伸缩臂喷嘴间距

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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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北美建造的臂式喷雾器的喷嘴间距为20“(世界其他地区为50厘米),但其他间距如15“(37厘米)和10”(25厘米)也存在。这些不同的空间的原因是什么?它们有什么内在的优势吗?

为什么间隔很重要

喷嘴沿一个boom间隔,以允许他们的风扇(模式)在目标上充分重叠。在广播喷洒中,均匀分布的喷雾量使我们有最好的机会沿着吊杆进行一致的覆盖。由于扁平的风扇喷嘴产生一个锥形的图案(即体积在中心最高,向边缘减小),大约100%的重叠(即每个邻居的50%)将产生一个均匀的带状。

图1:需要一些重叠的锥形平扇是农业臂喷嘴的默认模式类型。对于传统的和低漂移的样式来说都是如此。注意,平风扇转动15°,以防止喷雾模式相互干扰。

100%重叠不仅仅是为了体积分布。平扇喷雾模式倾向于在中心有更多和更细的液滴,而在边缘有更少和更粗的液滴。所有液滴的大小都以不同的方式贡献覆盖,因此重叠确保了数量和大小均匀分布在整个吊杆上。

图2:30%的重叠可以达到体积均匀性。但由于图案的中心包含了大部分较小的液滴,低重叠可能导致重叠区域的低覆盖,从而产生条纹。
图3:一致的液滴数量分布沿臂架要求至少100%重叠(每个相邻喷嘴50%)。这混合了这些区域的模式与高和低液滴密度。

通用的20英寸间距源于长期以来关于臂架高度、风扇角度和行驶速度的约定。具体来说,这种间距要求臂架高度为20”,以获得曾经占主导地位的80°风扇角的良好重叠。结合0.15至0.3 US加仑/分钟(gpm)的喷嘴和6至8英里/小时的行驶速度,操作人员能够应用5至15 US加仑/英亩(gpa)的体积。使用流量较小的喷嘴通常会导致喷嘴堵塞。

但如果我们想改变其中任何一个变量呢?这如何影响喷嘴间距?计算出交替间隔的利弊需要一些数学运算和应急管理。

臂高数学

首先是数学。如果臂架有20“喷嘴间距,我们需要100%重叠,在目标高度的喷雾图案宽度必须是喷嘴间距的两倍,即40″。你必须计算所需的风扇角度和臂高度来实现这一点。大多数喷嘴目录都有表格来帮助这一点,或者你可以下载一个方便的电子表格来计算你自己的场景在这里

对于今天的标准110°风扇,最低14”的臂架高度需要实现100%重叠。对于15英寸的间距,高度减少到11英寸。对于10英寸的间隔,我们下降到仅仅7英寸。然而,考虑到大多数现代悬挂臂不低于24英寸的高度,以允许摇摆。在这个高度,有足够的重叠去20″喷嘴间距。对于那些能够在一致高度运行的臂架,较窄的间距允许较低的高度,这将显著降低漂移潜力。每当我们把吊臂高度减半,漂移潜能也会减半。

图4:使用110°尖端和20″间距,我们实现50%重叠的理论高度比目标高11″。

通过将喷嘴从垂直方向向前或向后倾斜,我们可以进一步降低臂架高度,但仍然可以得到相同的重叠。例如,对于20和15英寸的间距,喷嘴向前或向后倾斜30°,可以使吊臂再向目标靠近2英寸。

突发事件

悬挂的吊杆几乎不可能保持在统一的高度;它随着野外条件、地形等的变化而上下摆动。这就是为什么许多运营商将油栅设置在最低高度之上,以防止油栅在低摆时发生剥离。这样做的后果是增加了液滴需要移动的距离,增加了漂移潜力,以及由动臂引起的湍流位移问题。

假设一个110°平扇在24”臂架高度,每个喷嘴达到约70”的理论模式宽度,这是在20”喷嘴间距上的重叠70÷20=3.4倍或240%。考虑到最小可接受的50%的重叠(每个相邻喷嘴有25%的重叠),臂架可以低至11”。对于15英寸的间距,50%重叠的最小高度是8英寸,对于10英寸的间距是5英寸。这意味着较窄的喷雾模式在允许向下的吊臂运动中获得3“到6”。

图5:在15″间距上使用110°尖端,50%重叠的高度比目标高8″。

第二个意外情况是,喷雾模式很少是喷嘴目录所指定的准确值。一个所谓的110°喷嘴可以工作在90°,或高达150°,这取决于喷嘴型号,喷雾压力和罐混合。了解更多在这里而且在这里.图案也不会以额定风扇角继续增长,因为液滴由于空气阻力而变慢,并且由于重力而更垂直地下落。因此,建议进行可视化检查,以确保实现预期的重叠。

图6:扇角表示液滴在边缘处的初始轨迹。随着距离的增加,重力将这些液滴向下拉,缩小了理论上实现的图案宽度(图取自TeeJet目录中的图像)。

第三个需要考虑的问题与臂架高度关系不大,但仍然会影响喷雾分布。小液滴随着气流移动,而大型快速喷雾器产生的湍流足以使这些液滴显著移动。静态条件下的完美图案在高速飞行和适度侧风的情况下看起来完全不同。低挡板可能有助于防止这种位移,因为液滴在飞行中的时间更短,平均速度更快。

图7:喷雾沉积在2mm管柱上,测量沉积均匀性,快速、高臂和低速、低臂配置。

流量计算

每个喷嘴的流量要求改变,每当我们在一个交替的间距装备一个臂架。基本公式如下所示。

从20″到15″的间距需要0.75流量的喷嘴,大约从02到015尺寸,或03到025尺寸,或04到03尺寸,等等。

脉宽调制

脉冲宽度调制(PWM)的使用增加了重叠要求。与脉宽调制,备用喷嘴与相邻喷嘴呈180°定时偏移。这意味着当运行>50%占空比时,当一个喷嘴暂时关闭时,它的邻居是打开的。这些相邻的图案现在必须跨越差距,而100%重叠是实现这一目标的绝对最小值。因此,PWM用户选择更宽的模式角度,有些选择>100%重叠。

图8:脉冲宽度调制的臂架需要200%的重叠,这样当备用喷嘴关闭时,整个臂架都能得到适当的覆盖。对于110°风扇在20″间距,最小臂高将是21″

PWM的考虑

  • 肥料追肥常见的高流量(喷嘴处大于1us gpm)可能需要更高流量的PWM阀。
  • 狭窄的间隔降低了单个喷嘴的流量,因此可以在触发更大的阀门需求之前支持更高的应用流量。
  • PWM阀并不便宜,例如15″间距相比20″间距增加了24个阀门在120 ' boom。

条带

我们注意到,20英寸的喷嘴间距是一个标准,因为它与传统上可用的臂架高度和喷雾模式角度相对应。但事情是可以改变的。

较窄的间距,如15英寸,源于行作物和15英寸或30英寸的种植者行间距。这些间距的存在,使喷雾图案既可以放在作物行顶部,也可以放在行之间进行捆扎。使用较窄的扇面角度和/或较低的吊杆高度,以及“均匀”(相对于“锥形”)扇面,可以在作物行间或顶部喷洒带状喷雾。或滴管可以达到行之间的追肥或直接喷洒到冠层。

林冠穿透

由于间距较窄,可以认为臂长有较大比例的喷雾直接向下(对应于图案的中心)。这是否意味着更好地穿透树冠是一个公平的问题。在实验室试验中,使用10”或20”间距并不能提高对阔叶冠层的穿透。但是,如果利用较窄的间距所提供的较低的吊臂高度,则可以观察到有角度的喷雾沉积到垂直目标上的一些改进。

适应更窄的间隔

正如我们前面所展示的,使用15”或10”间距臂进行广播喷洒需要更小的喷嘴尺寸来实现与20”间距相同的喷雾量。如果臂架高度保持不变,较窄的间距会导致更大的模式重叠,从而为摇摆提供更多的纬度。另外,也可以使用较低的吊臂高度。

在更窄的间距上使用更小的喷嘴会带来一些挑战。一般来说,喷嘴尺寸越小,喷雾质量越好。如果作业者想要在20″的间隔内保持喷雾质量,他们可以选择使用较低的压力(对于非pwm系统不可取)或更换不同的喷嘴设计,以在较低的流量下产生所需的喷雾质量。

较小的喷嘴更容易堵塞,因此需要通过过滤、填充实践和水源进行管理。了解产品配方及其要求滤网尺寸.大多数干产品指定50目过滤器(或更粗)。此外,检查喷嘴的尺寸选项。大多数喷嘴型号的最小尺寸是015,但某些ppm专用喷嘴只能使用03或更大的尺寸。

窄间距与单个喷嘴关闭的结合可以导致一个多功能系统,能够在窄种子作物中产生高分辨率带状喷雾。例如,考虑一个与播种机行距匹配的10 "喷嘴间距的吊臂。如果阀门控制软件允许,操作员可以将驾驶室距离从10英寸调到20英寸或30英寸。有了准确的引导和良好的横杆平整,追肥叶面产品(如营养物、杀菌剂)可以精确地跟随作物行。

现货喷雾剂

斑点喷雾剂是一种需要妥协的情况。有些,如WEEDit,利用更窄的喷嘴间距,以实现更好的处理分辨率,并增加产品节省。任何一个喷嘴或相邻的喷嘴组都可能被传感器触发。对于单喷嘴激活,为了保持更好的分辨率值,需要创建均匀、狭窄的喷雾带。这意味着一个30°或40°的风扇角度从带喷嘴将是必要的。例如,一个24英寸的臂架高度将导致一个13英寸的带30°的风扇,一个18英寸的带40°的风扇。在后一种情况下,剂量将被稀释80%,浪费了大量潜在的节省。

图10:臂架高度对带状喷雾和斑点喷雾至关重要。单个喷嘴上的图案太宽会降低剂量,太窄则会造成射偏。

通常,一片杂草会触发几个相邻的喷嘴。现在,这些单独的条带需要一起工作,形成统一的带状。这将不可避免地需要一些重叠以避免间隙,但过多的重叠将导致应用两倍剂量的带。锥形风扇可能更适合这种情况。由于这些不同的需求,现场喷涂臂高度的公差甚至比广播喷涂更严格。对点喷喷嘴的选择有更多的思考在这里

结论

较窄的喷嘴间距在一个广播臂臂上允许一定程度上较低的高度,这可以反过来减少漂移和改善喷雾沉积。低流量喷嘴将需要更窄的间距,需要堵塞管理和潜在的更容易漂移的喷雾质量。更窄间距的价值取决于控制摇摆的臂架的可用性,使它们能够在均匀的低高度运行。

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