Распылители: инжекторные или плоскоструйные

На сегодняшний день опрыскиватели комплектуются широким спектром типов и марок распылительных наконечников, поэтому перед аграрием стоит вопрос оптимального выбора в соответствии с конкретными задачами и условиями работы. Различают несколько видов процессов распыления. Наряду с пневматическим и механическим распылением наиболее распространенным является гидравлический тип распиления. Распылительный процесс происходит в результате прохождения рабочей жидкости под давлением через отверстие определенного размера и формы. Характеристики выходного отверстия обуславливают форму потока капель и их размеры. Следовательно, можно сказать, что одним из главных элементов опрыскивателя, наиболее ответственным за качество работы его в целом, является распылительный наконечник.

Современные опрыскиватели оборудуют гидравлическими распылительными наконечниками производства известных зарубежных фирм Lechler, Tee Jet, Hypro, Agrotop, Nozal, Albuz. Они бывают разных типов и применяются для проведения различных видов химической обработки растений: сплошного нанесения химических препаратов, ленточной обработки междурядий, прикорневой обработки растений, поверхностного внесения жидких минеральных удобрений. Конструкции распылительных наконечников разнятся в зависимости от назначения и условий эксплуатации. Основные показатели, которые характеризуют их, — это пропускная способность (производительность) при установленном давлении жидкости и качество распыления.

Каждый распылительный наконечник имеет маркировку, в которой указаны его основные характеристики. Так, в частности на продукции фирмы Tee Jet, содержится следующая информация: тип наконечника, товарный знак фирмы производителя, угол распыления, производительность насадки (в галлонах в минуту при давлении 2,8 бара). При выборе распылителя следует помнить, что на качество его работы влияет ряд факторов, которые следует принимать во внимание, настраивая опрыскиватель.

Одним из основных факторов является расстояние его расположения до целевой поверхности. Следует помнить, что ширина захвата одного распылительного наконечника определяется в соответствии с высотой расположения его над целевой поверхностью и угол распыления, характерным для каждой марки распылителя и указанным на нем. В зависимости от расстояния между распылителями возможно перекрытие определенных зон ширины захвата распылителя. Критическим фактором в таком размещении является достижение двойного перекрытия следа распыления. Обычно для обеспечения оптимального уровня покрытия площади высота размещения распылительных наконечников соответствует расстоянию между ними.

Также важным фактором является угол распыления. Он указан на распылительном наконечнике, сохраняется на незначительном расстоянии от него, а при увеличении расстояния до целевой поверхности фактическая зона покрытия несколько уменьшается в результате гравитации.

Также существенное влияние на качество работы распылительного наконечника оказывает рабочее давление. Например: если при стандартном давлении 2,8 бар угол распыления составляет 110°, то снижение давления до 1 бар уменьшает угол распыления до 90°, а соответственно, и ширину захвата наконечника со 130 до 92 см. Снижение давления влияет и на производительность распылительного наконечника. Этот самый распылительный наконечник при  давлении  2,8 бар имеет производительность 0,8 л/мин, а снижение давления до 1 бар снижает производительность наконечника до 0,46 л/мин. С повышением давления увеличивается пропускная способность распылительных наконечников, но вместе с тем уменьшается размер капель и повышается скорость износа распылительных наконечников. Кроме того, по данным исследований, капли размером менее 200 мкм быстрее испаряются. Их сносит ветер, что оказывает существенное влияние на эффективность работы.

Плотность рабочей жидкости может также повлиять на качество обработки целевой поверхности опрыскивателем. Ведь производительность распылительной насадки рассчитана для жидкостей плотностью 1 кг/л, поэтому в процессе выбора следует перечислить ее производительность в соответствии с плотностью рабочей жидкости.

Для правильного выбора насадки следует рассчитать ее производительность при работе с жидкостью определенной густоты. Для этого нужно умножить значение расхода рабочей жидкости на коэффициент пересчета и выбрать распылительный наконечник по полученному значению производительности.

Качество распыления характеризуется размером капель и степенью покрытия площади каплями. Каждый распылитель при определенном давлении создает капли разного диаметра. Размер капель выражается медианно-массовым диаметром капель (по европейской классификации – средний объемный диаметр капли – MVD), что соответствует доле массы жидкости в 50% капель.

Важным показателем является распределение размера капель по фракциям (дисперсность). Основным показателем дисперсности распыления медианный массовый диаметр капель. Показателем дисперсности распыления является величина 10% объемного диаметра (VD10), оценивающая потенциальный снос капли. Повышение давления на распылителе приводит к уменьшению диаметров MVD и VD10. Чем больше отверстие наконечника, тем большее значение приобретают оба показателя. Степень покрытия выражается количеством осевших капель на единице площади.

Размер капель инжекторного наконечника примерно вдвое больше, чем у обычных распылителей. Распыление компактных инжекторных наконечников при низком давлении лежит в пределах больших капель, вблизи от показателей длинных инжекторных соответственно более высоких давлений. Благодаря пологой форме кривой размера капли у длинных инжекторных распылителей достигается, как сравнить с компактными, более широкий диапазон распыления с большими каплями, что позволяет использовать технологии внесения со снижением дрейфа в более широкой области. Гибкое использование таких свойств распылителей при обработке растений позволяет варьировать как плотность покрытия каплями, так и скорость обработки.

Распыление с большой долей капель размером менее 200 μ, проведенное при неблагоприятных погодных условиях (температура воздуха больше +20 °С, низкая влажность воздуха и высокая скорость ветра), недопустима из-за высокой опасности сноса или испарения. Эта опасность увеличивается с уменьшением размера капли и снижением скорости капли в струе.

Как известно, чем мельче капли, тем выше степень покрытия растений каплями, лучше условия удержания их на поверхности и проникновение в ткань растений, а следовательно, и эффективность опрыскивания. Однако вместе с тем мелкие капли менее устойчивы к погодным условиям, а именно ветру и высокой температуре. При таких условиях увеличиваются потери препарата из-за сноса капель ветром и испарения мелких капель на пути от распылителя к обрабатываемой поверхности, снижается эффективность использования препарата и повышается негативное влияние на окружающую среду. Поэтому, исходя из эффективности обработки и экологических аспектов, использование стандартных плоскоструйных распылительных наконечников оправдано в пределах рабочего давления, не превышающего 0,25–0,30 МПа и при скорости ветра не более 3 м/с.

Все распылительные наконечники стандартизированы и в зависимости от производительности имеют цветовую кодировку в соответствии с ISO 10625:2005(E). Всего по этому показателю наконечники кодируют 16 цветами — с производительностью от 0,2 до 6 л/мин при рабочем давлении жидкости 300 кПа.

В настоящее время аграрии больше всего пользуются плоскостуйными распылительными наконечниками, которые являются универсальными по своему назначению. Различаются они между собой главным образом углом распыления (80°; 90; 110; 120°) и материалом, из которого изготовлены (пластмассовые, металлические, керамические). Сравнивая с другими типами распылительных наконечников, они проще в изготовлении и обслуживании, но обеспечивают относительно высокодисперсное распыление, возрастающее с увеличением рабочего давления.

В некоторых случаях, когда увеличение размера капель несущественно влияет на снижение биологической эффективности препарата, применяют распылительные наконечники «с пониженным сносом капель». Они обеспечивают спектр распыления в пределах среднета крупнокапельной фракций. В отличие от стандартных плоскоструйных в распылительных наконечниках «с пониженным сносом капель» формирование капель происходит в две стадии: на входе и на выходе жидкости из распылительного наконечника. Благодаря тому, что после первой стадии распила снижается давление рабочей жидкости (вследствие большего диаметра выходного отверстия), при одинаковом давлении в магистрали получаем более грубую распиловку, а следовательно, и меньшую вероятность сноса капель ветром.

Благодаря большему диаметру выходного отверстия распылительные наконечники этого типа менее чувствительны к чистоте рабочей жидкости. Кроме того, эти распылительные наконечники в результате оптимального распределения потоков жидкости более износоустойчивы против других. Использование распылительных наконечников «с пониженным сносом капель» позволяет опрыскивать при скорости ветра до 4–5 м/с. Их недостатком является уменьшение биологической эффективности препарата вследствие того, что крупные капли не удерживаются на обрабатываемой поверхности и скатываются с нее, что приводит к перерасходу препарата.

В последнее время широко применяют пневмогидравлические распылители. Их особенностью является то, что они образуют капли относительно большого размера, имеющие высокую степень просадки. Они частично наполнены воздухом и при контакте с обрабатываемой поверхностью лопаются, в результате чего из одной капли относительно большого размера образуются капли значительно меньшего размера, что улучшает их контакт с растением, а следовательно, и биологическую эффективность.

Пневмогидравлические распылители делят на два типа:

• инжекторные, в которых капли насыщаются воздухом благодаря всасыванию воздуха;
• с принудительной подачей воздуха в распылитель с помощью компрессора.

В полевых сельскохозяйственных опрыскивателях применяются преимущественно распылительные наконечники инжекторного типа, поскольку применение других требует усложнения конструкции опрыскивателя. В общем, при применении инжекторных распылителей опрыскивание возможно при скорости ветра до 7 м/с.

Сравнивая инжекторные и стандартные плоскоструйные распылительные наконечники, можно определить следующие основные преимущества первых над вторыми:

• агротехнологические: сокращение затрат препарата;
• экологические: защита окружающей среды.

Реализуются эти преимущества следующим образом:

• одинаковые или лучшие результаты и улучшенное увлажнение;
• лучшее проникновение препарата в массив растений;
• меньшая зависимость от погодных условий;
• снижен риск загрязнения и отравления средствами защиты растений работников, машин, культур на соседних полях и окружающей среде;
• уменьшенный снос жидкости.

Следовательно, вышеприведенное свидетельствует о существенном преимуществе инжекторных распылительных насадок, в первую очередь при неблагоприятных погодных условиях (сильный ветер, высокая температура и низкая влажность воздуха) над плоскоструйными.

Выдвигаются следующие агротехнологические требования к распылителям сельскохозяйственных опрыскивателей:

• каждый распылительный наконечник должен воспроизводить равномерную форму распыления, которая может изменяться только под действием внешних факторов;
• каждый распылительный наконечник должен иметь четкую маркировку с указанием типа, размера и угла распыления, а также иметь цветовую кодировку;
• отклонение расхода рабочей жидкости отдельным распылительным наконечником не должно превышать ±10% табличного значения и ±5% среднего значения;
• при установке на штангу показатель равномерности распределения жидкости по ширине захвата (коэффициент вариации) в указанном диапазоне рабочего давления не должен превышать 7% при стендовых испытаниях и 9% — испытаниях на опрыскиватели;
• размер капель в факеле распыления без применения дополнительных средств принудительного осаждения должен быть не менее 115 мкм.

Следует добавить, что основным узлом, определяющим качество и стабильность выполнения опрыскивателем технологического процесса, является распылитель. По результатам исследований  на распылители приходится до 31–45% дефектов машины. С тем повреждение, засорение, забивание распылительных наконечников приводит к ухудшению поперечного распределения жидкости, а износ их отверстий — к изменению пропускной способности при определенном давлении в магистрали и, соответственно, размере капель. Поэтому залогом надежной и качественной работы опрыскивателей является постоянный контроль состояния распылительных наконечников, их своевременное очищение и замена при износе или выходе из строя.