Фитинг для ПЭТ кега

Полезная модель относится к укупорочным конструкциям для емкостей, изготовленных из полиэтилентерефталата (далее ПЭТ кег), устанавливаемым на горловинах ПЭТ кегов для розлива, хранения и транспортировки напитков, находящихся в ПЭТ кеге под давлением.
ПЭТ кеги с установленными на них фитингами применяют для хранения и розлива напитков, например, таких как пиво. Данные фитинги имеют несколько каналов, обеспечивающих прохождение жидкости и газа. При заполнении, когда ПЭТ кег обычно находится в перевернутом вверх дном состоянии, напиток вводится через первый канал фитинга, в то время как вытесняемый из кега газ выходит через второй канал. Во время розлива газ (азот или углекислый газ) вводится в ПЭТ кег через первый канал, для того чтобы вытеснить напиток из ПЭТ кега через второй канал. Розлив напитка осуществляется при помощи разливочной головки, присоединяемой к клапанной конструкции, на подпружиненные элементы фитинга с последующим открытием каналов, один из которых предназначен для подачи инертного газа под избыточным давлением, а второй канал - для розлива, вытесняемого газом напитка. Уплотнительный элемент фитинга служит для того, чтобы внутри ПЭТ кега сохранялось созданное избыточное давление при снятии (демонтаже) разливочной головки. Как правило, в случае налива и хранения пива избыточное давление составляет примерно 2,5 - 3,0 бара. Указанное давление является рабочим давлением ПЭТ кега. При этом ПЭТ кег выдерживает давление примерно 7-8 бар.
В случае нарушения технических условий производства, хранения и эксплуатации ПЭТ кегов, заполненных напитком, возможно повышение избыточного давления в ПЭТ кеге выше максимально допустимого, что, в конечном счете, может привести к разрыву ПЭТ кега. Данная проблема представляет серьезную угрозу для находящихся в непосредственной близости от ПЭТ кега людей.
Известна емкость из пластика, например ПЭТ кег для напитков с запорной арматурой с уплотнением (патент на изобретение РФ № 2466085, дата конвенционного приоритета 29.10.2008 г., МПК B67D 1/08), в которой запорная арматура и/или уплотнение и, следовательно, кег-головка конструктивно рассчитаны так, что после процесса открывания последующий автоматический процесс закрывания осуществляется или происходит практически не полностью, так как при этом последующем автоматическом процессе закрывания остается незакрывающееся сквозное отверстие. Это сквозное отверстие обеспечивает сброс давления внутри емкости. Благодаря этому внутри емкости не может создаваться избыточное давление и, тем самым, устраняется потенциальная опасность разрыва емкости. При этом запорная арматура содержит упор с заданным местом разрыва для нагруженного пружиной уплотнения. Уплотнение имеет заданное место разрыва или выполнено с возможностью деформирования в ходе процесса закрывания для образования сквозного отверстия.
Известна крышка для герметичной емкости (патент РФ № 2555137, опубл. 10.07.2015 г.), которая содержит корпус, клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно корпуса между закрытым и открытым положениями; и запирающий механизм, выполненный с возможностью удерживать клапанный элемент в открытом положении; запирающий механизм имеет первую и вторую части, где первая часть может передвигаться за счет воздействия клапанного элемента и содержит запирающий элемент, который может зацепляться с ответным элементом на корпусе, чтобы удерживать клапанный элемент в открытом положении; а вторая часть может передвигаться за счет воздействия на нее первой части, когда клапанный элемент перемещается из закрытого положения в открытое положение; при этом, когда клапанный элемент возвращается из открытого положения в закрытое положение, первая часть может перемещаться относительно второй части; причем указанное относительное движение первой и второй частей обеспечивает сцепление запирающего элемента с ответным элементом на корпусе, чтобы удерживать клапанный элемент, когда он возвращается в открытое положение (принят за прототип).
Известные фитинги предохраняют от разрушения ПЭТ кег не весь период использования, а только после ранее проведенного процесса открывания при последующем автоматическом процессе закрывания, что делает невозможным дальнейшее использование ПЭТ кега после вскрытия, т.е. разливочную головку можно одевать только один раз. В случае снятия разливочной головки, ПЭТ кег теряет герметичность и не годится для дальнейшего использования, соответственно весь оставшийся продукт приходит в негодность. Необходимо отметить, что в процессе эксплуатации ПЭТ кега часто возникает необходимость снятия разливочной головки до полного опустошения ПЭТ кега, например, в случае обнаружения неисправности разливочной головки или системы розлива в целом, или проведения регулярной санитарной обработки системы розлива. Также следует отметить, что в известном решении клапан не предохраняет от разрушения ПЭТ кег с продуктом во время хранения и транспортировки. Кроме того, при работе в клапане не происходит необратимых разрушений и при аккуратной разборке и повторной сборке, фитинг может быть использован повторно.
Техническая задача заявляемой полезной модели заключается в создании универсального фитинга для ПЭТ кега, обеспечивающего высокую надежность и безопасность конструкции при хранении и эксплуатации с возможностью выполнения как функции предохранительного клапана при превышении избыточного давления внутри ПЭТ кегов выше максимально допустимого, так и функции потери герметичности после первого использования.
С учетом того, что давление разрушения ПЭТ кега составляет более 7 бар, а рабочее давление - до 3,5 бар, необходимо обеспечить давление срабатывания клапана в ПЭТ кеге при давлении менее 7 бар, причем время срабатывания должно быть не более 5 мин.
Технический результат заключается в получении надежного и безопасного в эксплуатации универсального фитинга для ПЭТ кега.
Технический результат достигается тем, что фитинг для ПЭТ кега содержит корпус с центральным отверстием со средством соединения с горловиной кега, кольцевой фланец, соединённый с корпусом и снабженный осевым отверстием и отверстиями на боковой поверхности, полый шток, размещенный в корпусе и проходящий через осевое отверстие кольцевого фланца, клапанные элементы, выполненные с возможностью перемещения относительно корпуса между закрытым и открытым положениями и пружины, установленные внутри полого штока и снаружи него, при этом один из клапанных элементов выполнен с возможностью выполнения функции предохранительного клапана и содержит предохранительный элемент из упругого полимерного материала, включающий несквозной канал, открытый с нижней стороны, а с верхней стороны ограниченный тонкой гибкой перемычкой.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 - фитинг в сборе;
на фиг.2 - фитинг типа S в разрезе с закрытыми клапанными элементами;
на фиг.3 - элементы конструкции фитинга типа S подетально;
на фиг.4 - фитинг типа D в разрезе с закрытыми клапанными элементами;
на фиг.5. - элементы конструкции фитинга типа D подетально.
на фиг.6 - фитинг типа S в разрезе с открытыми клапанными элементами;
на фиг.7 - фитинг типа D в разрезе с открытыми клапанными элементами.
Фитинг, согласно заявляемой полезной модели, может быть выполнен S- или D-типа. Отличием указанных фитингов является конструкция кольцевого уплотнения 11.
В общем виде фитинг содержит корпус 1 в целом цилиндрической формы с центральным отверстием ступенчатой формы и резьбовыми средствами соединения с горловиной емкости и кольцевым фланцем 2 (фиг.1). Кольцевой фланец 2 имеет в нижней части осевое отверстие для прохождения штока 3. Шток 3 выполнен полым цилиндрической формы с разными диаметрами по длине: нижний участок 3а имеет минимальный диаметр d1, диаметр d2 среднего участка 3б больше диаметра d1 и диаметр d3 верхнего участка 3в больше диаметра d2 (фиг.2,4). Нижний конец штока 3 выполнен открытым и проходит сквозь отверстие кольцевого фланца 2, выступая за его пределы. В нижней части шток 3 соединяется с трубкой, конец которой располагается при сборке вблизи донной части ПЭТ кега. Второй конец штока 3 также выполнен открытым и снабжен кольцевым выступом 4. На участках изменения диаметра штока выполнены опорные торцы 5 и 6. Участки штока 3б и 3в образуют камеру 7, в которой размещен первый клапанный элемент 8, прилегающий своими боковыми сторонами к внутренней стороне штока 3 на участке 3б. Клапанный элемент 8 верхней поверхностью посредством внутренней пружины 9 из нержавеющей стали, поджимается к седлу 10 уплотнительного элемента 11. Пружина 9 размещена на опорном торце 5 штока.
Клапанный элемент 8 (фиг.2) содержит предохранительный элемент 14 цилиндрической формы, который содержит канал 15 и тонкую гибкую перемычку 16 толщиной 0,5-1,5 мм. Предохранительный элемент 14 из упругого полимерного материала (ТЭП, резины на основе этилен-пропилен-диенового каучука (ЭПДМ)) формируется в процессе производства клапана 8, который сделан из полипропилена, при впрыске и формировании элемента 14 он спаивается со стенками клапана. При превышении давления внутри емкости выше заданного происходит выдавливание и разрыв перемычки 16 и образование канала, через которое происходит стравливание избыточного давления.
Второй клапанный элемент образован кольцевым уплотнением 11, верхняя поверхность которого герметично поджимается к коническому седлу 17, проходящему радиально внутрь корпуса 1. Кольцевое уплотнение 11 состоит из двух частей: нижней части 12, и вставляемой в нее верхней части 13. Кольцевое уплотнение 11 размещено нижней частью на опорном торце 6 штока 3 и выступом в верхней части на выступе 4 штока 3 (фиг.3,5). Кольцевое уплотнение изготавливается из двух типов материалов методом двойного последовательного впрыска. Выполнение нижней части 12 из мягкого ТЭП (или резины на основе этилен-пропилен-диенового каучука (ЭПДМ)) позволяет обеспечить надежное герметичное уплотнение с корпусом 1 и клапаном 8. Выполнение же верхней части 13 из жесткого пластика, позволяет обеспечить работоспособность клапана при рабочем давлении в емкости.
Шток 3 расположен в корпусе 1 с образованием камеры 18, в которой размещена внешняя пружина 19 из нержавеющей стали. Внешняя пружина 19 окружает шток 3 и действует под давлением между донной частью корпуса 1 и внешней частью опорного торца 6.
Корпус 1, кольцевой фланец 2, шток 3 выполнены из жесткого полимерного материала, например, из полиацеталя. Предохранительный элемент 14 и нижняя часть кольцевого уплотнения 12 выполнены из упругого материала, например, из термоэластопластов (ТЭП), или резины на основе этилен-пропилен-диенового каучука (ЭПДМ). Твердость материала предохранительного элемента 14 должна составлять 40-65 ед. по Шору.
Крепление кольцевого фланца 2 к корпусу 1 осуществляется резьбовым соединением. Кольцевая гайка 5 снабжена отверстиями 20 для прохождения жидкости или газа.
Дополнительно фитинг может быть оснащен устройством 21 нарушения герметичности конструкции фитинга после первого использования (фиг.3,5). Включение данного элемента конструкции позволяет безвозвратно нарушить герметичность фитинга после отсоединения разливочной головки, что приводит к стравливанию давления из емкости. Устройство 21 нарушения герметичности конструкции фитинга после первого использования выполнено в виде разрезного кольца с одним и более перпендикулярно расположенными выступами, имеющими два ряда зубцов. Устройство 21 устанавливается в кольцевой фланец 2 таким образом, что при нажатии на кольцевое уплотнение 11, давление передается на шток 3, который перемещается вниз и осуществляется зацепление выступа 4 штока 3 с зубцами, выполненными на выступах разрезного кольца. При первом нажатии (налив напитка в кегу) выступ 4 цепляется за верхний зубец, при отжатии устройство поднимается вверх и выходит из кольцевого фланца 2. При этом фитинг остается герметичным. При втором нажатии (дозирующей насадкой) выступ 4 штока 3 цепляется за нижний зубец и при отжатии или отсоединении дозирующей насадки, шток 3 под действием пружины 19 движется вверх, поднимая устройство 21 выше, верхний зубец которого попадает между корпусом 1 и кольцевым уплотнением 11, при этом он невозвратно повреждает герметичность уплотнения и образуется канал для стравливания избыточного давления из емкости.
Осуществление полезной модели.
Заявляемый фитинг устанавливается на горловине ПЭТ кега 22 с использованием кольцевой прокладки круглого сечения, устанавливаемой на торец горловины, и закрепляется резьбовым соединением.
Налив жидкости в ПЭТ кег, так же как и слив жидкости из него, осуществляется посредством фитинга, установленного на горловину ПЭТ кега. Для обеспечения розлива жидкости к открытому концу полого штока 3 подсоединяется трубка розлива напитка.
На фиг.2 и 4 изображен фитинг с закрытыми клапанными элементами; при этом верхний внешний край кольцевого уплотнения 11 находится в плотном контакте с седлом 17 внешнего клапана, а верхняя поверхность клапанного элемента 8 находится в плотном контакте с седлом 10.
На линии налива напитка кега может устанавливаться как фитингом вниз, так и фитингом вверх. При установке фитингом вниз процесс налива происходит следующим образом:
Разливочная головка линии розлива (не изображена на фиг.) имеет один или более выступов, которые нажимают на поверхность клапанного элемента 8 и кольцевого уплотнения 11, вдавливая их по направлению к внутренней части кега 22 (фиг. 6,7). Когда кольцевое уплотнение 11 вдавливают внутрь по направлению к внутренней части кега 22 (фиг.5-6), кольцевое уплотнение 11 отодвигается от седла 17 внешнего клапана с образованием внешнего канала вокруг штока 3. Когда клапанный элемент 8 вдавлен внутрь по направлению к внутреннему пространству кега 22 относительно кольцевого уплотнения 11, он отодвигается от седла 10, образованного нижним внутренним краем кольцевого уплотнения 11 с образованием внутреннего канала вокруг клапанного элемента 8 в камере 7.
Заполнение ПЭТ кега напитком осуществляют через внешний канал, при этом вытеснение газа, находящегося в ПЭТ кеге, происходит через внутренний канал. Подаваемая жидкость проходит через указанный внешний канал, проходя камеру 18 и через отверстия 20 в кольцевом фланце 2 непосредственно в емкость. После снятия давления на клапанные элементы со стороны разливочной головки под действием пружин клапанные элементы фитинга возвращаются в исходное положение, перекрывая каналы.
При наливе напитка при установке кега фитингом вверх процесс открытия клапанов аналогичен, только в этот раз жидкость поступает через внутренний канал, а воздух выходит через внешний.
Хранение и транспортирование ПЭТ кега, заполненного напитком, осуществляют при закрытых клапанных элементах.
Розлив жидкости из ПЭТ кега осуществляется при установке кега фитингом вверх. Выступы дозирующей насадки (не изображена на фигурах) нажимают на клапанные элементы фитинга, открывая внешний и внутренний каналы. В кег через внешний канал под избыточным давлением из внешней емкости подается инертный газ, который вытесняет жидкость находящуюся внутри кега через трубку, присоединенный к ней шток 3 и внутренний канал между внутренней поверхностью штока 3 и клапанным элементом 8.
В условиях транспортировки, хранения и эксплуатации при превышении избыточного давления в ПЭТ кеге выше максимально допустимого происходит нарастание давления в камере 7 и клапанном элементе 8, что приводит к выдавливанию перемычки 16 малой толщины выполненной в элементе 14 с последующим ее разрушением при нарастании давления с образованием канала для стравливания избыточного давления. Образующийся сквозной канал обеспечивает стравливание избыточного давления из кега, предотвращая, таким образом, разрушение (разрыв) ПЭТ кега.
Материал клапанного элемента 14, толщину перемычки, а также ее диаметр, выбирают в зависимости от требуемого давления срабатывания предохранительного клапана.
Были проведены испытания заявляемой конструкции. При этом диаметр отверстия в предохранительном элементе 14 составлял 3-5 мм, толщина перемычки предохранительного элемента 0,5-1,5 мм, твердость перемычки по Шору в пределах 40 - 65 ед. Были найдены значения, при которых конструкция длительное время выдерживала рабочее давление до 2,5 - 3 бар, а при установлении давления величиной 5 бар или более происходило срабатывание предохранительного клапана за 0,5-5 мин при температуре окружающей среды 25-26°С.
Было установлено, что толщина перемычки более 1,5 мм не эффективна, время срабатывания становится более 5 мин и при интенсивном нарастании давления конструкция может быть не безопасна для окружающих. При использовании перемычки менее 0,5 мм рабочее давление становится менее 1 бара, что не пригодно для многих напитков, например пива. Диаметр отверстия менее 3 мм также увеличивает время срабатывания более 5 мин.
Преимуществом заявляемой полезной модели является ее безопасность за счет выполнения функции предохранительного клапана при превышении избыточного давления в ПЭТ кеге выше заданного и предотвращения разрушения (разрыва) ПЭТ кега при хранении и эксплуатации, и универсальность, так как использование дополнительного элемента (устройства) нарушения герметичности конструкции фитинга позволяет, по сути, многоразовую конструкцию фитинга сделать одноразовой, до первого использования. Кроме того, заявляемая полезная модель представляет собой универсальную и технологичную конструкцию, позволяющую заменой лишь одного элемента, а именно кольцевого уплотнения, получить фитинги типа S и D, совместимые с соответствующими типами разливочных/дозирующих головок.