多级降压高压差调节阀设计迷宫式模板

1概述

迷宫调整阀是一个流体压力平衡型套筒阔（图1、图2）。该阀适合于对高压差流体控制。因为采取了

迷宫套筒，能够完全控制流体流经阀内件时流速，从而大幅度降低了高压差气体和蒸汽产生噪音，能有效

预防液体产生汽蚀，提升阀门使用寿命。

2迷宫结构

迷宫套筒是由多片迷宫芯片叠加后经真空钎焊而成。芯片结构图3所表示。芯片表面刻有多条弯曲沟

槽，弯曲沟槽增加了流体运动阻尼，起到了多级降压作用，使压降平均分布在各个拐角处，从而达成有效

控制流速目标。图2中波谷P3和波峰V3表示高压差流体经过调整阀节流断面时引发压力大幅下降和速度

剧增，其结果会产生巨大噪音和对阀内件冲刷和汽蚀等严重不良后果。而采取迷宫套筒后，压力-速度曲

线变得平稳过渡。既达成调整阀降压和调整流量目标，又消除了不良后果，提升了阀门寿命。

3流路设计

图3中所表示液体流向为侧进底出，而气体和蒸汽则相反为底进侧出。这是因为液体是不可压缩性流

体，采取侧进底出可使芯片内各流路出口处高速液体在迷宫套筒中心轴线上相互碰撞，抵消各自能量，形

流体，经迷宫芯片降压后，体积急剧膨胀，这就要求出口处流路流通截面积大于入口处，故采取底进侧出，
成液体缓冲垫，从而深入降低流速，降低了高速液体对阀体及阀内件冲刷。高压差气体和蒸汽是可压缩性

阀体通路设计时，首先要依据阀门通径D（见图4）选定迷宫套筒尺寸D1，然后再设计D2。对小口径（小

于50mm）阀门，套筒中心和阀体中心同心。而对于50mm以上阀门，则最好将套筒中心和阀体中心偏心设

计，经过偏心量e来控制从迷宫套筒内流出各个方向流体速度（液体运动方向相反）。使V1>V2>V3，这么

各路流体抵达阀出口处时，其运动速度就基础一致，从而避免产生涡流。

4材料选择

材料选择关键是指阀内件材料，包含阀芯、阀座和迷宫套筒。选择材料时要考虑到材料热膨胀系数和

5迷宫芯片设计及Cv计算

设计芯片时关键考虑到流体降压及气体体积膨胀，所以设计每个沟槽流路时要将流通截面积按一定百

分比逐层等比放大。图5中入口槽宽度为W，第一个拐角处宽为r·W，第n个拐角处宽为rn·W。r为扩张

系数即等比系数，图中Wmin为芯片钎焊时各沟槽之间最小距离。在确保Wmin前提下，每片芯片上沟槽流

Cvd=h·W·N·K1

式中：Cvd--单片芯片流通力图5芯片沟槽设计

W-- 槽入口宽度，mm h-- 沟槽深度，mm

扩张系数r可取1~1.2，单个沟槽流路上拐角数n取决于压差。压差越大，n数增加，同时K1也就变

小，Cvd随之减小。比如：r=1.072时，n=2，K1=19.7；n=8，K1=13.7。

迷宫阀总流通能力Cv受2个原因影响，即阀座流通能力Cvb及迷宫套筒流通能力Cvc。从理论上讲提

升Cvb或Cvc能够使阀Cv增加。但阀座流通能力Cvb取决于阀公称通径，公称通径确定后，通常阀座直径

也就确定了，所以Cvb是定值。此时阀Cv随Cvc改变而改变。然而，当Cvc>Cvb时，继续提升Cvc，阀Cv

几乎没什么改变。因为此时阀Cv又受制于Cvb。Cvc若设计得太大，迷宫套筒尺寸就很大，价格就变得很

贵。所以Cvc最大值应是靠近于Cvb，即Cvc≈Cvb。

阀门总流通能力

M--迷宫套筒所叠加芯片数，取决于阀行程

6结语

低噪音迷宫调整阀已在生产实践中广泛使用，并在控制噪音和预防汽蚀方面取得了良好效果。本文所

给出设计思绪及经验计算公式，意在供同行参考。有错误之处，谨请批评指正。

参考文件

[1]J.L.莱昂斯.阀门技术手册[M].北京：机撼工业出版杜.1991

[2]杨源泉阀门设计手册[M].北京；机械工业出版社.1992