一、水刀噴頭系統(tǒng)
水刀噴頭是由噴嘴、噴頭體、密封件及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成的集成部件，其功能遠(yuǎn)不止于形成射流。噴頭可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給、多束射流等復(fù)雜動(dòng)作，是水射流設(shè)備中技術(shù)密集度最高的部件之一。噴頭的發(fā)展水平直接反映了水射流設(shè)備的成套性與應(yīng)用成熟度。
1.1 固定噴頭
固定噴頭指噴頭與其連接體（硬管、軟管或機(jī)構(gòu)）之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)噴嘴數(shù)量，可分為單孔噴頭與多孔噴頭。
單孔噴頭
單孔噴頭結(jié)構(gòu)簡單，主要由噴嘴（或噴嘴總成）與噴頭體組成。其設(shè)計(jì)目標(biāo)在于縮小噴嘴尺寸，選用高硬度、高強(qiáng)度耐磨材料（如紅寶石、藍(lán)寶石），以提高壽命并便于加工。噴嘴常設(shè)計(jì)為凸緣結(jié)構(gòu)，便于壓緊連接，密封多采用紫銅墊圈，依靠其塑性變形實(shí)現(xiàn)密封，但拆卸后往往不可重復(fù)使用。
噴頭體形狀多樣，部分設(shè)計(jì)為三爪刃形延伸段，兼具切削、疏通與保護(hù)噴嘴的功能，同時(shí)確保垢層與噴嘴之間保持固定靶距。單孔噴頭普遍應(yīng)用于超高壓工況，但由于噴嘴尺寸受材料與加工工藝限制，其與噴頭體之間的超高壓靜密封成為技術(shù)難點(diǎn)。
多孔噴頭
多孔噴頭適用于大直徑管道清洗，其結(jié)構(gòu)將噴嘴與噴頭體分離，便于拆換。連接方式多采用外六角或內(nèi)六角螺母式。噴嘴安裝方向可調(diào)，包括軸向、徑向、斜向前后等。斜向向后噴射的反向射流可推動(dòng)噴頭自進(jìn)，為軟管提供前進(jìn)動(dòng)力。
多孔噴頭多用于數(shù)十兆帕壓力范圍，超高壓多孔噴頭則可在250MPa下工作，其噴嘴布置在軸向與徑向剖面，形成旋轉(zhuǎn)射流，打擊范圍更廣。關(guān)鍵在于人造寶石噴嘴的密封與定位，通常采用尼龍密封圈與絲堵壓入結(jié)構(gòu)，確保在高壓下螺紋強(qiáng)度與密封可靠性。
1.2 旋轉(zhuǎn)噴頭
旋轉(zhuǎn)噴頭分為強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)與自旋轉(zhuǎn)兩類。
強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)噴頭
其動(dòng)力來源于外部氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)系統(tǒng)。例如氣控旋轉(zhuǎn)噴頭，通過氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)噴桿旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)射流。其優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)速可控，缺點(diǎn)是需要額外氣路，操作復(fù)雜。電動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴頭則通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，適用于垂直管道、瓶腔等清洗場(chǎng)景。
自旋轉(zhuǎn)噴頭
自旋轉(zhuǎn)噴頭依靠偏置噴嘴產(chǎn)生的反沖扭矩實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。其旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性與密封結(jié)構(gòu)、限速機(jī)構(gòu)密切相關(guān)。目前自旋轉(zhuǎn)噴頭已形成70MPa、140MPa、280MPa三個(gè)壓力等級(jí)，廣泛應(yīng)用于清洗、除銹、破碎等場(chǎng)景。
二、水射流噴嘴型式
噴嘴是水射流系統(tǒng)中形成射流的關(guān)鍵部件，其型式多樣，按形狀可分為圓柱形、扇形、異形等；按孔數(shù)可分為單孔、多孔；按壓力可分為低壓、高壓與超高壓噴嘴。
2.1 低壓噴嘴
低壓噴嘴工作壓力一般在1MPa至幾MPa之間，射流介質(zhì)不限于清水，需考慮液體溫度、黏度、密度等因素。
空氣輔助霧化噴嘴
通過壓縮空氣與液體混合噴出，形成霧化射流，適用于除塵、噴涂、氣體冷卻等場(chǎng)景。噴霧形狀包括扁平扇形、大角錐形等。
扇形噴嘴
產(chǎn)生平坦均勻的扁平射流，覆蓋范圍廣，適用于清洗、噴涂、冷卻等。結(jié)構(gòu)上分為軸向扇形與導(dǎo)向板式扇形兩種。
空心錐形噴嘴
射流截面呈環(huán)形，具有良好的霧化特性，適用于氣體冷卻、除塵等。分為軸向進(jìn)入與切向進(jìn)入兩種結(jié)構(gòu)。
實(shí)心錐形噴嘴
射流在圓形或矩形截面上分布均勻，適用于涂裝、冷卻等。結(jié)構(gòu)上也可分為軸向與切向進(jìn)入。
異形低壓噴嘴
如螺旋錐形噴嘴、多噴嘴噴頭等，結(jié)構(gòu)多樣，適用于特殊清洗場(chǎng)景。
三、水射流旋轉(zhuǎn)密封技術(shù)
旋轉(zhuǎn)密封是旋轉(zhuǎn)噴頭與旋轉(zhuǎn)接頭的核心技術(shù)，其設(shè)計(jì)需平衡高壓密封與旋轉(zhuǎn)阻力之間的矛盾。
3.1 旋轉(zhuǎn)密封設(shè)計(jì)原則
· 旋轉(zhuǎn)力矩需克服摩擦阻力；
· 密封需保證額定排出壓力；
· 密封不因壓力與轉(zhuǎn)速升高而抱軸。
3.2 密封結(jié)構(gòu)類型
套筒間隙節(jié)流密封
采用高彈性材料（如QBe2.4）制造套筒，內(nèi)壁設(shè)溝槽蓄水，形成水膜潤滑，既密封又冷卻。
填料密封
適用于低速、強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)場(chǎng)景。填料材料多樣，包括金屬填料（鋁、銅、鉛等）與非金屬填料（橡膠、石墨、PTFE等）。高壓下需配合支撐環(huán)與彈簧使用。
往復(fù)密封
用于高壓水發(fā)生設(shè)備，包括填料密封、間隙密封與組合密封。其壽命與壓力、流量下降程度相關(guān)，是設(shè)備可靠性的重要指標(biāo)。
四、水射流超高壓閥
超高壓閥在超高壓泵系統(tǒng)中兼具控制與溢流功能，結(jié)構(gòu)上注重閥芯設(shè)計(jì)與密封可靠性。
4.1 閥芯類型
· 錐桿閥芯：采用銳角錐桿、鋼球或可調(diào)錐閥芯，確保密封可靠性；
· 端部帶鉆孔閥芯：利用介質(zhì)壓力使錐端膨脹，增強(qiáng)密封效果；
· 液壓/氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥：通過外部動(dòng)力強(qiáng)制啟閉，適用于高壓工況。
4.2 單向閥
用于保證高壓管路中單向流動(dòng)，結(jié)構(gòu)包括錐閥與球閥兩種。在突發(fā)脈動(dòng)時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉以保護(hù)壓力儀表。
4.3 手動(dòng)截止閥
通過閥隙節(jié)流控制壓力，閥芯與閥桿采用球面點(diǎn)接觸，確保自動(dòng)對(duì)中。
五、水射流調(diào)壓閥與控制閥
5.1 間隙節(jié)流調(diào)壓閥
傳統(tǒng)錐形閥在高壓下易磨損，壽命短。間隙節(jié)流調(diào)壓閥采用一段可調(diào)長度的間隙配合副，通過調(diào)節(jié)配合長度改變溢流量，系統(tǒng)壓力得以控制。其優(yōu)點(diǎn)包括：
· 流速低，磨損?。?/p>
· 磨損后可繼續(xù)使用未磨損段，壽命延長；
· 結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低。
缺點(diǎn)在于無法自動(dòng)恒壓，需配合鎖緊機(jī)構(gòu)防止調(diào)節(jié)螺桿松動(dòng)。
5.2 控制閥
控制閥包括手持噴槍與腳踏控制閥，用于控制射流啟閉。其工作原理類似，均通過閥芯動(dòng)作實(shí)現(xiàn)高壓水的通斷。
腳踏控制閥
· 直接作用式：結(jié)構(gòu)簡單，但啟閉靈敏度受液力與彈簧匹配影響；
· 間接作用式：通過小閥控制大閥，腳踏力小，控制靈敏，適用于水刀高壓大流量場(chǎng)景。
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