位于美国北卡罗来纳州Charlotte的U.S. Bottlers公司是一家液体快速包装设备制造商,其产品被用于食品、制药、化工及汽车等多个行业。产品包括旋转式清洗机、灌装机以及封口机等,其工作速率可从每分钟20瓶到1000余瓶。
这些年来,液体装瓶行业的技术重心,已经从机械式灌装机以及采用称重传感器技术的称重式灌装机转移到基于流量计的灌装技术上来。比之称重式灌装机,流量计式灌装机如今更受青睐。很多机械式灌装机及称重式灌装机的客户,已经着手将老设备更换为基于流量计的灌装机,以获得更现代化的支持及更好的装瓶操作控制。
为了满足新型及升级版液体灌装机的需求,U.S. Bottlers公司在其灌装设备上采用了Endress+Hauser公司生产的电磁流量计及科里奥利流量计。这一系列的流量计,是经过大量研究以及与具有竞争力的产品进行严苛的性能对比之后选定出来的。
现代灌装机可实现多种容器及多种液体的快速灌装
液体灌装机的内部运转
液体灌装机有多种可选型式,例如重力、真空、活塞、电子称重、流量及质量测量等。在各类应用中,它们各自具有自身的优势和不足,但总的来说,基于流量计的灌装机已经成为大多数客户的首选。
基于流量计的系统中,外部的液罐系统将液体产品运输到灌装机顶部,再通过多支管进行分流配送。空容器被运送到转台,进行分离,然后被放置在独立的灌装位置上,位于特别定制的灌装阀下方。然后,灌装过程便开始了。灌装速率是按容器的特定形状、尺寸以及产品的流体特性而特别设计的。一旦达到预定的灌装量,灌装过程便会停止。
在灌装周期中,流量计对流体流量进行准确的计量乃是至关重要的一环。产品的流体特性、含有浆体或微粒、易起泡以及液体成分的敏感度,都将极大地影响流量计的选取。
在灌装阶段,可通过编程来控制模式的快慢。在两阶段灌装中,通过编程,可在开始时快速灌装,结束时减缓速度。这种模式适用于具有小型锥形瓶颈的容器。或者开始时缓慢灌装,再逐渐加速,这样可避免液体溅出或起泡,发泡啤酒灌装到玻璃瓶中就采用这种模式。有的容器带有把手,则在灌装中途放慢速度,使存贮在把手中的空气逸出。而且,归功于流量计的高精确度,最后的10%阶段可进行细流灌装,能获得更好的灌装精度。
流体测量的最好方法
为了获得最高的精确度,我们采用了带有卫生法兰的各种尺寸的电磁流量计以及科里奥利流量计。在假设产品为导电液体的情况下,我们首选电磁流量计,但必要时会改装为科里奥利流量计。电磁传感器通常更小巧,更适合于安装在灌装机的狭小空间中。
通常,流量计安装在多支管处,使阀门可上下移动,而每个灌装头上都安装了独立传感器。我们采用0.75~1英寸内径法兰,流速范围可达0.5~4加仑/分钟。流量计将脉冲输出信号发送到灌装点的PLC,当容器灌满后便控制灌装阀关闭。
PLC利用我们的特有算法,根据流量信号来确定体积。这种算法起源于称重式灌装机,用于处理称重传感器传送的累计值,但经过稍许调整后,现在用来处理来自流量计的信号。由于灌装从开始到结束只有短短数秒,流量计无法达到稳定状态。管道设计必须确保管段内无泡沫或气泡,且管道及传感器内部应始终被液体完全填充。
安装在用于机油容器灌装设备上的科里奥利质量流量计在进行流量测量。
将用于电机液体产品的旧式称重式灌装机改装为科里奥利质量流量计式灌装机。
我们无法保证液位或灌装的精确度能与流量计的精确度相同,因为阀、电磁线圈、气动、振动以及压力波动会对总公差累积产生影响,使灌装精度不那么精确。不过,现在所使用的流量计,其精确度比以往的任何液体灌装传感器技术都要高,这使得我们的机械成为市面上最精准的仪表之一。
流量计式灌装机精确度很高,因此无需像机械式灌装机那样,利用溢出来创建灌装液位。也因此,一个流量计系统,只需要约原先一半的管道、软管、接头及多支管等器件。比之机械式灌装系统,它需要的压力较小,清洁方案少,清洁时间也短。基于流量计的系统还促进了无触点阀的设计,这意味着与瓶口毫无接触,可实现无菌选项。另外,科里奥利流量计和电磁流量计都没有活动部件或阻碍部件,易于清洁和冲洗。
加入流量传感器,乍看之下似乎昂贵而复杂,但它在溢出、排气泵及额外的控制系统方面节省了成本,而且它的整个设计就更为洁净并易于清洗。使用流量计系统,产品改变时,并不需要校准,我们只简单地存储了以往运行中所获取的经验数据,便可实现瓶尺寸的快速切换及成份变化。
旧机器改造
液体灌装机可使用多年,只需定期升级和更换元件。U.S. Bottlers公司对旧机器进行了改装,更换了阀门、旋转接头、硅胶软管、接头、滑动杆、套管、滚轴及辊块等多个部件。在有需要时,我们也会对主驱动电机、轴承、齿轮箱及传送带进行修复。很多时候,客户也会要求我们将称重式灌装机改装为流量计式。
我们还有一个奇特的发现,就是当旧式的称重式灌装机改装成流量计式机械后,在改进流量测量方面,新的灌装机显现出高于预期的精确度。原因之一可能是在改装过程中,整个机械经过全面的检修,并被纳入了规范;又或者流量计对装瓶工厂中的振动及电气噪音不太敏感。
从我们的角度来衡量,流量计成功在两个方面:第一,安装了E+H流量计的灌装机,不仅能满足我们提出的所有精确度保证,并丝毫不逊色于我们生产史上的任何灌装机械;第二,也可能是更重要的一方面,改进后的流量测量精度,在总体顾客满意度上占了很大的比例,很多购买过流量计式灌装机的客户都会再次购买。