Форсунки для охлаждения: вода, туман или воздух — что выбрать

Распылительные форсунки применяются для охлаждения продукции, оборудования, воздуха, металла, технологических поверхностей и различных производственных процессов.

Но слово «охлаждение» может означать совершенно разные задачи. В одном случае необходимо интенсивно отвести тепло большим количеством воды, в другом — снизить температуру воздуха практически без намокания поверхности, а в третьем — охладить или обдуть изделие потоком сжатого воздуха.

Поэтому выбирать форсунку только по расходу или углу распыла неправильно. Сначала необходимо определить механизм охлаждения: прямое водяное охлаждение, испарительное охлаждение туманом, распыление вода-воздух или охлаждение потоком воздуха.

Разберём различия между этими технологиями и покажем, какие форсунки B4S можно использовать для каждой задачи.

1. Какие способы охлаждения применяются в промышленности

С помощью форсунок можно реализовать несколько основных способов охлаждения:

• прямое охлаждение водой — вода непосредственно контактирует с горячей поверхностью или продуктом;
• мелкодисперсное охлаждение — вода распыляется на мелкие капли;
• испарительное охлаждение воздуха — часть мелких капель испаряется и отбирает тепло у окружающего воздуха;
• распыление вода-воздух — жидкость дополнительно атомизируется сжатым воздухом;
• воздушное охлаждение — используется направленный поток сжатого воздуха без подачи воды.

У каждого способа своя область применения.

2. Главный вопрос — что именно нужно охлаждать

Перед выбором форсунки необходимо определить объект охлаждения.

Это может быть:

• металлическая поверхность;
• горячая деталь;
• лента или лист;
• продукция на конвейере;
• оборудование;
• воздух в помещении;
• воздух возле технологического процесса;
• газовый поток;
• сырьё или сыпучий материал.

Для охлаждения горячего металла и для снижения температуры воздуха нужны совершенно разные системы.

3. Когда выбирать прямое охлаждение водой

Прямое водяное охлаждение целесообразно, если контакт воды с объектом допустим и необходимо интенсивно отводить тепло.

Типичные задачи:

• охлаждение металлических изделий;
• охлаждение технологических поверхностей;
• охлаждение продукции на конвейере;
• охлаждение оборудования;
• охлаждение материалов после термических процессов.

Для таких процессов могут использоваться плоскоструйные, полноконусные или спиральные форсунки.

4. Плоскоструйные форсунки для охлаждения поверхности

Плоскоструйная форсунка формирует веерообразный факел.

Это удобно, когда необходимо распределить воду по определённой ширине поверхности, например:

• по металлической полосе;
• по движущемуся изделию;
• по ленте;
• по плоской поверхности.

Несколько форсунок можно установить на коллекторе таким образом, чтобы соседние факелы обеспечивали необходимое покрытие.

Для предварительной оценки ширины факела используется:

W = 2H × tan(α/2)

где:

• W — теоретическая ширина факела;
• H — расстояние до поверхности;
• α — угол распыла.

Подробнее: как рассчитать ширину факела форсунки →

5. Пример плоскоструйной форсунки B4S PSU

Для прямого охлаждения поверхности можно рассматривать плоскоструйные форсунки серии B4S PSU.

Например, B4S 1/4 PSU 0840.3:

• резьба: 1/4;
• угол распыла: 40°;
• расход: 3,2 л/мин при 3 бар;
• материал: AISI 303.

Узкий относительно широкоугольных моделей факел может быть полезен, когда необходимо сконцентрировать воздействие на определённой зоне поверхности.

Посмотреть B4S PSU 0840.3 →

6. Полноконусные форсунки для объёмного орошения

Полноконусная форсунка распределяет жидкость внутри круглой зоны распыла.

Такая геометрия может быть удобна, если необходимо не сформировать линейный веер, а равномерно орошать определённую площадь.

В каталоге B4S представлены полноконусные форсунки различных расходов и углов распыла.

Смотреть полноконусные форсунки →

7. Пример B4S FCA для интенсивного водяного охлаждения

Например, B4S 1/4 FCA 13 90.3 имеет:

• резьбу: 1/4;
• угол распыла: 90°;
• расход: 10,0 л/мин при 3 бар;
• материал: AISI 303.

По сравнению с мелкодисперсными HCF это уже совершенно другой класс расхода и другой принцип охлаждения — поверхность получает значительное количество жидкой воды.

8. Спиральные форсунки для охлаждения

Для процессов, где требуется высокая производительность и большой свободный проход, можно рассматривать спиральные форсунки B4S.

Они формируют полный или полый конус и применяются в том числе для охлаждения, мойки и других тяжёлых промышленных процессов.

Конструкция без традиционного внутреннего завихрителя также интересна для условий, где важна устойчивость к загрязнениям.

Смотреть спиральные форсунки B4S →

9. Когда вместо большого количества воды нужен туман

Совершенно другая задача возникает, если необходимо:

• охладить воздух;
• уменьшить температуру рабочей зоны;
• использовать испарительное охлаждение;
• минимизировать намокание оборудования или продукции;
• распределить небольшое количество воды через множество точек.

В таких случаях рассматривают мелкодисперсные и туманообразующие форсунки.

Смотреть форсунки B4S для туманообразования →

10. Как работает испарительное охлаждение

При распылении вода разделяется на множество мелких капель.

Часть воды испаряется, поглощая тепло из окружающего воздуха.

В результате температура воздуха может снижаться.

Чем эффективнее происходит испарение, тем меньше жидкой воды достигает окружающих поверхностей.

Однако результат зависит не только от форсунки.

11. От чего зависит эффективность охлаждения туманом

На испарительное охлаждение влияют:

• температура воздуха;
• относительная влажность;
• размер капель;
• расход воды;
• давление;
• время нахождения капель в воздухе;
• вентиляция;
• скорость воздушного потока;
• расположение форсунок.

Поэтому нельзя обещать определённое снижение температуры только на основании модели форсунки.

12. Почему влажность воздуха особенно важна

Испарительное охлаждение связано со способностью воздуха принять дополнительную влагу.

При сухом и горячем воздухе потенциал испарительного охлаждения обычно выше.

При высокой относительной влажности испарение затрудняется, поэтому больше воды может оставаться в виде жидких капель.

Следовательно, одинаковая система в разных климатических условиях может давать разный результат.

13. B4S HCF — основной вариант для гидравлического туманообразования

Для гидравлических систем мелкодисперсного охлаждения можно использовать форсунки B4S серии HCF.

Рассмотрим три варианта с одинаковым резьбовым присоединением 1/4, но разной производительностью.

Такой модельный ряд позволяет изменять расход отдельной точки распыления, сохраняя общий принцип монтажа.

14. B4S HCF2.3 — когда нужен небольшой расход

B4S 1/4 HCF2.3 имеет расход 14,2 л/ч при 10 бар.

В пересчёте:

14,2 / 60 ≈ 0,237 л/мин

Это позволяет распределить относительно небольшой общий расход между несколькими точками распыления.

Например, десять одинаковых форсунок:

14,2 × 10 = 142 л/ч ≈ 2,37 л/мин

Посмотреть B4S HCF2.3 →

15. B4S HCF4.3 — промежуточный вариант

B4S 1/4 HCF4.3 имеет расход 28,6 л/ч при 10 бар.

В пересчёте:

28,6 / 60 ≈ 0,477 л/мин

Десять таких форсунок:

28,6 × 10 = 286 л/ч ≈ 4,77 л/мин

Посмотреть B4S HCF4.3 →

16. B4S HCF10.3 — повышенный расход через одну точку

B4S 1/4 HCF10.3 имеет расход 72,1 л/ч при 10 бар.

В пересчёте:

72,1 / 60 ≈ 1,20 л/мин

Десять форсунок:

72,1 × 10 = 721 л/ч ≈ 12,02 л/мин

Таким образом, внутри одной серии HCF можно существенно менять производительность системы.

Посмотреть B4S HCF10.3 →

17. Как выбрать между HCF2.3, HCF4.3 и HCF10.3

Выбирать самую производительную HCF автоматически не следует.

Необходимо учитывать:

• какой объект охлаждается;
• требуемую интенсивность охлаждения;
• температуру и влажность воздуха;
• количество форсунок;
• доступное давление;
• допустимое намокание;
• воздушный поток;
• расстояние до объекта;
• качество воды.

Иногда большое количество форсунок меньшего расхода позволяет распределить распыление по рабочей зоне лучше, чем несколько высокопроизводительных точек.

18. CX — ещё один вариант мелкодисперсного распыления

Кроме резьбовых HCF, в каталоге B4S представлены компактные мелкодисперсные форсунки CX под накидную гайку.

Например, B4S CX 1 SS303 имеет:

• угол 65° при 20 бар;
• расход 10,2 л/ч при 20 бар;
• материал AISI 303.

При проектировании системы выбор между HCF и CX зависит не только от расхода, но и от требуемого способа монтажа.

Посмотреть B4S CX 1 →

19. Когда выбирать форсунки вода-воздух

Третий вариант — пневматическое распыление с использованием воды и сжатого воздуха.

В такой форсунке воздушный поток участвует в атомизации жидкости.

Это позволяет управлять процессом распыления иначе, чем при использовании только давления воды.

Форсунки вода-воздух применяются в задачах, где требуется мелкодисперсное и контролируемое распыление.

20. Что необходимо для системы вода-воздух

Такая система требует двух сред:

• жидкости;
• сжатого воздуха.

Поэтому при расчёте необходимо учитывать:

• давление жидкости;
• расход жидкости;
• давление воздуха;
• расход воздуха;
• характеристики компрессора;
• количество одновременно работающих форсунок.

Система может быть технологически гибкой, но сложнее простой гидравлической системы HCF.

21. Пример форсунки вода-воздух из каталога

В каталоге B4S представлены различные исполнения форсунок вода-воздух, включая модели из AISI 303, AISI 316 и никелированной латуни.

Например, EUS E1-B6-P32A SS316 имеет резьбу 1/4 и выполнена из AISI 316.

Посмотреть EUS E1-B6-P32A SS316 →

22. Гидравлический туман или вода-воздух

23. Когда охлаждать только воздухом

Иногда вода вообще нежелательна.

Например, необходимо:

• охладить или обдуть небольшую деталь;
• удалить нагретый воздух с поверхности;
• одновременно выполнить обдув и охлаждение;
• не допустить попадания воды на изделие;
• работать с сухим технологическим процессом.

В таком случае можно рассматривать воздушные форсунки.

Смотреть воздушные форсунки B4S и IKEUCHI →

24. B4S DPO — пример воздушной форсунки

Одна из моделей каталога — B4S 1/4M DPO 47 ABS.

• резьба: 1/4;
• расход воздуха: 22 м³/ч при 3 бар;
• материал: ABS;
• ширина: 47 мм;
• количество каналов: 16;
• рабочее давление: до 5 бар.

Такая форсунка формирует направленный поток воздуха и может применяться для обдува, очистки, сушки и других технологических операций.

Посмотреть B4S DPO 47 ABS →

25. Вода или воздух — что охлаждает эффективнее

Сравнивать их только по температуре потока некорректно.

Вода обладает совершенно другими теплофизическими свойствами и при непосредственном контакте может обеспечивать значительно более интенсивный отвод тепла.

Воздух выбирают, когда:

• вода запрещена технологией;
• не требуется интенсивное водяное охлаждение;
• необходим сухой процесс;
• охлаждение совмещается с обдувом или очисткой.

26. Сравнение четырёх технологий охлаждения

27. Как рассчитать суммарный расход воды

Для одинаковых форсунок:

Q_system = Q_nozzle × N

Например, 20 HCF4.3:

28,6 × 20 = 572 л/ч

или:

572 / 60 ≈ 9,53 л/мин

Этот расход необходимо обеспечить при требуемом рабочем давлении непосредственно на форсунках.

28. Почему давление насоса — не давление на форсунке

В реальной системе часть давления теряется в:

• трубопроводе;
• фильтре;
• клапанах;
• фитингах;
• отводах;
• коллекторе.

Поэтому насос необходимо выбирать с учётом расхода всей системы и гидравлических потерь.

29. Почему для HCF и CX особенно важна фильтрация

Мелкодисперсные форсунки имеют небольшие внутренние проходы.

Загрязнение может вызвать:

• уменьшение расхода;
• изменение факела;
• нестабильное распыление;
• полное засорение.

Поэтому фильтр является частью правильно спроектированной системы.

Подробнее: засорение форсунок и фильтрация →

30. Как расположить форсунки для охлаждения поверхности

При прямом охлаждении необходимо обеспечить требуемое распределение жидкости по поверхности.

Следует учитывать:

• угол распыла;
• расстояние;
• ширину факела;
• шаг между форсунками;
• перекрытие соседних факелов;
• движение объекта.

Подробнее: расположение форсунок на коллекторе →

31. Как расположить туманообразующие форсунки

Для охлаждения воздуха важна не только геометрическая ширина факела.

Необходимо учитывать движение мелких капель в воздушной среде.

Особое значение имеют:

• направление вентиляции;
• скорость воздуха;
• высота установки;
• время до контакта с поверхностью;
• возможность полного или частичного испарения.

Поэтому схема размещения HCF или CX должна проектироваться под конкретную рабочую зону.

32. Как избежать намокания при охлаждении туманом

Если цель — охлаждение воздуха, а не смачивание поверхности, необходимо избегать подачи большего количества воды, чем способно испариться в данных условиях.

Признаки неправильной настройки:

• капли на оборудовании;
• мокрый пол;
• конденсация;
• намокание продукции;
• стекание воды.

В таком случае следует проверить расход, давление, количество форсунок, размер капель и условия воздуха.

33. Типичные ошибки при выборе форсунок для охлаждения

33.1. Выбирать максимальный расход

Больше воды не всегда означает более эффективную систему.

33.2. Не учитывать влажность

Для испарительного охлаждения состояние воздуха имеет принципиальное значение.

33.3. Использовать туман для задачи, требующей интенсивного водяного охлаждения

Мелкодисперсное и прямое водяное охлаждение решают разные задачи.

33.4. Использовать воду там, где процесс должен оставаться сухим

В таком случае следует рассматривать воздушные форсунки.

33.5. Не учитывать фильтрацию

Особенно критично для HCF, CX и других мелкодисперсных форсунок.

33.6. Сначала покупать насос, а потом выбирать форсунки

При новой системе рациональнее сначала определить технологическую задачу и рабочие параметры форсунок.

34. Быстрый алгоритм выбора технологии охлаждения

Если поверхность можно интенсивно мочить — рассмотрите PSU, FCA или SPJT.

Если необходимо охлаждать воздух с минимальным количеством воды — рассмотрите HCF или CX.

Если требуется управляемое мелкодисперсное распыление и доступен сжатый воздух — рассмотрите вода-воздух.

Если вода недопустима — рассмотрите воздушные DPO или другие воздушные форсунки.

35. Какие данные нужны для подбора

Для инженерного подбора желательно предоставить:

• что необходимо охлаждать;
• начальную температуру;
• желаемую температуру;
• размер объекта или зоны;
• скорость движения продукции, если она движется;
• доступное давление воды;
• доступный расход воды;
• наличие сжатого воздуха;
• температуру и влажность окружающего воздуха;
• допустимо ли намокание;
• фото или чертёж оборудования.

36. Часто задаваемые вопросы

Какие форсунки лучше использовать для охлаждения?

Зависит от объекта и требуемого механизма охлаждения. Для прямого охлаждения используются водяные форсунки, для испарительного — HCF или CX, для двухфазного распыления — вода-воздух, для сухого процесса — воздушные форсунки.

Можно ли охлаждать помещение форсунками HCF?

HCF можно использовать для мелкодисперсного распыления воды. Эффективность испарительного охлаждения помещения зависит от температуры, влажности, вентиляции, расхода и расположения форсунок.

Чем HCF отличается от обычной водяной форсунки?

HCF предназначена для мелкодисперсного распыления при значительно меньшем расходе воды, чем типичные форсунки для интенсивного прямого орошения.

Можно ли охлаждать только воздухом?

Да, если требуемой интенсивности охлаждения достаточно и технология не допускает воду. Для направленного обдува используются воздушные форсунки.

Что лучше — HCF2.3 или HCF10.3?

Это зависит от необходимого расхода на одну точку. HCF10.3 имеет существенно большую производительность, но больший расход не означает автоматически более эффективное охлаждение.

Можно ли использовать SPJT для охлаждения?

Да. Спиральные форсунки применяются в том числе для охлаждения и подходят для процессов, где требуется более интенсивное водяное орошение и большой свободный проход.

37. Подходящие решения B4S для охлаждения

37.1. Для прямого охлаждения водой

• B4S PSU 0840.3 — плоский факел, 40°, 3,2 л/мин при 3 бар;
• B4S FCA — полноконусное распыление;
• B4S SPJT — спиральные форсунки для интенсивного орошения и охлаждения.

37.2. Для мелкодисперсного и испарительного охлаждения

• B4S HCF2.3 — 14,2 л/ч при 10 бар;
• B4S HCF4.3 — 28,6 л/ч при 10 бар;
• B4S HCF10.3 — 72,1 л/ч при 10 бар;
• B4S CX 1 — компактная мелкодисперсная форсунка под накидную гайку.

37.3. Для распыления вода-воздух

EUS E1-B6-P32A SS316 — форсунка вода-воздух 1/4 из AISI 316.

37.4. Для воздушного охлаждения и обдува

B4S 1/4M DPO 47 ABS — 22 м³/ч при 3 бар, ширина 47 мм, 16 каналов.

38. Подбор системы охлаждения B4S

Если неизвестно, использовать воду, туман, воду-воздух или только воздух, отправьте специалистам B4S описание технологического процесса.

Особенно полезны:

• фото или чертёж оборудования;
• размер охлаждаемой зоны;
• начальная и требуемая температура;
• доступное давление воды;
• наличие сжатого воздуха;
• допустимость контакта с водой;
• температура и влажность окружающего воздуха.

Инженер B4S поможет определить подходящий принцип охлаждения, подобрать тип форсунки, расход, давление, количество и расположение форсунок.

Отправить задачу на подбор форсунок для охлаждения →