徐州市水射流机械设备有限公司

水射流的压力和流量覆盖范围很广，形式也多种多样，困此它的应用也就非常广泛，甚至渗透到风马牛不相及的各个领域。我们就以压力这条主线来简要地谈一下水射流的应用。

低压水射流所用的主机大都是离心泵，它的流量相对很大，除了常见的消防、喷泉、喷灌等用途外，这里着重介绍一下新的用途。

喷泉看似很传统，但它的推陈出新形成了对低压水射流难以解开的谜。瑞士日内瓦湖的喷泉以其喷射高度达160多米成为世界最高喷泉。它的水上水柱质量达7t，射流质点自喷出至最高点再落下一个行程 需16s。其主机由两台1320kW的大型离心泵并联组成，流量达500L/S。该喷泉的壮丽景观已经成为同内瓦市的象征，难怪美国欲与瑞士合作将其移植。日内瓦人幽默地回答:如果世界各地都有这样的喷泉，那么日内瓦就不叫日内瓦了。尽管如此，沙特阿拉伯的吉达市海滨、澳大利亚堪培拉的格里莽湖、美国圣路易斯市都出现了类似的高射程喷泉，我国已有了这类奇观。如何增加喷射高度已成为喷泉的技术奥秘了。水幕电影是喷泉的一种新形式，即通过特殊的喷头形成高达50m左右的均匀薄平的巨型水幕，在该水幕上放映激光电影，达到白天无影无踪，夜间神奇入画的效果。这是加拿大首先开发应用的新技术，用作广告媒体和旅游景观也是别出心裁的。水射流用于消防也很传统，水雾灭火则是一种新的方法。它以水雾取代大流量水柱，即采用lOMPa高压泵通过喷射系统产生小于0.Imm直径的水雾水柱，细小水珠蒸发起到迅速制冷作用，在蒸发过程中水珠体积扩大600倍，以隔绝燃烧物体处的氧气，达到灭火目的。水雾灭火特别适用于带电区域的火灾，而这类火灾则很难使用连续水射流。同时，高压小流量的水雾灭火较常用的水龙头灭火节水近90%。

大流量水射流冲击泥土作用有这样一个实例:在1973年埃以战争期间，以方为保证24h内横穿运河修建数座桥梁，在巴列夫防线的部分区域堆起巨沙屏障，试图阻滞埃及坦克部队48h。要捣毁这座沙墙，使坦克能穿行过去，按正面豁口宽6.8m计算，要求排除约55立方的黄沙。在东堤通过坦克部队需打出约60处这样的豁口，若使用推土机则需要10~12h，然而埃方采用了高压水射流仅用不到5h就打开了豁口，破坏了巴列夫防线，为其军队赢得成功。

高压水射流应用于船舶除锈和工业清洗已很普遍。在水射流中，适用范围最广的就是高压水射流，其压力范围在10~lOOMPa，压力上限现已扩展到250MPa。这个压力区间的特点是随着机组功率的增加，由单机转变为成套装备，由简单作业(如清洗)转变为复杂作业(如开采煤矿等)。

高压水射流的另一应用就是破碎，可用其在材料上开槽，近十年发展到机械辅助剥除大量材料。目前，几乎在所有情况下，设备的研究已经集中在设计好的喷嘴，以及可靠的旋转喷头和旋转接头(它们可大大提高水射流束在物件表面上的移动速度)。破碎功能应用于机场跑道除胶、桥梁维修、煤层开采、辅助掘进、公路破坏，大坝浇注冲毛等等。

超高压水射流有2种主要形式:即压力范同在200~400MPa，借助连续介质流的形式，此间流量多在2~6 L/min;而当压力达700MPa甚至更高时，其装置则为单击水炮形式。超高隘水炮装置由聚集的大量高压压缩气体(氨气或空气)提供驱动压力，在水炮击发前，或借助点火引爆，或借助推进物冲击炮筒，使其能量突然爆发。由于射流炮筒 超高压水切割设备与工艺是近10年来各国水射流行业的发展热点，从历次国际水射流会议论文来看，水切割技术内风毛麟角发展为主导内容，随着水切割设备与工艺的商品化，水切割应用已渗透到许多工

业领域。200~300MPa的连续运行射流切割系统，比其他许多切割工具更加令人满意。其特点是对材料无选择性、切缝窄(0.3mm)、质量好、不破坏材料内部组织、能进行二维与三维异形切割。

水射流在70MPa压力下的流速约为300m/s，当压力达到超高压时，流速可望达到1000m/s，这样就可实现很高的切割速度。水切割一旦实现很高的压力、很小的流量作业就意味着工作台位上的作用力很小，这就使得切割喷嘴很容易安装在机器人手臂上，实现计算机控制下三维复杂形状的高精度切割。

水切割对材料的无选择性极为重要，也就是说它既能切割刚性的金属板材，又能切割柔性的布匝纸张。人们还曾用作工具切割软糖。然而，纯水射流的切割应用受到了压力的局限，一味地升高压力又意味着设备可靠性难以保证，且不容易实现，从而也就有了磨料水射流的20年发展史。用200MPa以上的射流压力引射磨料，在短靶距时可很好地用于切割，这就为明显降低射流压力，使其技术可靠地进入商品化创造了条件。

高压水射流基本原理归之为:运用液体增压原理，通过特定的装置(增压口或高压泵),将动力源(电动机)的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水在通过小孔喷嘴(又一换能装置)，再将压力能转变成动能，从而形成高速射流(WJ)。因而又常叫高速水射流。

高压水射流系统见图1，主要由增压系统、供水系统、增压恒压系统、喷嘴管路系统、数控工作台系统、集水系统及水循环处理系统等构成。油压系统低压油(10~30MPa)推动大活塞往复来回移动，其方向由换向阀自动控制。供水系统先对水进行净化处理，并加入防锈添加剂等，然后由供水泵打出低压水从单向阀进入高压缸。增压恒压系统包括增压器和蓄能器两部分，增压器获得高压原理如图2所示，即利用大活塞与小活塞面积之差来实现，理论上:A大·P油=A小·P水, P出水=A大/A小·P油, 增压比即大活塞与小活塞面积之比，通常为10:1~25:1，由此，增压器输出高压水压力可达100MPa~750MPa。由于水在400Mpa时其压缩率达12%，因而活塞杆在走过其整个行程八分之一后才会有高压水输出。活塞到达行程终端时，换向阀自动使油路改变方向(图中虚线箭头所示)，进而推动大活塞反向行进，此时高压水在另端输出。如果将此高压水直接送到喷嘴，那么喷嘴出来的射流压力将会是脉动的(图3中虚线)，而且这对管路系统产生周期性振荡，为获得稳定的高压水射流，常在增压器和喷嘴回路之间设置一蓄能(恒压)器，消除水压脉动，达到恒压之目的，常能控制脉动量在5%之内(图3实线)。