Nosel kerucut berongga | Casting presisi & Solusi OEM

1. Perkenalan

Nosel kerucut berongga adalah komponen atomisasi cairan yang sangat terspesialisasi yang memainkan peran yang sangat diperlukan dalam industri yang memerlukannya atomisasi halus, rasio permukaan terhadap volume yang tinggi, dan kontak gas-cair yang efisien.

Berbeda dengan desain kipas full cone atau flat, nozel kerucut berongga menghasilkan pola semprotan melingkar dengan tetesan yang relatif kecil terkonsentrasi sepanjang pita melingkar, meninggalkan poros tengah relatif kering.

Hal ini membuat mereka menjadi pilihan utama pelembapan, Pendinginan evaporatif, penggosokan, Penyemprotan pestisida, dan proses pembakaran.

2. Apa itu Nosel Kerucut Berongga?

A kerucut berlubang nosel adalah perangkat semprotan yang dirancang secara presisi yang dirancang untuk mengubah aliran cairan menjadi atom yang halus, pola semprotan berbentuk cincin.

Berbeda dengan nozel kerucut penuh, yang mendistribusikan tetesan ke seluruh volume kerucut, nosel kerucut berongga memusatkan tetesan cairan terutama di sepanjang anulus perifer, meninggalkan bagian tengahnya relatif kering.

Geometri unik ini menjadikannya sangat efektif dalam aplikasi yang membutuhkan atomisasi halus, penguapan yang cepat, dan permukaan interaksi gas-cair yang besar.

Prinsip kerja

Pengoperasian dasar nosel kerucut berongga bergantung pada induksi pusaran cairan:

• Induksi Pusaran: Cairan memasuki badan nosel melalui satu atau lebih saluran tangensial, alur heliks, atau sisipan pusaran.
• Formasi Pusaran: Fluida memperoleh momentum sudut, membentuk film cair yang berputar cepat di dalam ruang pusaran.
• Formasi Lembar: Saat cairan keluar melalui lubang yang dikerjakan dengan mesin presisi, itu menyebar ke luar karena gaya sentrifugal, menciptakan lembaran cairan annular tipis.
• Atomisasi: Lembaran ini pecah karena geseran aerodinamis dan ketidakstabilan tegangan permukaan, membentuk cincin tetesan halus dalam pola kerucut.

Mendefinisikan Karakteristik

• Semprotan Geometri: Berbentuk kerucut dengan bagian dalam berongga, biasanya dengan sudut dari 40° hingga 140°.
• Ukuran tetesan: Atomisasi halus, sering di 10Kisaran –200 μm, tergantung pada tekanan dan desain nosel.
• Distribusi: Kepadatan tetesan seragam di sepanjang keliling kerucut, ideal untuk proses yang memerlukan cakupan periferal sekalipun.
• Hidrodinamika: Angka Weber yang tinggi (Kami > 100) dalam rentang operasi memastikan pecahnya tetesan didominasi oleh gaya inersia daripada tegangan permukaan.

Mengapa Bentuk “Berongga” Penting

• Pendinginan & Pelembapan: Memaksimalkan luas permukaan untuk perpindahan panas dan massa.
• Semprotkan pengeringan & Pembakaran: Meningkatkan laju penguapan karena tetesan yang lebih kecil.
• Penggosokan & Perawatan Gas: Memastikan efisiensi kontak yang tinggi dalam sistem serap.

3. Semprot Fisika & Metrik kinerja

Metrik Utama

• Sudut semprotan (40°–140°): Mendefinisikan lebar cakupan.
• Laju aliran (Q): Diatur oleh diameter lubang dan perbedaan tekanan (Q ∝ √ΔP).
• Ukuran tetesan (D32, VMD): Biasanya 10–200 μm, penting untuk penguapan dan kontrol drift.
• Keseragaman Distribusi: Menentukan seberapa merata cairan disimpan di sepanjang cincin annular.
• Kekuatan dampak: Sedang dibandingkan dengan kipas datar atau kerucut penuh, membuatnya cocok untuk pendinginan dan pelembaban tetapi tidak membersihkan tugas berat.

Wawasan Dinamika Fluida

Pada tekanan operasi di atas 5 batang, Angka Reynolds melebihi 10⁴, memastikan kondisi bergejolak.

Itu Nomor Weber (rasio kekuatan tegangan inersia terhadap permukaan) sering melebihi 100, mengkonfirmasi itu Kekuatan aerodinamik mendominasi perpisahan, menghasilkan baik -baik saja, tetesan stabil.

4. Bahan & Pertimbangan Metalurgi

5. Jenis dan Geometri Internal Nozel Kerucut Berongga

Nosel kerucut berongga dapat dikategorikan secara luas berdasarkan cara mereka menghasilkan aliran berputar yang membentuk semprotan annular.

Pilihan geometri internal menentukan sudut semprotan, Ukuran tetesan, Resistensi Bakiak, dan kinerja keseluruhan.

Nozel spiral

• Desain: Menggunakan potongan spiral kontinu atau alur heliks yang dimasukkan ke dalam badan nosel.
  Cairan mengalir sepanjang jalur spiral, memecah menjadi aliran halus di setiap tepinya, yang secara kolektif membentuk semprotan kerucut berongga. Tidak diperlukan ruang pusaran khusus, membuat desainnya sederhana namun sangat efektif.
• Fitur: Sudut semprotan yang sangat lebar (hingga 180°); tidak ada ruang pusaran internal.
• Keuntungan: Minim penyumbatan; menangani cairan kotor dan bubur dengan baik.
• Aplikasi: Menggosok gas, menara pendingin, penindasan kebakaran, kontrol debu.

Nozel Pusaran Aksial

• Desain: Menggabungkan ruang pusaran yang diposisikan tepat di belakang lubang keluar.
  Cairan masuk secara aksial dan dipandu ke dalam rotasi melalui alur spiral atau sisipan pusaran, menciptakan pusaran sebelum dibuang.
  Geometri ruang (berbentuk silinder atau kerucut) mengontrol keseragaman semprotan dan ukuran tetesan.
• Fitur: Didefinisikan dengan baik, semprotan kerucut berongga tipis dengan ukuran tetesan halus.
• Keuntungan: Keseragaman tinggi, cakupan yang tepat; geometri kompak.
• Aplikasi: Reaktor kimia, pelembapan, Semprotkan pengeringan.

Nozel Masuk Tangensial

• Desain: Dilengkapi satu atau lebih port saluran masuk tangensial di sisi nosel, memaksa fluida berputar cepat di dalam ruang pusaran silinder.
  Pusaran yang dihasilkan keluar melalui lubang bundar, membentuk pola kerucut berongga. Ukuran dan jumlah port tangensial menentukan stabilitas aliran dan distribusi tetesan.
• Fitur: Pusaran kuat dengan geseran tinggi, menghasilkan distribusi tetesan yang sempit.
• Keuntungan: Pola semprotan yang sangat stabil; efektif dengan cairan dengan viskositas rendah hingga sedang.
• Aplikasi: Pendinginan gas, Penyemprotan pestisida, lapisan permukaan.

Tipe baling-baling (Menyisipkan) Nozel

• Desain: Menggunakan sisipan baling-baling internal yang dapat dilepas dan diposisikan sebelum lubang nosel. Baling-baling memiliki beberapa slot atau bilah bersudut yang memberikan gerakan pusaran terkontrol pada cairan.
  Geometri baling-baling (lebar celah, sudut, menghitung) secara langsung mempengaruhi sudut semprotan dan ukuran tetesan, dan sisipan dapat ditukar untuk menyesuaikan kinerja.
• Fitur: Ukuran tetesan dapat disesuaikan berdasarkan geometri baling-baling; lubang mudah diganti.
• Keuntungan: Desain yang bisa diservis; kinerja yang disesuaikan; perawatan yang lebih mudah.
• Aplikasi: Pengolahan makanan, Desulfurisasi gas buang (Fgd), pendinginan presisi.

Nozel Kerucut Berongga Multi-lubang

• Desain: Terdiri dari beberapa lubang kecil yang disusun melingkar di sekeliling permukaan nosel.
  Setiap lubang mengeluarkan pancaran halus yang membentuk bagian dari keseluruhan semprotan kerucut berongga, digabungkan menjadi pola melingkar yang seragam.
  Desainnya memungkinkan penskalaan kapasitas aliran dengan hanya menyesuaikan angka dan ukuran lubang.

  

• Fitur: Laju aliran tinggi dengan aliran tetesan terdistribusi.
• Keuntungan: Redundansi yang bagus; terus berfungsi bahkan jika satu orifice menyumbat.
• Aplikasi: Pendinginan berkapasitas tinggi, irigasi skala besar, penindasan kebakaran.

6. Metode Pembuatan dan Kontrol Kualitas Nozel Kerucut Berongga

Metode pembuatan

Casting presisi

• Proses: Penggunaan casting investasi (lilin yang hilang) atau Casting pasir presisi. Model lilin nosel dibuat, Dilapisi dengan bubur keramik, Kemudian meleleh untuk membentuk rongga cetakan.
  Paduan cair (MISALNYA., baja tahan karat, Hastelloy, atau keramik) dituangkan, SOLDIFIED, dan selesai dengan pemesinan atau penggilingan.
• Keuntungan: Mampu menghasilkan ruang swirl internal yang rumit dan besar, Desain one-piece; Sangat baik untuk lingkungan suhu tinggi atau korosif.
• Aplikasi: Scrubbers pembangkit listrik, reaktor kimia, dan menara pendingin berskala besar.

Pemesinan CNC

• Proses: Dimulai dengan stok bar padat atau kosong yang ditempa. Multi-sumbu CNC berputar Dan penggilingan Mesin memotong geometri yang tepat, termasuk lubang, slot baling -baling, dan ruang pusaran.
  Pemolesan dan pengasahan akhir menghilangkan gerinda dan memastikan toleransi yang ketat (± 0,01 mm).
• Keuntungan: Akurasi dimensi tinggi, pengulangan yang sangat baik, dan fleksibilitas untuk rendah- untuk produksi volume sedang.
• Aplikasi: Pengeringan semprot farmasi, nozel sanitasi makanan, pendinginan turbin gas.

Metalurgi bubuk & Sintering

• Proses: Serbuk logam halus (baja tahan karat, Tungsten Carbide) atau keramik (Alumina, Zirkonia) ditekan menjadi cetakan di bawah tekanan tinggi (200–800 MPa), kemudian disinter pada suhu 1.000–1.500°C.
  Penyelesaian sekunder seperti penggilingan atau pengeboran laser menciptakan lubang.
• Keuntungan: Menghasilkan sangat keras, bahan tahan aus; memungkinkan kontrol ketat terhadap porositas dan struktur mikro.
• Aplikasi: Penyemprotan bubur abrasif, desulfurisasi boiler berbahan bakar batubara, industri pertambangan dan semen.

Cetakan Injeksi (Polimer & Komposit)

• Proses: Termoplastik (MISALNYA., hal, Pvdf, nilon) atau komposit rekayasa dilebur dan disuntikkan ke dalam cetakan baja dengan tekanan tinggi.
  Pendinginan memperkuat bagian tersebut, yang mungkin memerlukan pencairan atau perawatan permukaan. Penguat kaca atau serat karbon dapat ditambahkan untuk kekuatan.
• Keuntungan: Berbiaya rendah, produksi massal yang terukur; ringan dan tahan korosi; berbagai macam bentuk yang dapat dicapai.
• Aplikasi: Penyemprotan pertanian, nozel penanganan bahan kimia sekali pakai, dosis pengolahan air.

Pembuatan aditif (3D Pencetakan)

• Proses: Fabrikasi lapis demi lapis menggunakan Melting laser selektif (Slm) untuk logam atau pengaliran pengikat/stereolitografi untuk keramik/polimer.
  Memungkinkan pembuatan ruang pusaran seperti kisi yang kompleks dan jalur aliran non-linier yang meningkatkan atomisasi. Pasca-pemrosesan (perlakuan panas, pemolesan) meningkatkan daya tahan dan hasil akhir.
• Keuntungan: Memungkinkan desain yang mustahil dilakukan dengan pemesinan tradisional; Prototipe cepat; penyesuaian dalam jumlah kecil.
• Aplikasi: Saluran pendingin luar angkasa, alat penyemprot farmasi, R&D geometri semprotan baru.

Penyelesaian Permukaan & Perlakuan panas

• Proses: Setelah terbentuk, nozel menjalani finishing seperti pemolesan, mengasah, atau menjilat untuk permukaan bagian dalam yang halus.
  Perawatan panas (Carburizing, nitriding, atau pendinginan & tempering) meningkatkan kekerasan.
  Pelapis seperti PTFE, keramik, atau krom keras diterapkan untuk mengurangi gesekan dan meningkatkan ketahanan terhadap bahan kimia/abrasi.
• Keuntungan: Memperpanjang umur layanan, mengurangi risiko penyumbatan, dan meningkatkan konsistensi kinerja.
• Aplikasi: Pabrik pengolahan bahan kimia, Sistem Penindasan Kebakaran, lingkungan laut.

Jaminan kualitas

• Inspeksi Dimensi (CMM, metrologi optik).
• Pengujian Pola Semprotan (kisi-kisi koleksi, pemetaan fotografi).
• Karakterisasi Ukuran Tetesan (Difraksi Laser, PDPA).
• Sertifikasi material (MTC, pengujian korosi/erosi).

7. Keuntungan & Keterbatasan Nozel Kerucut Berongga

Keuntungan utama

• Cakupan Perimeter: Semprotan berbentuk lingkaran mengurangi penggunaan cairan dan menghindari kejenuhan berlebih.
• Serbaguna: Bekerja dengan cairan dengan viskositas rendah hingga bubur sedang; kisaran tekanan 1–100 bar.
• Menyumbat & Tahan Erosi: Lubang yang lebih besar dan baling-baling berputar mencegah penyumbatan.
• Dampak Permukaan Rendah: Lembut pada permukaan yang halus sambil memastikan cakupannya.
• Hemat energi: Membutuhkan daya pemompaan yang lebih kecil dibandingkan aliran kerucut penuh atau aliran padat untuk cakupan yang serupa.

Keterbatasan Kritis

• Zona Mati Tengah: Bagian tengah yang tidak dibasahi tidak cocok untuk cakupan area penuh.
• Sensitivitas tekanan: Sudut semprotan dan ukuran tetesan berubah seiring fluktuasi tekanan.
• Dampak Lebih Rendah: Tidak ideal untuk pembersihan abrasif atau aplikasi tugas berat.
• Batasan Viskositas Tinggi: Cairan >5,000 cP membutuhkan tekanan yang lebih tinggi atau nozel yang dipanaskan.
• Diperlukan Perawatan: Swirl vanes dapat mengakumulasi deposit; diperlukan pembersihan berkala.

8. Aplikasi Industri Nosel Kerucut Berongga

Nosel kerucut berlubang banyak digunakan di mana Cakupan Perimeter, pembasahan seragam, dan ukuran tetesan terkontrol sangat penting. Aplikasi utama termasuk:

Pertanian & Hortikultura

• Bahkan pestisida, herbisida, dan distribusi pupuk di sekitar tanaman.
• Mengurangi penggunaan kimia sebesar 10-20% dibandingkan dengan nozel kipas datar.

Pendinginan & Pelembapan

• Menara pendingin, Humidifier hvac, dan sistem kabut rumah kaca.
• Memastikan cakupan yang seragam tanpa permukaan jenuh berlebihan.

Perlindungan Kebakaran & Penekanan

• Semprotan berbentuk cincin menutupi peralatan sensitif dan area perimeter.
• Kompatibel dengan sistem sprinkler yang disetujui NFPA.

Pembersihan Industri

• Cuci ringan atau pembilasan peralatan dan konveyor yang halus.
• Mengurangi kerusakan dampak dibandingkan dengan kerucut penuh atau semprotan aliran padat.

Penindasan debu & Penanganan Material

• Pertambangan, semen, dan fasilitas material curah untuk mengendalikan debu di udara.
• Pembasahan perimeter yang efisien mencegah pelarian partikel.

Kimia & Industri Proses

• Reaktor semprot, menggosok gas, dan dosis kimia.
• Memberikan cakupan annular yang seragam, meminimalkan zona mati.

9. Perbandingan dengan Jenis Nozzle Pesaing

Ringkasan:

• Nozel kerucut berongga unggul Cakupan perimeter dan aplikasi berdampak rendah.
• Nozel kerucut penuh adalah yang terbaik untuk seragam, Semprotan di area terisi.
• Nozel kipas datar sangat ideal untuk Cakupan permukaan linier.
• Nozel aliran solid menyediakan pembersihan atau pemotongan kekuatan tinggi, Tapi cakupan area terbatas.

10. Kesimpulan

Nozel kerucut berongga adalah alat presisi yang mendefinisikan kembali efisiensi dalam interaksi gas-cair, pendinginan, dan dosis presisi.

Pola semprotan annularnya—direkayasa melalui dinamika fluida pusaran—menghasilkan luas permukaan dan efisiensi kontak yang tak tertandingi, menjadikannya sangat diperlukan dalam industri mulai dari pembangkit listrik hingga farmasi.

Karena industri memprioritaskan keberlanjutan dan operasi cerdas, nozel kerucut berongga akan terus berkembang—mengintegrasikan sensor IoT, 3Kustomisasi D-cetak, dan bahan ramah lingkungan.

Untuk insinyur dan pembeli, kesuksesan terletak pada pemahaman nuansa teknis desain, pemilihan materi, dan pemeliharaan—menyelaraskan spesifikasi nosel dengan kebutuhan aplikasi untuk mengoptimalkan kinerja dan biaya siklus hidup.

FAQ

Bahan apa yang harus saya gunakan untuk nosel kerucut berongga 98% asam sulfat?

PTFE atau Hastelloy C276. PTFE menolak 98% asam sulfat hingga 260°C dengan masa pakai 3–4 tahun.

Hastelloy C276 lebih disukai untuk aplikasi tekanan tinggi (≥50 bar) karena kekuatannya yang unggul (kekuatan tarik = 724 MPa). Kuningan atau 316L akan terkorosi dalam waktu 3–6 bulan.

Dapatkah nozel kerucut berongga menangani cairan dengan viskositas tinggi (MISALNYA., oli mesin, 3,000 cp)?

Ya, dengan modifikasi:

(1) Gunakan nosel baling-baling putar dengan lubang 2–3 mm (lubang yang lebih besar mengurangi penyumbatan);

(2) Panaskan cairan hingga 60°C (mengurangi viskositas hingga ~1.000 cP);

(3) Tingkatkan tekanan hingga 20–30 bar (vs.. 10 bar untuk air) untuk mempertahankan Dv50 = 80–100 μm.

Seberapa sering saya harus membersihkan nozel kerucut berongga yang digunakan dalam pengolahan air limbah (5% padatan)?

Mingguan. Padatan air limbah (5%) menyumbat lubang lebih cepat dibandingkan cairan bersih.

Bersihkan dengan cara direndam dalam a 5% larutan asam sitrat (30 menit) dan menyikat dengan sikat nilon yang lembut. Pasang a 10 filter inline μm untuk memperpanjang interval pembersihan hingga dua minggu sekali.

Berapa masa pakai khas nosel kerucut berongga dalam penggosokan gas?

2–3 tahun untuk nozel 316L, 4–5 tahun untuk nozel Hastelloy atau keramik.

Faktor yang mengurangi kehidupan:

(1) Abrasi kimia (MISALNYA., menggosok SO₂ dengan soda kaustik);

(2) Keausan partikulat (MISALNYA., fly ash di knalpot pembangkit listrik);

(3) Perawatan yang buruk (jarang dibersihkan). Perpanjang masa pakai dengan menggunakan nozel keramik dan pembersihan setiap bulan.