液压低漂移喷嘴如何工作?

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关于Tom Wolf (Nozzle_Guy)

Tom Wolf总部位于SK的萨斯卡通,在喷涂业务方面有33年的研究经验。他在曼尼托巴大学获得植物科学学士学位(1987年)和硕士学位(1991年),并在俄亥俄州立大学获得农学博士学位(1996年)。Tom专注于以研究为基础的实用建议,以提高生产者的效率。

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低漂移喷嘴已成为从臂式喷雾器施用农药的标准方式。为了正确地使用它们,我们需要了解它们是如何设计的以及它们是如何工作的。

喷雾器喷嘴在喷雾器上有三个功能。

  1. 计量流
  2. 雾化液体
  3. 均匀分布液体

准确的计量的流量是通过精密加工或成型的喷嘴完成的。

雾化蒸发是通过对液体施加某种力,使其从流或薄片中分解成所需喷雾质量的液滴而发生的。

分布通过生成一种模式,与相邻的喷嘴结合,沿目标区域产生类似剂量的适当液滴大小和密度。

这三种功能都得到了喷嘴制造商的确认,但性能很可能会随着磨损而变化。

雾化

雾化力可以是空气切变(用于一些飞机、空气喷射或双流体喷嘴)、离心力(用于旋转雾化器)、电能(用于一些静电喷雾器)或液压(用于最常见的喷嘴,平面风扇或空心锥尖)。

通常,施加的能量越高,喷雾破裂的程度越大。更快的飞机或风扇速度、更快的笼子旋转速度或更高的液压所产生的更多空气切变都有类似的效果:它们产生更细的喷雾。

大多数喷嘴产生多分散的喷雾,由大量不同大小的液滴组成。对于液压平扇喷嘴,可以产生5 ~ 2000 μ m的液滴。这些液滴大小中体积的确切分布取决于喷嘴设计、喷射液体和压力。这里有三个例子,分别代表中等、粗和极粗的喷雾剂。

液滴大小分布的数量和体积从一个中等喷雾器。注意,大多数液滴很小,但大部分体积(剂量)是较大的液滴。
液滴大小分布的数量和体积从粗糙的喷雾。就像在中等喷雾器中一样,尽管液滴数量较少,但大多数液滴都很小。体积的大部分是中等大小的液滴。
液滴大小分布的数量和体积从非常粗糙的喷雾。虽然大多数液滴和较细的喷雾一样小,但它们的总数比较细的喷雾大幅减少。体积现在是最大的液滴尺寸。

让我们关注液压喷嘴,目前在农业中最常见的。

喷淋压力

喷雾压力是控制液滴大小的一个有用的工具从任何液压喷嘴。需要更好的喷雾?添加压力。这也是古老的建议的基础,即较低的压力是减少漂移的好工具。

我们根据其他几个因素对推荐压力的上下范围施加实际限制,其中主要是喷雾模式。

一定宽度或角度的喷雾图案需要适当的图案重叠。按照惯例,液压喷嘴沿臂架间隔15或20英寸,在距目标约20英寸处作业。臂架高度值将取决于喷嘴的风扇角度和所需的重叠程度。对于低漂移的平扇尖端,最好是100%以上的重叠。在100%重叠的情况下,目标高度的喷雾图案宽度为喷嘴间距的两倍。通过这种方法,在吊臂下方的任何位置,目标都能从最近的两个喷嘴模式中接收液滴。

图案角度由制造商公布,但在实践中,角度往往与这些值不同,并可能随着喷雾配方的变化而变化。重要的是,在较低的压力下,它们会变得更窄。发生这种情况的确切压力取决于喷嘴的设计,但经验表明,对于常规喷嘴,压力低于20psi,对于低漂移喷嘴,压力低于30 - 40psi,会导致较差(太窄)的图案。狭窄的模式减少了重叠,导致分布不佳。

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我们还可以根据漂移势来限制上端的压力。例如,大多数传统的平扇喷嘴在压力超过60 psi左右时漂移过度,因此存在这个限制。

低漂移喷嘴

低漂移喷嘴由于能够减少漂移,从而扩大安全喷涂的窗口,很快被施药者所采用。它们通过使用两级设计(通常称为“预孔”)来降低尖端的内部操作压力。预孔,原来的液体入口,是圆形的,大小为名义流量的尖端。出口孔呈椭圆形,流量比前孔大1.2 ~ 2.5倍。较大的出口产生了内部压降,因此图案形成产生了更大的液滴,就好像操作压力降低了一样。大多数现代低漂移尖端也引入空气到喷嘴通过内置文丘里管。这进一步抑制了可漂移液滴的形成,并将空气引入喷嘴内部,为系统增加了一些压力。阿尔布兹AVI喷嘴原理图下面解释文丘里设计。

阿尔布兹AVI文丘里喷嘴的横截面。

喷嘴内部的锥形通道是一个文丘里管,它通过集成端口将空气吸入喷嘴。当低漂移喷嘴与传统喷嘴在相同压力下一起使用时,低漂移喷嘴产生的可漂移细颗粒要少得多,液滴也更大。

但是,虽然两级设计有助于控制漂移,但它也隐藏了这些尖端出口孔的实际操作压力。出口孔是很重要的-它是喷嘴的一部分,进行雾化和形成图案。

让我们通过在60 psi下操作空气诱导低漂移喷嘴来说明低漂移喷嘴内的压力。该喷嘴的预孔尺寸为03 (0.3 US gpm, 40psi,蓝色),出口孔尺寸为06 (0.6 US gpm, 40psi,灰色)。操作人员在压力表上看到60psi。出口孔压力是多少?

出口喷嘴的流量是前孔的两倍,因此工作压力只有前孔的四分之一,即15psi。回想一下流量和压力之间的平方根关系。

喷淋压力与流量的关系。流量加倍需要四倍的压力

这不是故事的全部。内部文丘里管将额外的空气吸入喷嘴室,根据操作压力,这可能从5到15 psi。添加量取决于特定的喷嘴,其流量和压力。我们在这里加10psi。出口喷嘴实际上是25 psi。

现在让我们假设压力表读数为40psi,并且文丘里管产生5psi的额外压力。实际的出口压力现在只有15psi。这是喷雾雾化的下限,在这个下限上可以形成好的图案。

出于这个原因,我们一般建议文丘里式低漂移针尖避免压力低于30或40 psi。我们正在努力防止喷雾变得太粗糙,不足以覆盖足够的范围,也要防止喷雾模式崩溃。

这种设计的优点是,同样的原理允许更高的压力操作,而不会产生过多的漂移。事实上,这些类型的喷嘴可以在70至90 psi的压力下工作,而不会变得非常容易漂移,因为喷雾液体雾化的压力可能只有30或40 psi(实际的出口压力和漂移潜力将取决于喷嘴和配方)。

速度范围

一个低漂移喷嘴,其压力工作范围为30到90 psi(即3倍),其流量范围为1.73(即,由于流量和喷雾压力的平方根关系,因此为3的平方根)。这意味着最快的移动速度(90 psi)是最慢的移动速度(30 psi)的1.73倍。

一个常规的喷嘴在20到60 psi之间的运行速度范围是相同的。那我们为什么不这么做呢?主要原因是两级设计大大降低了总体漂移量,这是传统喷嘴即使在非常低的压力下也无法实现的。

第二个原因是,即使在高压下,两级设计的喷嘴也可能比传统喷嘴漂移小。如果常规喷嘴在低压下工作,情况仍然如此。任何比较常规喷嘴和低漂移喷嘴喷雾质量的喷雾质量图表都可以证明这一点。

脉宽调制

PWM使用螺线管间歇性地关闭喷嘴流量,根据制造商的不同,频率在每秒10到100次(Hz)之间。这对喷嘴设计有影响,因为喷嘴在短暂的非循环期间不能泄漏液体。如果是这样,离开喷嘴的少量液体不仅不能正常雾化,还会导致喷嘴内的压降,必须用下一个脉冲补充。这意味着在脉冲上将在较低的初始压力下工作,影响图案的发展和雾化。因此,文丘里式低漂移喷嘴不推荐使用PWM。文丘里提供了一个空气或液体的备用出口,降低了喷嘴的性能。

然而,根据喷嘴制造商的说法,一些文丘里风格的喷嘴实际上可以产生可接受的PWM模式。这表明喷嘴设计可以继续发展,以提供最好的PWM减漂技术。适合PWM的设计应该是喷嘴制造商的首要任务。

喷嘴设计不断发展。但在可预见的未来,喷雾压力将继续控制图案宽度和液滴大小。这就是为什么了解任何特定类型的喷嘴的压力限制,并在这些限制内保持压力,在任何喷雾操作中是如此重要。

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