水刀噴嘴是水射流設(shè)備的重要元件，它最終形成了水射流工況，同時又 制約著系統(tǒng)的各個部件。對于噴嘴型式，按形狀區(qū)分有圓柱形噴嘴、扇形噴嘴、異形噴嘴等；按7L數(shù)區(qū)分有單孔噴嘴、多孔噴嘴；按壓力區(qū)分有低壓噴嘴、高壓噴嘴、超高壓噴嘴等。為了表敘的系統(tǒng)性和完整性，本書按壓力區(qū)分噴嘴，以試圖較全面地介紹噴嘴的型式。
由此可知，上例中在工件表面上的打擊力為23. 7MPa。打擊力并非常量，隨著靶距的增加，打擊力下降梯度較大，可將曲線近似成三角函數(shù)來簡單估算射流能量。由此得出在工件表面上的有效射流功率為8. lkW，同樣得出相應(yīng)的比能和效率。
這一水射流設(shè)備能量損失的圖解說明。由計算可知，從工件表面上剝除1 crn3的材料僅需6.48J的能量，但由于系統(tǒng)的損失，電動機輸入到泵的動力卻要求為4 8J /CII13，在射流到達工件之前，86.5%的輸入能量都消耗了，只有13. 5%的能量用來做功。為了克服設(shè)備系統(tǒng)的影響，剝除材料實際需要的能量約為有效能量的8倍。
如何改進高壓水射流設(shè)備、提高射流有用功率是設(shè)計人員的任務(wù)。在做好系統(tǒng)設(shè)備每一個部件的設(shè)計與制造的同時，必須設(shè)計出最佳噴嘴使之與系統(tǒng)匹配，也就是說噴嘴的設(shè)計至關(guān)重要，而這一點恰恰最為人們所忽視。
7.2.1低壓噴嘴
工業(yè)用低壓噴嘴型式很多。從射流形狀設(shè)計上，低壓噴嘴的成功往往給高壓噴嘴許多啟示。低壓噴嘴的工作壓力往往在1MP。至幾MPa以內(nèi)，其射流介質(zhì)也不僅限于清水，因此液體的溫度、黏度、密度、表面張力及其化學(xué)腐蝕性能等都是設(shè)計時所考慮的因素。
1．空氣輔助霧化噴嘴
一定量的壓縮空氣與液體混合后自噴嘴噴出，從而獲得良好的霧化特性。這種典型的兩相射流廣泛應(yīng)用于除塵、噴射干燥、濕潤、涂裝、氣體冷卻和調(diào)節(jié)等。由于空氣的輔助霧化特性，這種噴嘴尤其適用于黏度較大液體的噴涂和噴霧。其噴射方式有重力噴射、虹吸噴射和壓力噴射三種，每一種方式均對應(yīng)不同的設(shè)備，且均配有不同的手動或自動控制裝置，以控制噴霧形狀和尺寸。噴霧形狀有扁平扇形、大角錐形和小角錐形。在前兩種噴射方式中，液位高度和虹吸高度
2．扇形噴嘴
扇形噴嘴直接由噴嘴形狀產(chǎn)生平坦均勻的扁平射流，其剩沉致密性好，擴散角也可在較大范圍內(nèi)變化，其工業(yè)應(yīng)用依據(jù)流量、流速、射流角及覆蓋面的不同而不同。這種噴嘴也成功地用在高壓水射流中。扇形噴嘴一般包括軸向扇形噴嘴和導(dǎo)向板式扇形噴嘴兩類。
軸向扇形噴嘴系液體流經(jīng)一橢圓噴孔直接形成扇形射流。橢圓噴孑L-般曲-定角度的“楔”與圓錐形噴孔垂直相貫而成。這種“楔”與圓錐形噴孔的相對尺寸和相關(guān)位置決定了扇形射流的形狀、厚薄與覆蓋面。這一點在“高壓噴嘴”一節(jié)中還要講到。
扇形噴嘴的結(jié)構(gòu)。不難看出，它們均是由一個楔形與未通圓錐噴孔相貫而成。其壓力大都在1MPa以內(nèi)。為了加工的方便，很多扇形噴嘴的“楔”不是簡單的直槽，而是弧形槽，即在工藝上變 導(dǎo)向板式扇形噴嘴也屬異形噴嘴，系液體經(jīng)過一精密加工的導(dǎo)向板表面形成扇形射流。射流經(jīng)過導(dǎo)向板后基本沒有擴散，因而為非漸尖形。其射流截面上具有相對均勻的打擊力分布。扇形噴嘴廣泛用于清洗、沖刷、噴涂、冷卻和表面處理等，將其組合為列式又可用于制作水幕。
3．空心錐形噴嘴
該類噴嘴形成的射流截面為一環(huán)形，射流本身具有良好的霧化特性，可廣泛用于氣體冷卻、除塵、噴霧干燥等場合。它又分為軸向進人和切向進入兩種。這種噴嘴也已用于高壓水射流工況，其特點是集中有限流量大面積作業(yè)。
軸向空心錐形噴嘴，流體自軸向進入錐形插入體旋轉(zhuǎn)，形成空心錐形射流，其壓力多在2MPa以內(nèi)。
為切向空心錐形噴嘴，流體自切向進入一圓柱形空腔旋轉(zhuǎn)，經(jīng)噴嘴形成空心錐形射流。由于沒有插入體，因而安裝、加工都相對比較簡單，但圓柱形空腔的設(shè)計是關(guān)鍵。
4．實心錐形噴嘴
實心錐形噴嘴形成的射流在一圓形或矩形截面上分布特別均勻，因而廣泛用于涂裝、冷卻、靜態(tài)清洗或漂洗等場合。它分為軸向進入和切向進入兩種。這種噴嘴也已用于高壓水射流工況。
軸向?qū)嵭腻F形噴嘴。噴嘴體內(nèi)設(shè)置一特制的X形葉片，葉片在射流沖擊下增加了擾動，從而大大提高了射流分布的均勻度。由于設(shè)置阻力，射流擴散性也比較好。
切向?qū)嵭腻F形噴嘴，它僅用于噴涂作業(yè)中，目前這類噴嘴已不采用插入體或葉片，因而已不同于傳統(tǒng)的“直角”形實心錐 5．異形低壓噴嘴
部分異形低壓噴嘴。圖a為螺旋錐形噴嘴，其射流截面形狀是兩個同心圓，用于塔器的清洗；為一種可形成錐形射流的多噴嘴噴頭，這種方法也常用于高壓水射流；多孔的罐槽清洗噴嘴和園藝噴灌噴嘴，圖e為導(dǎo)向板式扇形噴嘴。
因為工作壓力低，低壓噴嘴能以多變的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多變的射流形狀。隨著技術(shù)與工藝的提高，這些水刀噴嘴的工作壓力也有不同程度的提高，甚至用至10-30MPa的高壓力范圍。
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