Kształt strumienia dyszy natryskowej – płaski, stożek, spirala czy mgła

Kształt strumienia to pierwsza decyzja przy doborze dyszy natryskowej. Od niego zależy, jaki ślad zostawi ciecz na powierzchni, jak mocno uderzy, jak drobne będą krople i ile dysz trzeba na pokrycie strefy. Przepływ, ciśnienie i materiał dobiera się dopiero w ramach wybranego kształtu.

Poniżej porównujemy pięć podstawowych kształtów – strumień płaski, pełny stożek, pusty stożek, spiralę i mgłę – na przykładach dysz z katalogu B4S i EUSPRAY. Na końcu zestawiamy typowe zadania z kształtem, który zwykle się do nich sprawdza.

Porównanie kształtów strumienia

Siłę uderzenia i wielkość kropli podajemy względnie, czyli przy porównywalnym przepływie i ciśnieniu. Konkretne wartości zależą od modelu, rozmiaru otworu i ciśnienia roboczego.

Strumień płaski

Ciecz wypływa przez eliptyczny otwór i tworzy cienki wachlarz. Na powierzchni zostaje wąski pas o długości W = 2 × H × tg(α/2). Energia strumienia skupia się na małej powierzchni, dlatego strumień płaski daje najsilniejsze uderzenie spośród natrysków rozproszonych.

Kąty dysz płaskostrumieniowych w katalogu wynoszą od 15° do 110°. Węższy kąt to silniejsze uderzenie i węższy pas, szerszy – większe pokrycie przy niżej zawieszonym kolektorze. Typowy wachlarz ma najwięcej cieczy w środku i mniej na krawędziach, co pozwala nakładać strumienie na kolektorze bez podwójnie zraszanych pasów. Istnieją też wykonania z rozkładem równomiernym, przeznaczone do pracy pojedynczej.

Przykład: B4S 1/4 PSU 2040.3 – 40°, 7,8 l/⁠min przy 3 bar, stal nierdzewna AISI 303. Na wysokości 200 mm pokrywa pas ok. 146 mm, więc skupia dużo cieczy na niewielkiej szerokości. To typowy wybór do mycia.

Zastosowania: mycie taśm i detali, chłodzenie pasma i walców, nanoszenie olejów i roztworów, zdmuchiwanie zabrudzeń, natryski w myjkach przemysłowych i liniach przygotowania powierzchni.

Pełny stożek

W typowej konstrukcji wkładka zawirowująca nadaje cieczy ruch obrotowy, a strumień wychodzi jako stożek wypełniony kroplami na całym przekroju. Ślad na powierzchni to koło zraszane w miarę równomiernie, a w niektórych wykonaniach – kwadrat, wygodny przy pokrywaniu prostokątnych stref.

Kąt ma tu bezpośredni wpływ na intensywność zraszania. Porównajmy dwie dysze B4S o tym samym przepływie 10 l/⁠min przy 3 bar, ustawione 300 mm nad powierzchnią:

• B4S 1/4 FCA 13 90.3 (90°) – plama o średnicy 600 mm i powierzchni 0,28 m², średnio ok. 35 l/⁠min na m²;
• B4S 1/4 FCA 13 60.3 (60°) – plama o średnicy 346 mm i powierzchni 0,094 m², średnio ok. 106 l/⁠min na m².

Węższy stożek daje więc trzykrotnie gęstsze zraszanie przy tym samym zużyciu wody. Szerszy pokrywa większą strefę jedną dyszą, ale słabiej.

Zastosowania: chłodzenie produktów i urządzeń, zraszanie i odpylanie przesypów, mycie, gaszenie piany, procesy, w których liczy się równomierne pokrycie całej powierzchni.

Pusty stożek

Ciecz wpada do komory wirowej i wychodzi jako cienka ścianka stożka. Na powierzchni zostaje pierścień, a środek pozostaje prawie suchy. Przy tym samym przepływie i ciśnieniu pusty stożek daje drobniejsze krople niż pełny, bo ciecz rozpada się z cienkiej warstwy.

To kształt do zadań, w których liczy się powierzchnia kontaktu cieczy z gazem, a nie równe pokrycie powierzchni: skrubery i absorpcja, chłodzenie gazów, nawilżanie. Konstrukcje z szerokim przelotem lepiej znoszą ciecz z zanieczyszczeniami. Dysze pustostożkowe dobieramy na zapytanie – pod przepływ, średnicę aparatu i skład cieczy.

Dysze spiralne

W dyszy spiralnej ciecz wypływa z otwartego kanału i rozbija się o kolejne zwoje spirali. Powstaje stożek złożony z kilku koncentrycznych warstw – w zależności od konstrukcji pełny lub pusty. Brak wewnętrznych wkładek oznacza duży swobodny przelot w stosunku do przepływu, dlatego dysze spiralne dobrze znoszą wodę z zawiesiną i włóknami.

W katalogu B4S dysze spiralne SPJT obejmują przepływy od 5,5 l/⁠min (np. B4S 1/4 SPJT-9007 V4A, 90°) do 370 l/⁠min przy 3 bar (B4S 1 SPJT-60470 V4A i B4S 1 SPJT-90470 V4A), kąty 60°, 90° i 120° oraz wykonania ze stali nierdzewnej AISI 316L i z polipropylenu (PP).

Szeroki kąt pozwala pokryć duży przekrój z niewielkiej wysokości. Dysza spiralna 120°, np. B4S 1 SPJT-120340 V4A (268 l/⁠min przy 3 bar), zawieszona 500 mm nad płaszczyzną odniesienia pokrywa teoretycznie koło o średnicy ok. 1,73 m. W aparatach o większej średnicy dysze rozmieszcza się na kilku poziomach lub w kilku punktach przekroju, tak by stożki zachodziły na siebie przy ściankach.

Zastosowania: skrubery i wieże absorpcyjne, chłodzenie gazów, zraszanie przy dużych przepływach, gaszenie piany, natrysk wodą obiegową.

Mgła – hydrauliczna i dwuczynnikowa

Mgłę uzyskuje się na dwa sposoby. Dysze mgłowe hydrauliczne rozpylają wodę przez bardzo mały otwór przy podwyższonym ciśnieniu. Dysze dwuczynnikowe mieszają ciecz ze sprężonym powietrzem i dają drobną kroplę przy niskim ciśnieniu wody, za to zużywają powietrze.

Przepływy są tu o jeden lub dwa rzędy wielkości mniejsze niż w innych dyszach i podaje się je w l/⁠h. Przykłady z katalogu: B4S 1/4 HCF2.3 – 75°, 14,2 l/⁠h przy 10 bar, EUS MX 6 SS303 – 75°, 43,1 l/⁠h przy 10 bar. Dla porównania jedna dysza pełnostożkowa B4S 1/4 FCA 13 90.3 zużywa 600 l/⁠h, czyli tyle co ok. 42 dysze HCF2.3.

Przy dyszach dwuczynnikowych wielkość kropli i przepływ cieczy reguluje się stosunkiem ciśnienia powietrza do ciśnienia cieczy, dlatego ten sam model może pracować w dość szerokim zakresie wydajności. Przy dyszach hydraulicznych o wydajności decyduje rozmiar otworu i ciśnienie wody.

Mała kropla szybko odparowuje i długo unosi się w powietrzu. Dzięki temu mgła nawilża i chłodzi powietrze, wiąże drobny pył i zapachy. Wadą jest wrażliwość na wiatr i na jakość wody: małe otwory wymagają filtracji.

Zastosowania: nawilżanie hal i szklarni, zamgławianie, chłodzenie powietrza przez odparowanie, wiązanie drobnego pyłu.

Strumień zwarty – gdy potrzebna jest siła, a nie pokrycie

Osobną grupą są dysze o kącie 0°, które dają zwarty strumień. Nie pokrywają powierzchni, ale skupiają całą energię w jednym punkcie: do zrywania osadów, czyszczenia szczelin i otworów, punktowego spłukiwania. Przykłady: B4S 1/4 PSU 1000.3 (3,9 l/⁠min przy 3 bar) i wysokociśnieniowa B4S 1/4 MEG 0400.416 (9,1 l/⁠min przy 100 bar, stal nierdzewna AISI 416).

Jak dobrać kształt do zadania

• Trzeba domyć lub zbić zabrudzenie – strumień płaski o wąskim kącie, przy przywartych osadach – dysza wysokociśnieniowa lub strumień zwarty.
• Trzeba równomiernie zrosić lub schłodzić powierzchnię – pełny stożek, a na pasie przesuwającego się materiału – kolektor dysz płaskostrumieniowych.
• Ciecz ma się spotkać z gazem – pusty stożek lub spirala.
• Duży przepływ i brudna woda – spirala lub pełny stożek z dużym otworem.
• Mała ilość wody, drobny pył, wilgotność powietrza – mgła hydrauliczna lub dwuczynnikowa.
• Cienka, równa warstwa cieczy – strumień płaski z zakładką, a dla cieczy lepkich – dysze dwuczynnikowe.

Jeśli zadanie łączy kilka wymagań, np. odpylanie otwartego przesypu wodą z osadnika, kształt wybiera się kompromisowo. W takich przypadkach zestawiamy zwykle dwa warianty i opisujemy różnice w zużyciu wody, filtracji i obsłudze.

Najczęstsze błędy przy wyborze kształtu

Część problemów z natryskiem nie wynika ze zużycia dysz, tylko z kształtu strumienia, który od początku nie pasował do zadania. Najczęściej spotykamy takie sytuacje:

• Pełny stożek nad przesuwającą się taśmą. Okrągła plama daje na taśmie pas o nierównej gęstości – najwięcej cieczy w osi rzędu dysz, mniej pomiędzy nimi. Do równego pasa lepiej nadaje się kolektor dysz płaskostrumieniowych z zakładką i obrotem strumieni.
• Szeroki kąt na dużej wysokości. Dysza 110° zawieszona wysoko teoretycznie pokrywa dużą szerokość, ale strumień traci energię, kąt się zawęża, a krople znosi ruch powietrza. Lepiej obniżyć kolektor albo wybrać węższy kąt i więcej dysz.
• Mgła na otwartym terenie bez osłony. Drobna kropla, która w hali skutecznie wiąże pył, na wietrze odlatuje poza strefę. Na zewnątrz mgłę stosuje się pod osłonami lub łączy ze zraszaniem materiału.
• Mały otwór przy brudnej wodzie. Dysza płaskostrumieniowa lub mgłowa o małym rozmiarze przepływu zatyka się na wodzie z obiegu. Tam, gdzie filtracja jest trudna, lepiej sprawdza się spirala lub pełny stożek z większym przelotem.
• Zmiana kształtu przy wymianie. Zastąpienie zużytej dyszy płaskostrumieniowej pełnostożkową „bo pasował gwint” zmienia rozkład na całej linii. Przy wymianie zachowuje się kształt, kąt i przepływ oryginału, chyba że celem jest właśnie zmiana procesu.

Jak B4S pomaga

Jeśli kształt strumienia nie jest oczywisty, wystarczy opisać zadanie: co ma zrobić natrysk, w jakiej odległości od powierzchni i jaką wodą Państwo dysponują. Inżynier B4S zaproponuje kształt i konkretny model z linii B4S lub od producentów EUSPRAY, IKEUCHI, CBN i BEX, z przeliczonym przepływem i szerokością pokrycia. Dysze pustostożkowe i rozwiązania nietypowe dobieramy na zapytanie.