高压水清洗喷嘴_喷头的选用_董鹏
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多孔喷头是清洗作业中使用最多的喷头。常配 合柔性枪、刚性枪、高压胶管，喷枪等使用，一般用于 清洗表面和管道内孔。一般所指的柔枪喷头、钢枪 喷头、管道喷头就是属于此类。 1. 2. 2 旋转喷头
旋转喷头是为满足用户日益对水射流高效作业 而产生的产品。按照旋转特性可分为二维旋转喷头 和三维旋转喷头。其优点除了具备固定喷头的冲击 力、动压力、水契等作用外，还具备轴向力和切向力， 使之对物料产生疲劳和剪切的作用。使其在同等条 件下比固定喷头具有更大的清洗面积和更小的反冲 力，因此清洗效率较高，但其价格也较昂贵。常用于 表面清洗和管道内壁的清洗。 1. 2. 2. 1 二维旋转喷头
此参数对旋转喷头的设计和选用尤为重要。转 速越低越能保证射流形状，提高射流的打击力。转 速过高时 则 会 使 射 流 形 成 雾 化，影 响 其 清 洗 效 果。 不过，目前旋转喷头基本上都具备限速功能，只是限 速的方式不同。常用的限速方式有离心限速、阻尼 油限速、磁力限速等。只是对于一些外径较小的喷 头，由于设计制造的等问题则无法使用限速功能。 2. 6 喷头孔数、孔形
示，射流压力越高，越容易使水射流雾化，导致射流 靶距缩小，从而影响射流打击力。 3. 2 流量
如果说射流 压 力 决 定 了 清 洗 质 量，流 量 也 就 决 定了清洗效率。在同等条件下，流量越大所传递的 能量也就越大，清洗效率也就越高。在高压水清洗 系统中压力和流量的合理匹配是很重要的。 3. 3 射流靶距
喷嘴、喷头的内部结构主要包括喷孔的长径比、 入口角和出口角及粗糙度。长径比是影响射流状态 的重要参数，会影响到喷孔的流动阻力和流量系数。 根据经验，L / d = 2 ～ 4 较为合理。而入口角和出口 角则是决定喷孔流动阻力的主要因素。入口角较大 其入口阻力较小，对于出口的扩散情况有一定影响。 如出口角较小则会产生附壁现象，对射流有一定的 扰动，增加射流的破裂和卷吸性，从而降低射流的连 续长度，一般工程上常取的角度为 10° ～ 15°。内表 面粗糙度越高越能减少水流阻力从而增加水流密实 度，获得更高射流打击力。 2. 5 喷头转速
外径的大小主要取决于被洗物件的直径大小， 外径太大则影响污垢的顺畅排出。外径太小则可能 造成射流靶距过大，影响射流的打击力。所以选择 合适的喷头外径是至关重要的。 2. 3 喷头长度
此参数一般多用于清洗内壁喷头上。在清洗作 业中常会遇见弯曲的管道，如喷头过长，则可能小于 其管道的弯曲半径，从而无法完成清洗任务。 2. 4 内部结构
专题报告
清洗世界
Cleaning World
第29 卷 第3 期 2 013 年3 月
文章编号：1671 － 8909（ 2013） 03 － 0006 － 06
高压水清洗喷嘴、喷头的选用
董 鹏，孙立源，梁创记
（ 天津聚能高压泵有限公司，天津 300402）
摘 要：喷嘴、喷头作为高压水清洗成套设备中的执行元件，其性能的优劣，将直接影响清洗效
异形喷嘴是为了提高水射流的技术性能而产生 的一类产品。这类喷嘴的射流共性是以具有锐边的 平面，防止空气卷裹射流，从而增加其有效的射流距 离。经实验证明，相对于圆柱形喷嘴这种喷嘴可以
有效降低射流压力和功率。不过，此类喷嘴主要在 国外使用，国内很少见到。 1. 2 喷头
由喷嘴等多个零件组成的喷射设备称为喷头。 喷头除了具备喷嘴所具有功能外，还具有旋转，进给 等其它功能。图 1 所示为常用喷头分类。
果，在实际应用中人们往往忽略这个小部件性能的优劣。使从事清洗行业人员蒙受一些不必要
的经济损失。因此选择到合适的喷嘴、喷头，不仅能更好的发挥清洗设备的效率。还能获得更
高的经济利润。本文针对以上问题从实际应用出发，将本人在设计和实际工程中所积
关键词：喷嘴； 性能参数； 影响因素
图 1 常用喷头分类 1. 2. 1 固定喷头
固定喷头是指与其连接体不产生相对运动的喷 头，主要由单孔和多孔喷头构成。
单孔喷头的优点是相对于多孔喷头有更强的射 流打击力，单孔喷头由于不太受尺寸限制，故内部结 构大多可以制造成圆锥收敛形结构，大大提高了集 束射流的性能从而获得更大的射流打击力。单孔喷 头主要配合喷枪使用，多用于清洗外表面。
收稿日期： 2012 － 11 － 13 作者简述： 董鹏（ 1983 － ） 男，天津人，天津工程师范大学，专科，机械制造及自动化，主要从事喷嘴、喷头及高压水执行机构 的设计工作。
第 29 卷
董 鹏等 . 高压水清洗喷嘴、喷头的选用
·7·
喷嘴、喷头，首先应了解最为常用的喷嘴、喷头有哪 些类型。
1 清洗中常用喷嘴、喷头的类型
是能够 在 空 间 内 同 时 进 行 三 维 旋 转 的 清 洗 机 构。其动力源属于自旋转喷头。由于喷头本身能够 在旋转的过程中对空间中的每一点进行喷射，使其 形成一个球状包络面，再配合进给翻转机构，可以应 对许多大型容器（ 釜、罐、舱等） 的清洗。 1. 2. 3 磨料喷头
此类也属于固定喷头类型，但由于是利用高速 水射流形成真空隐射的特点，所以将其单独分为一 类。其原理 是 高 速 射 流 产 生 的 真 空 吸 力 将 磨 料 吸 入，再与高压水混合一并射出。此类喷头按混合形 式分为前混式和后混式。目前，后混式使用比较普 遍。其优点是，在水射流中混入磨料，使液体射流的 作用效果大大提高，可以用比纯水射流更低的压力 清洗工件，从而节约了设备的投入成本。但其缺点 也较明显； 污染比较严重、磨料难以回收等，也制约 了其发展。
喷嘴、喷头作为高压水清洗成套设备中的执行 元件，其原理是利用喷嘴，喷头内孔面积的变化使高 压水聚集起来，并转化成动能再以高速射流的形式 喷出，从而对物料进行击碎、剥离、冲刷等目的，使其
达到应有的清洗效果。但是，如何将其清洗效果发 挥到最佳，一直是从业人员所困扰的问题。这其中 不乏一些对喷嘴、喷头在认知上的误区，在清洗作业 过程中往往事倍功半。要想选择到适合自身工况的
2 喷嘴、喷头的性能参数
喷嘴、喷头性能的优劣一般由几方面来决定。 2. 1 喷头使用工况
要想取得良好的清洗效果，必须先搞清现场的 工况，一般由污垢的特性、清洗的效果和效率、清洗 介质、清洗对象形状及现场环境来决定。只有在综
合以上因素基础上，才能根据需要选择合适的喷嘴、 喷头。 2. 2 喷嘴、喷头外径
中图分类号：TF351
文献标志码：B
Nozzles，selection of high pressure water cleaning
DONG Peng，SUN Liyuan，LIANG Chuangji
（ Tianjin Juneng Highpressure Pump Co. ，LTD. ，Tianjin 300402，China） Abstract： The nozzle，the nozzle for high pressure water cleaning element for the complete set of equipment，its performance，will directly affect the cleaning effect，in practical applications，people tend to ignore the small parts performance. Engaged in the cleaning industry to suffer unnecessary economic losses. Therefore chosen to fit the nozzle，the nozzle，not only to better play to the efficiency of the cleaning equipment. But also to achieve higher economic profits. This article departure from the practical application of the above problems，I accumulated some experience in the design and engineering personnel engaged in the industry share. Key words： nozzle； performance parameters； influencing factors
喷孔形式主要对喷头而言。一般是根据高压泵 的性能参数结合现场工况和施工人员清洗经验所决 定的，喷孔形式的变化可以使喷头具备不同的功效。
第 29 卷
董 鹏等 . 高压水清洗喷嘴、喷头的选用
·9·
2. 7 喷孔角度
不用的喷孔角度所带来的射流打击力和推进力
都是不同的。目前常用的喷孔角度有 15°、30°、45°、
按动 力 来 源 可 分 自 动 旋 转 喷 头 和 强 制 旋 转
·8·
清洗世界
第3 期
喷头。 （ 1） 自旋转喷头的动力源来自喷头本身。其原
理是利用偏心喷嘴产生的射流反冲力使喷头转动， 无需外力驱动。但是，因为自身旋转的原因也会损 失一部分能量，因此也很难准确地与高压泵的流量 相匹配。
（ 2） 强制旋转喷头的动力源来自外力。一般采 用气动、电动或液压等驱动方式。相比自旋转喷头， 它的转速更好控制，且不会损失能量。但是，此类喷 头的结构 比 较 复 杂，维 护 有 一 定 难 度，价 格 也 比 较 昂贵。 1. 2. 2. 2 三维喷头
扇形喷嘴是直接由喷嘴形状产生平坦均匀的扁 平射流，其 射 流 致 密 性 好，扩 散 角 度 也 可 有 较 大 变 化。其优点是清洗面积比圆柱形行喷嘴要大数倍， 适用于一些压力较低，但清洗面积较大，且较平坦的 表面。但是，由于其射流的扩散性很大，相比圆柱形 喷嘴的射流能量及压力损失要大。要使用扇形喷嘴 就要付出更高的压力。这对作为市场化的清洗行业 显然是得不偿失的，而且在高压下其寿命也不甚理 想，目前其使用压力普遍不高于100 MPa。 1. 1. 3 异形喷嘴
60°、90°。一般将垂直于轴向和径向或与两轴向夹角
较小的射流，称为击碎型射流。夹角较大的射流称为 剥离射流。两种射流类型应根据实际工况加以选择。
2. 8 喷孔直径
合理的喷孔直径既和高压泵的压力流量有关， 还与系统管路和加工制造精度等因素有关。一般比
较精确的喷孔直径都是将理论公式和实际经验相结
合得出的。常用喷孔计算采用公式（ 1） 。
1. 1 喷嘴 喷嘴作为高压水清洗作业中的最基础的执行元
件，其作用不可小觑。不论是喷头或是其它清洗执行 机构都是在其基础上的组合和优化。所以，了解喷嘴 也是作为了解其它清洗执行元件构成的基础。喷嘴 按其形状分为圆柱形喷嘴、扇形喷嘴、异形喷嘴等。 1. 1. 1 圆柱喷嘴
圆柱喷嘴作为最常用的连续射流喷嘴，是在圆 锥收敛形喷嘴的基础上衍变出来的实心流喷嘴。作 为用于高压水清洗作业的设备，压力基本都在（ 50 ～ 300） MPa。由于实心流喷嘴喷出的射流具备最集中 的打击力和靶距。很多高压和超高压喷嘴的特点也 正在于此，即聚集能量又聚集射流，从而获得最大的 打击力。其形状也最有利于制造出高精度的产品。 正是因为圆柱形喷嘴兼具以上优点，所以用于高压 水清洗的喷嘴，大多是圆形的了。 1. 1. 2 扇形喷嘴
槡 d = η
Q
，
0. 658·n·槡p
（ 1）
式（ 1） 中： d———喷孔直径； Q———流量； P———压力；
η———系数，1. 1 ～ 1. 5； n———孔数。
3 影响高压水清洗作业效果的因素
高压水清洗作业效果的优劣往往是由整套高压 水清洗系统所决定的。 3. 1 射流压力
对于从事清洗行业的操作人员来说，射流压力 是最为关键的性能参数，直接影响到清洗质量。因 为只有射流压力超过物料本身的屈服应力后，才能 使材料急剧破坏，从而达到清洗的效果。射流压力 是由喷孔直径所决定的，改变喷孔直径的大小也就 改变了射流压力。虽然射流压力是决定清洗效果的 参数，但也不能一味地提高压力。因为射流压力越 高，其易损件的寿命也越短，对于配套附件的材料和 制造性能也就越高，导致投入成本增大。如图 2 所
旋转喷头是为满足用户日益对水射流高效作业 而产生的产品。按照旋转特性可分为二维旋转喷头 和三维旋转喷头。其优点除了具备固定喷头的冲击 力、动压力、水契等作用外，还具备轴向力和切向力， 使之对物料产生疲劳和剪切的作用。使其在同等条 件下比固定喷头具有更大的清洗面积和更小的反冲 力，因此清洗效率较高，但其价格也较昂贵。常用于 表面清洗和管道内壁的清洗。 1. 2. 2. 1 二维旋转喷头
此参数对旋转喷头的设计和选用尤为重要。转 速越低越能保证射流形状，提高射流的打击力。转 速过高时 则 会 使 射 流 形 成 雾 化，影 响 其 清 洗 效 果。 不过，目前旋转喷头基本上都具备限速功能，只是限 速的方式不同。常用的限速方式有离心限速、阻尼 油限速、磁力限速等。只是对于一些外径较小的喷 头，由于设计制造的等问题则无法使用限速功能。 2. 6 喷头孔数、孔形
示，射流压力越高，越容易使水射流雾化，导致射流 靶距缩小，从而影响射流打击力。 3. 2 流量
如果说射流 压 力 决 定 了 清 洗 质 量，流 量 也 就 决 定了清洗效率。在同等条件下，流量越大所传递的 能量也就越大，清洗效率也就越高。在高压水清洗 系统中压力和流量的合理匹配是很重要的。 3. 3 射流靶距
喷嘴、喷头的内部结构主要包括喷孔的长径比、 入口角和出口角及粗糙度。长径比是影响射流状态 的重要参数，会影响到喷孔的流动阻力和流量系数。 根据经验，L / d = 2 ～ 4 较为合理。而入口角和出口 角则是决定喷孔流动阻力的主要因素。入口角较大 其入口阻力较小，对于出口的扩散情况有一定影响。 如出口角较小则会产生附壁现象，对射流有一定的 扰动，增加射流的破裂和卷吸性，从而降低射流的连 续长度，一般工程上常取的角度为 10° ～ 15°。内表 面粗糙度越高越能减少水流阻力从而增加水流密实 度，获得更高射流打击力。 2. 5 喷头转速
外径的大小主要取决于被洗物件的直径大小， 外径太大则影响污垢的顺畅排出。外径太小则可能 造成射流靶距过大，影响射流的打击力。所以选择 合适的喷头外径是至关重要的。 2. 3 喷头长度
此参数一般多用于清洗内壁喷头上。在清洗作 业中常会遇见弯曲的管道，如喷头过长，则可能小于 其管道的弯曲半径，从而无法完成清洗任务。 2. 4 内部结构
专题报告
清洗世界
Cleaning World
第29 卷 第3 期 2 013 年3 月
文章编号：1671 － 8909（ 2013） 03 － 0006 － 06
高压水清洗喷嘴、喷头的选用
董 鹏，孙立源，梁创记
（ 天津聚能高压泵有限公司，天津 300402）
摘 要：喷嘴、喷头作为高压水清洗成套设备中的执行元件，其性能的优劣，将直接影响清洗效
异形喷嘴是为了提高水射流的技术性能而产生 的一类产品。这类喷嘴的射流共性是以具有锐边的 平面，防止空气卷裹射流，从而增加其有效的射流距 离。经实验证明，相对于圆柱形喷嘴这种喷嘴可以
有效降低射流压力和功率。不过，此类喷嘴主要在 国外使用，国内很少见到。 1. 2 喷头
由喷嘴等多个零件组成的喷射设备称为喷头。 喷头除了具备喷嘴所具有功能外，还具有旋转，进给 等其它功能。图 1 所示为常用喷头分类。
果，在实际应用中人们往往忽略这个小部件性能的优劣。使从事清洗行业人员蒙受一些不必要
的经济损失。因此选择到合适的喷嘴、喷头，不仅能更好的发挥清洗设备的效率。还能获得更
高的经济利润。本文针对以上问题从实际应用出发，将本人在设计和实际工程中所积
关键词：喷嘴； 性能参数； 影响因素
图 1 常用喷头分类 1. 2. 1 固定喷头
固定喷头是指与其连接体不产生相对运动的喷 头，主要由单孔和多孔喷头构成。
单孔喷头的优点是相对于多孔喷头有更强的射 流打击力，单孔喷头由于不太受尺寸限制，故内部结 构大多可以制造成圆锥收敛形结构，大大提高了集 束射流的性能从而获得更大的射流打击力。单孔喷 头主要配合喷枪使用，多用于清洗外表面。
收稿日期： 2012 － 11 － 13 作者简述： 董鹏（ 1983 － ） 男，天津人，天津工程师范大学，专科，机械制造及自动化，主要从事喷嘴、喷头及高压水执行机构 的设计工作。
第 29 卷
董 鹏等 . 高压水清洗喷嘴、喷头的选用
·7·
喷嘴、喷头，首先应了解最为常用的喷嘴、喷头有哪 些类型。
1 清洗中常用喷嘴、喷头的类型
是能够 在 空 间 内 同 时 进 行 三 维 旋 转 的 清 洗 机 构。其动力源属于自旋转喷头。由于喷头本身能够 在旋转的过程中对空间中的每一点进行喷射，使其 形成一个球状包络面，再配合进给翻转机构，可以应 对许多大型容器（ 釜、罐、舱等） 的清洗。 1. 2. 3 磨料喷头
此类也属于固定喷头类型，但由于是利用高速 水射流形成真空隐射的特点，所以将其单独分为一 类。其原理 是 高 速 射 流 产 生 的 真 空 吸 力 将 磨 料 吸 入，再与高压水混合一并射出。此类喷头按混合形 式分为前混式和后混式。目前，后混式使用比较普 遍。其优点是，在水射流中混入磨料，使液体射流的 作用效果大大提高，可以用比纯水射流更低的压力 清洗工件，从而节约了设备的投入成本。但其缺点 也较明显； 污染比较严重、磨料难以回收等，也制约 了其发展。
喷嘴、喷头作为高压水清洗成套设备中的执行 元件，其原理是利用喷嘴，喷头内孔面积的变化使高 压水聚集起来，并转化成动能再以高速射流的形式 喷出，从而对物料进行击碎、剥离、冲刷等目的，使其
达到应有的清洗效果。但是，如何将其清洗效果发 挥到最佳，一直是从业人员所困扰的问题。这其中 不乏一些对喷嘴、喷头在认知上的误区，在清洗作业 过程中往往事倍功半。要想选择到适合自身工况的
2 喷嘴、喷头的性能参数
喷嘴、喷头性能的优劣一般由几方面来决定。 2. 1 喷头使用工况
要想取得良好的清洗效果，必须先搞清现场的 工况，一般由污垢的特性、清洗的效果和效率、清洗 介质、清洗对象形状及现场环境来决定。只有在综
合以上因素基础上，才能根据需要选择合适的喷嘴、 喷头。 2. 2 喷嘴、喷头外径
中图分类号：TF351
文献标志码：B
Nozzles，selection of high pressure water cleaning
DONG Peng，SUN Liyuan，LIANG Chuangji
（ Tianjin Juneng Highpressure Pump Co. ，LTD. ，Tianjin 300402，China） Abstract： The nozzle，the nozzle for high pressure water cleaning element for the complete set of equipment，its performance，will directly affect the cleaning effect，in practical applications，people tend to ignore the small parts performance. Engaged in the cleaning industry to suffer unnecessary economic losses. Therefore chosen to fit the nozzle，the nozzle，not only to better play to the efficiency of the cleaning equipment. But also to achieve higher economic profits. This article departure from the practical application of the above problems，I accumulated some experience in the design and engineering personnel engaged in the industry share. Key words： nozzle； performance parameters； influencing factors
喷孔形式主要对喷头而言。一般是根据高压泵 的性能参数结合现场工况和施工人员清洗经验所决 定的，喷孔形式的变化可以使喷头具备不同的功效。
第 29 卷
董 鹏等 . 高压水清洗喷嘴、喷头的选用
·9·
2. 7 喷孔角度
不用的喷孔角度所带来的射流打击力和推进力
都是不同的。目前常用的喷孔角度有 15°、30°、45°、
按动 力 来 源 可 分 自 动 旋 转 喷 头 和 强 制 旋 转
·8·
清洗世界
第3 期
喷头。 （ 1） 自旋转喷头的动力源来自喷头本身。其原
理是利用偏心喷嘴产生的射流反冲力使喷头转动， 无需外力驱动。但是，因为自身旋转的原因也会损 失一部分能量，因此也很难准确地与高压泵的流量 相匹配。
（ 2） 强制旋转喷头的动力源来自外力。一般采 用气动、电动或液压等驱动方式。相比自旋转喷头， 它的转速更好控制，且不会损失能量。但是，此类喷 头的结构 比 较 复 杂，维 护 有 一 定 难 度，价 格 也 比 较 昂贵。 1. 2. 2. 2 三维喷头
扇形喷嘴是直接由喷嘴形状产生平坦均匀的扁 平射流，其 射 流 致 密 性 好，扩 散 角 度 也 可 有 较 大 变 化。其优点是清洗面积比圆柱形行喷嘴要大数倍， 适用于一些压力较低，但清洗面积较大，且较平坦的 表面。但是，由于其射流的扩散性很大，相比圆柱形 喷嘴的射流能量及压力损失要大。要使用扇形喷嘴 就要付出更高的压力。这对作为市场化的清洗行业 显然是得不偿失的，而且在高压下其寿命也不甚理 想，目前其使用压力普遍不高于100 MPa。 1. 1. 3 异形喷嘴
60°、90°。一般将垂直于轴向和径向或与两轴向夹角
较小的射流，称为击碎型射流。夹角较大的射流称为 剥离射流。两种射流类型应根据实际工况加以选择。
2. 8 喷孔直径
合理的喷孔直径既和高压泵的压力流量有关， 还与系统管路和加工制造精度等因素有关。一般比
较精确的喷孔直径都是将理论公式和实际经验相结
合得出的。常用喷孔计算采用公式（ 1） 。
1. 1 喷嘴 喷嘴作为高压水清洗作业中的最基础的执行元
件，其作用不可小觑。不论是喷头或是其它清洗执行 机构都是在其基础上的组合和优化。所以，了解喷嘴 也是作为了解其它清洗执行元件构成的基础。喷嘴 按其形状分为圆柱形喷嘴、扇形喷嘴、异形喷嘴等。 1. 1. 1 圆柱喷嘴
圆柱喷嘴作为最常用的连续射流喷嘴，是在圆 锥收敛形喷嘴的基础上衍变出来的实心流喷嘴。作 为用于高压水清洗作业的设备，压力基本都在（ 50 ～ 300） MPa。由于实心流喷嘴喷出的射流具备最集中 的打击力和靶距。很多高压和超高压喷嘴的特点也 正在于此，即聚集能量又聚集射流，从而获得最大的 打击力。其形状也最有利于制造出高精度的产品。 正是因为圆柱形喷嘴兼具以上优点，所以用于高压 水清洗的喷嘴，大多是圆形的了。 1. 1. 2 扇形喷嘴
槡 d = η
Q
，
0. 658·n·槡p
（ 1）
式（ 1） 中： d———喷孔直径； Q———流量； P———压力；
η———系数，1. 1 ～ 1. 5； n———孔数。
3 影响高压水清洗作业效果的因素
高压水清洗作业效果的优劣往往是由整套高压 水清洗系统所决定的。 3. 1 射流压力
对于从事清洗行业的操作人员来说，射流压力 是最为关键的性能参数，直接影响到清洗质量。因 为只有射流压力超过物料本身的屈服应力后，才能 使材料急剧破坏，从而达到清洗的效果。射流压力 是由喷孔直径所决定的，改变喷孔直径的大小也就 改变了射流压力。虽然射流压力是决定清洗效果的 参数，但也不能一味地提高压力。因为射流压力越 高，其易损件的寿命也越短，对于配套附件的材料和 制造性能也就越高，导致投入成本增大。如图 2 所