نازل برج خنک کننده (Spray Nozzle) قطعه اصلی پاشش و توزیع یکنواخت آب داغ در کولینگ تاور مکعبی است و در صنعت با نام افشانک کولینگ تاور هم شناخته می شود. با ایجاد جریان تلاطمی، آب گرم را به صورت قطرات ریز پخش می کند و به همین دلیل به آن دوش پاشش برج خنک کن نیز می گویند. در سامانه های مدور یا تحت فشار، کارشناسان نازل های پاششی را آب پخش کن کولینگ تاور می نامند و مهندسان این مدل ها را بیشتر در توزیع آب برج های گرد یا مخروطی به کار می برند.
نحوه عملکرد نازل برج خنک کننده
پمپ فشار را به محفظه نازل وارد می کند. با کاهش سطح مقطع داخلی، سرعت جریان بالا می رود، فشار ساکن کم می شود و انرژی فشاری به انرژی جنبشی تبدیل می شود. هندسه داخلی مانند مارپیچ، اسپیرال یا وین های چرخاننده آشفتگی کنترل شده ایجاد می کند و همراه با افزایش سرعت، آب را ریزدانه و اتمایز می کند. نازل آب را به شکل مخروط پر، مخروط توخالی یا جت تخت خارج می کند و روی سطح پکینگ پخش می کند. نسبت سطح مقطع ورودی به خروجی و طراحی گلویی یا اوریفیس زاویه پاشش، اندازه قطره، دبی و الگوی توزیع را تعیین می کنند؛ بنابراین طراح نازل را با فشار کاری، نوع پکینگ و شکل برج مکعبی یا گرد هماهنگ می کند.
نکته کلیدی: هر خانواده نازل برج خنک کننده از مخروط پر و توخالی تا فلت فن، اسپیرال و مدل قابل تنظیم با تغییر سطح مقطع پراکندگی یکنواخت سیال را ممکن می کند. انتخاب درست افت فشار را بهینه می کند، پاشش همگن می سازد و خنک کاری را تقویت می کند.
فیلم از نحوه عملکرد نازل کولینگ تاور
انواع نازل برج خنک کننده
نازل مه‌پاش (Mist Nozzle)
مه پاش نازل برج خنک کننده ای است که با شعاع پاشش کم و اتمایزیشن بسیار ریز، آب را به صورت مه در هوا پخش می کند و رطوبت نسبی را بالا می برد و سطح تماس آب و هوا را بیشتر می کند. این مدل در برج های خنک کننده، کندانسورهای تبخیری و ایرواشرها کاربرد دارد، به ویژه وقتی فضا محدود است یا هدف ریزذره سازی باشد. در چنین شرایطی پوشش یکنواخت تر می شود و کارایی خنک کاری بهبود پیدا می کند.
نازل قطره پاش (Dropper Nozzle)
قطره پاش بخشی از دبی آب را به قطرات ریز و یکنواخت تبدیل می کند تا سطح های انتقال حرارت کولینگ تاور به طور همگن خیس شود و رانش کم شود. شعاع پاشش معمول این گروه حدود ۲۰ تا ۶۰ سانتی متر است. مهندس با توجه به طراحی داخلی، نمونه هایی مثل حلزونی، چپقی، خورشیدی و فانوسی را برای کنترل زاویه پاشش و اندازه قطره انتخاب می کند و با انتخاب درست مدل، یکنواختی پاشش را بهتر می کند.
نازل اسپری کننده (Spray Nozzle)
اسپری کننده بخش زیادی از جریان آب را به اسپری یکنواخت تبدیل می کند و پوشش گسترده ایجاد می کند. این مدل برای توزیع آب روی پکینگ برج خنک کننده در مساحت های بزرگ مناسب است. شعاع پاشش رایج حدود ۶۰ تا ۱۲۰ سانتی متر را پوشش می دهد. در مقایسه با مه پاش و قطره پاش راندمان پوشش بهتری ارائه می دهد و یکنواختی را افزایش می دهد. نمونه های رایج مثل مربع پاش Deck Spray، مدل های 2H و بالتیمور با حوضچه های توزیع منظم و برج های مکعبی هماهنگ هستند.
انواع نازل برج براساس فشارکاری
نازل کم فشار (کمتر از ۱٫۲ بار)
نازل های کم فشار انرژی پاشش را محدود می کنند و آب را به صورت قطرات درشت با شعاع کوتاه تر پخش می کنند. طراحان این رویکرد را برای شبکه های توزیع ساده یا حوضچه های ثقلی مناسب می دانند و با آن سایش قطعات و مصرف توان پمپ را کاهش می دهند. برای یکنواختی، اپراتور فاصله نازل تا پکینگ را دقیق تنظیم می کند و چیدمان نازل ها را کمی متراکم تر می چیند تا سطح پکینگ کامل خیس شود و نقاط خشک شکل نگیرد. در بار حرارتی متوسط و وقتی هد پمپ محدود است، نازل کم فشار انتخاب منطقی به شمار می آید.
تحت‌فشار (۱٫۲ تا ۳ بار)
انواع نازل برج خنک کننده به لحاظ نوع پاشش آب
نازل پاشش ثابت
در نازل های پاشش ثابت بدنه نمی چرخد. جریان آب پس از عبور از روتور یا پره های داخلی دچار چرخش کنترل شده می شود و به صورت مخروط یا جت یکنواخت روی پکینگ پخش می شود. به دلیل قطعات متحرک کمتر، دوام بالاتری انتظار می رود و در برج های مکعبی و حوضچه های توزیع شبکه ای به طور گسترده استفاده می شود. دستیابی به پوشش یکنواخت زمانی ممکن می شود که فشار کاری، زاویه پاشش و فاصله نازل تا پکینگ به درستی تنظیم شود تا همپوشانی نازل های مجاور کامل گردد.
نازل پاشش چرخشی (آب پخش کن)
در مدل های چرخشی، افشانک با فشار آب می چرخد و الگوی پاشش دایره ای پیوسته ایجاد می کند. به همین دلیل طراحان این مدل را در برج های گرد و مخروطی با رایزر مرکزی به کار می برند و با تعداد نازل کمتر پوشش وسیع تری به دست می آورند. برای شروع و پایداری چرخش، اپراتور حداقل فشار را تامین می کند و با بهبود کیفیت آب، خطر رسوب و ذرات که می تواند محور و اوریفیس را تحت تاثیر قرار دهد کاهش می دهد. نصاب با هم مرکزی و تراز صحیح نصب، نواحی خشک را حذف می کند و افت راندمان را به حداقل می رساند.
انواع نازل برج خنک کننده به لحاظ نوع پاشش آب
نازل مربع پاش
در الگوی مربع پاش، نازل برج خنک کننده آب را با هندسه نزدیک به مربع روی سطح پکینگ پخش می کند تا با شبکه منظم حوضچه یا آرایش گرید نازل ها هماهنگ شود. هدف پوشش یکنواخت بدون نواحی خشک یا هم پوشانی زیاد است، پس زاویه پاشش و فاصله مرکز تا مرکز نازل ها طوری تنظیم می شود که لبه های چهارگوش اسپری به هم برسد و کل سطح تبادل حرارت یکنواخت خیس شود.
نازل دایره پاش
در الگوی دایره ای، اسپری به صورت مخروط یا پاشش دوار شکل می گیرد و شعاع ثابتی از مرکز نازل را می پوشاند. این چیدمان برای برج های گرد یا سامانه های دارای رایزر مرکزی مناسب است چون توزیع شعاعی یکنواخت به دست می آید. با تنظیم زاویه مخروط و ارتفاع نازل، شعاع پوشش دقیقا با قطر ناحیه هدف منطبق می شود. این الگو پکینگ را به طور پیوسته خیس می کند و گسست الگوی توزیع را به حداقل می رساند.
طراحی نازل برج خنک کننده
در یک طراحی درست، شعاع پاشش، فشار کاری، فاصله تا پکینگ و هندسه مقطع باید با هم هماهنگ شوند. هدف این است که آب با قطره های مناسب و الگوی یکنواخت، تمام سطح پکینگ را بپوشاند و همزمان افت فشار و رانش کم بماند.
شعاع پاشش
شعاع پاشش مشخص می کند هر نازل چه مساحتی را پوشش بدهد. این مقدار باید با شبکه توزیع آب و فاصله مرکز تا مرکز نازل ها هماهنگ شود تا نه بخش خشک بماند و نه هم پوشانی زیاد رخ بدهد. انتخاب درست شعاع، زاویه پاشش و اندازه قطره ها را هم تحت تاثیر قرار می دهد و یکنواختی را بهتر می کند.
فشار کاری
فشار کاری انرژی لازم برای تبدیل جریان به اسپری پایدار را فراهم می کند. افزایش فشار سرعت خروجی را بیشتر می کند، زاویه پاشش را پایدار نگه می دارد و قطره های ریزتر می سازد. اگر فشار کم بماند، قطره های درشت شکل می گیرد و پوشش ناقص می شود. افزایش بیش از حد فشار رانش و هدررفت را بالا می برد. بنابراین فشار را با هد پمپ، افت شبکه و مشخصات نازل هماهنگ تنظیم کنید.
فاصله تا پکینگ
قرار دادن دهانه نازل در ارتفاع درست، شکل مخروط پاشش و اندازه قطره ها را هنگام برخورد تعیین می کند. اگر فاصله کم باشد، جریان را متمرکز می کنید و نقطه های اشباع می سازید. وقتی خیلی زیاد شود، پخشیدگی و تبخیر ناخواسته بالا می رود و بازده پایین می آید. نقطه بهینه جایی است که الگوی پاشش روی پکینگ یکنواخت دیده می شود و همپوشانی نازل های کناری کامل می شود.
هندسه مقطع
نسبت سطح مقطع ورودی به خروجی و طراحی گلویی یا اوریفیس میزان افت فشار، زاویه پاشش و فرآیند ریز شدن آب را کنترل می کند. کوچک سازی کنترل شده مقطع، انرژی فشاری را به انرژی جنبشی تبدیل می کند و آب را به قطره های با اندازه مناسب می شکند. انتخاب قطر و شکل اوریفیس باید با دبی طراحی، فشار کاری و الگوی پاشش هدف هماهنگ شود.
شبیه سازی و اعتبار سنجی
در مرحله بررسی، می توان از تحلیل عددی و آزمون میدانی کمک گرفت. شبیه سازی جریان با ابزارهایی مثل ANSYS Fluent زاویه پاشش، سرعت قطره ها و یکنواختی توزیع را پیش بینی می کند و سپس نتایج با تست فشار و دبی و مشاهده الگوی خیس شدن روی پکینگ تطبیق داده می شود.
نحوه تولید نازل برج خنک کننده
تیم طراحی برای نازل های پاشش ثابت بازه سایز ۱/۲ تا ۳ اینچ را در نظر می گیرد. مهندسان با توجه به کاربرد، بدنه را از پلیمرهای PP، ABS، PVC یا HDPE می سازند و برای مدل های دوار آب پخش کن از آلیاژهای فلزی استفاده می کنند. خط تولید دو مسیر دارد: قالب گیری تزریقی برای نازل های پلیمری و ماشین کاری پس از ریخته گری برای نازل های فلزی یا دوار.
قالبگیری تزریقی
ابتدا مدل سه بعدی نازل در نرم افزارهایی مثل SolidWorks طراحی می شود و به قالب قابل ماشین کاری تبدیل می گردد. اپراتور قالب را داخل دستگاه تزریق نصب می کند. مواد گرانولی مثل PP با گریدهای R60 یا R220 و همچنین HDPE، ABS یا PVC پس از گرمادهی ذوب می شوند و واحد تزریق آنها را با فشار به حفره قالب می راند. سامانه خنک کاری دما را پایین می آورد، قطعه سفت می شود و از قالب خارج می گردد. تیم تولید پلیسه را برمی دارد، ابعاد را کنترل می کند و کانال های داخلی را صاف می کند تا قطعه برای مونتاژ آماده شود. نتیجه این فرایند، نازلی با هندسه دقیق، سطح داخلی هموار و تکرارپذیری بالا در الگوی پاشش است.
ماشین کاری پس از ریخته گری
کارگاه قطعه خام را با ریخته گری می سازد. سپس تراشکار و فرزکار ابعاد نهایی، اوریفیس، نشیمنگاه ها و مسیرهای جریان را ایجاد می کنند تا هم محوری، بالانس چرخشی و تلرانس های تنگ را حفظ کنند. در پایان تیم تولید پرداخت سطحی انجام می دهد و با آزمون فشار و دبی، پایداری الگوی پاشش و چرخش را در فشار کاری تعیین شده تایید می کند.
