فوهة مخروطية جوفاء | صب الدقة & حلول OEM

1. مقدمة

فوهة مخروطية مجوفة هي مكونات متخصصة للغاية في السوائل تلعب دورًا لا غنى عنه في الصناعات التي تتطلب ذبح جيد, نسب عالية من السطح إلى الحجم, والاتصال بكفاءة الغاز والسائل.

على عكس تصميمات المخروطية الكاملة أو المعجبين المسطحين, تولد فوهات المخروطية المجوفة نمط رش الحلقي مع قطرات صغيرة نسبيا مركزة على طول نطاق دائري, ترك المحور المركزي جافًا نسبيًا.

هذا يجعلهم الخيار المفضل ل الترطيب, التبريد التبخير, التنظيف, رش المبيدات, وعمليات الاحتراق.

2. ما هي فوهة مخروطية مجوفة?

أ مخروط جوفاء فوهة هو جهاز رذاذ محدد بدقة مصمم لتحويل تيار سائل إلى ذرية ناعمة, نمط رش على شكل حلقة.

على عكس فوهات المخروط الكاملة, التي توزع القطرات عبر حجم المخروط بأكمله, تركيز الفوهة المخروطية المجوفة قطرات سائلة في المقام الأول على طول الحلقي المحيطي, ترك المركز جافًا نسبيًا.

هذه الهندسة الفريدة تجعلها فعالة بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب ذبح جيد, التبخر السريع, وأسطح التفاعل الغازي السائل.

مبدأ العمل

تعتمد العملية الأساسية لفوهة مخروطية مجوفة على تحريض دوامة سائلة:

• تحريض الدوامة: يدخل السائل جسم الفوهة من خلال قناة عرضية واحدة أو أكثر, الأخاديد الحلزونية, أو إدراج دوامة.
• تشكيل دوامة: السائل يكتسب الزخم الزاوي, تشكيل فيلم سائل سريع الدوران داخل غرفة الدوامة.
• تشكيل ورقة: عندما يخرج السائل من خلال فتحة مكشوف بدقة, ينتشر إلى الخارج بسبب قوة الطرد المركزي, إنشاء ورقة سائلة حلقة رقيقة.
• الذرة: هذه الورقة تنهار تحت القص الهوائي وتوتر السطح عدم استقرار التوتر السطحي, تشكيل حلقة من القطرات الدقيقة في نمط مخروطي.

تحديد الخصائص

• رذاذ هندسة: مخروطي مع الداخلية المجوفة, عادة مع زوايا من 40° إلى 140 درجة.
• حجم قطرة: ذبح جيد, في كثير من الأحيان في 10-200 ميكرون نطاق, اعتمادًا على الضغط وتصميم الفوهة.
• توزيع: كثافة قطرة موحدة على طول محيط المخروط, مثالي للعمليات التي تتطلب تغطية طرفية.
• الهيدروديناميكية: أرقام ويبر عالية (نحن > 100) في النطاقات التشغيلية ، تهيمن على قوى القصور الذاتي بدلاً من التوتر السطحي.

لماذا الشكل "المجوف" مهم

• تبريد & الترطيب: يزيد مساحة السطح للحرارة والكتلة.
• تجفيف الرش & الاحتراق: يعزز معدل التبخر بسبب قطرات أصغر.
• التنظيف & معالجة الغاز: يضمن ارتفاع كفاءة الاتصال في الأنظمة الاستيعابية.

3. رش الفيزياء & مقاييس الأداء

المقاييس الرئيسية

• زاوية الرش (40° -140 °): يحدد عرض التغطية.
• معدل التدفق (س): تحكمها قطر الفتحة والضغط التفاضلي (س ∝ √δp).
• حجم قطرة (D32, VMD): عادة 10-200 ميكرون, حاسم للتبخر والتحكم في الانجراف.
• توحيد التوزيع: يحدد مدى إيداع السائل بالتساوي على طول الحلقة الحلقية.
• قوة التأثير: معتدلة مقارنة بالمشجعين المسطحين أو الأقماع الكاملة, جعلها مناسبة للتبريد والترطيب ولكن ليس التنظيف الشاق.

ديناميات السوائل

في ضغوط التشغيل أعلاه 5 حاجِز, أرقام رينولدز تتجاوز 10⁴, ضمان الظروف المضطربة.

ال رقم ويبر (نسبة القوى بالقصور الذاتي إلى السطح) غالبًا ما يتجاوز 100, تأكيد ذلك تهيمن القوى الديناميكية الهوائية على الانفصال, تسليم غرامة, قطرات مستقرة.

4. مواد & اعتبارات المعادن

5. الأنواع والهندسة الداخلية لفوهات مخروطية جوفاء

يمكن تصنيف فوهة مخروطية مجوفة على نطاق واسع من خلال كيفية توليد تدفق الدوار الذي يشكل الرذاذ الحلقي.

يحدد اختيار الهندسة الداخلية زاوية الرش, حجم قطرة, مقاومة تسد, والأداء العام.

الفوهات الحلزونية

• تصميم: يستخدم قطعًا حلزونيًا مستمرًا أو أخدود حلزوني في جسم الفوهة.
  يتدفق السائل على طول المسار الحلزوني, اقتحام تيارات راقية في كل حافة, التي تشكل جماعيا رذاذ مخروط جوفاء. لا يلزم وجود غرفة دوامة مخصصة, جعل التصميم بسيطًا ولكنه فعال للغاية.
• سمات: زاوية رذاذ واسعة للغاية (ما يصل إلى 180 درجة); لا توجد غرفة دوامة داخلية.
• المزايا: الحد الأدنى من انسداد; يتعامل مع السوائل القذرة والطيور بشكل جيد.
• التطبيقات: تنظيف الغاز, أبراج التبريد, قمع الحريق, السيطرة على الغبار.

فوهات الدوامة المحورية

• تصميم: تتضمن غرفة دوامة وضعت مباشرة خلف فتحة الخروج.
  يدخل السائل محوريًا ويسترشد بالدوران بواسطة الأخاديد الحلزونية أو إدراج دوامة, إنشاء دوامة قبل التفريغ.
  هندسة الغرفة (أسطواني أو مخروطي) يتحكم في توحيد الرش وحجم القطرات.
• سمات: محدد جيدا, رذاذ مخروط رفيع مع حجم قطرة ناعم.
• المزايا: التوحيد العالي, تغطية دقيقة; هندسة مدمجة.
• التطبيقات: المفاعلات الكيميائية, الترطيب, تجفيف الرش.

فوهات الدخول العرضية

• تصميم: يتميز بمنافذ مدخل عرضية واحدة أو أكثر على جانب الفوهة, إجبار السائل على الدوران بسرعة داخل غرفة دوامة أسطوانية.
  تخرج الدوامة الناتجة من خلال فتحة مستديرة, تشكيل نمط مخروط جوفاء. حجم وعدد المنافذ العرضية يملي ثبات التدفق وتوزيع القطرات.
• سمات: دوامة قوية مع القص العالي, إنتاج توزيع قطرات ضيقة.
• المزايا: نمط رذاذ مستقر جدا; فعالة مع السوائل اللزوجة المنخفضة إلى المتوسطة.
• التطبيقات: تبريد الغاز, رش المبيدات, طلاء السطح.

فرن من النوع (أدخل) فوهات

• تصميم: توظف دورًا داخليًا قابل للإزالة في وضعه قبل فتحة الفوهة. تتميز الدوان بفتحات أو شفرات زاوية متعددة تضفي حركة الدوامة التي يتم التحكم فيها إلى السائل.
  هندسة الريح (عرض الفتحة, زاوية, عدد) يؤثر بشكل مباشر على زاوية الرش وحجم قطرة, ويمكن تبديل الإدراج لتخصيص الأداء.
• سمات: حجم القطرات القابل للتعديل بواسطة هندسة الريح; الفتحة بسهولة قابلة للاستبدال.
• المزايا: تصميم قابل للخدمة; أداء مصمم; صيانة أسهل.
• التطبيقات: معالجة الأغذية, تخلص من غاز المداخن (FGD), التبريد الدقيق.

فوهات مخروطية متعددة الأمن

• تصميم: يتكون من عدة فتحات صغيرة مرتبة حول وجه الفوهة.
  كل فتحة تنبعث منها طائرة نامة تشكل جزءًا من رذاذ المخروط المجوف الكلي, يجمع في نمط حلقي موحد.
  يسمح التصميم بتوسيع سعة التدفق بمجرد ضبط رقم الفتحة وحجمها.

  

• سمات: ارتفاع معدلات التدفق مع تيارات القطرات الموزعة.
• المزايا: التكرار الجيد; يستمر في العمل حتى لو كان قبضة فتحة.
• التطبيقات: تبريد عالية السعة, الري على نطاق واسع, قمع الحريق.

6. طرق التصنيع وضغط الجودة من فوهات المخروطية المجوفة

طرق التصنيع

صب الدقة

• عملية: يستخدم صب الاستثمار (فقدت الشمع) أو صب الرمال الدقة. يتم صنع نموذج الشمع للفوهة, مغلف مع ملاط ​​السيراميك, ثم ذاب لتشكيل تجويف القالب.
  سبيكة منصهرة (على سبيل المثال, الفولاذ المقاوم للصدأ, هاستلوي, أو السيراميك) سكب, عزز, وانتهى عن طريق الآلات أو الطحن.
• المزايا: قادرة على إنتاج غرف دوامة داخلية معقدة وكبيرة, تصميمات قطعة واحدة; ممتاز للبيئات ذات درجة حرارة عالية أو تآكل.
• التطبيقات: أجهزة تنظيف توليد الطاقة, المفاعلات الكيميائية, وأبراج تبريد واسعة النطاق.

تصنيع CNC

• عملية: يبدأ بمخزون البار الصلب أو الفراغات المزورة. متعدد المحاور تحول CNC و الطحن آلات قطع الأشكال الهندسية الدقيقة, بما في ذلك الفتحة, فتحات الانحدار, ودوامة غرفة.
  التلميع النهائي وشحذ إزالة الأداء وضمان التحمل الضيق (± 0.01 مم).
• المزايا: دقة أبعاد عالية, تكرار ممتازة, والمرونة في المنخفض- إلى إنتاج حجم متوسطة.
• التطبيقات: تجفيف الرش الصيدلاني, فوهات الصرف الصحي الغذائي, تبريد التوربينات الغازية.

مسحوق المعادن & تلبد

• عملية: مساحيق المعادن الجميلة (الفولاذ المقاوم للصدأ, كربيد التنغستن) أو السيراميك (الألومينا, الزركونيا) يتم ضغطها في موت تحت الضغط العالي (200-800 ميجا باسكال), ثم تم تلبيسها من 1000 إلى 1500 درجة مئوية.
  الانتهاء الثانوي مثل طحن أو حفر الليزر يخلق الفتحة.
• المزايا: ينتج صعبة للغاية, مواد مقاومة للارتداء; يسمح بالتحكم الوثيق في المسامية والبنية المجهرية.
• التطبيقات: رش الملاط, تخلص من الغلاية التي تعمل بالفحم, صناعات التعدين والأسمنت.

صب الحقن (البوليمرات & المركبات)

• عملية: اللدائن الحرارية (على سبيل المثال, ص, PVDF, نايلون) أو يتم ذوبان المركبات المهندسة وحقنها في قوالب فولاذية عند الضغط العالي.
  يبرد التبريد الجزء, والتي قد تتطلب الانفراج أو المعالجة السطحية. يمكن إضافة تعزيزات الألياف الزجاجية أو الكربون للقوة.
• المزايا: منخفضة التكلفة, الإنتاج الضخم القابل للتطوير; خفيفة الوزن ومقاومة للتآكل; مجموعة واسعة من الأشكال القابلة للتحقيق.
• التطبيقات: الرش الزراعي, فوهات معالجة المواد الكيميائية التي يمكن التخلص منها, جرعات معالجة المياه.

التصنيع المضافة (3د الطباعة)

• عملية: تلفيق طبقة تلو الأخرى باستخدام ذوبان الليزر الانتقائي (SLM) للمعادن أو رابط الطفرة/مجسم للسيراميك/البوليمرات.
  يسمح بتصنيع غرف دوامة شبيهة بالشبكة المعقدة ومسارات التدفق غير الخطية التي تعزز الذرة. ما بعد المعالجة (المعالجة الحرارية, تلميع) يحسن المتانة والانتهاء.
• المزايا: يتيح التصميمات المستحيلة مع الآلات التقليدية; النماذج الأولية السريعة; تخصيص الدفعة الصغيرة.
• التطبيقات: قنوات تبريد الفضاء, أذرع الصيدلانية, ص&د من هندسة الرش الجديدة.

التشطيب السطح & المعالجة الحرارية

• عملية: بعد تشكيل, الفوهات تخضع للتشطيب مثل تلميع, شحذ, أو اللف للأسطح الداخلية السلسة.
  العلاجات الحرارية (المكربن, نيترنج, أو التبريد & تقع) تعزيز الصلابة.
  الطلاء مثل PTFE, السيراميك, أو يتم تطبيق الكروم الصلب لتقليل الاحتكاك وتحسين مقاومة الكيميائية/التآكل.
• المزايا: يمتد حياة الخدمة, يقلل من خطر الانسداد, ويعزز اتساق الأداء.
• التطبيقات: مصانع المعالجة الكيميائية, أنظمة قمع الحرائق, البيئات البحرية.

ضمان الجودة

• التفتيش الأبعاد (CMM, القياس البصري).
• اختبار نمط الرش (شبكات جمع, رسم الخرائط الفوتوغرافية).
• توصيف حجم القطرات (حيود الليزر, PDPA).
• شهادة المواد (MTCs, اختبار التآكل/التآكل).

7. المزايا & حدود فوهات المخروطية المجوفة

المزايا الرئيسية

• تغطية محيط: الرش الحلقي يقلل من استخدام السوائل ويتجنب الإفراط في التشبع.
• متنوع القدرات: يعمل مع السوائل المنخفضة اللزوجة إلى المعتدلة المعتدلة; نطاق الضغط 1-100 بار.
• تسد & تآكل مقاومة: تمنع فتحات أكبر وفتحات دوامة الانسداد.
• تأثير السطح المنخفض: لطيف على الأسطح الحساسة مع ضمان التغطية.
• كفاءة الطاقة: يتطلب طاقة ضخ أقل من المخروط الكامل أو تيار صلب لتغطية مماثلة.

القيود الحرجة

• منطقة الميتة المركزية: مركز غير مناسب للتغطية الكاملة في المنطقة.
• حساسية الضغط: تتغير زاوية الرش وحجم قطرة مع تقلبات الضغط.
• تأثير أقل: ليست مثالية للتنظيف الكاشط أو التطبيقات الشاقة.
• الحد من اللزوجة عالية: السوائل >5,000 CP بحاجة إلى ضغط أعلى أو فوهات ساخنة.
• الصيانة اللازمة: يمكن أن تتراكم دوائر الدوامة الودائع; التنظيف الدوري المطلوب.

8. التطبيقات الصناعية لفوهة المخروطية المجوفة

يستخدم فوهة مخروطية مجوفة على نطاق واسع حيث تغطية محيط, ترطيب موحد, وحجم قطرة الخاضع للرقابة حاسمة. وتشمل التطبيقات الرئيسية:

زراعة & البستنة

• حتى مبيدات الآفات, مبيد الأعشاب, وتوزيع الأسمدة حول النباتات.
• يقلل من الاستخدام الكيميائي بنسبة 10-20 ٪ مقارنة بفوهات المروحة المسطحة.

تبريد & الترطيب

• أبراج التبريد, المرطب HVAC, والأنظمة التغيب الدفيئة.
• يضمن تغطية موحدة دون الإفراط في تشبع الأسطح.

الحماية من الحرائق & قمع

• يغطي الرش على شكل حلقة المعدات الحساسة والمناطق المحيطة.
• متوافقة مع أنظمة الرشاش المعتمدة من NFPA.

التنظيف الصناعي

• غسل الضوء أو شطف المعدات الرقيقة والناقلات.
• يقلل من أضرار التأثير مقارنة مع البخاخات الكاملة أو التيار الصلب.

قمع الغبار & معالجة المواد

• التعدين, أسمنت, ومرافق المواد السائبة للتحكم في الغبار المحمول جوا.
• يمنع ترطيب المحيط الفعال هروب الجسيمات.

كيميائية & الصناعات العملية

• تفاعلات الرش, تنظيف الغاز, والجرعات الكيميائية.
• يوفر تغطية حلقي موحدة, تقليل المناطق الميتة.

9. مقارنة مع أنواع الفوهة المتنافسة

ملخص:

• فوهات مخروطية جوفاء التفوق في تغطية محيط وتطبيقات منخفضة التأثير.
• فوهات المخروطية الكاملة هي الأفضل ل زي مُوحد, بخاخات المناطق المملوءة.
• فوهات المروحة المسطحة هي مثالية ل تغطية السطح الخطية.
• فوهات الدفق الصلبة يمد التنظيف أو القطع عالي القوة, لكن تغطية المنطقة المحدودة.

10. خاتمة

فوهات المخروطية المجوفة هي أدوات دقيقة تعيد تعريف الكفاءة في التفاعلات السائلة الغاز, تبريد, والجرعات الدقيقة.

نمط الرش الحلقي - الذي تم الهندسة عن طريق ديناميات سائل الدوامة - لا مثيل له, جعلها لا غنى عنها في الصناعات من توليد الطاقة إلى الأدوية.

نظرًا لأن الصناعات تعطي الأولوية للاستدامة والعمليات الذكية, سوف تستمر فوهة المخروط المجوفة في التطور - مستشعرات إنترنت الأشياء, 3تخصيص المطبوعة, والمواد الصديقة للبيئة.

للمهندسين والمشترين, يكمن النجاح في فهم الفروق الدقيقة للتصميم, اختيار المواد, والصيانة - يحتاج مواصفات الفوهة المحاذاة مع التطبيق إلى تحسين الأداء وتكاليف دورة الحياة.

الأسئلة الشائعة

ما هي المادة التي يجب أن أستخدمها لفوهة مخروطية مجوفة في 98% حمض الكبريتيك?

PTFE أو Hastelloy C276. يقاوم PTFE 98% حمض الكبريتيك يصل إلى 260 درجة مئوية مع عمر خدمة من 3 إلى 4 سنوات.

يفضل Hastelloy C276 لتطبيقات الضغط العالي (≥50 بار) بسبب قوتها المتفوقة (قوة الشد = 724 MPA). سوف تتآكل النحاس أو 316L في غضون 3-6 أشهر.

يمكن أن تتعامل فوهات مخروطية مجوفة (على سبيل المثال, زيت المحرك, 3,000 CP)?

نعم, مع التعديلات:

(1) استخدم فوهة دوامة مع فتحة 2-3 مم (تفتح الفتحات الأكبر السد);

(2) تسخين السائل إلى 60 درجة مئوية (يقلل من اللزوجة إلى ~ 1000 CP);

(3) زيادة الضغط إلى 20-30 بار (مقابل. 10 شريط للمياه) للحفاظ على DV50 = 80-100 ميكرون.

كم مرة يجب أن أقوم بتنظيف فوهات مخروطية مجوفة تستخدم في معالجة مياه الصرف الصحي (5% المواد الصلبة)?

أسبوعي. المواد الصلبة للمياه الصادمة (5%) تسد فتحات أسرع من السوائل النظيفة.

نظيفة من خلال نقع في أ 5% محلول حمض الستريك (30 دقائق) وفرشاة مع فرشاة نايلون ناعمة. تثبيت أ 10 μM مرشح مضمّن لتمديد فترات التنظيف إلى كل أسبوعين.

ما هي عمر الخدمة النموذجية لفوهة مخروطية مجوفة في تنظيف الغاز?

2-3 سنوات ل 316 لتر, 4-5 سنوات من أجل فوهات هاستلوي أو السيراميك.

العوامل تقلل من الحياة:

(1) التآكل الكيميائي (على سبيل المثال, تنظيف SO₂ مع الصودا الكاوية);

(2) ارتداء الجسيمات (على سبيل المثال, الرماد المتطاير في عادم محطة الطاقة);

(3) سوء الصيانة (التنظيف النادر). مد الحياة باستخدام فوهات السيراميك والتنظيف شهريًا.