Пневматические форсунки: принцип работы, достоинства, недостатки, классификация и способы подбора

Форсунки вода-воздух, которые еще называют пневматическими форсунками или двухфазными, создают мелкодисперсный туман путем смешивания жидкости и сжатого воздуха. В качестве жидкости чаще всего выступает вода, но могут применяться и более вязкие вещества. 

В международных источниках данный тип форсунок называют: Air Atomized Spray Nozzles, Atomized Liquid Nozzles или просто Atomiser Nozzles. В отечественных каталогах и на сайтах их можно встретить под названиями: пневматические форсунки, форсунки вода воздух, водовоздушные форсунки или форсунки двухфазного распыления, хотя последнее определение может использоваться и для форсунок распыляющих две жидкости. Далее мы рассматриваем именно водовоздушные форсунки - где для распыления жидкости применяется сжатый воздух.

Купить водовоздушные форсунки

Особенности работы водовоздушных форсунок и варианты их применения 

Принцип действия водовоздушных форсунок 

Водовоздушные форсунки работают по простому принципу: сжатый воздух (или другие газы) смешивается с жидкостью, создавая тонкое распыление. Воздух разбивает жидкость до состояния аэрозоля или тумана. При этом:

- Жидкость не требует дополнительного ускорения – всю работу выполняет сжатый воздух.
- Мелкие капли можно получить даже при подаче жидкости самотёком (без насоса).

Размер капель 

Размер создаваемых капель варьируется от 300 - 400 микрон до 10 - 15 микрон в зависимости от размера отверстия, расхода жидкости, объема и давления сжатого  воздуха.

Для сравнения:

- Обычные жидкостные сопла создают капли размером 300–4000 микрон.
- Водовоздушные форсунки способны формировать капли размером до 10–15 микрон.

Преимущества водовоздушных форсунок

1. Экономическая эффективность:  
Малый размер капель (10–15 микрон) делает водовоздушные форсунки экономически выгодными для многих отраслей.

2. Работа с вязкими жидкостями:  
Сжатый воздух позволяет эффективно распылять более вязкие жидкости, обеспечивая лучшее покрытие и более тонкие слои напыления.

3. Экономия жидкости:  

Примеры применения

Чем меньше размер капель, тем равномернее и качественнее покрытие. Это позволяет снизить расход материала, что особенно важно при работе с дорогостоящими веществами.

Увлажнение:
Мелкие капли имеют большую суммарную площадь поверхности, что повышает эффективность увлажнения. Они дольше остаются в воздухе, увеличивая область увлажнения.

Нанесение смазочных материалов:
Смазочные материалы на нефтяной основе требуют тонкого и равномерного слоя для достижения наилучших результатов. Мелкие капли обеспечивают более ровное нанесение.

Пылеподавление:

Достоинства и недостатки водовоздушных форсунок

Двухфазные форсунки с воздушным распылением (водовоздушные форсунки) широко используются благодаря своим преимуществам. Однако, как и любое оборудование, они имеют свои недостатки. Рассмотрим их подробнее.

Преимущества водовоздушных форсунок

1. Низкая стоимость эксплуатации:  
   - Используют сжатый воздух в качестве пропеллента, что снижает затраты.  
   - Простота конструкции и обслуживания также способствует экономии.

2. Механическая простота:  
   - Минимум движущихся частей, что уменьшает необходимость в частом обслуживании.  
   - В отличие от сложных систем (например, роторно-поршневых насосов), такие форсунки более надёжны.

3. Небольшой вес и компактность:  
   - Лёгкие и портативные, что упрощает их использование и транспортировку.  
   - Универсальность позволяет применять их в различных областях.

4. Возможность работы с вязкими жидкостями:  
   - Способны распылять жидкости с высокой вязкостью, близкой к мёду или чёрной патоке.

5. Работа без насоса:  
   - Возможность распыления за счёт эффекта эжекции (сифонного типа) или при подаче жидкости самотёком.

6. Модульная конструкция:  
   - Лёгкая замена распылительной насадки без необходимости демонтажа корпуса форсунки.

7. Широкий ассортимент моделей:  
   - Разнообразие конструкций, включая форсунки с регулировочной иглой, автоматической прочисткой и другими опциями.

Недостатки водовоздушных форсунок

1.  Необходимость источника сжатого воздуха:  
   - Для работы требуется доступ к сжатому воздуху, что может ограничивать применение в некоторых условиях.

2. Насыщение воздуха парами жидкости:  
   - В процессе распыления окружающий воздух может насыщаться парами распыляемой жидкости, что не всегда желательно.

3. Унос факела распыления:  

О других особенностях, достоинствах и недостатках пневматических форсунок мы поговорим, рассматривая различные из конструкции.

Виды водовоздушных форсунок

Водовоздушные (или двухфазные) форсунки можно классифицировать по нескольким критериям:

1. По конструкции:  
   - Классические/базовые  
   - Автоматические  
   - Ультразвуковые  

2. По конфигурации смешивания жидкости и воздуха:  
   - Внутреннее смешение  
   - Внешнее смешение  

3. По принципу подачи жидкости:  
   - Под давлением  
   - Самотёком/всасыванием  

4. По модели распыления:  
   - Плоскоструйная  
   - Полноконусная  
   - И другие  

Любая пневматическая форсунка характеризуется набором свойств из этих классификаций. Например:  
"Автоматическая двухфазная форсунка с внутренним смешением, полного конуса, подача жидкости под давлением."

Несмотря на кажущуюся сложность описания, всё логично и просто. Рассмотрим подробнее.

Типы конструкций пневматических форсунок

Классические/базовые пневматические форсунки

Конструкция: 
- Корпус с двумя портами: один для подачи воздуха (Air), другой для жидкости (Liquid).  
- Воздух и жидкость поступают через порты и смешиваются внутри корпуса.  
- С обратной стороны установлена заглушка или регулировочная игла.  

Особенности:  
- Наконечники (распылительные насадки) подбираются для достижения нужной скорости потока, формы струи и угла распыления.  
- Возможна ручная прочистка или регулировка расхода с помощью иглы, встроенной в корпус.  

Применение:  

Автоматические пневматические форсунки

Конструкция:
- Корпус содержит цилиндр с пневматическим приводом, который управляет распылением с помощью иглы.  
- Игла открывает или закрывает жидкостное сопло распылительной насадки.  

Особенности:  
- Воздух для распыления подаётся непрерывно.  
- Воздух к приводу иглы используется для запуска и остановки циклов распыления.  

Применение:  

Ультразвуковые пневматические форсунки

Принцип работы:
Процесс распыления состоит из двух этапов:  
1. Жидкость впрыскивается через небольшие отверстия, где разбивается потоком воздуха с высокой скоростью.  
2. Первичные капли попадают в резонатор, где высокочастотные звуковые волны разбивают их на ещё более мелкие частицы, создавая тонкий туман.  

Преимущества:  
- Не оставляют мокрых участков или пятен, так как вода испаряется до оседания.  
- Низкое потребление воды.  
- Устойчивость к засорению.  

Применение: 
- Чаще всего используются для подавления пыли и контроля запаха. 

Виды пневматических форсунок по принципу конфигурации смешивания

При рассмотрении пневматических форсунок важно учитывать не только способ смешивания жидкости и воздуха, но и доступные модели распыления для каждого типа смешивания. Рассмотрим два основных вида: внутреннее смешение и внешнее смешение.

Внутреннее смешение в пневматических форсунках

Принцип работы: 
   Жидкость и газ объединяются внутри воздушной насадки форсунки и выходят через одно отверстие. Это обеспечивает самое тонкое распыление.

Особенности:  
- Воздух и жидкость напрямую связаны друг с другом.  
- Изменение давления воздуха влияет на поток жидкости.  
- Подходит для распыления жидкостей с вязкостью менее **200 cP (сантипуаз)**.

Модели распыления:  
- Полный конус  
- Полый конус  
- Плоский факел (веерные)

Заказать форсунки

Внешнее смешивание в пневматических форсунках

Принцип работы: 
Жидкость и газ объединяются снаружи форсунки. Сжатый воздух разбивает жидкость, вылетающую из сопла.

Особенности:  
- Нет прямого соединения между впускными линиями воздуха и жидкости, что позволяет более точно контролировать расход жидкости.  
- Возможность регулировки расхода сжатого воздуха для достижения оптимальной степени атомизации.  
- Подходит для распыления жидкостей с высокой вязкостью (вплоть до консистенции мёда и чёрной патоки, **свыше 200 cP**).

Модели распыления:  
- Полный конус  
- Плоский факел (веерные)

Купить форсунки

Виды пневматических форсунок по принципу подачи жидкости

Подача жидкости в пневматических форсунках может осуществляться тремя основными способами:  
1. Под давлением (Pressure feed)  
2. Методом всасывания (эжекции) или сифонным методом (Suction feed/Siphon feed)
3. Самотёком (Gravity feed)  

Рассмотрим каждый из них подробнее.

 Подача жидкости под давлением (Pressure feed)  

Принцип работы:  
Жидкость подаётся в форсунку под давлением с помощью насоса или другого источника давления. 

Особенности:
- Обеспечивает стабильный и контролируемый поток жидкости.  
- Подходит для жидкостей с различной вязкостью, включая вязкие вещества.  
- Требует наличия насоса или системы подачи под давлением. 

Применение:  
Используется в задачах, где требуется высокая точность и стабильность распыления.  

Подача жидкости методом всасывания (эжекции) или сифонным методом (Suction feed/Siphon feed) 

Принцип работы:  
Жидкость засасывается в форсунку за счёт потока сжатого воздуха (эффект эжекции). 

Особенности:  
- Не требует насоса для подачи жидкости.  
- Жидкость может подаваться из ёмкости, расположенной ниже уровня форсунки.  
- Подходит для жидкостей с вязкостью **менее 200 cP**.  
- Не подходит для вязких жидкостей (например, мёда или чёрной патоки). 

Модели распыления:  
- Полный конус  
- Плоский факел (веерные) 

Применение:  
Используется в условиях, где отсутствует давление жидкости или невозможно использовать насос. 

Подача жидкости самотеком (Gravity feed)  

Принцип работы:  
Жидкость подаётся в форсунку под действием силы тяжести из ёмкости, расположенной выше уровня форсунки.  

Особенности:  
- Используются те же насадки, что и для сифонного типа.  
- Рекомендуется использовать форсунки с иглой для автоматического запирания, чтобы предотвратить самопроизвольное вытекание жидкости при отключении распыления.  

Преимущества:  
- Не требует насоса для подачи жидкости.  

Недостатки:  
- Слабый контроль подачи жидкости.  
 - Невозможность работы с вязкими веществами.  

Применение:  
Подходит для простых задач, где не требуется высокая точность и контроль подачи жидкости. 

Получить консультацию

Методика подбора пневматических форсунок

Для правильного подбора пневматической форсунки вам нужно будет пройти несколько простых шагов, ответив на ряд вопросов.

Алгоритм действий может быть следующим:

Шаг 1. Определите задачу, которую вы хотите решить с помощью пневматического распыления жидкостей:

• Что нужно распылять
• О каком расходе распыляемой жидкости идет речь
• Форма и желаемый угол раскрытия факела

Кроме этого стоит изучить ресурсы производства: доступен ли сжатый воздух и гидронасос.

Шаг 2. На втором шаге стоит убедиться, что для достижения требуемых результатов нужно именно водовоздушное распыление или их можно достичь при обычном гидравлическом распылении (без сжатого воздуха).

Для распыления жидкости с вязкостью более 50 сП (сантипуаз) рекомендуется применение водовоздушных форсунок. Также если вам требуется сверхмалый расход или нужно получить очень мелкую каплю, правильный выбор - водовоздушные форсунки.

Шаг 3. В зависимости от наличия гидронасоса выберите тип способ подачи жидкости. Если гидронасоса нет – определите как подавать жидкость: самотеком или всасыванием (сифонный метод). Кроме этого определитесь со свойствами доступного воздуха: рабочее давление воздуха в системе и допустимый расход.

Шаг 4. Определите свойства струи, которая вам необходима: форма, расход и угол распыления;

Шаг 5. Выберите между внутренним или внешним смешением: если вязкость жидкости высокая (свыше 200 сП), рекомендуется внешнее смешение. И наоборот, если вязкость близко к вязкости воды – можно использовать внутреннее смешивание.

Шаг 6. Определите способ управления распылением и набор аксессуаров, который вам необходим: к примеру, запорные или чистящие иглы, возможность ручной регулировки расхода и т.д. 

Для большей наглядности алгоритм действий представлен на инфографике ниже. 

Еще одним решающим фактором при выборе форсунки является вязкость или густота жидкости, которую необходимо распылять. Различные насадки совместимы с различными вязкостями, измеряемыми в сантипуазах (cP).

К примеру, форсунки с внешним смешением жидкости и воздушной смеси могут работать с более вязкими веществами, чем форсунки внутреннего смешения. 

Вязкость до 200 сП - любая водовоздушная форсунка.

Вязкость свыше 200 сП - водовоздушная форсунка внешнего смешения.

Помощь в выборе пневматической форсунки

Даже зная все необходимые параметры, выбрать правильную пневматическую форсунку бывает сложно. Чтобы упростить выбор, вы можете воспользоваться функцией подбора форсунки по заданным параметрам с помощью виджета на нашем сайте.

После автоматического подбора, результаты выбора проходят ручную обработку нашими экспертами, которые отлично разбираются в особенностях форсунок от разных производителей и помогут определиться с выбором наилучшего решения для требуемой вам технологии распыления. 

Ищете решение? Свяжитесь с нами, напишите запрос на lead@spray-expert.ru мы оперативно подберем Вам варианты.

Получить консультацию