2.2　纯水射流系统

纯水射流（plain water jet）是指由单一介质——水构成的射流系统。它主要由高压/超高压发生系统、喷嘴和控制阀组以及高压管路等几部分组成。

在水射流技术中常用的高压/超高压发生器有两大类：一类是直驱式三柱塞高压泵，另一类是液驱（或气驱）增压缸式超高压泵。直驱式三柱塞高压泵输出压力可达250MPa甚至更高，增压缸式超高压泵输出压力一般为380～420MPa，特殊的可高达1000MPa。

2.2.1　直驱式超高压泵

图2-6所示为直驱式三柱塞超高压泵的结构和工作原理图，它由机架10、曲轴9、连杆8、十字头7、大小带轮（图中未画出）等构成。电动机通过带传动使曲轴旋转，通过曲轴连杆机构带动柱塞6在泵头5的柱塞孔内做往复运动，实现吸、排水。当柱塞6处于吸水行程时，柱塞腔容积增大，出水单向阀3关闭，进水单向阀4打开，低压水进入泵头高压缸内，完成吸水过程；当柱塞处于压水行程时，柱塞腔容积减少，出水单向阀3打开，进水单向阀4关闭，水被加压进入高压蓄能器2，经高压管进入喷嘴1，形成水射流。单向阀的动作起到了控制高压水往一个方向流动的作用，即配流作用。曲轴的三个曲轴颈在曲轴上沿圆周方向的相位相差120°，所以曲轴旋转时，三个柱塞交替进行吸水和排水。排出的水进入高压蓄能器，高压蓄能器的作用是消除压力脉动，即起稳压、稳流的作用。

图2-6　直驱式三柱塞超高压泵的结构和工作原理图

1—喷嘴；2—高压蓄能器；3—出水单向阀；4—进水单向阀；5—泵头；6—柱塞；7—十字头；8—连杆；9—曲轴；10—机架

图2-7为典型直驱式三柱塞高压泵产品照片。

图2-7　直驱式三柱塞高压泵产品照片（Flow Corp.USA）

2.2.2　液驱超高压增压缸

图2-8所示为液驱超高压增压缸的结构和工作原理图。它主要由大活塞1、柱塞2、超高压缸3、进口单向阀4、出口单向阀5及行程开关6等组成，其工作原理为：液压油进入液压缸的大活塞1左腔，同时大活塞1右腔的液压油回油箱，则大活塞1在压力油作用下右行，此时与液压缸活塞杆连接的柱塞2对超高压缸右侧的流体介质进行增压。当大活塞1运动到行程终点时，行程开关动作，液压缸进出油路换向，大活塞1左行，柱塞2对超高压缸左侧的流体介质进行增压。

图2-8　液驱超高压增压缸结构和工作原理图

1—大活塞；2—柱塞；3—超高压缸；4—进口单向阀；5—出口单向阀；6—行程开关

设液压缸的大活塞有效作用面积为A₁，柱塞的有效作用面积为A₂，液压油输入压力为p₁，流体介质增压后的输出的压力为p₂，根据活塞的受力平衡则有

　　（2-21）

式中，k为增压比。当A₁>A₂时，k>1，输出压力p₂则为输入压力p₁的k倍，这就是液驱增压缸的工作原理。

2.2.3　气驱超高压增压缸

气驱超高压增压缸的结构和工作原理如图2-9所示。如图2-9（a）所示，气驱超高压增压缸主要由缸头1、小活塞2、大活塞3、气控换向阀4、冷却筒5、消声器6、行程阀7、进水单向阀8和出水单向阀9组成。

图2-9　气驱超高压泵结构和工作原理图

气驱超高压增压缸工作原理如图2-9（b）所示，由气驱低压回路和流体高压回路两部分组成。二位四通气控换向阀4切换压缩空气的进气方向，从而控制大活塞的运动方向。气控换向阀4的阀芯换向由左右两端的行程阀7来控制，当压缩空气经气控换向阀4的右位进入大活塞3的左腔，其右腔的空气经气控换向阀4右位从消声器6排出，大活塞右移，右端的小活塞2［图2-9（a）］对流体介质进行增压，此时右端单向阀10关闭、单向阀11打开，输出高压流体介质。低压流体介质打开进水单向阀8进入左端小活塞腔。当大活塞右移到行程端点时，碰到右端的行程阀7［图2-9（a）］，该行程阀控制气路使气控换向阀4换向，气控换向阀4换到左位工作，压缩空气进入大活塞3的右腔，且大活塞3左腔的空气经气控换向阀4左位从消声器6排出，大活塞左移，左端的小活塞增压输出高压流体介质，此时低压流体介质打开单向阀10，进入右端小活塞腔。当大活塞左移到端点时，碰到左端的行程阀7，控制气路使气控换向阀4换向，换为右位工作，

如此循环往复并连续不断地给系统输出高压流体介质。输出高压的压力与大、小活塞的面积比（增压比）有关，同时还与驱动空气的压力有关。当工作流体部分和驱动气体部分之间的压力在大活塞3上达到平衡时，增压器会停止运行，不再消耗空气。当输出流体的压力下降或空气压力增加时，增压器会自动启动运行，直至达到新的压力平衡后自动停止。

图2-10所示为典型气驱超高压增压缸的实物照片。

图2-10　典型气驱超高压增压缸实物照片