Bico em espiral | Fundição personalizada & Soluções de spray de precisão

1. Introdução

Um bico em espiral é um robusto, atomizadores de baixa manutenção que criam um controlado, Frequentemente spray grande angular usando passagens internas helicoidais/espirais, em vez de câmaras de redemoinho convencionais ou múltiplos orifícios.

Eles são valorizados onde ampla cobertura, São necessários resistência ao entupimento e espectros de gotículas previsíveis - exemplos incluem resfriamento, umidificação, Supressão de poeira, Descalamento, e pulverização em massa na indústria pesada.

2. O que é um bico em espiral?

UM espiral bocal é um dispositivo de pulverização que produz um cone controlado, cone inteiro, ou spray de ventilador forçando o fluido através de um helicoidal (espiral) passagem interna.

Em vez de um único orifício reto ou uma câmara de redemoinho clássica, O fluido de trabalho é guiado ao longo de um canal espiral para que o momento axial seja gradualmente convertido em movimento circunferencial; O fluido sai como uma folha rotativa ou múltiplos jatos sincronizados que se dividem em gotículas.

Bicos espirais são valorizados por ampla cobertura, estabilidade de padrões e resistência relativa ao entupimento.

Variantes

• Espiral-cone completo - produz um cheio (sólido) Cone para cobertura de área uniforme.
• Cona oca em espiral - produz um anular (anel) pulverize com um vazio central.
• Fã em espiral / spray plana - Geometria sintonizada para produzir um amplo spray achatado para lavagem de transportadores ou correia.
• Inserir & Tipos de cartucho - Inserções espirais substituíveis instaladas em um corpo padrão para manutenção e mudança rápida.

Principais características & faixas típicas (Orientação de engenharia)

• Pressão operacional: tipicamente 1–40 bar Para muitos bicos espirais industriais (Alguns designs pesados ​​classificados para pressões mais altas).
• Taxa de fluxo: aproximadamente 0.1–200 l/min por bico, dependendo do tamanho e ΔP.
• Ângulo de pulverização:15° –170 ° (Geometria dependente); Os desenhos em espiral são frequentemente usados ​​quando ângulos muito amplos (até ~ 160 °) são necessários.
• Diâmetro mediano da gota (DV50): tipicamente 20–500 µm - Maior pressão e lábios mais nítidos dão gotículas mais finas.
• Dimensões do canal: Larguras/profundezas do canal comumente 0.3–3 mm; Os canais menores fornecem atomização mais fina, mas aumentam a sensibilidade ao entupimento.
• Materiais típicos: Aços inoxidáveis (304/316), Brass/bronze, ligas duplex; Inserções cerâmicas ou revestidas com HVOF para serviços abrasivos.

Observação: Esses intervalos são indicativos - ususe o fabricante q vs Δp curvas, Mapas de pulverização e dados DV50 para selecionar o tamanho correto para um determinado aplicativo.

3. Como funciona o bico em espiral?

• Condicionamento de entrada: O fluido pressurizado entra na entrada em espiral e segue o canal helicoidal.
  A espiral converte gradualmente o momento axial em momento circunferencial com geração limitada de turbulência em comparação com entradas tangenciais abruptas.
• Formação de folha/jato: O fluido sai ao longo do lábio espiral como uma folha rotativa ou múltiplos jatos sincronizados que se fundem em um cone ou ventilador coerente.
  Os perfis de continuidade e velocidade definem a espessura inicial da folha.
• Breakup em gotículas: Uma vez no ar ambiente, A folha/jato passa por cisalhamento aerodinâmico e Rayleigh -Taylor / Instabilidades de Kelvin - Helmholtz e se divide em gotículas.
  Velocidade de saída mais alta (de maior pressão) → gotículas mais finas.
• Fluxo auto-estabilizador: As geometrias espirais geralmente produzem fluxo estável sobre uma banda de pressão ampla porque o caminho helicoidal distribuído é menos sensível a pequenas obstruções e perturbações.

Principais parâmetros físicos: Número de Reynolds (Ré) no canal, Número Weber (Nós) e espessura da folha local (t) governar tamanhos típicos de gotículas DV50 típicos.

4. Materiais, Metalurgia e resistência ao desgaste (Bocais espirais)

Os bicos espirais operam em ambientes hidráulicos agressivos: Altas velocidades locais, fluidos carregados de partículas, Ciclismo térmico e ataque químico.

As opções de material e engenharia de superfície determinam, portanto, a vida útil, A cadência de manutenção e o ciclo de vida custam muito mais do que o preço nominal de compra.

Vestir & Mecanismos de degradação

• Abrasivo / erosão particulada: partículas sólidas (areia, escala, Grit) impactar nas superfícies labiais/canais; Rugarador → gotículas maiores e distorção de padrões.
• Ataque erosivo -corrosivo (combinado): Corrosão enfraquece a matriz para que as partículas removam o material mais rápido. Comum em solução salina, riachos ácidos ou clorados.
• Cavitação / colapso do vapor: A formação de vapor local e colapso perto das bordas de alto cisalhamento causa coroa e perda rápida de material.
• Preocupando -se / fadiga mecânica: O carregamento cíclico em interfaces de montagem ou lábios finos pode rachar/coalesce.
• Choque térmico / espalação: Os balanços de temperatura rápidos causam delaminação de revestimento ou rachaduras de cerâmica.
• Incrustação / Deposição química: escala, Polímero ou filmes biológicos reduzem a passagem livre e mudam a atomização.

Entender qual das opções acima domina em seus guias de serviço e seleção de revestimento.

Opções de material-base

Engenharia de superfície & Revestimentos

• Hvof-carbida de tungstênio/cobalto (WC-Co) Revestimentos - Denso, Extremamente resistente à abrasão. Melhor para alta velocidade, fluxos abrasivos (Por exemplo, Descalamento, mineração).
  Faixa de espessura aplicada típica: 50–300 µm.
• Níquel com eletricidade (Enp) - Cobertura uniforme em geometrias complexas; boa corrosão + resistência moderada ao desgaste.
  Espessura típica: 8–30 µm. Use onde a corrosão e o baixo atrito da matéria.
• DLC (Carbono semelhante ao diamante) - ultra baixo atrito, Bom para líquidos propensos a aderência; afinar (Alguns µm) e melhor para pequenas áreas de contato (pintles, lábios).
• Sobreposições de cerâmica / Inserções de cerâmica soldada (Al₂o₃, Sic) - para extrema abrasão; Use como inserção de sacrifício na saída Lip/Channel.
  Pureza de cerâmica (≥92-99% Al₂o₃) é prática comum.
• Ptfe / Revestimentos de fluoropolímero - Reduza a incrustação e a adesão (Bom em pegajoso, fluidos de polimerização); Resistência limitada ao desgaste. Espessura típica: 20–50 µm.
• Cromado duro - Tecnologia mais antiga para resistência ao desgaste; Substituído frequentemente pelo HVOF WC-Co para melhores características de ligação e desgaste.

Dica de seleção: Combine um substrato resistente ao desgaste (Por exemplo, Duplex Stainless) com uma sobreposição protetora nas zonas de pior vestuário (lábio, entrada do canal).

5. Métodos de fabricação de bocais espirais

Bicos espirais requerem geometria precisa para gerar um spray de cone oco consistente.

O método de fabricação escolhido afeta diretamente a precisão dimensional, qualidade da superfície, durabilidade, e custo.

Fundição de areia

• Processo: A liga derretida é derramada em moldes de areia em sílica ou resina em forma de modos por meio de padrões.
• Vantagens: Econômico para tamanhos grandes (DN ≥ 50 mm), Adequado para aplicações industriais de alto volume.
• Limitações: Rugosidade da superfície (RA 6–12 µm) e desvios dimensionais requerem usinagem secundária.
• Aplicações: Torres de resfriamento, Dessulfurização de gás de combustão, dessalinização.

Elenco de investimento (Processo de cera perdida)

• Processo: Os padrões de cera são revestidos com pasta de cerâmica, DeWaxed, e cheio de liga fundida.
• Vantagens: Excelente precisão e acabamento superficial (RA 3-6 µm), usinagem mínima necessária.
• Limitações: Custo mais alto, Restrições de tamanho (≤300 mm).
• Aplicações: Plantas químicas, Sistemas de spray marítimos, proteção contra incêndio.

Usinagem CNC

• Processo: A geometria espiral é cortada diretamente do estoque de barra ou em branco fundido usando o moinho de 3 a 5 eixos CNC; EDM para ligas duras.
• Vantagens: Alta precisão (± 0,01 mm), repetibilidade, e flexibilidade para modificações de design.
• Limitações: Desperdício de material e maior custo para espirais complexas.
• Aplicações: Aeroespacial, farmacêuticos, sistemas de atomização crítica.

Fabricação aditiva (3D impressão)

• Processo: Pós de metal (316L, Inconel, Ti-6al-4V) camada por camada fundida via SLM/DMLS.
• Vantagens: Permite geometrias complexas impossíveis via elenco; Prototipagem rápida e personalização.
• Limitações: Alto custo de produção; requer pós-processamento (Por exemplo, eletropolismo).
• Aplicações: Designs personalizados/OEM, R&D, pulverização farmacêutica.

Prensagem de cerâmica & Sinterização

• Processo: Alumina ou pós de carboneto de silício pressionados e sinterizados em >1,500° c.
• Vantagens: Dureza excepcional e resistência ao desgaste, Vida de serviço longa em ambientes abrasivos.
• Limitações: Frágil; geralmente aplicado como inserções em vez de corpos de bicos completos.
• Aplicações: Mineração, Descalamento de aço, Manuseio abrasivo.

Controle de qualidade

• Inspeção dimensional: Coordenar máquinas de medição (Cmms) amostra 5% de bicos por lote, Verificando a profundidade do canal, tom, e diâmetro de saída contra desenhos OEM.
• Teste de fluxo: Cada bico é testado em 3, 10, e 30 bar para garantir a taxa de fluxo corresponde às especificações (± 2% de desvio).
• Análise do padrão de pulverização: Câmeras de alta velocidade (1,000 FPS) e sistemas de difração a laser (ISO 13320) Valide o tamanho e a uniformidade das gotículas - Nozzles com UC <85% são rejeitados.

6. Vantagens e limitações de bicos espirais

Vantagens

• Ângulos de pulverização larga e cobertura uniforme com geometria relativamente simples.
• Alta resistência ao entupimento comparado com bocais de cone oco multi-micro-orifício.
• Durabilidade: O canal espiral distribui o estresse e reduz a erosão localizada.
• Desempenho de Steening: estabilidade de padrões em uma banda de pressão ampla.
• Serviabilidade: Inserções substituíveis ou cartuchos em espiral simplificam a manutenção.

Limitações

• Limites de espectro de gotículas: Enquanto versátil, bicos espirais podem não atingir a atomização ultrafina (Sub-50 µm) de bicos especializados de redemoinho de cone oco de alta pressão.
• Complexidade de fabricação: Tolerâncias em espiral apertadas podem ser exigentes e caras para canais muito pequenos.
• Sensibilidade ao projeto: A geometria dos lábios de saída é crítica - acabamento labial ruim ou rebarbas mudam drasticamente a atomização.
• Não é ideal para fluidos extremamente viscosos a menos que seja aquecido ou especialmente perfilado.

7. Aplicações industriais de bicos espirais

• Descalamento & processamento de metal: contínuo, Spray de cobertura larga para remover escala e resfriamento.
• Torres de resfriamento & resfriamento evaporativo: ângulos de pulverização ampla para maximizar a área de contato e a evaporação.
• Supressão de poeira & Controle de partículas: perímetro sprays em instalações de mineração/cimento.
• Umidificação / nebulização de estufa: Cobertura ampla estável com pressões modestas.
• Proteção contra incêndio (variantes especiais): bicos espirais maiores usados ​​em sistemas de dilúvio e refrigeradores de spray.
• Processamento químico & Scrubbers: onde é necessária uma cobertura e resistência à corrosão.

8. Modos de falha comuns, Solução de problemas, e mitigação

9. Comparação com outros tipos de bicos

10. Conclusão

Bicos espirais são uma família versátil de atomizadores industriais que se equilibram ampla cobertura, resistência ao entupimento, e operação robusta.

Sua geometria interna helicoidal oferece vantagens em manutenção e estabilidade em muitos projetos de orifício convencionais, especialmente em ambientes industriais severos.

A seleção correta requer atenção às propriedades do fluido, faixa de pressão, Passagem livre mínima e compatibilidade do material.

Os avanços na fabricação e revestimentos continuam a expandir a capacidade do bico em espiral para aplicações mais exigentes.

Perguntas frequentes

Por que escolher um bico em espiral

• Bom Estabilidade do padrão em uma banda de pressão ampla.
• Maior tolerância ao entupimento do que muitos bocais micro-orifícios de cone oca porque o caminho em espiral distribui fluxo e geralmente tem passagens livres mínimas maiores.
• Ampla cobertura capacidade com um único bico (reduz a contagem de bicos).
• Inserção substituível Os projetos simplificam a manutenção e o menor custo do ciclo de vida em ambientes erosivos.

São sensíveis à orientação dos bocais em espiral?

Alguns projetos são tolerantes a qualquer orientação; Outros exigem uma orientação vertical para manter a simetria. Confirme com o fabricante.

Os bicos espirais podem lidar com as quedas?

Sim - eles são comumente usados ​​para lamas e descalcões. Escolha geometrias de canal maior e materiais difíceis (HVOF, cerâmica) Para serviço abrasivo.

Os bicos em espiral requerem filtros especiais a montante?

Sim - especifique os filtros cuja abertura máxima de malha é ≤ 1/3 da menor largura do canal em espiral para evitar bloqueio enquanto equilibra a frequência de manutenção.