柔性閥門技術研發進展及應用前景展望

陳 重，焦 澄

（浙江艾森藥業有限公司，浙江衢州 324000）

1 存在的問題

閥門根據功能分類，目前常用有閘閥、蝶閥、截止閥、球閥、氣動閥、特種閥等。雖然閥門種類繁多，但是，現有閥門都是采用硬性機械接觸后進行封閉的機構，通過這種方式進行控制的閥門存在一些共同問題。

1.1 對物料的缺陷

若輸送物料為顆粒狀、塊狀、固固混合物、固液混合物，閥門關閉時會擠壓這類物料，導致物料出現破損，甚至會直接夾碎物料，嚴重影響產品品質。例如，在藥品、食品行業中，固體制劑中的片劑、軟硬膠囊、顆粒劑、水蜜丸、濃縮丸、大蜜丸和微丸等，以及口服液體劑型、散型、粘膜藥制劑和無菌粉針等。

1.2 閥門自身缺陷

閥門不易清洗、消毒且無法拆卸，長時間使用，會污染物料，影響產品品質；閥門不具備固液分離的篩分功能；閥門結構極易導致物料殘留在閥體內部，導致閥體堵塞；閥門密封性較差，尤其是當閥門出現泄漏時，無法進行有效監控，極易泄漏物料或使得外界雜質污染閥體內部的物料。目前，閥門不具備密閉的無塵轉料功能。

綜上所述，本發明目的是提供一種柔性閥門，解決上述技術中出現的問題。

2 技術原理

本發明技術方案是這樣實現的，一種柔性閥門包括上閥體、下閥體和具有輸料通道的膜套。膜套兩端分別與上閥體和下閥體連接，上閥體或/和下閥體可軸向旋轉連接，當上閥體或/和下閥體軸向旋轉時，帶動膜套旋轉扭曲并形成密封點。

2.1 技術功能

（1）對物料無損傷。通過旋轉快速卡盤，使得閥體內部膜套的內壁扭曲交匯成密封點，從而實現上閥體和下閥體的閉合。由于膜套固有的柔性特質，相比硬性機械式閥門的阻斷式關閉，既不會損傷物料，還可提高閉合時的密封性。

（2）固液相的篩分功能。通過控制上閥體和下閥體軸向旋轉角度，以及膜套材料的合理選型，可以精準控制輸料通道的大小，實現固、液分離的篩分。首先，通過軸向旋轉將輸料通道縮小，并且將液體先行排出，再重新將輸料通道擴大，排出固體，實現固液分離和在線連續生產。

（3）安裝、拆卸方便。首先，將膜套放置于上閥體和下閥體內，再通過快速卡盤與快速卡扣的卡接固定。可將膜套迅速安裝于上閥體和下閥體上，實現快速安裝與拆卸，方便后期清洗維護，提高閥門使用壽命。

（4）密封性強。膜套本身的分子間隙比硬性機械式閥門和物料的分子間隙均小，因此運輸物料時不易泄漏，具有較強密封性。

（5）不易堵塞。物料通道采用純直線形設計，并且物料經過閥門時，膜套本身具有的柔性特質帶給膜套較強的復彈性能。使得物料與膜套之間產生碰撞后，膜套可快速復位，避免物料卡在閥體內部，有效杜絕閥體內部堵塞。需要說明的是，快速卡盤與膜套接觸面上設有密封圈，可以提高快速卡盤與膜套之間的密封性以及摩擦力。使得膜套更加牢靠地固定在上閥體和下閥體上，確保閥門實用性。

（6）自動清洗消毒。自動清洗消毒裝置包括安裝于上閥體的在線清洗上總成，安裝于下閥體上的組合在線清洗下總成，用于向膜套內壁噴淋的噴淋部，用于向噴淋部輸送清洗液的清洗消毒機，組合在線清洗下總成，以及用于排出下閥體內部清洗液的排液管。

膜套本身具有光滑內外壁，當膜套內壁摻有雜質時，可配合噴淋部對膜套進行全方位噴淋清洗，保證膜套衛生達到標準，避免膜套上殘留的雜質影響物料品質；其次，配合快速拆裝結構，可將組合在線清洗上總成和組合在線清洗下總成分別安裝于上閥體的進料端和下閥體的出料端，通過與清洗消毒機的配合，可以實現閥門在線清洗以及消毒，更加快捷省時。

（7）惰性氣體保護功能。上閥體的外壁和/或下閥體的外壁設有充氣接口，該充氣接口處設有密封檢測裝置。密封檢測裝置包括通過外接的壓力控制閥門與充氣接口連接的氣壓監控裝置。通過充氣接口向膜套與上閥體以及下閥體之間形成的間隙中充入惰性氣體（如氮氣），該設置可以對運輸的物料起到保護作用，防止物料與空氣接觸而出現二次污染；其次，通過該充氣接口處設置的氣壓監控裝置，可以實時監控膜套與閥體間隙內部的惰性氣體。當膜套出現破損或閥門泄漏時，該間隙內部原有壓力失去平衡，氣壓監控裝置檢測后，可驅動對應上一級的閥門進行關閉，避免物料持續泄漏。

（8）振蕩下料功能。上閥體和/或下閥體的外壁設有振蕩器，振蕩器可實現對物料的輔助下料。通過振蕩器產生的振動，提高閥門內部物料的下料速率，不僅進一步避免閥門內部堵塞，還提高了生產效率。

（9）無塵/無菌轉移快速對接功能。閥體上預留真空接口，在預留真空接口處設有抽真空裝置。通過兩個獨立閥門的同步開啟或關閉，使得兩個閥門之間形成物料密閉轉移通道，通過移動組合的閥門完成物料的轉移過程；其次，當生產工藝對無塵/無菌的環境要求極高時，可以通過第一柔性閥門或第二柔性閥門上設有的預留真空接口，以及與該預留真空接口配合的抽真空裝置實現氣體抽離。并且再次通過該預留抽真空接口向其內部充入惰性氣體（如氮氣）來平衡壓力，置換殘余氣體，營造優質無塵/無菌環境，提高物料品質。

2.2 相關圖片（圖1～圖3）

圖1 閥門膜套開啟結構

圖2 閥門膜套閉合結構

圖3 閥門自動清洗/消毒結構

針對本發明實施例或現有技術方案，介紹相關圖片。

3 前景展望

目前該技術主要在制藥、食品等行業進行推廣。由于閥體、閥芯閥套、結構上具有快速全部分解，安裝并獨立清洗、化學消毒、高溫消毒、無死角的優點，可廣泛應用在物料管道傳輸、料斗與分裝料快速對接、無塵/無菌分裝、閥門內漏報警、真空上料管道閥門控制、物料在輸送過程中的無損流量控制、容量分裝、固液交替分離等。該項技術最大特點是閥門開啟或關閉時，不破壞物料的物理外形，提高成品率及保證產品質量。該技術在無損物料輸送、無塵、無菌、快速對接、自動清洗、在線過濾等生產領域有著極為重要的意義。

特種閥門的先進性和可靠性直接關系到基礎設施、工業裝置和自動化生產線的正常運行，特別是法規變化、行業革新與技術變革對閥門行業產生了巨大影響。多年來，通過引進技術及消化吸收和自主開發，以及技術改造，全行業普遍提高了產品開發、設計和制造水平。但是特種閥門領域，與國外先進技術、知識產權相比，還有較大差距，仍有較大提升空間。

目前，國家政策支持閥門行業，近年南水北調、西電東送、西氣東輸等大工程對于閥門需求量相當大，帶動了我國閥門行業發展。

2019 年3 月，該技術已得到國家知識產權局授權，已陸續應用在制藥、食品等行業實際生產中，完全滿足GMP（藥品生產質量管理規范）、FDA（美國食品藥品監督管理局）及歐盟GMP相關法規要求，效果明顯。該項技術正在尋找相關領域有實力的企業合作開發，進行產業化推廣應用。通過國內外差距分析等方面入手，制定發展目標和戰略定位及戰略思想，確立技術改造重點和科技攻關目標計劃，提出對策與應對措施。規范行業制度和標準，發展有中國特色的擁有自主知識產權的特種閥門制造業。