6 đặc điểm của khớp nối chống tràn: Khớp nối ngắt kết nối phát triển nhanh như thế nào để xử lý chất lỏng áp suất thấp

Từng là lĩnh vực của hệ thống thủy lực áp suất cao, hiệu suất không tràn hiện có sẵn trong các giải pháp ngắt kết nối nhanh để xử lý chất lỏng áp suất thấp trong vô số sản phẩm và quy trình.

Thuật ngữ chống tràn, khi thảo luận về các khớp nối, mô tả một loại đầu nối cụ thể nhằm giảm lượng tràn xuống gần bằng 0 bất cứ khi nào các khớp nối bị ngắt kết nối. Điều này thường đạt được thông qua thiết kế của các van nằm trong thân khớp nối. Ban đầu được thiết kế như khớp nối kim loại hạng nặng cho các ứng dụng thủy lực công nghiệp, áp suất cao, không tràn đã phát triển thành một loại đầu nối bằng nhựa và kim loại phù hợp với nhiều ứng dụng xử lý chất lỏng yêu cầu lượng tràn tối thiểu và bao gồm không khí.

Định nghĩa thuật ngữ công nghệ xử lý chất lỏng không tràn

Vì mục đích của sách trắng này và các cuộc thảo luận về công nghệ không tràn, các thuật ngữ sau đây thường được sử dụng. Như với bất kỳ chủ đề kỹ thuật nào, điều quan trọng là phải hiểu và sử dụng thuật ngữ tham khảo chung.

tràn nước. Thể tích chất lỏng giữa các mặt van được giải phóng mỗi khi ngắt kết nối khớp nối. Một giọt nước = 0,05 ml. Đầu nối 3/8” có van truyền thống có lượng tràn ~ 1–3 ml trở lên trên mỗi chu kỳ kết nối; Công nghệ chống tràn CPC giúp giảm thể tích này xuống mức tràn 0,01–0,03 ml trên mỗi chu kỳ kết nối với cùng một diện tích dòng chảy 3/8”, ở áp suất thấp.

hòa nhập. Thể tích không khí đưa vào hệ thống mỗi khi khớp nối được kết nối. Bộ ghép nối 3/8” có van truyền thống có ~ 2 ml hoặc nhiều hơn cho mỗi chu kỳ kết nối; Công nghệ không tràn CPC giúp giảm thể tích này xuống còn ~ 0,4 ml cho mỗi chu kỳ kết nối với cùng một vùng dòng chảy 3/8”.

Sự rò rỉ. Phương tiện rò rỉ ra khỏi bộ ghép nối khi được kết nối hoặc ngắt kết nối. Trong một đầu nối được thiết kế tốt, bất kể thông số kỹ thuật về thể tích tràn của nó như thế nào, sẽ không có rò rỉ.

Vùng chảy. Các khu vực mà chất lỏng hoặc chất khí đi qua. Được sử dụng để chỉ định kích thước khớp nối để đáp ứng các yêu cầu về kích thước ống, giảm áp suất, tốc độ dòng chảy, v.v.

Sự phát triển của công nghệ xử lý chất lỏng không tràn áp suất thấp

Bộ ngắt kết nối nhanh không tràn ban đầu cho các ứng dụng áp suất cao là các gói khớp nối bóng và tay áo được làm từ đồng thau gia công, thép mạ kẽm, thép không gỉ và nhôm. Do áp suất cao phổ biến trong các ứng dụng thủy lực — lên đến 15.000 psi (1.030 bar) — kim loại là vật liệu hợp lý duy nhất chứa áp suất như vậy. Vật liệu nhựa được đưa vào sử dụng vì chúng cung cấp độ bền cần thiết cho các ứng dụng áp suất thấp hơn. Chất dẻo giúp giảm chi phí và trọng lượng của khớp nối và giải đáp những lo ngại liên quan đến khả năng tương thích hóa học.

Từ góc độ thiết kế, các đặc điểm truyền thống của khớp nối ngắt kết nối nhanh không tràn bao gồm thiết kế van mặt phẳng, kết cấu kim loại và khả năng chịu áp suất cao. Thiết kế van mặt xả giảm thiểu lượng tràn mỗi khi chúng bị ngắt kết nối, do đó được coi là đầu nối không tràn. Việc giảm tràn này là chìa khóa để duy trì một môi trường sạch sẽ, chứa chất lỏng có hại và bảo vệ người lao động.

Trong một thời gian, các ứng dụng xử lý chất lỏng áp suất thấp đã sử dụng ngắt kết nối nhanh không tràn được thiết kế ban đầu cho môi trường áp suất cao. Tuy nhiên, khi ngày càng có nhiều ứng dụng sử dụng áp suất thấp cho đầu nối không tràn, thì rõ ràng là các khớp nối áp suất cao đã được thiết kế quá mức — và chắc chắn là tốn kém — để kết nối ống dẻo, bán cứng và ống gia cố trong các ứng dụng áp suất thấp. Để đáp ứng chính xác các yêu cầu không tràn của các ứng dụng chất lỏng áp suất thấp, một loại khớp nối mới đã phát triển: khớp nối ngắt kết nối nhanh bằng nhựa nhiệt dẻo, áp suất thấp, dấu chân nhỏ và kim loại duy trì các đặc tính hiệu suất không tràn.

Sáu đặc điểm của thiết kế tiến hóa trong khớp nối không tràn

Sáu đặc điểm sau đây mô tả quá trình phát triển của khớp nối không tràn phù hợp với môi trường áp suất thấp.

Đặc điểm tiến hóa #1: Bảo trì các van mặt phẳng. Thiết kế công nghệ van chống tràn không mới; điểm mới là sự di chuyển của van mặt phẳng sang các đầu nối cho ống mềm được sử dụng trong các ứng dụng áp suất thấp.

Việc kết nối và ngắt kết nối trong môi trường áp suất thấp trước đây được thực hiện bằng van kiểu poppet. Kiểu van này bẫy chất lỏng trong khoang van ở mặt ngoài của phớt van. Mặc dù van đã tắt dòng chảy nhưng lượng chất lỏng còn lại này có thể “tràn” ra khỏi khớp nối.

Ngược lại, van mặt phẳng, do thiết kế của nó, chỉ cho phép một lớp chất lỏng phủ lên bề mặt van, do đó gần như loại bỏ được hiện tượng tràn và đảm bảo kết nối và ngắt kết nối không nhỏ giọt lặp đi lặp lại. Việc đưa vào, hoặc không khí đưa vào hệ thống chất lỏng trong mỗi lần kết nối, cũng được giảm đáng kể với thiết kế van mặt phẳng. Lợi ích của việc tràn và hòa tan gần như bằng không đã trở nên quan trọng trong nhiều ứng dụng, từ thiết bị và dụng cụ y tế đến xử lý hóa chất.

Đặc điểm tiến hóa #2: Chuyển từ kim loại sang polyme kỹ thuật. Vỏ kim loại và van bên trong ban đầu được chọn cho khớp nối không tràn do yêu cầu áp suất của các ứng dụng thủy lực. Môi trường áp suất thấp không nhất thiết yêu cầu các thuộc tính hiệu suất của vỏ kim loại và van bên trong. Các kỹ sư thiết kế chỉ xem xét các giải pháp thay thế khớp nối áp suất cao bằng kim loại có thể bị hạn chế trong việc lựa chọn trọng lượng, kích thước gói, hiệu suất dòng chảy và đặc biệt là chi phí. Thép không gỉ mang lại khả năng tương thích hóa học rộng nhất nhưng cũng là sự lựa chọn kim loại đắt tiền nhất.

Thay vào đó, các polyme kỹ thuật đã đạt được chỗ đứng đáng kể trong các ứng dụng mà kim loại từng là tiêu chuẩn công nghiệp. Giảm trọng lượng, độ bền và độ cứng cao, cũng như khả năng đạt được hình dạng bộ phận phức tạp là tất cả những lợi ích của polyme kỹ thuật. Việc chọn bộ nối polymer có thể tiết kiệm từ 50 đến 75% so với các sản phẩm ngắt kết nối kim loại. Một số khớp nối không tràn cũng kết hợp khuôn cảm ứng mềm để mang lại công thái học và mã màu vượt trội. Những loại khác có thân bằng polypropylene chứa đầy thủy tinh mang lại khả năng kháng hóa chất và tăng độ bền.

Đặc điểm tiến hóa #3: Môi trường áp suất thấp, giảm áp suất tối thiểu. Trong các ứng dụng xử lý chất lỏng áp suất thấp, các hệ thống thường hoạt động trong dải áp suất chân không đến 120 psi (83 bar). Việc sử dụng ngắt kết nối nhanh không tràn được thiết kế cho các ứng dụng hoạt động trong phạm vi 10.000 psi là quá mức cần thiết.

Ngắt kết nối nhanh được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng xử lý chất lỏng áp suất thấp có thể mang lại tất cả các tính năng mong muốn về mức độ tràn thấp, ít không khí và giảm áp suất tối thiểu. Bộ ngắt kết nối nhanh áp suất thấp cung cấp lưu lượng cao hơn và giảm áp suất thấp hơn so với các bộ phận kim loại bằng cách tận dụng tính linh hoạt của thiết kế có được thông qua việc sử dụng nhựa và kỹ thuật sản xuất tiên tiến, cũng như thiết kế van lưu lượng cao, hiệu quả của chúng.

Đặc điểm tiến hóa #4: Thiết kế nhỏ gọn. Nhiều ứng dụng áp suất thấp yêu cầu khớp nối chống tràn cũng yêu cầu thiết kế nhỏ gọn, do cả kích thước ống có đường kính nhỏ hơn và nội thất hoặc các vị trí khó tiếp cận nơi áp dụng nhiều khớp nối chống tràn. Ví dụ, các bộ ghép nối không tràn được sử dụng trong giá đỡ máy chủ để làm mát bằng chất lỏng hoặc bên trong thiết bị chẩn đoán trong ống nghiệm cần phải nhỏ gọn nhất có thể để giảm thiểu diện tích sản phẩm được sử dụng và để có chỗ cho các kỹ thuật viên kết nối và ngắt kết nối các bộ ghép nối.

Các khớp nối ngày càng nhỏ gọn ngày nay đạt được một phần thông qua thiết kế bên trong của khớp nối. Một số nhà sản xuất cung cấp khớp nối không tràn có thể kết nối ống có đường kính bên trong nhỏ bằng 1/16” trở xuống.

Đặc điểm tiến hóa #5: Dễ sử dụng. Một đặc điểm lâu dài của các khớp nối áp suất cao là người dùng có thể gặp khó khăn về thể chất khi kết nối và ngắt kết nối các khớp nối. Khi kết nối các khớp nối, quá trình này có thể yêu cầu một lượng lực đáng kể. Sự bất tiện này của người dùng được giải quyết trong thiết kế của một số ngắt kết nối nhanh áp suất thấp với sự ra đời của chốt ngón tay cái tiện dụng giúp quá trình ngắt kết nối dễ dàng hơn nhiều.

Một lợi ích người dùng khác được cung cấp bởi một số đầu nối không tràn mới là tiếng “tách” có thể nghe được khi kết nối an toàn được thực hiện.

Đặc điểm tiến hóa #6: Khả năng tương thích hóa học. Đối với một số ứng dụng xử lý chất lỏng áp suất thấp, tính tương thích hóa học của chất lỏng và đầu nối hoặc các bộ phận của nó cần được xem xét. Không giống như các ứng dụng thủy lực — nơi chất lỏng và kim loại không phản ứng với nhau — các ứng dụng xử lý chất lỏng áp suất thấp có thể liên quan đến phương tiện phản ứng với kim loại.

Để giải quyết mối lo ngại tiềm ẩn này, các nhà thiết kế đầu nối sử dụng polypropylene (cung cấp khả năng kháng hóa chất đối với nhiều chất lỏng) hoặc nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật khác. Một số ứng dụng cũng yêu cầu đường dẫn dòng không có kim loại. Một phương pháp để đạt được điều này là cách ly các lò xo khỏi đường dẫn dòng chảy thông qua việc sử dụng vòng chữ O. Điều này đảm bảo mức độ tách biệt giữa chất lỏng và bất kỳ kim loại nào. Vòng đệm chữ O tách dòng chất lỏng ra khỏi lò xo truyền động của van, do đó đảm bảo đường dẫn dòng chảy có độ tinh khiết cao rất phù hợp với các ứng dụng như sản xuất chất bán dẫn. Trong một số khớp nối không tràn, lò xo tráng phủ tạo ra mức độ phân tách thứ hai giữa chất lỏng và kim loại.

Công nghiệp sử dụng khớp nối không tràn áp suất thấp

Có rất nhiều cách sử dụng đầu nối chống tràn trong thế giới thực đã phát triển từ nguồn gốc áp suất cao của chúng. Dưới đây là một vài ví dụ:

Thiết bị y tế và thiết bị chẩn đoán trong ống nghiệm. Nhiều ứng dụng xử lý chất lỏng cho các thiết bị y tế yêu cầu lượng không khí tối thiểu để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quy trình. Một số thiết bị cũng yêu cầu khả năng ngắt kết nối đường ống mà không bị nhỏ giọt hoặc tràn ra ngoài để tránh tiếp xúc với chất lỏng nguy hiểm và để duy trì một môi trường an toàn và sạch sẽ. Thiết bị phân tích được sử dụng để chẩn đoán trong phòng thí nghiệm hoặc cơ sở chăm sóc bệnh nhân yêu cầu ngắt kết nối không nhỏ giọt tương tự để duy trì tính toàn vẹn của phương tiện, tránh tiếp xúc với các mối nguy sinh học và duy trì môi trường làm việc an toàn.

Quản lý mực in. Cho dù mực gốc nước, gốc dung môi hay có thể chữa được bằng tia cực tím, bất kỳ sự cố tràn mực nào cũng là một vấn đề. Giống như mực gốc nước, mực gốc dung môi để lại vết bẩn nhưng cũng có thể có khói độc hại. Bởi vì mực UV chỉ khô khi tiếp xúc với tia UV, các vết tràn nhỏ được lau bằng giẻ tiếp tục bị ướt trong một thời gian dài sau khi làm sạch. Đầu nối chống tràn giúp giữ mực trong hệ thống — loại bỏ tình trạng lộn xộn tại nguồn — để mực không bao giờ tiếp xúc với người dùng hoặc các bộ phận của thiết bị.

Làm mát bằng chất lỏng của thiết bị điện tử. Khớp nối chống tràn lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng làm mát bằng chất lỏng. Bằng cách giảm lượng nước hoặc chất làm mát tràn ra gần bằng không, các kỹ thuật viên giá đỡ máy chủ có thể tự tin kết nối và ngắt kết nối các khớp nối mà không sợ nước nhỏ giọt có thể làm hỏng hoặc phá hủy thiết bị. Mã màu giúp ngăn chặn kết nối sai giữa đường dây nóng và lạnh. Các tính năng thiết kế mới nhất đảm bảo chức năng lâu dài phù hợp với các kết nối tĩnh kéo dài.

Tình trạng ngắt kết nối nhanh không tràn cho các ứng dụng áp suất thấp ngày nay

Phạm vi ngắt kết nối nhanh không tràn cho các ứng dụng áp suất thấp tiếp tục phát triển, từ các khớp nối polypropylene chứa đầy thủy tinh với kích thước gói ngày càng nhỏ cho đến các ống chống tràn bằng đồng thau mạ crôm được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng làm mát bằng chất lỏng.

Sáu đặc điểm tiến hóa trước đây giải thích lý do và cách thức các khớp nối không tràn ngày nay đã được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu riêng của môi trường xử lý chất lỏng áp suất thấp.

Khởi đầu là khớp nối chống tràn áp suất cao đã mở rộng ra ngoài phạm vi thủy lực để mang lại hiệu suất không tràn cho nhiều ngành công nghiệp — và rất có thể, cho các sản phẩm của tương lai đang hình thành trên màn hình chương trình CAD ngày nay.