Основные характеристики форсунок распыления воды и методы их измерения
Компания Lechler GmbH, как старейший в мире производитель форсунок и европейский лидер отрасли, придает огромное значение правильности и точности измерений всех характеристик форсунок. Только точное измерение всех функциональных параметров распылителя на всех стадиях разработки и производства может превратить форсунку в прецизионную форсунку. Именно прецизионность отличает оригинальные форсунки Лехлер от так называемых «аналогов форсунок фирмы Лехлер».
По этой причине Лехлер использует большое количество испытательного и лабораторного оборудования, различных стендов, адаптированных к соответствующим потребностям. На головной площадке в Германии в городе Метцинген у компании Lechler расположен свой уникальный научно-исследовательский и опытно-конструкторский R&D центр — Lechler Development and Technology Center. Отдельным независимым и аккредитивным подразделением является собственная лаборатория — Lechler Spray Lab. Лаборатория расположена на территории более 600 кв.м.
Пределы точности в измерениях размеров капель – микрометры, в скоростях полёта– миллисекунды, в расходных характеристиках потока распыления – 0,002 л/мин, т.е. 2 миллилитра в минуту!!! Лаборатория также оснащена климатическим оборудованием, позволяющим имитировать распыления в реальных условиях эксплуатации — от отрицательных температур в минус 50 градусов до температуры перегретого пара. Всё это вместе позволяет контролировать и документировать все необходимые параметры разработки и производства форсунок и распылительных систем Лехлер.
Форсунки и распылители Lechler используются в разных сферах. Это приводит и к различным требованиям к форсункам.
Но основными, общими для всех применений, измеряемыми характеристиками распыления являются:
— размер капель — правильная дисперсия распыления;
— ударная сила – сила воздействия струи на поверхность;
— распределение жидкости — равномерность орошения поверхности;
— геометрия распыления – форма распыления, точность углов распыла;
— расходные характеристики – объемный поток при определённом давлении.
Рассмотрим более подробно эти характеристики форсунок, которые необходимо контролировать для точного распыления.
Размер капель форсунок для мелкодисперсного распыления воды
Основной характеристикой распылителя форсунки является создаваемый им размер капель. Соответствие размера капель заданному при разработке форсунки значению, согласно технологическому регламенту распыления, является основополагающим и критично важным. В каких-то процессах нужна крупная капля, летящая далеко и имеющая достаточную собственную энергию воздействия, устойчивая от сноса. А где-то нужна, абсолютно наоборот — идеальная туманообразная взвесь с общей огромной реакционной площадью поверхности всех мелких капель.
Для измерения размеров капель и исследования потоков распыленных сред Lechler использует два основных метода:
— метод фазовой доплеровской анемометрии PDA (Phase Doppler Anemometry);
— метод визуализации, основанный на принципе определения теней.
Фазовая доплеровская анемометрия — это бесконтактный точечный способ измерения размеров частиц с помощью испускающего свет лазера. Падающий на частицу свет частично отражается от поверхности, частично преломляется в прямом и обратном направлениях после отражения и улавливается фотодетекторами. После преобразования в электрический сигнал определяется фазовая задержка, по величине которой определяется диаметр частицы.
Этот метод позволяет зафиксировать до 200 000 частиц в секунду, двигающихся со скоростью потока до 1 километра в секунду с размером самих частиц в диапазоне от 5 мкм до 900 мкм.
Компания Лехлер использует оборудование PDA производства компании Dantec Dynamics.
Для измерения размеров капель распылителя форсунки в потоке теневым методом требуется очень чувствительная камера, которая регистрирует изображения теней объектов на белом фоне. Эти тени создает яркий лазерный источник света, который устанавливается напротив камеры и действует через соответствующие фильтры как равномерная подсветка. С помощью специального программного обеспечения размеры объектов вычисляется по их теням.
Компания Лехлер использует для этого метода аппарат Oxford Lasers Visisize производства компании Oxford Lasers.
Оборудование для данных методов очень дорогостоящее, стоимость одного самого простого измерения начинается от 500 евро.
В результате любого измерения PDA методом система выдает отчет вот в таком виде:
Более подробно про размер капель и про данный отчет можно почитать тут
Ударная сила распыления как измеряемая характеристика форсунки
Стенд для испытаний ударной силы Lechler позволяет проводить измерения для определения силы струи в реальных условиях.
Система позволяет регулировать угол наклона и угол поворота форсунки в соответствии с условиями монтажа форсунок в системе. Регулируется также и давление.
Струя воздействует на чувствительный датчик, расположенный под защитным конусом, который орошается форсункой, и с датчика снимаются показания силы воздействия.
При плавном и медленном передвижении форсунки, можно получить диаграмму распределения ударной силы в разных частях струи в виде диаграммы.
Распределение жидкости при распылении
Для определения распределения жидкости используют специальные испытательные стенды. Они очень просты по своей конструкции, но одновременно являются очень надежным, проверенным и наглядным методом измерения. Стенд состоит из расположенных друг к другу ряда полых прозрачных цилиндров. В каждом цилиндре находится плавающий в воде шарик. Стенд может быть как линейным, из одного ряда колб, так и пространственным, состоящим из большого количества рядов колб, занимаю большую площадь. Для определения распределения жидкости отдельная форсунка или целый блок форсунок, собранных в распылительные штанги, располагаются над колбами. При распылении каждая отдельная колба собирает только ту часть жидкости, которая попадает непосредственно в неё. Плавающий на поверхности воды шарик наглядно показывает уровень наполнения колбы.
Стенды у Лехлера автоматизированы, результаты испытаний выводятся с использованием электронной обработки изображений. Оценив распределение объема жидкости по колбам, можно подобрать оптимальное расположение нескольких форсунок вместе для точного распыления воды.
Угол распыления, давление и объемный расход форсунки
Угол распыления распылителя определяется визуально при помощи транспортира простого механического или электронного сразу на выходе жидкости из сопла форсунки при нормальных условиях, при отсутствии ветра и сквозняков.
Для стандартных плоскоструйных форсунок обычно замеряют угол самого основного распыления α, угол раскрытия струи β, ширину распыления В (на стандартных расстояниях 250 и 500 мм) и ширину х.
По мере увеличения расстояния от форсунки ширина или диаметр распыления увеличиваются, но не до бесконечности. На распыление естественным образом начинает влиять сила тяжести. Факел распыления складывается, и орошаемая поверхность становится меньше, чем теоретически возможно.
Также очень сильно на угол распыления влияют вязкость распыляемой жидкости и давление. Более вязкие жидкости имеют меньшие углы распыления, чем вода при тех же условиях.
Для измерения давления и объемного расхода Lechler использует электронные манометрами и расходомерами высочайшего класса точности, позволяющие с минимальным отклонениями задавать условия распыления при повторяющихся периодических испытаниях.
Все форсунки и распылители для воды фирмы Лехлер, а также распылители других жидкостей, проходят испытания и замеры в лаборатории перед внесением данных в каталог.