Dysze natryskowe — zapobieganie i rozwiązywanie problemów

Dysze natryskowe są małymi elementami w dużych systemach. Jednak wielkość wcale nie odzwierciedla ich znaczenia w systemie. Dysze, które nie są odpowiednio konserwowane, mogą spowodować problemy w każdym zastosowaniu. Koszty wynikające z uszkodzenia dysz mogą być znaczne.

Tylko rozpylanie nadmiernych ilości wody może w skali roku stanowić koszt rzędu dziesiątek tysięcy euro. Do tego trzeba dodać koszt dodatkowych środków chemicznych i energii oraz odpadów produkcyjnych z powodu niespełniania kryteriów jakościowych, nieplanowanych przestojów oraz dodatkowego czasu pracy, co może złożyć się na łączną sumę setek tysięcy euro rocznie.

^{Rys. 1. Dobre i zużyte końcówki dysz. Końcówka po lewej jest nowa, końcówka po prawej jest zużyta i rozpyla o ok. 30% więcej. Jak widaæ na zdjęciu, różnica jest niezauważalna}Przyczyny wadliwego działania dysz

Dysze natryskowe to elementy precyzyjne. W miarę eksploatacji zużywają się, mogą też zostać uszkodzone podczas pracy lub czyszczenia. Oto najbardziej typowe problemy, które mogą przyczynić się do obniżenia wydajności dysz:

• Erozja/zużycie. Stopniowy ubytek metalu powoduje powiększenie wylotów dysz oraz kanałów wewnętrznych lub też ich odkształcenie. W rezultacie następuje zwiększenie przepływu; może też dojść do obniżenia ciśnienia; kształt rozpylonego strumienia staje się nieregularny, a rozmiar kropel większy.
• Korozja. Materiał, z którego wykonane są dysze, może ulec destrukcji na skutek chemicznego działania rozpylanej substancji lub też warunków środowiskowych. Skutek jest podobny do erozji i zużycia; dodatkowo istnieje możliwość uszkodzenia zewnętrznych powierz-chni dysz.
• Wysoka temperatura. Niektóre płyny muszą być rozpylane przy wysokich temperaturach lub też w środowiskach o wysokiej temperaturze. Jeśli dysze nie są wykonane ze specjalnego materiału, odpornego na działanie wysokich temperatur, to mogą zostać rozmiękczone i uszkodzone.
• Zalepianie/zarastanie. Narastanie osadów w środku dyszy, na zewnętrznych krawędziach lub też w pobliżu wylotu, może być spowodowane parowaniem płynów. Warstwa zbrylonego osadu zatyka otwory i wewnętrzne kanały.
• Zatykanie się. Niechciane cząstki stałe mogą blokować wnętrze wylotów. Przepływ jest ograniczony, a równomierność kształtu rozpylonego strumienia cieczy zakłócona.
• Nieprawidłowe zamontowanie. Niektóre dysze należy właściwie zamontować po oczyszczeniu, tak aby elementy wewnętrzne, takie jak uszczelki, O-ringi i zawory, były odpowiednio dopasowane. Niewłaściwe zamontowanie może spowodować przecieki i złe rozpylanie.
• Przypadkowe uszkodzenie. Uszkodzenie wylotu dyszy albo jej samej może nastąpić na skutek zadrapania lub upuszczenia dyszy podczas instalacji albo w trakcie pracy.

Zużywanie się dysz

Niektóre symptomy zużycia są łatwe do wychwycenia, podczas gdy inne wymagają specjalnego testowania. Należy zwrócić uwagę na następujące problemy.

• Problemy związane z jakością i wzrost ilości odpadów produkcyjnych. Zużyte, zapchane lub uszkodzone dysze nie będą spełniać parametrów specyfikacji i mogą powodować uzyskanie nierównomiernej powłoki oraz być przyczyną nierównomiernego chłodzenia, mycia, nawilżania i suszenia (fot. 1).
• Dłuższy czas konserwacji. Nieplanowane przestoje systemów natryskowych lub też zwiększona częstotliwość ich czyszczenia wskazują na zużycie dysz.
• Zmiana prędkości przepływu. Prędkość przepływu przez dyszę będzie się zwiększać odpowiednio do stopnia uszkodzenia powierzchni wylotu i/lub zużycia elementów wewnętrznych. W aplikacjach posługujących się pompami wyporowymi ciśnienie rozpylania zmniejsza się wraz ze zwiększaniem się otworów dysz. Nawet małe zmiany prędkości przepływu mogą mieć niekorzystny wpływ na jakość. Rutynowe kontrole pozwalają wykrywać potencjalne problemy.
• Zakłócenie kształtu strumienia rozpylonej cieczy. W miarę zużywania się wylotów dysz z pustym stożkiem następują zakłócenia równomierności strumienia (strugi), powstają smugi, a rozpylona struga staje się drobno- albo grubokroplista na obrzeżach.

  W dyszach z pełnym stożkiem zakłócenia równomierności strugi są bardziej typowe, ponieważ więcej cieczy wpływa do środka rozpylonego strumienia. W dyszach wirowych o strumieniu płaskim smugi i cięższe krople są widoczne w centrum strumienia rozpylonej cieczy, a efektywny kąt klina (zasięgu strumienia) zmniejsza się. W niektórych przypadkach kształt strumienia rozpylonej cieczy wygląda dobrze, a do stwierdzenia zużycia dyszy potrzebne jest zbieranie rozpylanego płynu (rys. 2).

• Wzrost rozmiarów rozpylanych kropli. Chociaż jest to trudne do wizualnego zweryfikowania, wraz ze zużywaniem się dyszy następuje zwiększenie ilości przepływającego płynu lub też zmniejszenie ciśnienia rozpylania. W rezultacie tworzą się większe krople rozpylanego płynu, a zmniejsza się całkowity obszar pokrywany zasięgiem dysz. Jeśli istnieje podejrzenie wystąpienia takiego problemu, należy wykonać test pomiaru wielkości kropli.
• Zmniejszona siła uderzenia rozpylonego strumienia. Zużyte dysze mogą pracować przy niższym ciśnieniu, co może zmniejszyć siłę uderzenia rozpylonej cieczy. Jednakże w aplikacjach wyposażonych w pompy odśrodkowe siła uderzenia rozpylonej cieczy może wzrosnąć z powodu zwiększonego przepływu przez dysze. Teoretyczną siłę uderzenia można obliczyć, ale warto również wykonać odpowiednie testy.

^{Rys. 2. Zbierając rozpyloną ciecz stwierdzono o 30% wyższy wzrost wydatku dyszy, chociaż kształt strumienia rozpylonej cieczy wyglądał prawie identycznie}Zapobieganie i rozwiązywanie problemów

Dobrze przygotowany program konserwacji pomaga zapewnić optymalną wydajność dysz. Zamieszczona poniżej lista niezbędnych czynności sprawdzających powinna stanowić podstawy programu konserwacji dysz. Solidna ocena wymienionych czynników pomoże wykryć zużycie na wczesnym etapie i podjąć stosowne, skuteczne działania. Częstotliwość weryfikowania poszczególnych parametrów zależy od danej aplikacji. Kontrole mogą być przeprowadzane pod koniec każdej zmiany lub też co kilka miesięcy albo nawet rzadziej.

Natężenie przepływu

W przypadku pomp odśrodkowych należy monitorować odczyty miernika natężenia przepływu w celu ustalenia, czy się zwiększa. Można również zbierać i mierzyć rozpyloną ciecz w określonym przedziale czasowym, przy ustalonej wielkości ciśnienia. Odczyty należy porównać z natężeniami przepływu podanymi w specyfikacji producenta lub też z odczytami uzyskanymi na nowych, nieużywanych dyszach.

W przypadku pomp wyporowych należy monitorować spadek ciśnienia płynu w przewodach; natężenie przepływu się nie zmienia.

Ciśnienie w kolektorze dyszy

Dla pomp odśrodkowych należy monitorować wzrost objętości rozpylanej cieczy. Ciśnienie rozpylanej cieczy najczęściej się nie zmienia.

W przypadku pomp wyporowych należy monitorować odczyty manometrów, czy nie ma spadku ciśnienia oraz redukcji siły uderzenia na spryskiwane powierzchnie. Najczęściej objętość rozpylanej cieczy się nie zmienia. Oprócz tego, trzeba monitorować wzrost ciśnienia spowodowany zapychaniem się dysz.

Kształt strumienia rozpylonej cieczy

Należy obserwować zmiany kształtu rozpylanej strugi. Kąt rozpylania należy sprawdzać kątomierzem. Trzeba też zmierzyć szerokość klina rozpylenia na powierzchni rozpylania. Jeśli wyloty dysz stopniowo się zużywają, zmiany mogą być wykrywalne dopiero po znacznym zwiększeniu natężenia przepływu. Jeśli podstawowe znaczenie ma uzyskanie równomiernej warstwy rozpylonej cieczy, należy zwrócić się do producenta dysz z prośbą o przeprowadzenie specjalnych testów.

Wielkość kropli

W większości aplikacji zwiększenie wielkości kropli nie da się wykryć wizualnie. Na wielkość kropli ma wpływ wzrost natężenia przepływu lub zmniejszenie ciśnienia.

Ustawienie dyszy

Dla dysz o strumieniu płaskim, montowanych na kolektorze, należy sprawdzać równomierność rozpylonej warstwy. Ślady rozpylania powinny być równoległe. Końce rozpylonej strugi mogą odbiegać od centralnej linii kolektora o 5 do 10 stopni.

Jakość produktów

Trzeba sprawdzić równomierność warstwy powlekającej, chłodzenie, suszenie, czyszczenie, zmiany temperatury, zawartość kurzu oraz wilgotność.

Jeśli po wdrożeniu programu konserwacji dysz mimo wszystko nie pracują one tak jak powinny, być może należy je częściej wymieniać. Jednakże, przed podjęciem takiej decyzji, należy sprawdzić kilka innych możliwości.

Zmiana materiału, z którego wykonane są dysze

Materiały, których powierzchnia jest twardsza, z reguły charakteryzują się dłuższym okresem użytkowania. Aby ustalić, czy nie należy rozważyć zastosowania innego rodzaju materiału, polecamy tabelkę: „Przybliżone wskaźniki odporności na ścieranie”, na str. 52.

Spadek ciśnienia rozpylania

Spadek ciśnienia zmniejsza natężenie przepływu cieczy przez otwór i może spowodować zmniejszenie stopnia zużywania się i korozji dyszy.

Zmniejszenie liczby cząstek ściernych lub też stężenia środków chemicznych powodujących korozję

W niektórych aplikacjach możliwe jest zredukowanie liczby cząstek ściernych w rozpylanej cieczy i zmiana ich wielkości lub kształtu, co prowadzi do mniejszego zużycia dyszy. Stosowanie różnych stężeń i/lub temperatur, w zależności od specyfiki środków chemicznych, może również zredukować korozyjność roztworu.

Dodanie filtrów na przewodach lub też przejście na dysze wyposażone w filtry

Uszkodzenie i zatykanie się wylotów dysz jest zazwyczaj spowodowane przez stałe cząstki brudu, znajdujące się w rozpylanym płynie i jest charakterystyczne dla systemów wyposażonych w ciągłą recyrkulację rozpylanej wody. Filtry lub dysze wyposażone w filtry powinny mieć siatkę o wielkości oczek dobranej tak, aby wychwytywały większe cząstki i zapobiegały dostawaniu się innych zanieczyszczeń do wylotu dyszy lub łopatek rozpylacza wirowego.

Przybliżone wskaźniki odporności na ścieranie

Usprawnianie procedur czyszczenia

Czyszczenie należy wykonywać przy użyciu szczotek i/lub plastikowych albo drewnianych narzędzi. Łatwo uszkodzić otwory, których kształt i wielkość są niezwykle ważne, co może zakłócać kształt strumienia rozpylonej cieczy i/lub spowodować większe koszty. W przypadku trudnego do zlikwidowania zatkania należy namoczyć zatkany wylot dyszy w niekorozyjnym, myjącym środku chemicznym, tak aby rozmiękczyć i rozpuścić zatykającą substancję.

Wymiana dysz

Co kosztuje więcej – dalsze posługiwanie się dyszami, które przysparzają problemów, czy ich wymiana? Aby się upewnić, należy ustalić:

• koszt oraz długość przestojów produkcyjnych, spowodowanych problemami z dyszami oraz ich konserwacją,
• koszt robocizny dodatkowej konserwacji,
• koszt rozpylania dodatkowych ilości wody i środków chemicznych,
• koszt zwiększonego zużycia energii,
• koszt problemów jakościowych; zwiększone ilości odpadów produkcyjnych i/lub problemy podczas realizacji procesu.

W niektórych aplikacjach może być możliwa czasowa kompensacja efektu zużytego wylotu dyszy poprzez zmniejszenie ciśnienia rozpylania tak, aby uzyskać wymagane początkowe natężenie przepływu. Jednakże obniżenie ciśnienia może spowodować zmniejszenie obszaru zasięgu dysz oraz pogorszenie równomierności strumienia. W rezultacie krople mogą być większe, a siła uderzenia mniejsza. Obniżenie ciśnienia może więc być pod względem ekonomicznym rozwiązaniem pozornym, które w rezultacie przyniesie problemy jakościowe.

Jeśli zachodzi podejrzenie, że dysze wymieniamy zbyt często, należy przejść na inny rodzaj dysz. Dodatkowy koszt początkowy zazwyczaj szybko się zwraca dłuższym okresem użytkowania i lepszą wydajnością dysz.

Przed podjęciem jakichkolwiek decyzji należy wprowadzić program konserwacji dysz i dokumentować wykonywane procedury. Po krótkim czasie można będzie ustalić sposoby konserwacji dysz oraz strategię wymiany, co pomoże w osiągnięciu optymalnej wydajności.

Artykuł pod redakcją

Haliny Gawrońskiej

Autor: Jon Barber, specjalista do spraw dysz w firmie Spraying Systems, USA