Подбор промышленной форсунки начинается не с резьбы или материала, а с описания технологической задачи.
Инженеру нужно связать требуемое покрытие, расход, рабочее давление, размер капли, свойства среды и условия монтажа. Ни один из этих параметров нельзя выбирать изолированно: изменение давления влияет на расход, угол распыления и дисперсность, а свойства жидкости могут изменить факел относительно каталожных данных для воды.
Первый вопрос при подборе форсунок: какая задача должна быть решена с их помощью. Формулировки «нужно распылить воду» недостаточно, потому что каждое применение имеет определенные критерии подбора. Так, для мойки требуется указать характер загрязнения, площадь воздействия и длительность цикла. Для охлаждения необходимо определить тепловую нагрузку и температуру среды. Для покрытия необходимо учитывать расход на единицу площади и требования к равномерности.
Практическое техническое задание должно отвечать минимум на четыре вопроса: куда попадает жидкость, какую площадь или объем нужно обработать, какой результат считается достаточным, работает ли система непрерывно или циклически.
Основными параметрами форсунок являются: форма факела, расход, угол, площадь распыления, размер капли, сила соударения. Один общий параметр форсунок не делает их взаимозаменяемыми. Одна может давать мелкие капли с большой площадью контакта, другая направляет более крупные капли на поверхность с большим ударным воздействием.
На данном этапе определяется вид среды применения форсунки: вода, растворы, суспензии, СОЖ, иные жидкости или газовая среда. Для корректного подбора нужной форсунки необходимо определить следующие параметры среды: плотность или удельный вес, динамическую вязкость, температуру, поверхностное натяжение, концентрацию химического компонента, размер и содержание твердых частиц.
Учитывать вид жидкости критически важно, поскольку при распылении через одну и ту же форсунку разная жидкость дает разный результат. Так, при одинаковом давлении расход жидкости с большей плотностью будет ниже расхода воды. Также рост вязкости способен уменьшать фактический угол распыления. Поэтому каталожные значения для воды нельзя автоматически переносить на масло, концентрированный раствор или суспензию.
Размер выходного отверстия форсунки сопоставляют с максимально возможным размером твердых частиц в жидкости. Чтобы частицы не забивали выходное отверстие, рекомендуется размещать систему фильтрации до насоса и подбирать сетчатый фильтр.
Расход форсунки задает объем жидкости, проходящий за единицу времени. Сначала рассчитывают потребность всего процесса, затем распределяют ее между всем количеством форсунок. Если все форсунки одинаковы и работают одновременно, суммарный расход определяется формулой:
Qtotal = n × q
где Qtotal представляет суммарный расход системы, л/мин; n представляет число одновременно работающих форсунок, шт.; q представляет расход одной форсунки, л/мин.
Рассмотрим на примере подбора форсунок для коллектора. На коллекторе установлено 12 одинаковых форсунок, каждая должна подавать 2,5 л/мин при расчетном перепаде давления. Расчет: 12 × 2,5 = 30 л/мин. Насос, трубопровод, арматура и фильтр должны обеспечить этот расход при требуемом давлении на входе каждой форсунки.
Расход 2,5 л/мин в примере является расчетным условием, а не рекомендацией для конкретной серии. Код форсунки выбирается по таблице производителя при рабочем давлении.
Для расчета можно использовать калькуляторы расхода и параметров распыления (https://evspray.ru/kalkulatory/).
Рабочее давление - один из ключевых параметров при подборе распылительной форсунки. От него напрямую зависят расход воды, размер капель и качество распыления.
Рабочее давление форсунки представляет собой перепад между давлением жидкости перед отверстием и давлением среды, в которую идет распыление. Для открытого коллектора второе значение обычно близко к атмосферному. В закрытом аппарате с избыточным давлением его необходимо вычесть из давления на входе. Расход связан с перепадом давления, а не только с показанием манометра у насоса.
Манометр рядом с насосом не показывает автоматически давление у последней форсунки. Потери возникают в трубах, фильтрах, клапанах, поворотах и других местных сопротивлениях. Рекомендуется размещать контроль давления как можно ближе к форсункам. Для протяженного коллектора дополнительно проверяют неравномерность давления между первой и последней точкой.
У большинства гидравлических форсунок увеличение давления повышает расход, но расход не растет пропорционально давлению. Одновременно могут измениться размер капли, угол распыления и сила соударения. Повышая давление только для получения большего расхода, следует помнить, что выбранная форсунка выйдет из расчетного режима, а насос и трубопровод не обеспечат корректную работу.
Универсального диапазона давления для «промышленной форсунки» нет. И рабочее давление, и расход указывают по таблице выбранной серии. Пересчёт расхода на другое давление разобран в статье расход форсунки и давление (https://evspray.ru/resources/articles/raskhod-forsunki-i-davlenie/).
Форма факела определяет распределение жидкости в пространстве и на поверхности. Определение нужной формы факела критически важно, но оно не заменяет проверку расхода, давления и размера капель.
Угол распыления выбирают, учитывая расстояние от форсунки до поверхности и требуемую площадь покрытия. По умолчанию каталожный угол рассчитан для воды при указанном давлении. При очень низком или очень высоком давлении угол может уменьшаться, также на угол факела влияет вязкость и плотность жидкости. Поэтому геометрический расчет покрытия является предварительным.
Материал форсунки необходимо подбирать, учитывая многие параметры в совокупности: характеристики среды, концентрацию, температуру, наличие абразивных частиц, внешнюю атмосферу и допустимый износ.
Промышленные форсунки могут быть выполнены из латуни, стали 303, стали 304, стали 316, полипропилена PP, PVC, ацетали, керамики. Также возможно выполнение форсунок из других сталей и сплавов, их доступность необходимо подтвердить на производстве.
Более твердые материалы более устойчивы к износу и способны увеличить срок работоспособности форсунки. Однако стоит учитывать, что универсальной стойкости материала ко всем жидкостям не существует и напрямую зависит от основных характеристик жидкости: агрессивность, плотность, вязкость, наличие твердых частиц.
Наиболее бюджетным и химостойким материалом является пластик. Самым универсальным материалом форсунок для применения на производствах является нержавеющая сталь. (https://evspray.ru/catalog/forsunki-nerzhaveyushchaya-stal/).
Выбор подходящего типа присоединения к трубопроводу зависит от конструкции системы, диаметра трубы, рабочего давления и требований к монтажу и обслуживанию. Основные варианты присоединения:
Резьбовое - компактный и универсальный вариант, удобный для установки форсунки непосредственно в резьбовое отверстие или фитинг. Важно учитывать сразу несколько параметров: размер резьбы, тип профиля (цилиндрический или конический), направление резьбы (внутренняя или наружная) и стандарт (BSP, BSPP, BSPT, NPT и метрическая резьба). Резьбы одинакового диаметра, но разных стандартов, могут быть несовместимы.
Под гайку - форсунка фиксируется с помощью гайки, что позволяет надежно установить её на стенке ёмкости, панели или трубопроводе.
На хомуте - форсунка монтируется непосредственно на трубе с помощью специального хомута. Такой вариант удобен, когда нет необходимости врезаться в трубопровод.
Фланцевое - применяется для более крупных диаметров и систем, где требуется надежное разъемное соединение и возможность удобного демонтажа.
Правильно подобранный тип присоединения обеспечивает надежную фиксацию форсунки, герметичность соединения и удобство дальнейшего обслуживания системы.
Одинаковое присоединение и одинаковый номинальный расход не гарантируют одинаковый факел, угол, размер капли или даже тип распыления.
Подбирать распылительные форсунки без учета физико-химических свойств жидкости, а также наличие в ней твердых частиц. Плотность, вязкость жидкости напрямую влияют на расход, угол распыления: поэтому через одну и ту же форсунку разная жидкость дает разный результат.
Постепенный износ выходного отверстия форсунки трудно заметить по внешнему виду. При износе выходное отверстие увеличивается, что влечет за собой увеличение расхода воды, изменение угла распыление, размера капли и распределения жидкости. Поэтому для контроля износа форсунки следует регулярно измерять расход воды при заданном давлении, сравнивая с исходным значением, проверять угол распыла и равномерность покрытия.
Нельзя рассматривать расход и давление отдельно - они взаимосвязаны. Сначала определяют требуемый расход и характеристики распыления, затем проверяют, при каком давлении форсунка обеспечит нужный результат.
Полный конус распределяет жидкость внутри всего сечения факела. У полого конуса жидкость сосредоточена преимущественно по окружности, поэтому на поверхности получается рисунок в виде кольца.
Универсального материала нет. Нужно знать размер, твердость и концентрацию частиц, скорость потока. В основном для воды с абразивными частицами используют распылительные форсунки, выполненные из керамики или с керамическими/износостойкими вставками.
Фильтрация нужна, если содержащиеся в жидкости частицы способны перекрыть выходное отверстие. Тонкость очистки выбирают по выходному отверстию конкретной форсунки. Фильтр требует контроля загрязнения и регулярной очистки.
Система не сможет одновременно обеспечить расчетные расход и давление. Давление снизится, после чего изменятся расходы отдельных форсунок, угол, размер капли и распределение на поверхности.
Измерьте расход за заданное время при известном давлении и сравните его с каталожным значением. Дополнительно контролируйте давление, угол факела и равномерность распыления. Внешний осмотр сам по себе недостаточен.
