引言
高温高压调节阀被广泛地应用于电站、冶金、石化等许多行业，这类阀门的汽蚀、噪音和震动等问题，一直是一个难以解决的课题。从20世纪90年代开始，上海电力修造总厂有限公司吸收美国CCI公司阀门的先进技术，开发研制了迷宫式系列调节阀。这是目前*新一代的、具有较高技术含量的调节型阀门。它运用成熟的技术，成功地解决了普通控制阀门所遇到的诸如汽蚀、高噪音、震动等问题，目前已应用在电厂锅炉减温水、给水泵*小流量控制以及其他流量调节中。
迷宫式调节阀可专门针对用户的不同要求来设计，通过对介质流速的控制而消除汽蚀、噪音、腐蚀及震动问题。迷宫式调节阀在结构上设计成快拆式，维修方便，可很便捷地更换阀芯；在流量特性上采用个案设计，从而提供比较**的流量控制，具有严谨的关闭特性。电厂采用迷宫式调节阀，可保证**、稳定地运行，提高效率并延长维修周期。
1 工作原理
对于普通单级降压阀门，当介质进入时其压力为p1，流速为v1。当介质流动到阀芯部分时，由于阀芯与阀座的节流作用，产生颈缩现象，因此流速会迅速增加至v2，而压力则迅速降低至p2，且往往低于该介质的饱和汽化压力Pv。在这种情况下，介质汽化，形成气泡。当介质流过阀芯和阀座形成的颈缩部后，由于通道的改变，工况条件也发生了变化，压力口升，动能转换为势能，此时的压力回复为P3，速度回复为v3，如图1所示。
当压力超过该介质的饱和汽化压力Pv时，刚才形成的气泡就会发生破裂，产生极强的局部压力。气泡破裂时的巨大能量能在瞬间对阀芯、阀座等节流元件产生严重的破坏，形成所谓的汽蚀现象。汽蚀势必造成阀门的损坏，导致泄漏，产生严重的噪音并引起阀门内件的震动，从而影响整个系统的**性和效率。
由于汽蚀会对节流元件产生高达几千个大气压的表面冲击压力，因此，单纯靠提高阀芯、阀座的表面硬度是无法从根本上解决汽蚀问题的。
迷宫式调节阀的抗汽蚀设计（见图2）是利用迷宫式芯包多级降压的原理，通过强制介质流经一系列的直角弯道使流速得到完全的控制，达到逐级降压的目的。无论压降大小，这些弯道的阻力使得介质流出芯包的速度受到限制。经过多级降压，使介质的压力始终维持在介质的饱和汽化压力pv之上，从而避兔了汽蚀现象，消除了不**因素。
迷宫式芯包由多片迷宫盘片在特殊条件下粘合（用进口粘接剂）而成，如图3所示。每片迷宫盘片用专用成型方法加工形成很多通道，而每个通道能通过一定量的介质，通道内由一系列的直角弯道提供介质阻力（见图4）。根据用户不同的要求，经过**的计算，选定不同弯道级数，使得流经迷宫式芯包的介质速度始终限制在一定范围内。参照国外的成熟经验，当流速小于或接近30m/S时，对节流元件的冲蚀影响*小。
由于每一片迷宫盘片的流量及弯道数量可以改变，而且盘片的厚度可以设计得很薄（如2.5mm），所以阀门就可以根据用户的特殊要求来设计，以提供**的流量控制。根据阀门的应用场合及用户的要求，调节阀的流量特性曲线可设计为线性、等百分比、修正等百分比以及其他特殊曲线形式。
由于电厂阀门中的工作介质基本上都是流体（主要是水），因此迷宫式阀门一般采用流关型结构。当采用流关型结构时，进入阀体的介质，首先经过芯包，再经过阀芯，*后由阀座流出，如图5所示。阀门流向由标在阀体上的标牌所指示。
2 结构特点
迷宫式调节阀由下列几个主要组件组成：阀体、包括芯包在内的内件、阀盖组件、阀芯、阀座组件，执行器用螺栓通过连接支架固定在阀盖上，见图5。
迷宫式调节阀的所有零件具有快速更换和长寿命特点：阀座在阀体上的固定不采用螺栓连接或焊接连接的方式，这样拆卸方便；在密封面处堆焊司太立合金（硬度在45～48
HRC之间），阀芯与盘根处采用镀铬处理，因而具有极好的耐磨和耐蚀性；阀座和阀芯的接触面具有不同的角度，使其在关闭时形成线接触，能较面接触产生更大的比压，从而密封效果更好；阀盖的密封形式、内部组件的类型及密封的选择都符合应用场合及工况条件要求。
阀盖及阀体之间的密封采用了压缩密封垫圈。密封垫圈由多层V型不锈钢缠绕圈及石墨组成。膨胀石墨具有很好的密封性能，不锈钢缠绕圈支撑石墨。当介质的压力增加，不锈钢缠绕圈因变形增加而产生更大的弹力，从而增强了密封性能。
2.1 阀芯组件及阀芯密封
2.1.1平衡式阀芯
平衡式阀芯上钻有对称孔，在阀芯上部装有平衡密封圈，用来隔离阀盖空间与上游压力。在阀芯上的对称孔平衡了阀芯上下的压力，使得对提升力的要求大大降低，从而可降低执行机构的转矩，减少执行机构的体积和重量。
在中、低温工况下，压力性密封件由聚四氟乙烯填充。在高温工况下，使用石墨材料。
2.1.2 加压式阀芯
在高温工况且对关闭性要求很高时，迷宫式调节阀采用加压式阀芯（见图6）。
加压式阀芯可提供非平衡式阀芯的封闭性能，而对执行机构推力的要求与平衡式阀芯相当。
加压式阀芯组件包括：先导阀、主阀芯及平衡密封件。工作时，入口压力由阀门入口通过阀帽上的节流组件进入阀帽空间，对先导阀及主阀芯加压。当阀门关闭时，先导阀关闭，从而使整个阀芯成为一个不平衡阀芯。在阀帽空间的入口高压，作用在阀芯上而关紧阀门。执行器只要具有关闭先导阀在主阀上的力即可。
当阀门收到开启信号时，执行器提起先导阀杆，打开先导阀，使阀帽空间的压力迅速消失，阀芯得到平衡。阀杆继续开启，拉起主阀芯。执行器只需具有提升平衡式阀芯的力即可。
2.2 迷宫盘片的围堰
迷宫盘片的围堰结构如图4和图7所示。
围堰的主要作用：
（1）均匀阀芯周围压力，保持阀芯对中；
（2）使上层盘片与下层盘片出口处介质相互作用，降低介质流动速度；
（3）避兔下层盘片出口介质对阀座的直接冲刷。
2.3 特点
迷宫式调节阀具有下列特点：
（1）低噪声、抗汽蚀、可承受高压差；
（2）多层迷宫盘片降压，限制介质流速，保持介质压力始终在饱和汽化压力之上；
（3）迷宫盘片可以设计得较薄，调节性能好，可精密控制流量；
（4）阀芯、阀座接触面具有不同的角度，可形成线接触密封，关闭性能好；
（5）加压式阀芯采用先导阀结构，关闭更紧密，调节力矩小；
（6）迷宫盘片采用围堰结构，使阀芯周围压力均匀，保持阀芯对中，同时避兔介质对阀座的直接冲刷；
（7）密封面堆焊司太立硬质合金，延长了阀门的使用寿命。
3
适用场合
迷宫式调节阀可采用不同的迷宫盘片组合来满足不同工况的要求，它可提供线性、等百分比、修正等百分比以及其他特殊曲线形式的调节性能。
对有线性特性要求的阀门，其芯包一般是采用同一种迷宫盘片组合而成，所有的盘片具有相同的流道数量，每个流道又有相同的直角转弯级数及面积。因此，流量与阀门开度在相同的压差时成线性比例。这种类型的阀门一般都用在泵组的*小流量调节（再循环阀）中。
对要求修正等百分比特性的阀门，芯包是由不同的迷宫盘片组合而成的。在靠近阀座的部位，迷宫式盘片的入口通道少但有较多的转弯级数，以满足所需的大压差、低流量要求。在芯包的中部，迷宫盘片则有中等量的入口通道数和较少的转弯级数，来处理介质的中等压降及流量。在芯包的顶部，采用的迷宫盘片有大量的入口通道数和极少的转弯级数，来适应介质的较小压降和极大的流量。一般这种类型的阀门多用在电厂锅炉一、二级减温水以及其它高压差流量调节场合。
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迷宫式芯包的选择及计算
选择芯包的形式及计算时，应根据对阀门的参数、加工周期及工艺等要求，确定迷宫盘片厚度、入口形式、流量裕度、流道数、行程和芯包高度等（必要时，可采用几种迷宫盘片组合的形式），然后计算确定转弯级数。下面结合具体调节阀进行介绍。
4.1
减温水调节阀芯包
应用于电厂300MW及以下机组锅炉一、二级减温水，能满足正常的减温水及事故流量的要求，调节灵敏性较好。
4.1.1
基本参数：
温度：<=300℃
压差：**减温水ΔP=1～4MPa，关闭压差ΔP=18MPa，二级减温水ΔP=3.8～12MPa。
质量流量：正常流量qm=12t/h，*大流量qm=20t/h。
特性曲线：修正等百分比，并旦要求开启时流量平缓，调节性能好，发生过热时，事故流量能迅速达到要求。
4.1.2
选型
选择迷宫盘片厚度，每片为2.5mm，按流量特性曲线，从下至上设计为双入口、三入口等。考虑到系统中有可能存在杂质微粒、焊渣等，容易堵塞入口，在设计时要增加冗余入口，每一入口的截面积为1.5mm*1.2mm。另外，考虑到流道内的阻力和沿程损失，设计时将流量放大到25t/h。
特性曲线（见图8）为修正等百分比，阀门调节行程为25mm，芯包总高度为40mm，由10片迷宫盘片组成。
从图8可以看出，为达到所要求的特性，本芯包需采用3种迷宫盘片组成。在*下层的盘片，为了达到大压差、小流量的要求，要流道数少而转弯级数多；中间的盘片则为中等流道数；在芯包的*上层的盘片，为了满足事故流量的要求（即低压差、大流量），需流道数多而转弯级数少。
4.1.3 计算
根据迷宫式调节阀的工作原理：当介质流经迷宫盘片通道时，经过多级转弯，限制流速增加，保证每级流速<=30m/s，从而降低对阀门密封面的冲刷。
经多级转弯后，v出口=v入口，v出口= 
，h=ΔP/ρ，ΔP=P入口-P出口。
其中：V ——
流速，m/s；
g —— 重力加速度，9.81m/s；
n —— 转弯级数；
h —— 压头，m；
P —— 压力，MPa；
ρ —— 介质密度，对于减温水 t=160~180℃时，ρ=0.9*103kg/m3；
根据工程流体力学，定水头下圆柱形管嘴的体积流量
其中：μ ——
系数，根据计算手册，取μ=0.82
A ——
入口截面积，mm2
代入得：
换算成质量流量，则
n = ΔP/（qm/0.124A）2
对于**种迷宫盘片，按照特性曲线，可得
qm1=2.5t/h
ΔP1=4MPa
选择4条流道，则
n1= ΔP1/（qm1/0.124A1）2
= 4/[2.5/（0.124*1.5*1.2*2*4*3）]2
= 18.36
选n1=18转，冗余入口为，故入口数为3。
对于其余的迷宫盘片，按照特性曲线和上述计算方法，可分别计算出其转弯级数n、流道数：**种迷宫盘片n2=4，流道数8，入口数3；第三种迷宫盘片n3=2，流道数12，入口数4。
4.1.4
效验速度
根据美国CCI公司的经验，对流量较小的迷宫式调节阀，当介质流速<30m/s时，其对密封面的冲刷影响*小，因此有必要对介质的流速进行硝盐，如流速在30m/s左右，则可认为合格。
根据v出口=
及 h=ΔP/ρ，得：
对于**种迷宫盘片，
对于**、三种迷宫盘片亦按此方法校验，V2=33m/s，V3=33m/s，均略大于30m/s。
4.2
*小流量阀（再循环阀）芯包
以电厂200MW机组为例，能满足给水泵*小流量的要求。
4.2.1
基本参数
温度：<=300℃
压差：给水泵的出口压力为17.7MPa，除氧器的压差一般为0.6~0.8MPa，故取压差为17MPa。
流量：泵的全流量的25%为190m3/h。
特性曲线：一般*小流量为线性特性曲线。
4.2.2
选型
选择迷宫盘片厚度为2.5mm，按线性流量特性曲线要求，确定迷宫盘片为单一种类型。另外，参照国外公司的成熟经验，因为ΔP=17MPa<24MPa，故取迷宫盘片的转弯级数为18，每片迷宫盘片的入口数为16组双入口，每一入口的截面积为1.5mm*1mm。
4.2.3
计算
根据
= 5.7843t/h
则整个芯包需要的迷宫盘片数为190/5.7843=32.85片。考虑到适当的裕量，设计去为34片。
4.2.4
校验速度
=
45.37m/s
速度虽然超过30m/s，但因阀门通流流量较大，尚可基本满足要求。