20世纪80年代，三维偏心
蝶阀被引进我国。随后，国内许多制造商开始研究多层次三维偏心蝶阀，该类阀是目前唯一能实现无摩擦、零泄露、低扭矩、温度在-196~+600℃、公称压力≤4.0MPa的高性能蝶阀。广泛应用于石油、化工、高温煤气、可燃性气体、冶金、电力、钢铁，城市供热供水和污水处理等各种工业领域上，是快速截断或调节介质流量的最佳装置。
目前大多数的第三角偏心（β）有单斜面角偏心和同向斜面角偏心，它们的主要缺点是密封面受力不均匀，反向密封性能低，加工困难，工件摆动范围大。在吸收、消化国内外先进技术的基础上，研究成功了新－代蝶阀“多层次金属双斜面三维偏心蝶阀”，它采用了双斜面角偏心，径向偏心小的动平衡原理设计。它的最大优点是蝶板在圆周方向可保证各点的密封正压力分布均匀，双向密封性能可靠、加工方便，工件加工摆动范围小及动水力矩很小，启闭速度快等特点。密封原理是蝶阀在开启或关闭时，蝶板的水封面瞬时立即脱离或瞬间立即接触阀座密封面。无论在低温和高温情况下，均具有优越的密封性能，密封圈具有硬软双重密封优点。经过多年的用户使用，完全达到工况要求。产品性能已处于国内外领先水平。
一、三维偏心设计标准及简介
1.产品的设计标准
（1）产品设计制造标准 按JB/T8527-1997.API609-1997、MSS-SP-68-1997的规定；
（2）
调节阀的检验与试验标准 按GB/TI3927-1992、JB/T9092-1999、API598-1996的规定；
（3）结构长度 按GB/T12221-1989、API609-1997的规定；
（4）法兰标准 按GB/9113-1988、ANSI B16.5-1992，HG2059220635-1997的规定。
2、三维偏心的简介
（1）第一偏心 阀杆轴线与阀板密封面偏置一个尺寸，又叫轴偏心；如图1中标出的H。
（2）第二偏心 阀杆轴线与阀体通道轴线偏置一个尺寸，又叫体偏心；如图1中标出的e。
（3）第二偏心 阀座回转轴线与阀体通道轴线形成一个角度，又叫角偏心；如图1中标出的β。
二、设计
1、三偏心位置的确定
从图中得出密封圆锥的底半径R（位于阀座的大端）和密封圆锥的高度H
k为
R=Acos(θ-β)/cosθ
H
k=R/tanθ
密封圈位于阀座中间，阀座宽度为b时．密封中心椭圆的长半轴A、短半抽B为
从旋转中心到密封圆锥上下作两条垂故，其垂足距离为
式中
A
σ— 椭圆的长半轴，单位为mm
θ——圆锥角，单位为（°）
β——圆锥轴线倾角，举位为（°）
a ——密封圆锥的上垂足，单位为mm
d ——密封圆锥的下垂足，单位为mm
密封圈的位置应在a和d之间，否则将发生泄露，或出现蝶板旋转90°后继续转动。因此，两个垂足跪离与阀座和密封圈宽度的关系应符合如下
式中
E——密封圈宽度，单位为mm；
b——阀座宽度，单位为mm；
c——轴向偏心距，单位为mm。
2、阀体壳体最小壁厚
t={pD/2.3[σ
L]-p}+C
式中
p——最高使用压力，单位为MPa:
D——蝶阀通径，单位为二；
[σ
L]材料的许用应力，单位为MPa；
C——腐蚀的附加裕量，单位为mm。
3、蝶板壁厚计算
（1）平板 S
B=D{0.25p/[σ]}
1/2 （2）蝶形 S
B={pRk/2[σ
k]+C
式中 k——形状系数。
4、阀杆强度验算
（l）阀杆转矩计算T
由于该阀制造装配时与阀板密封圈需产生一定的密封比压，因此具有预紧力，所以关闭最终及开启时力矩最大
T=M
M+M
C+M
T+M
T+M
I 式中T——阀杆总力矩，单位为N·mm；
M
M——阀板与阀座间摩擦力矩，单位为N·mm；
M
C——阀杆与轴承间的摩擦力矩，单位为N·mm；
M
T——密封填料引起的摩擦力矩，单位为N·mm;
M
I——静水力矩，单位为N·mm。
1）对于偏心蝶阀，阀板与阀座间摩擦力矩
式中
q
MF— 密封面必需比压，单位为MPa；
R—— 蝶板多层次平均半径，单位为mm；
f
m——密封面间摩擦因数；
b
m——密封面的接触宽度，单位为mm；
h ——阀杆与蝶板中心间的偏心矩离，单位为mm。
2）阀杆与轴承间的摩擦力矩
式中Q
C——作用在阀杆轴承上的载荷，单位为N
Q
C=Q
I+Q
V Q
I——由介质压力引起的总作用力，单位为N；
Q
V——预紧力，单位为N
f
C——摩擦因数；
dF——阀杆直径，单位为mm。
3）密封填料引起的摩擦力矩
式中
φ——摩擦因数，按h
T/b
T查表；
h
T——填料深度，单位为mm。
4）由于蝶板有径向偏心，引起不平衡力矩
M
f=ΔF
P（P
n+G）/E
2 ΔF
P——偏心面积，单位为mm
2；
ΔF
P=E×D
m E
2——斜面偏心距离，单位为mm；
D
m——阀板平均直径，单位为mm；
P
n——作用在蝶板的载荷，单位为N；
G ——偏心部份的重力，单位为N。
5当阀杆取直安装时，静水力矩为零
（2）阀杆直径的验算
[τ]——阀杆材料在常温时允许剪切力，单位为MPa。
（3）阀杆的挠度和转角的计算
1）挠度
w
c=5ql
4/384EI（cm）
2）转角
θ=ql
3/24EI（°）
式中
q——均布载荷，单位为N；
l——两支点之间的距离，单位为m；
E——弹性模量，单位为Pa；
I——惯性矩，单位为m
4。
（4） 阀杆的扭转变形计算
w=584Tl/GdF
4≤[w]
式中
T——轴传递的转矩，单位为N·mm；
l——轴受转矩作用的长度，单位为mm；
G——材料的切变模量，单位为MPa。
5、键的连接强度验算：
（1）计算键联接工作面挤压强度
式中
σ
jy—计算挤压应力，单位为MPa；
d
F——阀杆直径，单位为mm；
K ——键与轮载的接触高度，单位为mm；
L ——键的工作长度，单位为mm。
（2）键受剪力计算：
式中 b——键的宽度，单位为mm．
6、蝶板与接管内壁间的最小间隙计算
蝶板转动时，蝶板会伸出阀体法兰垫圈表面，防止蝶板与其他部件发生干涉，因此要计算
（1）计算蝶板的弦长
a=d-2c
（2）确定蝶板最大直径
D=（W
2+a
2）
1/2 式中
a——蝶板弦长，单位为mm；
d——连接管道内径，单位为mm；
c——蝶板和管道内径之间的公称间隙，单位为mm；
D——蝶板最大直径，单位为mm；
W——
阀门最小安装结构长度，单位为mm。
7、滑动轴承的计算
（1〕轴承单位面积上的平均载荷p（M Pa）为
p=F/BD
式中
F——轴颈上的平均载荷，单位为N；
B——轴承宽度，单位为m；
D——轴承孔径，单位为m。
（2）相对间隙ψ
ψ=2c/D
式中 c——轴承半径间隙，单位为mm。
（3）摩擦功耗pμ（W）
pμ=πμFdn
式中 μ——摩擦因数
（4）轴承宽径比V
V=B/D
通常V在0.3~1.5范围内
8、圆柱销抗剪强度验算
τ=4T/zπd
2dF≤[τ]
式中
T——轴传递的转矩，单位为N·mm；
z——销的数量；
d——销的直径，单位为mm。
9、阀座密封面上的计算比压
q=Q
mz/Q
mf≤[q]
式中
Q
mz——密封面上的总作用力，单位为N；
Q
mf——密封面上密封力，单位为N；
[q]——密封面许用比压，单位为MPa。
三、密封副的加工方法
1、阀体密封面
将阀体密封面内径粗车留加工余量，放在定位夹具上，加工密封面即圆锥面，将刀具旋转适宜角度，沿圆锥母线方向走刀，完成圆锥面的加工。
2、蝶板密封
将蝶板与压板粗加工完成后，与蝶板密封圈组装在一起，加工蝶板组合件的圆锥面至蝶板密封圈外圆锥至终端尺寸。然后将蝶板密封圈卸下，取一个其厚度相同的替代板装入蝶板密封圈位置，组合后继续加工，直至蝶板加工到尺寸。卸下替代板，重新组装蝶板密封圈就完成了。
3、密封副的配合
将组装的蝶板放入阀体内，调整蝶板与阀体的相互位置，倒入煤油，5
~10min之内无渗漏，将蝶板压紧。合镗阀体与蝶板的阀杆轴孔。
四、其他设计
（1）轴在阀内部分和轴与蝶板连接处的抗扭强度至少应比在驱动装置连接处抗扭强度大于20%。
（2）当轴同蝶板连接出现损坏或轴内部出现损坏时，由于内压作用，轴的任何部分不至于从阀门射出。
（3）带螺纹的螺栓孔应提供全螺纹旋合深度至少等于公称螺栓直径，然而，当螺栓孔靠近轴时，旋合深度允许为公称螺栓直径的67%。
（4）轴与蝶板的连接应设计成能防止由振动引起的松动，阀杆、滑动轴承、蝶板之间间隙要适宜。
（5）多层次密封圈采用不锈钢片夹高强度耐磨的氟橡胶经特殊工艺处理压制而成，具有双重密封性。
五、结论
多层次金属双斜面三维偏心蝶阀它采用了双斜面径向偏心小的动平衡原理设计。密封面无摩擦、双向密封性能可靠、使用寿命长、启闭操作扭矩低。
