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水刀真空噴頭原理圖。在流速達300m/s的噴嘴出口處連接一真空噴管，便可達到按照相應(yīng)真空泵性能所產(chǎn)生真空的95%。這里的噴嘴布置以匯聚式磨料射流的水噴嘴排列，即呈環(huán)形布置，射流匯聚點即噴管的文丘里段與直管段的結(jié)合部位。這種真空噴頭按吸人管徑分為50mm、'75mm、100mm三種。

真空噴頭有吸上和壓力真空引射兩種不同的應(yīng)用原理。噴嘴出口在地平面以上，噴頭的吸上性能可與真空泵相比。如果吸人管內(nèi)能獲得100%的真空，理論上對密度為1t/m3的介質(zhì)（如水）能夠吸上達10m的高度。吸上高度取決于被輸送介質(zhì)的密度和黏度。對低黏度介質(zhì)，吸上高度可達7-8m;對高黏度介質(zhì)，需在吸人端加水稀釋。吸上應(yīng)用不適用于漿料、堵塞物等。

諸如向高處或遠處輸送砂石、碎屑等，則在真空噴頭吸入端以氣體作為輸送介質(zhì)來實現(xiàn)。這里，介質(zhì)密度和空氣耗量成一定關(guān)系時，吸上高度可達15m。通常，下列材料均可被輸送：干料如砂、鹽、木屑、礦渣、金屬渣、瀝青、砂礫等；濕料如漿料、油品、砂一水混合物等。

在噴嘴環(huán)（噴嘴出口）后加真空噴頭，能夠利用動能作為輸送動力。這種輸送取決于摩擦系數(shù)、輸送介質(zhì)混合程度和輸送的高度與距離。

真空輸送管線不應(yīng)出現(xiàn)急彎，最好應(yīng)有一定傾斜。兩種應(yīng)用主要區(qū)別在于不同的噴頭位置。當(dāng)然，泵的參數(shù)工況、真空噴頭規(guī)格以及噴嘴排列等都是需要在應(yīng)用中解決的問題。輸送物料與驅(qū)動介質(zhì)量比例約為3:1（即3份固體物料比1份液體介質(zhì)）。例如，每小時輸送密度為lt/m3的80m3固體物料，其驅(qū)動介質(zhì)（水）的流量為400L/min( 24000L/h)，其比例為80t：24t-3. 33;又如，每小時輸送密度為1.8t/m3的24m3固體物料，驅(qū)動介質(zhì)（水）的流量為200L/min(12000L/h)，其比例為43t：l2t-2.6。3種真空噴頭的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

下面介紹幾個真空噴頭的應(yīng)用實例。應(yīng)用真空噴頭清洗罐槽。8個直徑為l5m、安裝高度為17m的罐槽要依次清洗。過去靠工人攀進罐槽內(nèi)作業(yè)，僅憑鏟、吊桶和起重設(shè)備作業(yè)。由于可視性差，容易危及人身安全?，F(xiàn)采用配套高壓泵功率為110kW的75mm真空噴頭作業(yè)。一個工人用噴槍以扇形射流將罐槽內(nèi)的物料沖移到真空噴頭吸管附近，然后就很容易為應(yīng)用真空噴頭清洗深井。該深井約14m，直徑6m，井內(nèi)的泥漿混合物以及瓶瓶罐罐、木屑等要被清除。這里采用3個2-2.3mm噴嘴的75mm真空噴頭，運行壓力為32mpa。吸入端的軟管長度為3m。在壓力端，25m長的軟管自泵一直伸入井內(nèi)與噴頭的泥塊用桶提上來外，全部清洗不到2個工時，總的清洗量水深和泥層下約8%-10%的固體物料。清洗船內(nèi)艙后，艙內(nèi)堆積起幾噸重的物料以及銹屑等要被運出。原先，要待船進干船塢后在船上開個孔才能運出這些東西。而今采用75mm真空噴頭在20MPa壓力下即可從船艙吸上。由于不允許水進入艙內(nèi)，故將真空噴頭安裝在艙外。全部輸送高度約l5m.若在2001.圓桶內(nèi)注入密度為4 t/m3的物料進行試驗，結(jié)果30s就將 (800kg)的物料吸至17m高度。采用三級真空噴頭抽吸船艙物料，最大抽吸高度為35m，最大輸送距離為300m。實用中由3臺泵和4個真空噴頭組成了三級真空輸出，并并聯(lián)一噴槍用于剝除物料。第一級2個50mm真空噴頭并聯(lián)將物料吸上，經(jīng)第二級輸送到中轉(zhuǎn)罐，再由第三級輸送至貯罐。值得注意的是，在第一級的吸人端分別引入兩股高壓水用于吸入端篩網(wǎng)和護網(wǎng)的清堵。為了保證連續(xù)可靠作業(yè)，這一方法很常用。兩級吸上大大提高了吸上高度。

水切割噴頭又叫水刀，超高壓水最終通過它達到作業(yè)目的。水切割噴頭一般與高壓管（軟管或硬管）直接連接，安裝在噴槍或夾持在切割平臺的移動粱臂上。

為水切割噴頭的兩種基本型式，即純水射流和磨料射流。純水射流切割噴頭的設(shè)計壓力為400MPa，水噴嘴直徑范圍為0. 08-0. 5mm，切割頭的針閥由0.4MPa的氣動壓力控制其靈敏啟閉，高壓水通過針閥、穩(wěn)流管進入噴嘴形成射流。在此基礎(chǔ)上附加磨料混合腔和磨料噴嘴便成了磨料射流。這里，磨料噴嘴直徑范圍為0.5-1. 65mm。干磨料與高壓水流在混合腔內(nèi)混合，經(jīng)磨料噴嘴高速噴出射流束，極大地提高了切割效率。

水切割噴頭實質(zhì)上是個輸送流道系統(tǒng)，它包括帶彎頭或拐角的配管、閥門、節(jié)流孔、接頭等，這一系統(tǒng)的理想設(shè)計對減少能量損失很有意義。流體經(jīng)過輸送管路及各種附件、接頭時會出現(xiàn)流動轉(zhuǎn)向、擴散、收縮等情況，因而對流體進入噴頭的流動產(chǎn)生副作用。水動力學(xué)指出，端部帶噴嘴的直管是最理想的水力系統(tǒng)流道構(gòu)成，這種情況能滿足進入噴嘴的流體形成光滑的軸對稱流的必要條件，同時在噴嘴出口也能獲得相對均勻的流動速度，其流動具有較小的內(nèi)部阻力。這一直管稱之為整（導(dǎo)）流管。這種軸對稱流道可阻止軸向旋渦所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)流，

流體的壓縮性是導(dǎo)致流道截面上軸向流速分布不均勻的原因之一。其壓縮值可通過比值dn-，/d來反映，這里，dn、d分別為流道（即整流管）和噴嘴直徑。流道直徑dn和唼嘴直徑d的比值的最佳范圍為為消除擾動而設(shè)的整流管，的比值要求難以加工，于是將其設(shè)計成一個整流器，即加大d，并內(nèi)置一對開槽芯桿。這種整流器分割輸送流道內(nèi)的流體，使得軸向速度更加均勻，同時減少擾動動能。推薦在整流器前端采用一直管段長度L，=(1. 5-3)d的流道，以縮短噴頭內(nèi)的輸送流道。

噴頭零件的各種連接方式。在接管1、噴嘴5和噴嘴護套4之間有一彈性密封圈3，其承受連接裝配中適度的機械壓力。當(dāng)彈性密封圈承受高壓時，可產(chǎn)生變形，增加連接的緊密性并防止?jié)B漏。但彈性密封圈3受高壓時會逐漸嵌入接管1和螺母2的間隙中，從而此間形成一個旋渦區(qū)，也就增加了流體的擾動。結(jié)構(gòu)可提高密封的可靠性，接管1和螺母2間的錐面作為高壓密封，而噴嘴5和螺母2間的密封靠彈性密封圈3和控制墊圈6。但由于錐面密封形成了接管和螺母間的轉(zhuǎn)變區(qū)，導(dǎo)致接管后部流體膨脹，產(chǎn)生湍流波動，進而使射流性能惡化、射流發(fā)散，導(dǎo)致射流打擊力減小、射流切割效率降低。結(jié)構(gòu)減少了上述連接的缺點，其噴頭包括螺母2、噴嘴護套4、帶內(nèi)錐面的噴嘴5、彈性密封圈3及兩端部為錐形的中間體7。控制墊圈8可確保彈性密封圈3預(yù)壓7%-10%的厚度，當(dāng)螺母2逐漸連接于接管1時，由于中間體7沿軸向向噴嘴5移動，而使彈性密封圈3產(chǎn)生變形。這一結(jié)構(gòu)增加了彈性密封圈的耐久性，同時使得被加工件可離噴嘴很近。而能確保進入噴嘴流體流動穩(wěn)定性及密封可靠性的更為簡單的結(jié)構(gòu)，其噴頭由接管1、螺母2、噴嘴護套4和噴嘴5組成。這種設(shè)計消除了噴嘴和接管間的過渡區(qū)。高壓靜密封直接由噴嘴護套和接管壓緊實現(xiàn)。接管頭部為球面，且內(nèi)徑與噴嘴護套人口相同。噴嘴外表面為錐狀，直接插入螺母的錐狀內(nèi)腔中。上述設(shè)計要實現(xiàn)流體在噴嘴前必需的收縮是十分困難的，因為流道直徑同噴嘴直徑相差太大，因此圖e的設(shè)計應(yīng)該最佳。此方案中，噴嘴護套4的內(nèi)表面有一錐形接頭直接同接管的錐形面相接，而外表面為對稱圓柱狀。這里，微小錐面使得靜密封在任何情況下均可實現(xiàn)，螺母2上須鉆1-2個直徑1-2mm的安全孔，以防連接有缺陷或密封失效時對螺紋及其他零件的破壞。

通過上述對噴頭設(shè)計的分析，可以認(rèn)為流道應(yīng)包括3部分，即大直徑(d．-2-5mm)的柱狀段、錐狀段和小直徑的柱狀段。理想的流道為：

(1)大直徑柱狀段長度與內(nèi)徑之比L1/d1=20-35;

(2)錐狀段長度和大直徑柱狀段直徑之比L2/d1=2～3；

(3)錐狀段大小直徑比2<d．/d2 <5；

(4)小直徑柱狀段長度與內(nèi)徑比L3/d2-8- 12；

(5)噴嘴進出口直徑比d2/d-10-15。

分析噴嘴出口直徑同接管內(nèi)流道直徑相互依賴的關(guān)系可得出下述結(jié)論：接管流道尺寸必須根據(jù)噴嘴出口直徑的增減加以調(diào)整，以增加射流起始段長度并減少流體的壓力損失。

下面介紹幾種水切割噴頭實例。旋流混合式，其特點是在超高壓水射流真空和殼體內(nèi)壁旋流葉柵的作用下，磨料呈旋流與水射流混合自磨料噴嘴噴出。它的優(yōu)點是極大地縮短了水噴嘴與磨料噴嘴的間距。經(jīng)驗指出，這一間距控制在5-6rnm，可以有效地防止經(jīng)水噴嘴噴出的水射流在進入磨料噴嘴前擴散，從而保證磨料射流的凝聚性。斜貫混合式，這也是常用的一種方式，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，但混合均勻度不如前者，而且兩噴嘴的間距因混合腔布局也顯得太長，磨料射流的凝聚主要取決于磨料噴嘴。正交混合式，混合腔是一個環(huán)形套，磨料自水平進砂孔吸入后經(jīng)環(huán)形槽進人多孔砂道均勻供磨料，這樣便可保證均勻混合。磨料噴嘴由刀口螺套緊固。水射流的“令行禁止”非常重要，既要保證切割程序中的斷點，又要防止水流經(jīng)磨料管回流形成堵塞。這就要求在水切割噴嘴前設(shè)置一超高壓氣動單向控制閥；另外，磨料閥的靈敏啟閉和磨料量的控制也同樣重要。這些內(nèi)容都將在相應(yīng)章節(jié)討論。

水切割噴頭的共性在于：足夠長徑比的整流管；水噴嘴、密封套與噴嘴體的總成及其定位安裝；水噴嘴與磨料噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用及其所形成的混合腔。

由于磨料噴嘴采用碳化鎢等硬質(zhì)合金制造，材料較脆，易損壞，而價格也較高，因此使用中應(yīng)特別注意，避免意外損壞。水噴嘴的孔徑與磨料噴嘴的孔徑應(yīng)合理搭配，一般0.2mm的水噴嘴使用0.8mm磨料噴嘴；0.3mm的水噴嘴使用lmm磨料噴嘴；調(diào)節(jié)磨料供給量，既不可過小，也不可過大。磨料供給量過大時易造成磨料不能及時排空而發(fā)生堵砂回水等故障；當(dāng)射流發(fā)散時應(yīng)及時更換水噴嘴，避免由于水噴嘴損壞而造成磨料噴嘴損壞；更換水噴嘴時應(yīng)注意清理噴頭體與混砂室，不能因磨料未清理干凈而影響水噴嘴的定位，造成切割效果差和磨料噴嘴使用壽命短；磨料噴嘴在每使用4小時，最好將其沿一定方向旋轉(zhuǎn)120。．這樣做的目的是保證磨料噴嘴的內(nèi)孔在磨損后依然保持圓的形狀，延長使用壽命。

切割頭結(jié)構(gòu)簡單，使用中一般不會發(fā)生故障，但是，由于水噴嘴、磨料噴嘴和混砂室都是易損件，因此根據(jù)故障現(xiàn)象合理更換易損件在切割頭的使用中是非常重要的。

(1)進砂不暢，斷砂。發(fā)生這一故障的原因除控砂閥外，最大的可能原因是切割頭的進砂管處漏氣，應(yīng)首先檢查供砂塑料管是否有負(fù)壓，負(fù)壓是否足夠大，如發(fā)現(xiàn)負(fù)壓較小應(yīng)仔細檢查，并找到漏氣的原因加以解決。

(2)高壓系統(tǒng)壓力降低。發(fā)生故障時應(yīng)首先檢查高壓管路和切割頭處是否漏水，如發(fā)現(xiàn)切割頭上的觀察孔漏水，就應(yīng)旋緊噴頭體，增加水噴嘴與連接管之間的壓力，就可解決漏水問題，如果水噴嘴內(nèi)孔過度磨損或損壞，也可能造成高壓系統(tǒng)壓力降低，這時就需要更換水噴嘴；

(3)磨料噴嘴堵砂。發(fā)生這一故障的原因一般有兩種，一是磨料供給量過大，流淌不及時發(fā)生堵砂，二是磨料中有較大顆粒堵住磨料噴管內(nèi)孔造成堵砂。解決方法是調(diào)節(jié)磨料供給量，避免磨料供給量過大，同時購買的磨料應(yīng)經(jīng)過篩選并妥善保管，避免較大顆粒的雜物}昆人磨料中。

(4)射流發(fā)散，切割能力降低。發(fā)生這一故障的原因有2個，一是噴嘴過度磨損或損壞，二是磨料噴嘴過度磨損。一般采用替換法來進行判斷。如條件具備可在顯微鏡下檢查水噴嘴，主要是通過檢查其圓度、直徑和內(nèi)孔邊緣是否完整來進行判斷。亦可在燈光下用放大鏡檢查磨料噴嘴內(nèi)孔表面，水刀噴嘴內(nèi)孔表面應(yīng)光潔、平整，如發(fā)現(xiàn)噴嘴內(nèi)孔表面出現(xiàn)凹凸、內(nèi)孔變大、失圓等缺陷就需給予更換。