Ipari fúvókák és alkalmazásuk

Nagy számban alkalmaznak fúvókákat a különböző alkatrészek, géprészek, munkadarabok festés előtti felületkezelésére, zsírtalanítására, galvanizáláskor a közeg keverésére, forgatására, munkadarab megmunkálás utáni emulziótól vagy forgácstól való lefúvatására. De használnak fúvókákat az élelmiszeriparban ládamosásra és más mosási feladatokra; üdítőipari pasztörizálás során, különböző méretű gyógyszer- és élelmiszeripari tartályok belső tisztítására, termék- és üvegmosáshoz; porlasztási feladatokra, levegő nedvességtartalmának növelésére, tartályok palástjának hűtésére, gázmosásra, biofilterekhez, pormegkötésre, habtörésre stb. Különálló területet képez az acélipar (folyamatos öntésnél szekunder hűtés, hengerpalásthűtés, revétlenítés, pácolókádak), illetve a környezetvédelmi terület (füstgáz-kéntelenítés, a füstgázt nitrogén-oxidoktól mentesítő úgynevezett DeNOx rendszerek, gázhűtés és -kondicionálás).

Fúvókatípusok áttekintése

A fúvókákat alapvetően két csoportba sorolhatjuk: egyközeges és kétközeges fúvókák. A kétközeges fúvókák esetében a folyadék porlasztása segédközeg (többségében levegő) alkalmazásával megy végbe. A közeg viszkozitásától függően a porlasztás történhet belső kamrában (belső keverésű működés) vagy külső kamrában (külső keverésű porlasztás). E fúvókák jellemzője az igen finom szemcse- és cseppméret. Megfelelő nyomás, levegőmennyiség és a porlasztandó közeg kellően alacsony térfogatárama mellett 30 µm-es cseppméret is elérhető.

A belső keverésű pneumatikus fúvókákat 100 mPa•s viszkozitástól használjuk 500 mPa•s-ig, ezen felül, de maximum 2000 mPa•s-ig alkalmazhatunk külső keverésű elemeket. A pneumatikus fúvókák esetében a közeg fúvókákhoz való eljuttatása történhet nyomáselven (szivattyú alkalmazása), ráfolyásos elven (ejtőtartállyal) vagy felszívásos-szifonos elven.

Az egyközeges fúvókák esetében a porlasztás nyomás-, esetleg ráfolyásos elven történik. A szivattyú kiválasztásánál a munkapont, vagyis az adott nyomáshoz tartozó térfogatáram meghatározásánál fontos figyelembe venni a fúvókák szivattyútól mért magasságát és távolságát (nyomásveszteség), illetve az NPSH (net positive suction head, nettó pozitív szívómagasság) értéket. A tökéletes porlasztáshoz a szivattyúnak le kell győznie a csőben lévő nyomást (rendszernyomást). 

Kiválasztási szempontrendszer

A továbbiakban áttekintjük, mely pontok végiggondolása fontos általánosságban a megfelelő fúvóka kiválasztásához: az alkalmazás azonosítása, megismerése után a megfelelő típus, szóráskép megválasztása; a fúvókákra jutó összesített térfogatáram meghatározása, majd ebből a fúvókánkénti térfogatáram számítása; üzemi és maximum nyomás meghatározása; az átáramló közeg adottságaihoz, tulajdonságaihoz a megfelelő anyag kiválasztása; szükség esetén szűrés alkalmazása a fúvóka legszűkebb keresztmetszetének figyelembevételével; a fúvókák elhelyezésének tervezése és számítása (beépítési magasság, szórásképek közötti átfedés, fúvókák közötti távolság, elrendezési szög, dőlésszög a szórógerendához, csőhöz képest, szórni kívánt felület stb.); szükséges csőméret kiszámítása, meghatározása.

Az alkalmazás nagymértékben meghatározza a megfelelő szórásképet. Az alapvető szórásképek a lapos (legyező alakú) sugár, a telekúp-, a kúppalást- és a tűsugár. A szóráskép eldöntésében nagy hangsúlyt kap az alkalmazások ismerete: függ egyrészt a rendelkezésre álló vízmennyiségtől (szivattyú, hálózati víz, ejtőtartály), illetve az alkalmazás közeg- és folyadékigényétől. Alapszabályként mindig a szivattyú szállítási teljesítményéhez határozzuk meg és választjuk ki a fúvókákat, de olykor előfordul ennek ellenkezője is, ha a mérvadó tényező az alkalmazáshoz választott fúvóka.

Egy fúvóka esetében a térfogatáramot alapvetően a furatméret határozza meg, illetve a fúvóka belső geometriája, kialakítása. Ezen túlmenően fontos a nyomás meghatározása is, mivel térfogatáramról mindig adott nyomáson tudunk beszélni. A térfogatáram bármely nyomás esetén számolható, de a fúvókák különböző geometriájából adódóan (például telekúpnál perdítőelem, lapos sugárnál középen beszűkülő keresztmetszet hatására) a Bernoulli- és a kontinuitásképletek módosulnak: lapos sugárnál V2=V1×(p2/p1)0,5, telekúpnál V2=V1×(p2/p1)0,4. Adott térfogatáram megduplázásához a nyomást a négyszeresére kell emelni, amelyre a következő példa is rávilágít: lapos sugár: V2=V1×(p2/p1)0,5 = (4 bar/2 bar)0,5×10 l/min = 14,14 l/min ugyanez p1=2 bar, p2=8 bar és V1= 10 l/min esetén: V2=V1×(p2/p1)0,5 = (8 bar/2 bar)0,5×10 l/min = 20 l/min.

Az előző ponthoz hasonlóan itt is fontos összehangolni a szivattyú és a fúvóka nyomását. Akár olyan eset is előfordulhat, amikor több sorban helyezkednek el fúvókák, és egy csövön akár száz fúvóka is lehet. Ilyenkor nagyon fontos a megfelelő szivattyú kiválasztása. A fúvókák szórásképe ugyanis csak akkor tökéletes, ha adott p nyomáson megkapja az azon minimálisan szükséges térfogatáramot.

Anyagválasztás, szűrés, sugárerő

A további szempontok tárgyalásakor kiindulásként rögzítjük, hogy elsősorban vízbázisú kibocsátott közegről van szó, amely tartalmazhat savakat, lúgokat, esetleg abrazív szemcséket, mindezt különböző hőmérséklet mellett. A sokféle fúvókaanyagon belül igen elterjedt a PP, a PVDF, a POM, a sárgaréz, az 1.4305 (X8 CrNiS18-9) rozsdamentes acél és az 1. 4571 (X5 CrNiMoTi17-12-2), illetve 1.4404 (X5 CrNiMo17-12-2) saválló acélok alkalmazása. A szűrés szükségességét a fúvóka geometriájának legszűkebb keresztmetszete határozza meg.

A közegben lévő szilárd szemcse maximum mérete elvileg a legszűkebb keresztmetszetnek legfeljebb 33 százaléka, a gyakorlatban 50 százaléka lehet. A szűrés megoldható csőrendszerbe építhető szűrőház és szűrőtasak kombinációjával, vagy akár a fúvóka bemenőcsonkjába építhető szűrővel. A fúvókák elhelyezésénél, az elrendezés tervezésénél figyelembe kell venni egyrészt a kilépő közeg által bezárt szöget, amely hatást gyakorol a szórás szélességére vagy a szóráskép átmérőjére. A másik fontos szempont a fúvóka felfüggesztésnek a célponttól mért magassága (H).

Ha növeljük a felfüggesztés célponttól mért távolságát, akkor a szóráskép átmérője is nő, és ezzel nő a befedett terület. Számos alkalmazásnál fontos lehet a sugárerő. Minél inkább koncentrált a szög, annál kisebb területre esik a fúvóka által porlasztott közeg, tehát annál nagyobb a sugárerő (p=F/A Pascal törvénye alapján). A sugárerő a fúvóka beépítési távolságának csökkentésével úgyszintén növelhető. Lapos sugarú és telekúpfúvókák esetében a szórásképek között átfedés szükséges, mivel a fúvókák által kibocsátott víz nem egyenlő mennyiségű a szóráskép két szélén és a szórás közepén (magjában).

Ezt küszöböljük ki az 1/4-1/3 részben történő átfedésbe helyezéssel. Lapossugár-fúvókáknál fontos, hogy a szórásképek egymással párhuzamosak legyenek, különben semleges szál keletkezik, és a sugarak „kiütik egymást”. Ez a kérdés némileg visszacsatolást jelent a korábbiakhoz, hiszen a csőméretet az összesített térfogatáram és a közeg viszkozitása alapján határozzuk meg. 

Komplex rendszert alkotnak

Összefoglalásunkban a legáltalánosabb szempontok szerepelnek, mind a fúvókák kiválasztását, mind az alkalmazást tekintve. A jelzett típusokon kívül a fúvókák családjába tartoznak még a levegőfúvókák és a tartálymosó fejek, illetve az említett területek egyéb fúvókái is. Az elvek, a kiválasztási szempontok itt sem mások alapvetően, de nyilván igazodni kell a specifikus jellemzőkhöz.

Mára a fúvókáknak saját, igen széles szakterülete fejlődött ki, amely nem független más területektől – például a szivattyú- vagy a szűréstechnikától –, sőt velük együtt komplex és komplett igazán a rendszer. Ezen belül akár egyetlen paraméter megváltoztatása is hatással van a rendszer egészére, befolyásolni fogja azt, és akár többszörös, több irányban érvényesülő hatásláncolatot indíthat el.