Trong các kịch bản công nghiệp như phun thuốc trừ sâu, lưu thông chất lỏng mạ điện và xử lý khí thải, vòi phun kim loại truyền thống thường xuyên bị rò rỉ do ăn mòn vật liệu và khuyết tật cấu trúc. Theo thống kê, tuổi thọ trung bình của vòi phun kim loại trong môi trường ăn mòn chưa đến 6 tháng và tỷ lệ nhỏ giọt cao tới 15%-20%, không chỉ gây ra chất thải tài nguyên, mà còn gây ra rủi ro ô nhiễm thứ cấp. Vòi phun khí dung nhựa Cung cấp một con đường mới để giải quyết vấn đề này thông qua đổi mới vật liệu và tối ưu hóa cấu trúc.
Logic thiết kế cốt lõi của cấu trúc PP hai lớp
Chất nền polypropylen (PP) đã trở thành vật liệu chính cho cấu trúc hai lớp với các đặc điểm sau:
Khả năng chống ăn mòn: Không có các nhóm chức năng hoạt động trong chuỗi phân tử và nó vẫn ổn định trong môi trường có giá trị pH 2-12 để tránh kết tủa ion kim loại;
Tính chất tự bôi trơn: Hệ số ma sát thấp hơn vật liệu kim loại, làm giảm nguy cơ bám dính hạt;
Khả năng tương thích đúc phun: Cấu trúc phức tạp có thể được tích hợp thông qua công nghệ ép phun chính xác để tránh sự cố hàn/niêm phong của các vòi phun kim loại truyền thống.
Kênh bên trong áp dụng thiết kế bionic để đạt được dòng chất lỏng định hướng thông qua các cơ chế sau:
Tối ưu hóa gradient mặt cắt kênh: Chiều rộng kênh là 2,5mm ở đầu vào và thu nhỏ thành 1,8mm ở đầu ra, sử dụng hiệu ứng Venturi để tăng cường tốc độ dòng chất lỏng;
Hướng dẫn xoắn ốc rãnh: Một mẫu xoắn ốc có độ sâu 0,3mm được đặt trên thành bên trong của kênh để hướng dẫn chất lỏng tạo thành dòng chảy tầng và giảm biến động áp suất do nhiễu loạn;
Cấu trúc chống Siphon: Một góc vát 15 ° được thiết kế ở cuối kênh để ngăn chặn hiệu quả dòng chảy ngược chất lỏng với áp suất của khoang không khí bên ngoài.
Khoang không khí bên ngoài tạo thành hàng rào áp lực theo những cách sau:
Thiết kế buồng không khí độc lập: Khoang không khí và kênh dòng chất lỏng được phân lập hoàn toàn bởi phân vùng PP dày 0,1mm để tránh ô nhiễm chéo của môi trường;
Cân bằng áp suất động: Một van thở được đặt ở đầu khoang. Khi áp suất hệ thống dao động, khoang không khí tự động điều chỉnh áp suất không khí để duy trì chênh lệch áp suất với môi trường bên ngoài;
Bồi thường biến dạng đàn hồi: Mô đun đàn hồi của vật liệu PP cho phép khoang biến dạng một chút khi áp suất thay đổi, hấp thụ lực tác động và ngăn ngừa thiệt hại cấu trúc.
Phương đường thực hiện kỹ thuật của cơ chế chống nhỏ giọt
Khi hệ thống phun được đóng lại, cấu trúc PP hai lớp đạt được không nhỏ giọt qua các bước sau:
Độ trễ giải phóng áp suất: Van thở của khoang không khí bên ngoài từ từ giải phóng khí khi áp suất hệ thống giảm, duy trì áp suất trong khoang cao hơn áp suất khí quyển;
Chặn căng thẳng bề mặt chất lỏng: Thiết kế vát ở cuối kênh dòng chảy bên trong làm tăng sức căng bề mặt của chất lỏng và ngăn chặn các giọt phá vỡ giao diện;
Ức chế hiệu ứng Siphon: Grove hướng dẫn xoắn ốc phá hủy tính liên tục của chất lỏng, kết hợp độ dốc mặt cắt ngang kênh dòng chảy, tạo thành một gradient áp suất ngược và chặn kênh siphon.
Thông qua các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mô phỏng điều kiện làm việc công nghiệp, vòi phun cấu trúc PP hai lớp đạt được không có mưa giọt trong vòng 10 phút trong các điều kiện sau:
Loại phương tiện: dung dịch axit với pH = 2, dung dịch kiềm với pH = 12, nhũ tương chứa 20% các hạt lơ lửng;
Phạm vi áp suất: áp suất hệ thống 3-8bar;
Điều kiện môi trường: Nhiệt độ 25, độ ẩm 60%.
Đổi mới ứng dụng công nghiệp cấu trúc pp hai lớp
Xịt chống khô: Thiết kế dòng chảy định hướng của kênh dòng chảy bên trong cho phép chất lỏng được phun trong dạng phun hình quạt, làm giảm tốc độ trôi của thuốc trừ sâu;
Thủy lợi nhỏ giọt dư lượng: Rào cản áp lực của khoang không khí ngoài ngăn chất lỏng nhỏ giọt sau khi hệ thống tưới nhỏ giọt bị đóng lại, làm giảm nguy cơ ô nhiễm đất.
Đảm bảo chất lượng lớp phủ: Độ trơ hóa học của vật liệu PP ngăn chặn sự kết tủa của các ion kim loại và đảm bảo độ tinh khiết của dung dịch mạ điện;
Tinh chế khí thải: Vòi phun cấu trúc hai lớp đạt được hiệu quả hóa trong tháp rửa khí thải, làm giảm ô nhiễm thứ cấp gây ra bởi sự nhỏ giọt của chất lỏng rửa.
Hệ thống phun thông minh: Kết hợp với cảm biến áp suất và mô -đun điều chỉnh khoang không khí, các thông số phun được tự động điều chỉnh theo độ ẩm xung quanh;
Liều điều trị bằng nước thải: Thiết kế chống nhỏ giọt đảm bảo dùng thuốc chính xác của tác nhân và tránh việc tạo ra bùn do sử dụng quá mức.
Định hướng tiến hóa công nghệ và những thách thức trong tương lai
Cải thiện điện trở nhiệt độ: Vật liệu PEEK có thể chịu được nhiệt độ cao 260 ° C và phù hợp cho các kịch bản khử trùng hơi nước ở nhiệt độ cao;
Sức mạnh cơ học tăng cường: Mô đun đàn hồi của PEEK cao hơn 5 lần so với PP, phù hợp cho các hệ thống phun áp suất cao.
Giám sát thời gian thực: cảm biến áp suất nhúng và đồng hồ đo lưu lượng để đạt được điều khiển vòng kín của các thông số phun;
Điều chỉnh thích ứng: Dự đoán nhu cầu phun qua thuật toán AI và điều chỉnh động trạng thái làm việc của vòi phun.
Tiêu chuẩn hóa thành phần: Phát triển một giao diện phổ biến tương thích với các thành phần của vòi phun của các thông số kỹ thuật khác nhau;
Bảo trì không có công cụ: Sử dụng cấu trúc kết nối nhanh để đạt được sự tháo gỡ nhanh chóng và lắp ráp vòi phun.
