，与现有技术中的利用托瓶机构使容器上升的结构相比，由于容器不动，灌装阀阀口向下压时，不会偏离容器口，密封效果好。
为达到上述的第二目的，一种利用灌装阀灌装物料的工艺，包括以下步骤：
(1)CO2冲洗工序，将容器放入到灌装阀阀口的底下，定中架带动灌装阀阀口向下运动，把灌装阀阀口压在容器上，使容器形成密封空间，打开膜片阀阀组中的使回气通道与背压通道的膜片阀及使排气通道与第一通道连通的膜片阀；向回气通道中通入CO2气体，CO2气体经膜片阀和回气管进入到容器中，将容器中的气体经排气室、排气通道和第一通道排出；整个CO2冲洗工序持续0.5-1.2S；
(2)背压工序，关闭排气通道与第一通道之间的膜片阀，连通回气通道和背压通道的膜片阀仍然开启，继续往容器内充入CO2气体，使容器内的气压和计量计内的压力相等，然后关闭连通回气通道和背压通道的膜片阀；背压的持续时间为0.1-0.3S；
(3)进料工序，打开进料开关阀，物料经进料口进入到灌装室，灌装室内的物料经计量计的连接口进入到计量计内，通过计量计控制灌装量，当计量计计量到灌装量时，进料开关阀关闭；
(4)灌装工序，开启连通回气通道和背压通道的膜片阀，打开灌装开关阀，物料经灌装阀阀口进入到容器中，使容器中的液位不断上升，同时，容器中的CO2气体经回气管和回气通道排出；灌装工序过程中，计量计内的液位一直在下降，当计量计内的液位下降到预设定位置时，关闭灌装开关阀；
(5)预排气工序，关闭灌装开关阀，开启连通排气通道和第一通道的膜片阀，使容器内的压力减小，防止反泡，预排气工序的时间为0.1-0.3S；
(6)静置调整工序，预排气后，容器静置0.5-0.8S，然后提升定中架，容器离开灌装阀。
安排CO2冲洗工序是为了将容器中的空气排出，使容器中的空气量降低，以减少灌装后物料的增氧量，以达到国家的标准、延长产品的保质期，同时保证不同物料的风味和口感。
在CO2冲洗工序后安排背压工序，使得计量计内CO2气体的气压和容器中CO2气体的气压相等，实行等压灌装，以保证在灌装物料时处于稳定的状态。
上述的进料工序中由于进料通道和CO2气体的通道是分开的，因此，在CO2冲洗工序和背压工序的同时可以进行进料工序，这样，能够减少整个灌装工艺的时间，提高灌装效率。
物料灌装后，由于容器口处的CO2气体压力较高，安排预排气工序，CO2气体不会逃逸，不会造成突然卸压，从而不会导致严重的反泡现象，不会致使酒损加大，提高灌装量的准确性。
预排气后，刚刚灌装并排气的物料，由于灌装时液体之间的撞击，处于不稳定的物理状态，有反泡的趋势，安排静置调整工序，能够有效的防止反泡现象的发生。
上述的灌装工艺用于灌装含气的物料，经过CO2冲洗工序、背压工序、进料工序、灌装工序、预排气工序和静置调整后能够有效的防止反泡现象，同时能够减小灌装量的误差。
作为改进，所述的灌装工序包括快灌阶段和慢灌阶段。
作为具体化，连通背压通道和回气通道的膜片阀包括第一膜片阀和第二膜片阀，第一膜片阀的回气小孔直径大于第二膜片阀的回气小孔直径；所述的快灌阶段和慢灌阶段为：开启第一膜片阀，容器中的CO2气体快速的经回气管和回气通道排出，浮球快速下降，容器中的液位也跟随快速上升，当容器中的液位上升到预设定值时关闭第一膜片阀，开启第二膜片阀，进入到慢灌阶段，此时，CO2气体经回气管和第一通道排出的速度较慢，浮球下降的速度较慢，容器中的液位也上升得较慢，有效限制反泡现象；当浮球下降到预设定位置时，关闭灌装开关阀，完成灌装工序。
设置快灌阶段，能将物料快速的灌装到容器中，提高灌装效率；设置慢灌阶段，由于第二膜片阀的回气小孔的直径小于第一膜片阀，CO2回气就慢很多，这样，灌装的速度相对较慢，因此，可以有效的限制物料的反泡现象，也更加能够保证灌装量的准确性。
作为具体化，计量计控制灌注量通过量筒内的浮球来实现；在进料工序时，当浮球上升到预先设定的位置时，进料开关阀关闭；在灌装工序时，当浮球下降到预先设定的位置时，灌装开关阀关闭；所述浮球的位置能够调整。由于浮球的预先设定位置可以调整，因此，可以根据灌装量的多少调整浮球的预先设定位置，这样，灌装的准确度高。
为达到上述的第三目的，一种利用的灌装阀灌装物料的工艺，包括如下步骤：
(1)关闭膜片阀阀组内的所有膜片阀；
(2)进料工序，打开进料开关阀，物料经进料口进入到灌装室，灌装室内的物料经计量计的下端进入到计量计内，计量计内的浮球上升，当浮球上升到预先设定的高度时，进料开关阀关闭；
(3)灌装工序，开启连通背压通道和回气通道的膜片阀，打开灌装开关阀，物料经灌装阀阀口进入到容器中，使容器中的液位不断上升，灌装工序过程中，浮球一直在下降，当浮球下降到预设定位置时，关闭灌装开关阀；
(4)上升定中架，使容器离开灌装阀。
这种工艺简单，用于灌装不含气的物料。
【附图说明】
图1为灌装阀的立体图；
图2为灌装阀的剖视图；
图3为背压工序结束时的状态图；
图4为进料工序结束时的状态图；
图5为灌装工序结束时的状态图；
图6为定中架的立体图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
如图1和图2所示的灌装阀，包括阀板1，阀板1上有一灌装阀阀口101，在灌装阀阀口101处设有密封垫(未示出)；在阀板1的一侧设有膜片阀阀组2，膜片阀阀组2内设有4个膜片阀及集气通道板15，所述的4个膜片阀为第一膜片阀21、第二膜片阀22、第三膜片阀23和第四膜片阀24，第一膜片阀21的回气小孔直径大于第二膜片阀22的回气小孔直径；所述的集气通道板上设有背压通道1501、回气通道1502和排气通道1503；在阀板1的中间部位设有计量计3，所述的计量计3包括量筒31和设在量筒上端的浮球液位计33，所述的浮球液位计33包括浮球32；在阀板1的另一侧设有定中架4，如图3所示，定中架包括气缸41、导向杆42、叉板43和滚轮，气缸41的活塞杆通过气缸连接板45与导向杆42固定连接，叉板43与导向杆42的下端固定连接，叉板43远离导向杆42的一端卡在灌装阀阀口101上，所述的滚轮设在导向杆42的上端；所述的阀板1内有一灌装室102及排气室10，在阀板1上设有进料口7、计量计的连接口104和所述的灌装阀阀口101；在阀板1上位于灌装阀阀口101处设有灌装开关阀11，灌装开关阀11包括灌装开关阀阀体111、灌装开关阀阀芯112，所述的灌装开关阀阀芯112设在灌装开关阀阀体111内；在阀板1上位于进料口7处设有进料开关阀12；所述的计量计3连接在计量计的连接口104上；所述的背压通道1501和计量计3的上端之间设有背压连接管8；回气通道1052与灌装阀阀口101之间设有回气管9；所述的排气室10的一端与灌装阀阀口101相连接，另一端与排气通道1501相连接；所述的膜片阀阀组上设有第一通道105。
本发明的结构能够灌装含气和不含气的多种不同性能的物料。
灌装含气物料的工艺步骤如下：
(1)CO2冲洗工序，将容器放入到灌装阀阀口101的底下，定中架4中的气缸活塞杆带动导向杆42向下运动，导向杆42带动叉板43向下运动，叉板43促使灌装阀阀口101向下运动，把灌装阀阀口101通过密封垫压在容器上，使容器形成密封空间，打开第一膜片阀21和第四膜片阀24；CO2气体通入到背压通道1501中，然后，经第一膜片阀21和回气通道1502、回气管9进入到容器中，将容器中的气体经排气室10、排气通道1503、第四膜片阀24和第一通道105排出；整个CO2冲洗工序持续0.5-1.2S；安排CO2冲洗工序是为了将容器中的空气排出，使容器中的空气量降低，以减少灌装后物料的增氧量，以达到国家的标准、延长产品的保质期，同时保证不同物料的风味和口感。
(2)背压工序，如图3所示，关闭第四膜片阀24，第一膜片阀21仍然开启，此时，背压通道1501、背压连接管8和回气通道1502三者是相互连通的，继续往容器内充入CO2气体，使容器内的气压和量筒31内的压力相等，实行等压灌装，以保证在灌装物料时处于稳定的状态，背压工序完成后关闭第一膜片阀21；背压的持续时间为0.1-0.3S。
(3)进料工序，如图4所示，保证物料环缸内的气压大于量筒31内的气压，打开进料开关阀12，物料经进料口7进入到灌装室102，灌装室102内的物料经量筒31的下端进入到量筒31内，量筒31内的浮球32上升，当浮球32上升到预先设定的高度时，进料开关阀12关闭，完成进料工序；这一工序由于进料通道和CO2气体的通道是分开的，因此，在CO2冲洗工序和背压工序的同时可以同时进行，这样，能够减少整个灌装工艺的时间，提高灌装效率。
(4)灌装工序，如图5所示，本工序先后进行快灌阶段和慢灌阶段，其过程为：开启第一膜片阀21，容器中的CO2气体快速的经回气管9、回气通道1502和背压通道1501排出，浮球32快速下降，容器中的液位也跟随快速上升，当容器中的液位上升到预设定值时关闭第一膜片阀21，开启第二膜片阀22，进入到慢灌阶段，此时，由于第二膜片阀22的回气小孔的直径小于第一膜片阀21的回气小孔直径，因此，CO2气体经回气管9、回气通道1502和第一通道105排出的速度较慢，浮球32下降的速度较慢，容器中的液位也上升得较慢，有效限制反泡现象；当浮球32下降到预设定位置时，关闭灌装开关阀，完成灌装工序；在灌装过程中，根据灌装量的多少调整浮球32的预设定位置，这样就能够控制灌装量的误差为±2ml，而国家的标准为±8ml，因此，大大减小了灌装量的误差。
(5)预排气工序，物料灌装后，由于容器口处的CO2气体压力较高，安排预排气工序，CO2气体不会逃逸，不会造成突然卸压，从而不会导致严重的反泡现象，不会致使酒损加大，提高灌装量的准确性；预排气工序的过程为：关闭灌装开关阀11，开启第三膜片阀23，使排气室10和第一通道1503连通，将容器中的CO2气体部分排出，促使容器内的压力减小，防止反泡，预排气工序的时间为0.1-0.3S。
(6)静置调整工序，预排气后，容器静置0.5-0.8S，然后提升定中架4，容器离开灌装阀。预排气后，刚刚灌装并排气的物料，由于灌装时液体之间的撞击，处于不稳定的物理状态，有反泡的趋势，安排静置调整工序，能够有效的防止反泡现象的发生。
当灌装不含气物料时，其工艺过程为：
(1)关闭膜片阀阀组2内的所有膜片阀；
(2)进料工序，打开进料开关阀12，物料经进料口7进入到灌装室102，灌装室102内的物料经量筒的下端进入到量筒内，量筒内的浮球32上升，当浮球32上升到预先设定的高度时，进料开关阀12关闭；
(3)灌装工序，打开灌装开关阀11，物料经灌装阀阀口进入到容器中，使容器中的液位不断上升；灌装工序过程中，浮球32一直在下降，当浮球32下降到预设定位置时，关闭灌装开关阀11；
(4)上升定中架，使容器离开灌装阀。
灌装这类不含气物料时，由于不需要排除容器中的气体，也不会出现反泡现象，因此，灌装的工序简单。
综上所述，本发明的灌装阀不仅可以灌装含气物料，也可以灌装不含气物料，应用的范围广；并且由于使用了计量计，因此，灌装的精度高。