Rozstaw dysz natryskowych na kolektorze i nakładanie się strumieni

Na kolektorze nad taśmą, blachą czy przenośnikiem pracuje kilka lub kilkanaście dysz. Każda pokrywa swój pas, a wynik zależy od tego, jak te pasy się łączą. Zbyt duży rozstaw zostawia niedomyte lub niedochłodzone smugi, zbyt mały – podwójnie zraszane pasy i niepotrzebne zużycie cieczy.

W artykule pokazujemy, jak policzyć szerokość strumienia, jaki rozstaw przyjąć, po co obraca się dysze płaskostrumieniowe i jak wygląda pełne obliczenie dla taśmy o szerokości 1200 mm – razem z liczbą dysz i przepływem całkowitym.

Szerokość strumienia na danej wysokości

Teoretyczną szerokość pokrycia dyszy płaskostrumieniowej, a dla dyszy pełnostożkowej – średnicę plamy, liczy się ze wzoru:

W = 2 × H × tg(α/2)

H to odległość wylotu dyszy od powierzchni, a α – kąt natrysku. Przykładowe wartości:

• 40° na 300 mm: W = 2 × 300 × tg 20° = 218 mm;
• 65° na 300 mm: W = 2 × 300 × tg 32,5° = 382 mm;
• 110° na 150 mm: W = 2 × 150 × tg 55° = 428 mm.

Wzór zakłada, że strumień leci prosto i zachowuje kąt na całej drodze. W rzeczywistości kąt katalogowy dotyczy ciśnienia odniesienia i niewielkiej odległości od wylotu. Na dużych wysokościach strumień traci energię i się zawęża, a przy niskim ciśnieniu nie rozwija pełnego kąta. Dlatego przy wysoko zawieszonych kolektorach i szerokich kątach liczymy z zapasem albo sprawdzamy szerokość w tabeli producenta.

Zakładka strumieni – po co i ile

Typowy wachlarz dyszy płaskostrumieniowej nie ma równej gęstości na całej szerokości: najwięcej cieczy pada w środku, a ku krawędziom jej ilość maleje. Taki rozkład jest celowy. Na kolektorze krawędzie sąsiednich strumieni nakładają się i razem dają równy pas.

Zakładkę wyrażamy jako część szerokości W, która pokrywa się z sąsiednim strumieniem:

zakładka = (W − S) / W, a stąd rozstaw dysz S = W × (1 − zakładka)

W praktyce inżynierskiej przyjmuje się zakładkę 15–⁠30%. Mniejsza wartość grozi smugami przy niewielkich zmianach wysokości, ciśnienia lub kąta, większa oznacza więcej dysz i wody bez wyraźnej poprawy równomierności. Dla dyszy 65° na 300 mm (W = 382 mm):

• zakładka 15% – rozstaw 325 mm;
• zakładka 25% – rozstaw 287 mm;
• zakładka 30% – rozstaw 268 mm.

Wybór w tym przedziale zależy od zadania. Przy chłodzeniu i nanoszeniu, gdzie liczy się równomierność, idziemy w stronę 25–⁠30%. Przy zgrubnym spłukiwaniu zwykle wystarcza dolna granica.

Obrót strumieni płaskich o 5–⁠15°

Gdy wachlarze sąsiednich dysz leżą w jednej płaszczyźnie, krople zderzają się w strefie zakładki. Rozkład staje się tam nierówny, a część cieczy odbija się lub łączy w większe krople. Dlatego dysze płaskostrumieniowe na kolektorze obraca się wokół ich osi o 5–⁠15° względem osi kolektora – wszystkie w tę samą stronę.

Obrót prawie nie zmienia szerokości pokrycia. Rzut wachlarza na oś kolektora wynosi W × cos θ:

• przy 5°: 382 × 0,996 = 381 mm;
• przy 10°: 382 × 0,985 = 376 mm;
• przy 15°: 382 × 0,966 = 369 mm.

Jednocześnie wachlarz rozciąga się w kierunku ruchu taśmy na długości W × sin θ – przy 10° to ok. 66 mm. W strefie zakładki sąsiednie strumienie mijają się więc w odstępie kilku centymetrów, zamiast się zderzać. Przy obliczaniu rozstawu od razu używamy szerokości po obrocie, a nie pełnego W.

Przykład – kolektor nad taśmą 1200 mm

Założenia: taśma o szerokości 1200 mm, kolektor 300 mm nad taśmą, ciśnienie przy dyszach 3 bar, dysze płaskostrumieniowe B4S 1/4 PSU 1065.3 (65°, 3,9 l/⁠min przy 3 bar), obrót strumieni o 10°.

1. Szerokość strumienia: W = 2 × 300 × tg 32,5° = 382 mm, a po obrocie o 10° – 376 mm.
2. Rozstaw dla zakładki 20–⁠25%: S = 376 × (0,75…0,80) = 282–⁠301 mm. Przyjmujemy 300 mm, bo ta wartość dzieli szerokość taśmy bez reszty.
3. Liczba dysz: n = 1200 / 300 = 4. Skrajne dysze stoją 150 mm od krawędzi taśmy.
4. Sprawdzenie zakładki: (376 − 300) / 376 = 20%, czyli w przyjętym przedziale.
5. Sprawdzenie krawędzi: skrajny strumień sięga 376 / 2 = 188 mm od osi dyszy, a więc 38 mm poza krawędź taśmy.
6. Przepływ całkowity: 4 × 3,9 = 15,6 l/⁠min przy 3 bar, czyli 13 l/⁠min na metr szerokości taśmy.

Jeśli ta sama linia ma pracować przy 4 bar, każda dysza da 3,9 × √(4/3) = 4,5 l/⁠min, a cały kolektor 18,0 l/⁠min. Pompa i przewód zasilający muszą to zapewnić z zapasem na straty ciśnienia.

Krawędzie taśmy dostają ciecz tylko z jednej dyszy i to z jej słabszej, zewnętrznej części. Jeśli krawędź jest dla procesu ważna, na przykład przy myciu, skrajne dysze przesuwa się nieco na zewnątrz albo zmniejsza rozstaw na brzegach kolektora.

Warianty – kąt, wysokość i liczba dysz

Tę samą taśmę 1200 mm można obsłużyć różnymi zestawami. Poniżej porównanie dla dysz B4S o tym samym rozmiarze przepływu (3,9 l/⁠min przy 3 bar) i różnym kącie natrysku. Zakładkę liczono bez obrotu dysz.

Wnioski z tabeli:

• węższy kąt oznacza więcej dysz i większe zużycie cieczy, ale też silniejsze uderzenie na jednostkę powierzchni – to wariant do mycia trudnych zabrudzeń;
• podniesienie kolektora z 300 do 400 mm pozwala zrezygnować z jednej dyszy, ale strumień uderza słabiej, a wpływ ruchu powietrza i opadania kropli rośnie;
• szeroki kąt 110° pozwala obniżyć kolektor, gdy nad taśmą brakuje miejsca; przy tak szerokim kącie lepiej zostawić większą zakładkę, bo krawędzie wachlarza są słabsze.

Liczba dysz dla innej szerokości

Dla dowolnej szerokości strefy L obliczenie wykonuje się w trzech krokach:

1. Wstępny rozstaw z wybranej zakładki: S = W × (1 − zakładka).
2. Liczba dysz: n = L / S, zaokrąglone w górę do pełnej sztuki.
3. Rozstaw ostateczny: S = L / n, a następnie sprawdzenie, czy zakładka mieści się w przedziale 15–⁠30%.

Przykład dla taśmy 1000 mm i tej samej dyszy B4S 1/4 PSU 1065.3 na 300 mm: przy zakładce 25% wstępny rozstaw to 287 mm, więc n = 1000 / 287 = 3,5, czyli 4 dysze. Rozstaw ostateczny wynosi 250 mm, a zakładka rośnie do 35% – więcej, niż potrzeba. Zamiast zmieniać dysze, wystarczy obniżyć kolektor do 260 mm: szerokość strumienia spada do 331 mm, a zakładka do ok. 25%. Skrajne strumienie wychodzą wtedy ok. 41 mm poza krawędź taśmy. Wysokość kolektora jest więc równie dobrym narzędziem regulacji co kąt natrysku.

Zasilanie kolektora

Obliczony przepływ ma sens tylko wtedy, gdy wszystkie dysze pracują przy zbliżonym ciśnieniu. Na długim kolektorze zasilanym z jednego końca ostatnie dysze dostają mniej. Kilka zasad:

• przekrój rury kolektora dobiera się tak, by prędkość cieczy była niewielka, a spadek ciśnienia wzdłuż kolektora mały w porównaniu z ciśnieniem roboczym;
• długie kolektory zasila się ze środka lub z obu końców;
• manometr montuje się na kolektorze, a nie przy pompie;
• przed dyszami o małym przelocie stosuje się filtr, bo jedna zatkana dysza zostawia na taśmie pas szerokości rozstawu.

Dysze pełnostożkowe w rzędzie i w siatce

Dla dysz pełnostożkowych W ze wzoru to średnica okrągłej plamy. W jednym rzędzie obowiązuje ta sama zasada zakładki co dla strumienia płaskiego. Gdy jednak dysze tworzą siatkę – nad zbiornikiem, w komorze chłodzenia czy pod stropem – trzeba zadbać, by między okręgami nie zostały suche miejsca. Wynika to z geometrii:

• układ kwadratowy – rozstaw nie większy niż 0,71 × D;
• układ trójkątny (przestawiony) – rozstaw nie większy niż 0,87 × D.

Dla dyszy B4S 1/4 FCA 13 90.3 (90°, 10 l/⁠min przy 3 bar) na wysokości 300 mm średnica plamy wynosi 600 mm. W układzie kwadratowym dysze stoją więc nie dalej niż 424 mm od siebie, w trójkątnym – 520 mm. Układ trójkątny pokrywa tę samą powierzchnię mniejszą liczbą dysz.

Montaż i ustawienie na linii

Obliczenia zakładają, że każda dysza stoi na właściwej wysokości i pod właściwym kątem obrotu. Na linii to się rozjeżdża: dysza wkręcana do oporu ma przypadkowe ustawienie wachlarza, a po wymianie jednej sztuki trzeba ją ustawiać od nowa. Rozwiązania, które to ułatwiają:

• końcówki płaskostrumieniowe mocowane nakrętką, np. B4S TSU 1065.3 (65°, 3,9 l/⁠min przy 3 bar) – końcówkę ustawia się w żądanym położeniu, a potem dokręca nakrętkę;
• systemy szybkozłączne B4S: obejma ZPL zakładana na rurę kolektora bez spawania i dysza przegubowa DPL, np. B4S DPL 6039 (60°, 3,9 l/⁠min przy 3 bar) – dyszę można obrócić i wymienić bez demontażu linii;
• przeguby B4S MAJ, gdy strumień trzeba skierować pod kątem do powierzchni.

Po montażu warto sprawdzić pokrycie w praktyce: puścić natrysk na suchą taśmę lub blachę i obejrzeć ślad. Smugi na styku strumieni zwykle oznaczają zbyt duży rozstaw lub zbyt mały obrót.

Jak B4S pomaga

Do zapytania wystarczy szerokość strefy, wysokość kolektora, ciśnienie i medium. Inżynier B4S policzy rozstaw, liczbę dysz i przepływ całkowity dla kilku wariantów kąta, sprawdzi bilans względem pompy i zaproponuje sposób montażu – gwintowany, z nakrętką lub szybkozłączny. Wynik dostają Państwo razem z ofertą i danymi katalogowymi każdej dyszy.