Двухфазные пневматические форсунки

Термин «пневматические форсунки» всегда означает смешивание двух сред. Такие водовоздушные форсунки также называются двухфазными. В основном, в таких форсунках происходит смешивание воды и воздуха, но это не значит, что в них нельзя смешивать две жидкости для их атомизации.

Пневматические форсунки идеально подходят для мелкодисперсного распыления малых количеств жидкости, но их также можно использовать и для больших объемов.

Различные скорости потоков газа и жидкости внутри водовоздушной форсунки во время пневматического распыления приводят к образованию продольных волн, которые рассекают поток жидкости и, тем самым, создают мелкую каплю.

Эти относительные скорости жидкости и газа являются ключевым моментом при атомизации вязких жидкостей при низких давлениях.

Преимущества пневматических форсунок:

— они дают очень мелкую каплю;

— «мягкое» распыление (низкая скорость потока);

— можно контролировать расход;

— даже при низком давлении газа, можно добиться хорошего качества распыления.

Но у пневматических форсунок есть и некоторые недостатки. Первый: они более дорогие за счет сложного исполнения и дизайна. Второй: высокие эксплуатационные издержки, так как подача сжатого газа требует значительных затрат. Однако, благодаря уникальным свойствам, пневматические форсунки являются, порой, единственным способом решения технологической задачи и дают хорошие результаты в ряде сфер применения.

Распыление вязких жидкостей пневматическими форсунками

Вязкость определятся как сопротивляемость/стойкость жидкости деформации и основана на трении между молекулами жидкости. Чем выше трение, тем более стойкой является среда. Для жидкостей стойкость возрастает с падением температуры, поэтому при измерении вязкости нужно всегда учитывать температуру жидкости.

При распылении вязких жидкостей, их атомизации угол распыла и размер капли могут значительно изменяться в зависимости от вязкости жидкости. Если вязкость распыляемой среды больше воды, то существуют три способа, как улучшить качество распыления:

  1. Изменение давления, которое приведет к увеличению объемного потока при распылении.
  2. Увеличение температуры, что позволит понизить вязкость жидкости и улучшить качество распыления.
  3. Использование пневматических форсунок.

Пневматическое распыление

С помощью пневматических форсунок можно получить большинство типов факелов распыла:

— плоская струя;

— полный конус;

— полый конус (реже).

 

Водовоздушная пневматическая форсунка

Плоскоструйные пневматические форсунки

При распылении через плоское сопло форсунки формируется плоская струя с очень мелкой каплей. Угол распыления может достигать 80 градусов. Такие плоскоструйные пневматические форсунки идеально подходят для применений, где требуется мелкая капля и равномерный поток.

 

Пневматическая форсунка с плоским факелом распылаПневматическая форсунка 136 серии

Полноконусные пневматические форсунки

Такие форсунки обычно используются там, где требуется круглый контур распыления или нужна большая зона покрытия. Обычно эти форсунки производятся с углами 20 и 30 градусов. Больших углов распыла можно достичь за счет нескольких выходных отверстий форсунки.

 

Пневматическая форсунка с полным конусом распыления

Пневматические форсунки с внешним смешиванием

Внешнее смешивание в пневматическом распылении означает, что газ и жидкость смешиваются уже после выхода из сопла. Жидкость вылетает из форсунки коаксиально через центральный канал. Потоки газа как бы огибают центральный канал и окружают поток жидкости. В результате того, что поток газа вылетает с высокой скоростью, поток жидкости рассекается на капли.

Пневматические форсунки с внешним смешиванием идеально подходят для атомизации вязких сред. Однако тут есть некоторые ограничения:

—  Формирование струи обычно сводится к узкому полному конусу. Плоской струи можно достичь за счет использования двух выходных отверстий для воздуха, расположенных напротив друг друга. Эти дополнительные отверстия помогают создать плоскую струю из полного конуса. Этот принцип как раз и реализован в форсунках 176 серии Visco Mist. Два маленьких воздушных отверстия на сопле форсунки, которые создают эффект воздушного потока от вентилятора, способствуют формированию плоской струи.

 

Форсунка серии 176 ViscoMist с внешним смешиванием

 

— Из-за конструкционных особенностей пневматических форсунок их расходные характеристики также ограничены. Поэтому пневматические форсунки с внешним смешиванием хорошо подходят для мелкодисперсного распыления малых объемов жидкостей.

Пневматические форсунки с внутренним смешиванием

Жидкость и газ смешиваются внутри форсунки, смесь под давлением расширяется и на выходе из форсунки формируется мелкодисперсное распыление. В отличие от форсунок с внешним смешиванием, в пневматических форсунках с внутренним смешиванием можно гораздо лучше регулировать форму струи. Данные форсунки также подходят для атомизации больших объемов жидкостей. С другой стороны, внутреннее смешивание меньше подходит в случаях, когда требуется распыление вязких жидкостей. Рекомендуется следить за правильным смешиванием газа и жидкости и избегать больших перепадов давления.

 

Пневматическая форсунка с внутренним смешиванием

Плюсы и минусы различных типов смешивания в пневматических форсунках

Плюсы и минусы различных типов смешивания в пневматических форсунках

Насыщенный пар в качестве газа для атомизации жидкости в пневматическом распылении

Использование пара в качестве газа при пневматическом распылении имеет преимущество в том, что создает сильную турбулентность в зоне смешивания из разницы в температурах пара и атомсферы. В результате получается отличное туманообразование с равономерным распределением частиц.

Однако в пневматических форсунках (атомайзерах) с внутренним смешиванием пар не должен использоваться, так как существует риск эрозии внутренней поверхности смесительной камеры и выходного отверстия форсунки. Насыщенный пар можно определить как промежуточная фаза между влажным паром и перегретым паром. Добиться насыщенного пара можно при определенной комбинации температуры и давления и, следовательно, эта среда является довольно нестабильной.

Также в водовоздушных форсунках с внутренним смешиванием при использовании пара есть очень высокий риск появления конденсата отдельных капель. И как только он появляется, то мы уже говорим не о насыщенном паре, а о влажном. А влажный пар по своему воздействию на форсунку можно сравнить с пескоструйной машиной, в которой капли бомбардируют внутренние стенки форсунки и ее сопла, быстро изнашивая их.

Только использование перегретого пара дает шанс применения пневматических форсунок с внутренним смешиванием для распыления. Хотя и с перегретым паром нельзя полностью избежать риска появления конденсата, всегда требуется некоторое время до тех пор, пока факел распыла стабилизируется при изменении параметров. В отличие от двухфазного распыления с использованием воздуха, показатели с использованием пара будут, конечно, отличаться (рабочие параметры, размер капли, расход пара).