一、水刀喷头系统

水刀喷头是由喷嘴、喷头体、密封件及旋转机构等组成的集成部件，其功能远不止于形成射流。喷头可实现旋转、进给、多束射流等复杂动作，是水射流设备中技术密集度最高的部件之一。喷头的发展水平直接反映了水射流设备的成套性与应用成熟度。

1.1 固定喷头

固定喷头指喷头与其连接体（硬管、软管或机构）之间无相对运动。根据喷嘴数量，可分为单孔喷头与多孔喷头。

单孔喷头

单孔喷头结构简单，主要由喷嘴（或喷嘴总成）与喷头体组成。其设计目标在于缩小喷嘴尺寸，选用高硬度、高强度耐磨材料（如红宝石、蓝宝石），以提高寿命并便于加工。喷嘴常设计为凸缘结构，便于压紧连接，密封多采用紫铜垫圈，依靠其塑性变形实现密封，但拆卸后往往不可重复使用。

喷头体形状多样，部分设计为三爪刃形延伸段，兼具切削、疏通与保护喷嘴的功能，同时确保垢层与喷嘴之间保持固定靶距。单孔喷头普遍应用于超高压工况，但由于喷嘴尺寸受材料与加工工艺限制，其与喷头体之间的超高压静密封成为技术难点。

多孔喷头

多孔喷头适用于大直径管道清洗，其结构将喷嘴与喷头体分离，便于拆换。连接方式多采用外六角或内六角螺母式。喷嘴安装方向可调，包括轴向、径向、斜向前后等。斜向向后喷射的反向射流可推动喷头自进，为软管提供前进动力。

多孔喷头多用于数十兆帕压力范围，超高压多孔喷头则可在250MPa下工作，其喷嘴布置在轴向与径向剖面，形成旋转射流，打击范围更广。关键在于人造宝石喷嘴的密封与定位，通常采用尼龙密封圈与丝堵压入结构，确保在高压下螺纹强度与密封可靠性。

1.2 旋转喷头

旋转喷头分为强制旋转与自旋转两类。

强制旋转喷头

其动力来源于外部气动、液动或电动系统。例如气控旋转喷头，通过气动马达驱动喷杆旋转，形成旋转射流。其优点在于转速可控，缺点是需要额外气路，操作复杂。电动旋转喷头则通过电动机驱动，适用于垂直管道、瓶腔等清洗场景。

自旋转喷头

自旋转喷头依靠偏置喷嘴产生的反冲扭矩实现旋转，结构简单、操作方便。其旋转稳定性与密封结构、限速机构密切相关。目前自旋转喷头已形成70MPa、140MPa、280MPa三个压力等级，广泛应用于清洗、除锈、破碎等场景。

二、水射流喷嘴型式

喷嘴是水射流系统中形成射流的关键部件，其型式多样，按形状可分为圆柱形、扇形、异形等；按孔数可分为单孔、多孔；按压力可分为低压、高压与超高压喷嘴。

2.1 低压喷嘴

低压喷嘴工作压力一般在1MPa至几MPa之间，射流介质不限于清水，需考虑液体温度、黏度、密度等因素。

空气辅助雾化喷嘴

通过压缩空气与液体混合喷出，形成雾化射流，适用于除尘、喷涂、气体冷却等场景。喷雾形状包括扁平扇形、大角锥形等。

扇形喷嘴

产生平坦均匀的扁平射流，覆盖范围广，适用于清洗、喷涂、冷却等。结构上分为轴向扇形与导向板式扇形两种。

空心锥形喷嘴

射流截面呈环形，具有良好的雾化特性，适用于气体冷却、除尘等。分为轴向进入与切向进入两种结构。

实心锥形喷嘴

射流在圆形或矩形截面上分布均匀，适用于涂装、冷却等。结构上也可分为轴向与切向进入。

异形低压喷嘴

如螺旋锥形喷嘴、多喷嘴喷头等，结构多样，适用于特殊清洗场景。

三、水射流旋转密封技术

旋转密封是旋转喷头与旋转接头的核心技术，其设计需平衡高压密封与旋转阻力之间的矛盾。

3.1 旋转密封设计原则

·       旋转力矩需克服摩擦阻力；

·       密封需保证额定排出压力；

·       密封不因压力与转速升高而抱轴。

3.2 密封结构类型

套筒间隙节流密封

采用高弹性材料（如QBe2.4）制造套筒，内壁设沟槽蓄水，形成水膜润滑，既密封又冷却。

填料密封

适用于低速、强制旋转场景。填料材料多样，包括金属填料（铝、铜、铅等）与非金属填料（橡胶、石墨、PTFE等）。高压下需配合支撑环与弹簧使用。

往复密封

用于高压水发生设备，包括填料密封、间隙密封与组合密封。其寿命与压力、流量下降程度相关，是设备可靠性的重要指标。

四、水射流超高压阀

超高压阀在超高压泵系统中兼具控制与溢流功能，结构上注重阀芯设计与密封可靠性。

4.1 阀芯类型

·       锥杆阀芯：采用锐角锥杆、钢球或可调锥阀芯，确保密封可靠性；

·       端部带钻孔阀芯：利用介质压力使锥端膨胀，增强密封效果；

·       液压/气动驱动阀：通过外部动力强制启闭，适用于高压工况。

4.2 单向阀

用于保证高压管路中单向流动，结构包括锥阀与球阀两种。在突发脉动时，可自动关闭以保护压力仪表。

4.3 手动截止阀

通过阀隙节流控制压力，阀芯与阀杆采用球面点接触，确保自动对中。

五、水射流调压阀与控制阀

5.1 间隙节流调压阀

传统锥形阀在高压下易磨损，寿命短。间隙节流调压阀采用一段可调长度的间隙配合副，通过调节配合长度改变溢流量，系统压力得以控制。其优点包括：

·       流速低，磨损小；

·       磨损后可继续使用未磨损段，寿命延长；

·       结构简单，加工成本低。

缺点在于无法自动恒压，需配合锁紧机构防止调节螺杆松动。

5.2 控制阀

控制阀包括手持喷枪与脚踏控制阀，用于控制射流启闭。其工作原理类似，均通过阀芯动作实现高压水的通断。

脚踏控制阀

·       直接作用式：结构简单，但启闭灵敏度受液力与弹簧匹配影响；

·       间接作用式：通过小阀控制大阀，脚踏力小，控制灵敏，适用于水刀高压大流量场景。