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，便可達到按照相應真空泵性能所產生真空的95%。這里的噴嘴布置以匯聚式磨料射流的水噴嘴排列，即呈環形布置，射流匯聚點即噴管的文丘里段與直管段的結合部位。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。如果吸人管內能獲得100%的真空，理論上對密度為1t/m3的介質（如水）能夠吸上達10m的高度。吸上高度取決于被輸送介質的密度和黏度。對低黏度介質，吸上高度可達7-8m;對高黏度介質，需在吸人端加水稀釋。吸上應用不適用于漿料、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來實現。這里，介質密度和空氣耗量成一定關系時，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（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、輸送介質混合程度和輸送的高度與距離。
真空輸送管線不應出現急彎，最好應有一定傾斜。兩種應用主要區別在于不同的噴頭位置。當然，泵的參數工況、真空噴頭規格以及噴嘴排列等都是需要在應用中解決的問題。 輸送物料與驅動介質量比例約為3:1（即3份固體物料比1份液體介質）。例如，每小時輸送密度為lt/m3的80m3固體物料，其驅動介質（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，驅動介質（水）的流量為200L/min(12000L/h)，其比例為43t：l2t-2.6。3種真空噴頭的應用數據。
下面介紹幾個真空噴頭的應用實例。應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作業，僅憑鏟、吊桶和起重設備作業。由于可視性差，容易危及人身安全。現采用配套高壓泵功率為110kW的75mm真空噴頭作業。一個工人用噴槍以扇形射流將罐槽內的物料沖移到真空噴頭吸管附近，然后就很容易為應用真空噴頭清洗深井。該深井約14m，直徑6m，井內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。 清洗船內艙后，艙內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，故將真空噴頭安裝在艙外。全部輸送高度約l5m.若在2001.圓桶內注入密度為4 t/m3的物料進行試驗，結果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，并并聯一噴槍用于剝除物料。第一級2個50mm真空噴頭并聯將物料吸上，經第二級輸送到中轉罐，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和護網的清堵。為了保證連續可靠作業，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、穩流管進入噴嘴形成射流。在此基礎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混合，經磨料噴嘴高速噴出射流束，極大地提高了切割效率。
水切割噴頭實質上是個輸送流道系統，它包括帶彎頭或拐角的配管、閥門、節流孔、接頭等，這一系統的理想設計對減少能量損失很有意義。流體經過輸送管路及各種附件、接頭時會出現流動轉向、擴散、收縮等情況，因而對流體進入噴頭的流動產生副作用。水動力學指出，端部帶噴嘴的直管是最理想的水力系統流道構成，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部阻力。這一直管稱之為整（導）流管。這種軸對稱流道可阻止軸向旋渦所產生的旋轉流，
流體的壓縮性是導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 為消除擾動而設的整流管，的比值要求難以加工，于是將其設計成一個整流器，即加大d，并內置一對開槽芯桿。這種整流器分割輸送流道內的流體，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。當彈性密封圈承受高壓時，可產生變形，增加連接的緊密性并防止滲漏。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，也就增加了流體的擾動。結構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變區，導致接管后部流體膨脹，產生湍流波動，進而使射流性能惡化、射流發散，導致射流打擊力減小、射流切割效率降低。結構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預壓7%-10%的厚度，當螺母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產生變形。這一結構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定性及密封可靠性的更為簡單的結構，其噴頭由接管1、螺母2、噴嘴護套4和噴嘴5組成。這種設計消除了噴嘴和接管間的過渡區。高壓靜密封直接由噴嘴護套和接管壓緊實現。接管頭部為球面，且內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腔中。上述設計要實現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的設計應該最佳。此方案中，噴嘴護套4的內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，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。
通過上述對噴頭設計的分析，可以認為流道應包括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流道直徑相互依賴的關系可得出下述結論：接管流道尺寸必須根據噴嘴出口直徑的增減加以調整，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。它的優點是極大地縮短了水噴嘴與磨料噴嘴的間距。經驗指出，這一間距控制在5-6rnm，可以有效地防止經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，其特點是結構簡單，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，混合腔是一個環形套，磨料自水平進砂孔吸入后經環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，又要防止水流經磨料管回流形成堵塞。這就要求在水切割噴嘴前設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。這些內容都將在相應章節討論。
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構設計、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合金制造，材料較脆，易損壞，而價格也較高，因此使用中應特別注意，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；調節磨料供給量，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生堵砂回水等故障；當射流發散時應及時更換水噴嘴，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120。．這樣做的目的是保證磨料噴嘴的內孔在磨損后依然保持圓的形狀，延長使用壽命。
切割頭結構簡單，使用中一般不會發生故障，但是，由于水噴嘴、磨料噴嘴和混砂室都是易損件，因此根據故障現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，應首先檢查供砂塑料管是否有負壓，負壓是否足夠大，如發現負壓較小應仔細檢查，并找到漏氣的原因加以解決。
(2)高壓系統壓力降低。發生故障時應首先檢查高壓管路和切割頭處是否漏水，如發現切割頭上的觀察孔漏水，就應旋緊噴頭體，增加水噴嘴與連接管之間的壓力，就可解決漏水問題，如果水噴嘴內孔過度磨損或損壞，也可能造成高壓系統壓力降低，這時就需要更換水噴嘴；
(3)磨料噴嘴堵砂。發生這一故障的原因一般有兩種，一是磨料供給量過大，流淌不及時發生堵砂，二是磨料中有較大顆粒堵住磨料噴管內孔造成堵砂。解決方法是調節磨料供給量，避免磨料供給量過大，同時購買的磨料應經過篩選并妥善保管，避免較大顆粒的雜物}昆人磨料中。
(4)射流發散，切割能力降低。發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孔表面，水刀噴嘴內孔表面應光潔、平整，如發現噴嘴內孔表面出現凹凸、內孔變大、失圓等缺陷就需給予更換。
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