Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Приведение в действие флакона с назальным спреем , используемого для доставки лекарств через ноздри.

Распылительное сопло является прецизионным устройством , которое облегчает диспергирование жидкости в спрей . Сопла используются для трех целей: для распределения жидкости по площади, для увеличения площади поверхности жидкости и для создания силы удара по твердой поверхности. [1] Широкое разнообразие форсунки приложений использует ряд распылительных характеристик для описания спрей. [2]

Распылительные форсунки можно разделить на категории в зависимости от подводимой энергии, используемой для распыления , то есть разбиения жидкости на капли. [3] [4] Форсунки могут иметь одно или несколько выпускных отверстий; сопло с несколькими выходами известно как составное сопло. Разбрызгивающие сопла в диапазоне от тяжелых промышленных применений для легкого режима аэрозольных баллончиков или спрей бутылки . [5]

Одножидкостное сопло [ править ]

Одножидкостные или гидравлические форсунки используют кинетическую энергию жидкости, чтобы разбить ее на капли. Этот наиболее широко используемый тип распылительных форсунок более энергоэффективен при создании площади поверхности, чем большинство других типов. По мере увеличения давления жидкости поток через сопло увеличивается, а размер капли уменьшается. В зависимости от желаемых характеристик распыления используются многие конфигурации одиночных форсунок для жидкости.

Сопло с прямым отверстием [ править ]

Самая простая форсунка для одной жидкости - это форсунка с плоским отверстием, как показано на схеме. Эта форсунка часто почти не производит распыления, но направляет поток жидкости. Если падение давления велико, не менее 25 бар (2500 кПа), материал часто тонко распыляется, как в дизельном инжекторе. При более низком давлении этот тип форсунки часто используется для очистки резервуаров, либо как форсунка для смешанного распыления с фиксированным положением, либо как вращающаяся форсунка.

  • Распылительная форсунка с гладким отверстием

Форсунка с формованным отверстием [ править ]

В формованном отверстии используются вход полусферической формы и выход с V-образной выемкой, чтобы поток распределялся по оси V-образной выемки. В результате получается плоское веерное распыление, которое используется во многих случаях распыления, например, для окраски распылением.

  • Распылительная форсунка с плоским веером

Одножидкостное сопло с ударным воздействием на поверхность [ править ]

Сопло для столкновения с поверхностью заставляет поток жидкости сталкиваться с поверхностью, в результате чего слой жидкости распадается на мелкие капли. Эта плоская веерная форсунка используется во многих областях, от внесения сельскохозяйственных гербицидов и пропашных культур до окраски.

Поверхность столкновения может быть сформирована в виде спирали, чтобы получить лист спиральной формы, приближающийся к форме распыления с полным конусом или по форме с полым конусом. [6]

Спиральная конструкция обычно дает меньший размер капли, чем конструкция с вихревым соплом при заданном давлении и скорости потока. Эта конструкция устойчива к засорению благодаря большому свободному проходу.

Общие области применения включают очистку газа (например, обессеривание дымовых газов, где более мелкие капли часто обеспечивают превосходные характеристики) и пожаротушение (где сочетание плотностей капель позволяет проникать распылению за счет сильных тепловых потоков).

  • Форсунка для распыления на поверхность

  • Спиральная форсунка

Одножидкостное распылительное сопло с завихрением под давлением [ править ]

Вихревые распылительные форсунки под давлением представляют собой высокопроизводительные (малый размер капли) устройства с одной показанной конфигурацией. Неподвижный сердечник вызывает вращательное движение жидкости, которое вызывает завихрение жидкости в вихревой камере. Пленка выходит по периметру выпускного отверстия, создавая характерный рисунок струи в виде полого конуса. Воздух или другой окружающий газ втягивается внутрь вихревой камеры с образованием воздушного ядра внутри вихревой жидкости. В зависимости от емкости сопла и материалов конструкции для создания этого рисунка полого конуса используются многие конфигурации впускных отверстий для жидкости. Использование этой форсунки включает испарительное охлаждение и распылительную сушку.

  • Форсунка вихревого распыления под давлением

  • Форсунка обратного слива

Одножидкостное сопло с твердым конусом [ править ]

Одна из конфигураций распылительного сопла со сплошным конусом показана на принципиальной схеме. Однако закрученное движение жидкости индуцируется лопастной структурой; нагнетаемый поток заполняет все выходное отверстие. При той же производительности и перепаде давления форсунка с полным конусом будет давать капли большего размера, чем форсунка с полым конусом. Покрытие является желаемой характеристикой такого сопла, которое часто используется для распределения жидкости по площади.

Составная насадка [ править ]

Составное сопло - это тип сопла, в котором несколько отдельных одиночных или двух жидкостных сопел объединены в один корпус сопла, как показано ниже. Это позволяет контролировать размер капли и угол покрытия распыления.

  • Форсунка вихревого распылителя под давлением с широким рисунком

Двухжидкостные форсунки [ править ]

Двухжидкостные форсунки распыляют, вызывая взаимодействие газа и жидкости с высокой скоростью. В качестве распыляющего газа чаще всего используется сжатый воздух, но иногда используется пар или другие газы. Множество различных конструкций двухжидкостных форсунок можно сгруппировать во внутреннюю смесь или внешнюю смесь в зависимости от точки смешивания потоков газа и жидкости относительно лицевой стороны форсунки.

Двухжидкостные форсунки внутреннего смешения [ править ]

Сопла внутреннего смешения контактируют с жидкостями внутри сопла; одна конфигурация показана на рисунке выше. При сдвиге между газом с высокой скоростью и жидкостью с низкой скоростью поток жидкости распадается на капли, образуя струю с высокой скоростью. Этот тип форсунки обычно использует меньше распыляющего газа, чем распылитель внешнего смешивания, и лучше подходит для потоков с более высокой вязкостью. Многие составные форсунки для внутреннего смешения используются в коммерческих целях; например, для распыления мазута.

Двухжидкостные форсунки с внешним смешиванием [ править ]

Сопла внешнего смешивания контактируют с жидкостями вне сопла, как показано на схематической диаграмме. Для этого типа распылительной форсунки может потребоваться больше распыляющего воздуха и более высокий перепад давления распыляющего воздуха, поскольку смешивание и распыление жидкости происходит за пределами форсунки. Перепад давления жидкости ниже для этого типа сопла, иногда жидкость втягивается в сопло из-за всасывания, создаваемого соплами распыляющего воздуха (сифонное сопло). Если распыляемая жидкость содержит твердые частицы, может оказаться предпочтительным внешний смесительный распылитель. Этот распылитель может иметь форму, позволяющую создавать различные формы распыления. Формируется плоский рисунок с дополнительными отверстиями для воздуха, которые сглаживают или изменяют форму выпускного патрубка круглого сечения.

Управление двухжидкостными форсунками [ править ]

Во многих областях применения используются двухжидкостные форсунки для достижения контролируемого небольшого размера капель во всем рабочем диапазоне. Каждое сопло имеет кривую производительности, а расход жидкости и газа определяет размер капли. [7] Чрезмерный размер капли может привести к катастрофическому отказу оборудования или может отрицательно повлиять на процесс или продукт. Например, в градирне для кондиционирования газа на цементном заводе часто используется испарительное охлаждение, вызываемое водой, распыляемой двухжидкостными форсунками в запыленный газ. Если капли не испаряются полностью и не ударяются о стенки резервуара, будет накапливаться пыль, что может привести к ограничению потока в выпускном канале и нарушению работы установки.

  • Двухжидкостная форсунка для внутреннего смешивания

  • Двухжидкостная форсунка для внешнего смешивания

  • Сопло TwinFluid

Ротационные форсунки [ править ]

Роторные распылители используют высокоскоростной вращающийся диск, чашку или колесо для выпуска жидкости с высокой скоростью по периметру, образуя полый конический распылитель. Скорость вращения контролирует размер капли. Распылительная сушка и окраска распылением - наиболее важные и распространенные применения этой технологии.

Ультразвуковые распылители [ править ]

Этот тип распылительного сопла использует высокочастотную (20–180 кГц) вибрацию для получения узкого распределения капель по размеру и распыления жидкости с низкой скоростью. Вибрация пьезоэлектрического кристалла вызывает капиллярные волны на жидкой пленке на поверхности сопла. Ультразвуковое сопло может быть ключом к высокой эффективности переноса и стабильности процесса , поскольку они очень трудно закупоривают. Они особенно полезны в покрытиях медицинских устройств из-за их надежности. [8]

Ультразвуковая форсунка

Электростатический [ править ]

Электростатический заряд распылителей очень полезен для высокой эффективности переноса. Примерами являются промышленное распыление покрытий (краски) и нанесение смазочных масел. Зарядка осуществляется при высоком напряжении (20–40 кВ), но при слабом токе.

Факторы производительности форсунки [9] [ править ]

Свойства жидкости [ править ]

Почти все данные о размере капель, предоставленные производителями форсунок, основаны на разбрызгивании воды в лабораторных условиях при температуре 70 ° F (21 ° C). Влияние свойств жидкости следует понимать и учитывать при выборе сопла для процесса, чувствительного к размеру капель.

Температура [ править ]

Изменения температуры жидкости не влияют напрямую на характеристики распылителя, но могут повлиять на вязкость, поверхностное натяжение и удельный вес, что в свою очередь может повлиять на производительность распылителя.

Удельный вес [ править ]

Удельный вес - это отношение массы данного объема жидкости к массе того же объема воды. При распылении основное влияние удельного веса Sg жидкости, отличной от воды, сказывается на производительности распылительного сопла. Все данные о производительности форсунок, предоставленные поставщиком, основаны на распыляемой воде. Для определения объемного расхода Q жидкости, отличной от воды, следует использовать следующее уравнение.

Вязкость [ править ]

Динамическая вязкость определяется как свойство жидкости, которая сопротивляется изменению формы или расположения ее элементов во время потока. Вязкость жидкости в первую очередь влияет на формирование рисунка распыления и размер капель. Жидкости с высокой вязкостью требуют более высокого минимального давления для начала формирования структуры распыления и получения более узких углов распыления по сравнению с водой.

Поверхностное натяжение [ править ]

Поверхностное натяжение жидкости имеет тенденцию принимать наименьший возможный размер, действующий в качестве мембраны при растяжении. Любая часть поверхности жидкости оказывает натяжение на соседние части или на другие объекты, с которыми она контактирует. Эта сила находится в плоскости поверхности, и ее величина на единицу длины представляет собой поверхностное натяжение. Значение для воды составляет около 0,073 Н / м при 21 ° C. Основное влияние поверхностного натяжения на минимальное рабочее давление, угол распыления и размер капель. Поверхностное натяжение более заметно при низких рабочих давлениях. Более высокое поверхностное натяжение уменьшает угол распыления, особенно на форсунках с полым конусом. Низкое поверхностное натяжение позволяет форсункам работать при более низком давлении.

Износ сопла [ править ]

На износ форсунки указывает увеличение производительности форсунки и изменение формы распыления, при котором распределение (однородность формы распыления) ухудшается и увеличивается размер капель. Выбор износостойкого материала конструкции увеличивает срок службы сопла. Поскольку для измерения расхода используется много отдельных жидкостных форсунок, изношенные форсунки приводят к чрезмерному использованию жидкости.

Материал конструкции [ править ]

Материал конструкции выбирается в зависимости от свойств распыляемой жидкости и окружающей среды, окружающей сопло. Распылительные форсунки обычно изготавливаются из металлов, таких как латунь , нержавеющая сталь и никелевые сплавы , но также используются пластмассы, такие как ПТФЭ и ПВХ, и керамика ( оксид алюминия и карбид кремния ). Необходимо учитывать несколько факторов, включая эрозионный износ, химическое воздействие и воздействие высокой температуры.

Приложения [ править ]

Автомобильное покрытие: для автомобильного покрытия требуются капли размером 10-100 микрон, равномерно осаждаемые на подложке. Применение технологии распыления более явно проявляется в процессе нанесения базовых и прозрачных покрытий, которые являются последними стадиями нанесения покрытий на автомобили. Среди прочего, широко используются роторные раструбы, устанавливаемые на роботов и опрыскиватели HVLP (большой объем, низкое давление) [1]

Распылительная сушка

См. Также [ править ]

  • Сопло
  • Распылитель
  • Применение пестицидов
  • Институт жидкостного распыления и распыления Иласса
  • Распылитель

Ссылки [ править ]

  1. ^ Липп, Чарльз В., Практическая технология распыления: основы и практика, 2012, ISBN  978-0-578-10090-6
  2. ^ Наср, Юла и Изгиб, "Промышленные Спреи и атомизация", Springer, 2002, ISBN 1-85233-611-0 
  3. Перейти ↑ Lipp, CW, Sprays Article, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 5th Ed 2005
  4. ↑ WR Marshall Jr. Распыление и сушка распылением, Am. Inst of Chem Engr. Серия монографий, 1954 г.
  5. ^ US5941462A , Шандор, «Variable Распылительная насадка для распылителя продукции», опубликованной 1999  
  6. ^ JU Bete, спрей дюз, патент США 2,804,341, 1956
  7. ^ Pagcatipunan, К., Schick, R., максимально увеличить производительность распылительного сопласистемы, Chem. Engr. Прогр., Декабрь 2005 г.
  8. ^ Бергер, Харви (2006). «Использование ультразвуковых распылителей для покрытия стентов с лекарственным покрытием». Med Device Technol . 17 (9): 44–6, 48–9. PMID 17240688 . 
  9. ^ Лефевр, Артур, атомизации и спреи , Hemisphere, 1989, ISBN 0-89116-603-3