Гидравлическая или пневматическая форсунка: что выбрать для распыления

Для мелкодисперсного распыления жидкости в промышленности можно использовать как гидравлические, так и пневматические форсунки.

Обе технологии способны создавать мелкие капли, однако принцип их работы существенно отличается. Гидравлическая форсунка использует энергию давления жидкости, а пневматическая — дополнительно использует сжатый воздух или другой газ для атомизации.

Из-за этого отличаются устройство системы, требования к оборудованию, возможности регулирования, расход энергии и область применения.

Разберём, чем отличаются гидравлические и пневматические форсунки, когда рациональнее использовать каждую технологию и какие решения представлены в каталоге B4S.

1. Что такое гидравлическая форсунка

Гидравлическая форсунка формирует распыл за счёт энергии самой жидкости.

Жидкость под давлением проходит через внутренние каналы и выходное отверстие форсунки, после чего формируется заданный факел распыла.

Для работы такой системы обычно необходимы:

• источник жидкости;
• насос или существующая линия под давлением;
• фильтрация;
• трубопровод;
• коллектор;
• форсунки;
• при необходимости — клапаны и автоматика.

Отдельная линия сжатого воздуха для формирования распыла не требуется.

2. Что такое пневматическая форсунка

Пневматическая распылительная форсунка использует две рабочие среды:

• жидкость;
• сжатый воздух или другой газ.

Воздушный поток участвует в разрушении жидкости на капли.

Такие форсунки также называют:

• форсунками вода-воздух;
• двухфазными форсунками;
• пневматическими атомайзерами;
• air atomizing nozzles.

По сравнению с гидравлической системой появляется дополнительная рабочая среда и, соответственно, дополнительные параметры управления.

3. Главное отличие двух технологий

4. Как работает гидравлическое распыление

В гидравлической форсунке давление жидкости преобразуется в скорость потока.

Геометрия внутренних каналов и выходного отверстия определяет:

• форму факела;
• угол распыла;
• расход;
• распределение жидкости;
• характеристики капель.

Существуют разные типы гидравлических форсунок: плоскоструйные, полноконусные, полоконусные, спиральные, мелкодисперсные и другие.

5. Как работает пневматическое распыление

В пневматическом атомайзере жидкость взаимодействует с высокоскоростным потоком воздуха.

Воздух передаёт жидкости дополнительную энергию и способствует её дроблению на капли.

Поэтому характеристики распыла определяются сочетанием:

• давления жидкости;
• расхода жидкости;
• давления воздуха;
• расхода воздуха;
• конструкции распыляющей части.

Это даёт больше возможностей управления процессом, но требует более сложного подбора.

6. Можно ли получить мелкий распыл без сжатого воздуха

Да.

Для получения мелкодисперсного распыла не всегда необходим пневматический атомайзер.

Гидравлические туманообразующие форсунки способны создавать мелкодисперсный распыл только за счёт давления жидкости.

Примером являются форсунки B4S HCF.

Поэтому наличие требования «нужен туман» ещё не означает, что необходимо использовать воду-воздух.

7. B4S HCF — пример гидравлического мелкодисперсного распыления

Серия B4S HCF позволяет организовать мелкодисперсное распыление без отдельной линии сжатого воздуха.

Смотреть форсунки для туманообразования →

8. Когда гидравлическая форсунка особенно интересна

Гидравлическую систему стоит рассматривать в первую очередь, если:

• необходимый распыл можно получить только давлением жидкости;
• не хочется использовать компрессор;
• нужно большое количество точек распыления;
• важна относительно простая система;
• нет необходимости отдельно регулировать воздушную среду;
• эксплуатационные расходы на сжатый воздух нежелательны.

Для многих задач охлаждения, увлажнения и пылеподавления гидравлическая система может быть первым вариантом для технической оценки.

9. Когда возможностей гидравлической форсунки может быть недостаточно

Пневматическое распыление имеет смысл рассматривать, когда технологическая задача требует возможностей, которые сложно получить выбранной гидравлической форсункой.

Например, когда:

• необходимо дополнительное управление атомизацией;
• расход жидкости должен быть ограничен;
• требуется определённый мелкодисперсный режим;
• необходимо изменять процесс через параметры воздуха и жидкости;
• на предприятии уже имеется подходящая система сжатого воздуха.

10. Внутреннее смешивание в пневматической форсунке

При внутреннем смешивании воздух и жидкость взаимодействуют внутри распыляющей части до выхода из форсунки.

Такой принцип используется, например, в представленных в каталоге моделях EUS серии E1.

Рабочий режим зависит от взаимодействия обеих сред, поэтому параметры жидкости и воздуха необходимо рассматривать совместно.

11. Внешнее смешивание

При внешнем смешивании жидкость и воздух выходят из отдельных каналов и взаимодействуют за пределами форсунки.

Такая конструкция отличается от внутреннего смешивания и может применяться для других технологических условий.

Нельзя утверждать, что один принцип всегда лучше другого. Выбор зависит от жидкости, необходимого распыла и условий процесса.

12. Реальный пример пневматической форсунки — EUS E1-B6-P32A SS316

Одна из моделей вода-воздух, представленных в каталоге, — EUS E1-B6-P32A SS316.

• резьба: 1/4;
• материал: AISI 316;
• форма распыла: плоский факел;
• тип смешивания: внутреннее.

Исполнение из AISI 316 может быть интересно для процессов, где требуется повышенная коррозионная стойкость.

Посмотреть EUS E1-B6-P32A SS316 →

13. Вариант EUS E1-B6-P32A NPBR

Та же конфигурация представлена также в исполнении EUS E1-B6-P32A NPBR.

• резьба: 1/4;
• материал: никелированная латунь;
• форма распыла: плоский факел;
• тип смешивания: внутреннее.

Посмотреть EUS E1-B6-P32A NPBR →

14. Главное преимущество гидравлической системы — простота

Если сравнивать системы одинакового назначения, гидравлическое решение обычно требует меньше инфраструктуры.

Нет необходимости обеспечивать отдельную подачу:

• сжатого воздуха;
• регулирования воздуха;
• фильтрации воздуха;
• воздушных клапанов;
• дополнительного трубопровода.

Это особенно важно, если форсунок много.

15. Главное преимущество пневматической системы — дополнительные возможности управления

В двухфазной системе появляется дополнительный технологический параметр — воздух.

Изменяя рабочие параметры в допустимом диапазоне конкретной форсунки, можно воздействовать на характеристики распыла.

Поэтому пневматические атомайзеры интересны для процессов, где требования к распылению важнее минимальной сложности оборудования.

16. Что дешевле в эксплуатации

Нельзя сравнивать только стоимость самих форсунок.

Для гидравлической системы необходимо учитывать:

• насос;
• электроэнергию;
• фильтрацию;
• трубопровод;
• обслуживание.

Для пневматической системы дополнительно необходимо учитывать производство и подготовку сжатого воздуха.

Сжатый воздух требует работы компрессора и создаёт дополнительные эксплуатационные расходы.

Поэтому если требуемый результат достигается гидравлически, усложнение системы сжатым воздухом должно иметь технологическое обоснование.

17. Что лучше при большом количестве форсунок

Представим систему из 50 точек распыления.

Для гидравлического варианта необходимо обеспечить суммарный расход жидкости и требуемое давление.

Для пневматического варианта необходимо одновременно обеспечить:

• суммарный расход жидкости;
• суммарный расход воздуха;
• давление жидкости;
• давление воздуха.

Поэтому при большом количестве точек особенно важно заранее проверить производительность компрессорной системы.

18. Как рассчитать расход гидравлической системы

Для одинаковых форсунок:

Q_total = Q_nozzle × N

Например, 20 B4S HCF4.3 при расходе 28,6 л/ч на одну форсунку:

28,6 × 20 = 572 л/ч

или:

572 / 60 ≈ 9,53 л/мин

Насос должен обеспечивать требуемый расход при необходимом рабочем давлении с учётом потерь системы.

19. Как рассчитать расход пневматической системы

Для пневматической системы необходимо выполнить два расчёта.

Расход жидкости:

Q_liquid,total = Q_{liquid,nozzle} × N

Расход воздуха:

Q_air,total = Q_air,nozzle × N

Оба значения должны соответствовать одной и той же выбранной рабочей точке конкретной форсунки.

20. Почему нельзя сравнивать системы только по давлению

Например, утверждение «эта форсунка работает при меньшем давлении, значит она эффективнее» само по себе ничего не доказывает.

Необходимо учитывать:

• расход жидкости;
• расход воздуха;
• качество распыла;
• требуемую производительность;
• энергопотребление всей системы;
• условия технологического процесса.

Давление — только один из параметров.

21. Почему размер капель нельзя оценивать только по типу форсунки

Фраза «пневматическая форсунка всегда даёт более мелкие капли» слишком упрощает реальный процесс.

Фактическая дисперсность зависит от:

• конструкции форсунки;
• размера сопла;
• давления;
• расхода;
• свойств жидкости;
• параметров воздуха;
• рабочей точки.

Поэтому при критических требованиях к размеру капель необходимо использовать технические данные конкретной модели.

22. Что выбрать для туманообразования

Если задача заключается в создании мелкодисперсного водяного тумана, сначала следует определить, достаточно ли гидравлического распыления.

Для этого можно рассмотреть HCF или CX.

Если характеристики гидравлического распыла не соответствуют требованиям процесса, следующим вариантом может быть двухфазный атомайзер.

Подробнее: форсунки для туманообразования →

23. Что выбрать для пылеподавления

Для локального пылеподавления могут применяться обе технологии.

Гидравлические HCF позволяют создать распределённую систему без сжатого воздуха.

Пневматические атомайзеры могут применяться, если процесс требует двухфазного мелкодисперсного распыления.

Но выбор необходимо делать с учётом:

• характера пыли;
• движения воздуха;
• допустимого увлажнения материала;
• расхода воды;
• наличия сжатого воздуха.

Подробнее: форсунки для пылеподавления →

24. Что выбрать для увлажнения воздуха

Для промышленного увлажнения можно применять гидравлические мелкодисперсные форсунки HCF и CX.

Пневматические форсунки имеет смысл рассматривать, если для конкретного процесса необходимы преимущества двухфазной атомизации.

При выборе необходимо учитывать не только форсунку, но и температуру, исходную влажность, требуемую влажность и воздухообмен.

Подробнее: форсунки для увлажнения воздуха →

25. Что выбрать для охлаждения

Здесь выбор особенно сильно зависит от объекта.

Для прямого интенсивного охлаждения могут вообще не требоваться мелкодисперсные форсунки — используются обычные гидравлические PSU, FCA или SPJT.

Для испарительного охлаждения воздуха можно рассматривать HCF и CX.

Для процессов, где требуется двухфазное мелкодисперсное распыление, применяются вода-воздух.

Подробнее: форсунки для охлаждения — вода, туман или воздух →

26. Гидравлическая или пневматическая — быстрый выбор

27. Как выбрать материал

Независимо от принципа распыления материал форсунки должен соответствовать рабочей среде.

При выборе учитывают:

• химический состав жидкости;
• температуру;
• коррозионность;
• условия окружающей среды;
• требования производства.

В каталоге представлены исполнения из AISI 303, AISI 316, никелированной латуни, полимерных материалов и других материалов в зависимости от серии.

Подробнее: нержавейка, латунь или пластик — как выбрать материал форсунки →

28. Фильтрация жидкости

Чем меньше проходные сечения форсунки, тем большее значение имеет качество жидкости.

Загрязнение может привести к:

• изменению расхода;
• деформации факела;
• нестабильному распылению;
• частичному или полному засорению.

Особенно внимательно к фильтрации следует относиться при использовании мелкодисперсных форсунок.

Подробнее: засорение форсунок и подбор фильтрации →

29. Подготовка сжатого воздуха

Для пневматической форсунки необходимо учитывать не только количество воздуха, но и его качество.

В зависимости от процесса система может включать:

• фильтр;
• удаление конденсата;
• регулятор давления;
• манометр;
• клапаны;
• локальный контроль возле форсунок.

Конкретные требования зависят от оборудования и технологического процесса.

30. Типичные ошибки при выборе

30.1. Считать, что для мелкого тумана обязательно нужен компрессор

Гидравлические HCF и CX также предназначены для мелкодисперсного распыления.

30.2. Выбирать пневматическую форсунку без расчёта воздуха

Необходимо проверить производительность компрессора при требуемом рабочем давлении.

30.3. Сравнивать только цену форсунок

Необходимо учитывать стоимость всей системы и её эксплуатации.

30.4. Выбирать технологию только по рабочему давлению

Давление само по себе не характеризует эффективность распыления.

30.5. Игнорировать расход жидкости

Даже очень мелкий распыл может подавать больше воды, чем допускает технологический процесс.

30.6. Не учитывать качество воды

Мелкие внутренние проходы требуют подходящей фильтрации.

30.7. Не учитывать потери давления

Давление возле насоса или компрессора может отличаться от давления непосредственно перед форсункой.

30.8. Выбирать максимально сложную систему «на всякий случай»

Если задача решается более простой технологией, дополнительное оборудование должно иметь конкретное техническое обоснование.

31. Алгоритм выбора между гидравлической и пневматической форсункой

Шаг 1. Определите технологическую задачу.

Шаг 2. Определите распыляемую жидкость.

Шаг 3. Определите требуемый расход жидкости.

Шаг 4. Определите требуемую форму распыла.

Шаг 5. Определите требования к размеру капель.

Шаг 6. Проверьте, можно ли получить необходимый результат гидравлической форсункой.

Шаг 7. Если нет — оцените применение вода-воздух.

Шаг 8. Проверьте доступное давление и расход сжатого воздуха.

Шаг 9. Определите количество форсунок.

Шаг 10. Рассчитайте суммарный расход всех рабочих сред.

Шаг 11. Выберите материал.

Шаг 12. Проверьте рабочую точку по характеристикам конкретной модели.

32. Какие данные нужны для подбора

Для инженерного подбора желательно предоставить:

• описание процесса;
• распыляемую жидкость;
• требуемый расход;
• требуемую форму факела;
• размер зоны распыления;
• расстояние до объекта;
• доступное давление жидкости;
• наличие сжатого воздуха;
• давление воздуха;
• производительность компрессора;
• количество точек распыления;
• температуру процесса;
• фото или чертёж оборудования.

Если точные параметры пока неизвестны, подбор можно начать с фотографии оборудования и описания требуемого результата.

33. Часто задаваемые вопросы

Чем гидравлическая форсунка отличается от пневматической?

Гидравлическая использует для распыления давление жидкости. В пневматической форсунке в атомизации дополнительно участвует сжатый воздух.

Для мелкодисперсного распыла обязательно нужен компрессор?

Нет. Гидравлические HCF и CX позволяют создавать мелкодисперсный распыл без отдельной подачи сжатого воздуха.

Какая система проще?

При прочих равных гидравлическая система обычно проще, поскольку требует только одной рабочей среды.

Какая система позволяет больше управлять распылением?

Пневматический атомайзер добавляет параметры воздушной среды, поэтому даёт дополнительные возможности настройки рабочего режима.

Что экономичнее?

Необходимо сравнивать конкретные системы. Пневматическая система дополнительно потребляет сжатый воздух, однако окончательный выбор должен основываться прежде всего на технологических требованиях.

Можно ли заменить вода-воздух на HCF?

Иногда да, если гидравлическая форсунка обеспечивает требуемые характеристики процесса. Но считать эти технологии прямыми взаимозаменяемыми аналогами нельзя.

Когда нужна вода-воздух?

Когда технологический процесс требует возможностей двухфазной атомизации и использование сжатого воздуха технически оправдано.

34. Подходящие решения для сравнения

34.1. Гидравлические B4S HCF

• B4S 1/4 HCF2.3 — 14,2 л/ч при 10 бар;
• B4S 1/4 HCF4.3 — 28,6 л/ч при 10 бар;
• B4S 1/4 HCF10.3 — 72,1 л/ч при 10 бар.

34.2. Пневматическая EUS E1-B6-P32A SS316

EUS E1-B6-P32A SS316 — 1/4, AISI 316, плоский факел, внутреннее смешивание.

34.3. Пневматическая EUS E1-B6-P32A NPBR

EUS E1-B6-P32A NPBR — 1/4, никелированная латунь, плоский факел, внутреннее смешивание.

Подробнее: принцип работы и подбор форсунок вода-воздух →

35. Подбор гидравлической или пневматической форсунки B4S

Если вы не знаете, какая технология лучше подходит для вашего процесса, не обязательно заранее выбирать между гидравлической и пневматической форсункой.

Отправьте специалистам B4S описание задачи, требуемый расход, данные по жидкости, доступному давлению воды и сжатого воздуха, а также фото или чертёж оборудования.

Инженер B4S поможет определить подходящий принцип распыления и подобрать форсунку под конкретный технологический процесс.

Получить консультацию и отправить заявку на подбор форсунок →