Форсунки для распыления вязких жидкостей

Форсунки для распыления вязких жидкостей

Описание

Задача распыления вязких жидкостей не так проста как может казаться на первый взгляд.

Проясним терминологию:

Вязкость —  свойство жидкостей и дисперсных систем сопротивляться перемещению одного слоя относительно другого, обусловленное силами межмолекулярного взаимодействия вследствие проявления сил внутреннего сцепления (трения).

В чем измеряется вязкость?

Различают динамическую вязкость (единица измерения в Международной системе единиц (СИ) — паскаль-секунда, Па·с, в системе СГС — пуаз, П; 1 Па·с = 10 П, 1 сП = 10⁻³ Па·с = 1 мПа·с) и кинематическую вязкость (единица измерения в СИ — м²/c, в СГС — стокс, Ст; 1 Ст = см²/с = 10⁻⁴ м²/с, 1 сСт = 1 мм²/с.

Примеры вязкости жидкостей:

Название жидкости	Вязкость	Увеличение размера капли (по отношению к воде)
Ацетон	0.306 сП	0.6
Вода	1 сП	1
Этиловый спирт	1.074 сП	1.1
Молоко	3 сП	1.2
Моторное масло SAE 10 (при 20 °C)	65 сП	2.5
Оливковое масло	81 сП	2.9
Кукурузный сироп	1380,6 сП	4.5
Мед	1900 сП	4.7

Жидкости с большей чем у воды вязкостью требуют для образования струи более высокого минимального давления на входе в форсунку и образуют меньшие углы распыления по сравнению с водой.

Нижеприведенная таблица наглядно демонстрирует зависимость параметров форсунки от вязкости.

Параметры форсунки	Повышенная вязкость	Повышенное рабочее давление
Качество распыла	Хуже	Лучше
Размер капель	Увеличивается	Уменьшается
Угол распыления	Уменьшается	Сначала увеличивается, затем уменьшается
Расход	У полно-/полоконусных форсунок увеличивается, у плоскоструйных уменьшается.	Увеличивается
Ударная сила (струи)	Уменьшается	Увеличивается
Скорость капель	Уменьшается	Увеличивается
Износ	Уменьшается	Увеличивается

Таким образом, при распылении более вязкой жидкости, при тех же самых параметрах распыления формируется более крупная капля, что вызывает менее равномерное покрытие поверхности. Дело в том, что чем больше распыляемая капля, тем меньшую площадь она занимает, тем более толстым слоем нужно наносить вещество на поверхность, чтобы покрыть ее полностью, а это ведет к увеличению расхода жидкости и к повышению себестоимости.

Также важным параметром для повышения качества распыления жидкости может быть повышение температуры распыляемой жидкости и при тех же прочих параметрах распыления мы можем получить меньшую каплю.

Параметры форсунки	Повышенная вязкость	Повышенное рабочее давление	Повышенная температура жидкости
Качество распыла	Хуже	Лучше	Лучше
Размер капель	Увеличивается	Уменьшается	Уменьшается
Угол распыления	Уменьшается	Сначала увеличивается, затем уменьшается	Увеличивается
Расход	У полно-/полоконусных форсунок увеличивается, у плоскоструйных уменьшается.	Увеличивается	Зависит от распыляемой жидкости и типа форсунки
Ударная сила (струи)	Уменьшается	Увеличивается	Увеличивается
Скорость капель	Уменьшается	Увеличивается	Увеличивается
Износ	Уменьшается	Увеличивается	Зависит от распыляемой жидкости и типа форсунки

Рассмотрим варианты распыления жидкостей:

Вариант 1:

• гидравлическими форсунками типа HVV, HU, BB, TPU, TB при давлении до 35 бар

В этом случае нужно подать более высокое давление, что приводит к более высоким затратам энергии, а также к большему износу самой форсунки. Данный метод обычно применим для жидкостью с вязкостью до 50-100 сП.

Вариант 2:

• специализированные гидравлические форсунки для распыления вязких жидкостей TD, TDK, TDL от компании Bete Fog Nozzle с диапазоном рабочего давления 15-690 бар

Для применения этого метода необходимо оценить проект целиком, включая возможность распыления и создания необходимой инфраструктуры (насос, магистрали, фитинги, форсунка) - проконсультируйтесь с нашими инженерами.

Вариант 3:

Технология смешивания воды и воздуха позволяет достичь самых низких значений размера капли (10-50 мкм) воды при распылении, при невысоких значениях давления воды и воздуха, а также конструкционно имеет более широкое отверстие и живое (проходное) сечение форсунки, по сравнению с гидравлическими форсунками для тумана.

При настройке водовоздушных форсунок важно учесть соотношение воды и воздуха (ratio), которое и обеспечивает размер капли.

К примеру:

1. воды много, воздуха мало → капля крупная.
   
2. воды мало, воздуха много → сухой туман.

Преимуществами водовоздушных (двухфазных) форсунок является:

• низкие давления воды и воздуха (до 4 бар) для получения мелкой капли воды; 
• широкий диапазон регулировки - к примеру от 4.5 до 16.6 л/час путем подбора соотношения подачи воды и воздуха; 
• сменные насадки (водовоздушные пары) - при износе или замене технологии достаточно заменить только их, чтобы оптимизировать расход; 
• большее проходное сечение, по сравнению с гидравлическими форсунками для тумана и при этом более мелкой каплей; 
• возможность работы в режиме сифона или сифонная форсунка - когда подаваемый воздух подсасывает жидкость и распыляет ее. При этом отпадает необходимость использовать насос для нагнетания жидкости. Однако и расходы и вязкость (до 200 cP) для сифонной подачи и сифонных форсунок ограничены по сравнению с расходами двухпоточных форсунок под давлением; 
• возможность управления распылением и автоочистки форсунки через канал запорной  и запорно-очистительной иглы. В результате этого мы можем достигать непрерывной работы даже на распылении вязких жидкостях через форсунку до 5000 cP; 
• возможность смешивания помимо двух фаз (воды и воздуха), так же и трехфазных, четырехфазных и даже пятифазных форсунок!

Недостатки:

• необходимость обеспечить наличие очищенного от масла и частиц пыли сжатого воздуха в необходимых (см. табличные значения) до 4х бар. 
• Стандартными водовоздушными форсунками типа J, JN, JCO, JAU, JAUCO c различными насадками (плоский факел, полный конус, полый конус)
• Распыление специализированными форсунками типа  SAM от Bete Fog Nozzle

Применение специализированных форсунок SAM обосновано для распыления сложных, специфичных жидкостей с повышенной вязкостью. Обратитесь к нашим инженерам для решения Вашей задачи.

Рекомендуемые модели

Серия (Тип)	Фото	Резьба	Давление мин (бар)	Давление макс (бар)	Расход мин. (л/мин)	Расход макс. (л/мин)	Размер капли (на 10 л/мин, 3 бар)	Угол распыла (град)	Материал	PDF
HVV		1/8, 1/4	0.3	35	0.05	20	200-400 мкм	15°, 25°, 40°, 50°, 65°, 73°, 80°, 95°, 110°	Латунь, 303 и 316 нерж. сталь
HU		1/8", 1/4", 3/8", 1/2", 3/4", 1"	0.3	35	0.5	944	200-400 мкм	15°, 25°, 40°, 50°, 65°, 80°, 95°, 110°	Латунь, 303 и 316 нерж. сталь
NFH		1/4"	2	70	0.048	6.6	-	5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 33°, 40°, 50°, 65°, 73°, 80°, 90°, 100°, 110°, 120°	Нерж сталь 303, Карбид Вольфрама
TPU
BJH		1/8", 1/4", 3/8", 1/2"	2	70	0.048	16.6	100-400 мкм	5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 33°, 40°, 50°, 65°, 73°, 80°, 90°, 100°, 110°, 120°	Латунь, 303 и 316 нерж. сталь, Карбид Вольфрама
TDL		1/4”, 3/8”	13.79	344.74	0.19	7.76	Очень мелкая	70°  -  75°	Металл
TD		1/4", 3/8", 1/2", 3/4"	13.79	344.74	0.57	99.06	Очень мелкая	55°  -  80°	Металл
TDK		1/4", 3/8", 1/2", 3/4"	13.79	344.74			Очень мелкая	55°  -  80°	Металл
DFE		1/4"	0.2	4	2.8	280		45°, 60°	Металл
DF		1/4"	0.7	4	0.95	140			Металл
DR		1/4"	0.7	4	1.4	250		12°  -  22°	Металл
DRE/DSR		1/4"	0.7	5.6	0.53	44	-	18° - 22°	Латунь, 316 нерж. сталь
DSF		1/4"	0.7	3.5	0.49	7.6	-	-	Латунь, 303 и 316 нерж. сталь
SAM		1/8"	0.2	1.5	2.7	174	-	-	Нерж сталь 303