三偏心蝶阀即高性能蝶阀是从80年代引入我国的。国内制造厂从测绘和样品仿制入手，开始研制，但目前高参数蝶阀还要从国外购买。为改变这一现状，应该分析和研究产品的设计方法，进而结合实际走技术创新道路。
一、结构分析
蝶阀的3偏心结构（图1）是指蝶板的旋转轴心相对于调节阀通道的轴向和径向偏心，而圆锥形阀座的中心线与阀门的轴线成一定夹角为第3个偏心。这种阀门的密封接触圆锥面，一般使用弹性密封圈。密封面位于斜圆锥表面，阀座和密封圈的正截面均为椭圆，这正是其设计和制造的难点及关键。
从图1得密封圆锥的底半径（位于阀座的大端）和高度为
密封圈位于阀座中间，阀座宽度为b时，密封中心椭圆的长、短半轴为
该椭圆中心角β处的半径为（图2）
从图1可看出，蝶板从全开位置旋转90°时达到全关位置。蝶板转动到位后应在密封面上保持一定压力，否则将发生泄漏，为此要选r取合适的几何尺寸。从旋转中心到密封圆锥上下有两条垂线，其垂足距离为（图3）
at=（A0+e）sin2 （θ+φ）-ccos2（θ+φ）
ab=（A0-e）sin2 （θ-φ）-ccos2（θ-φ）
式中
Rk--密封圆锥的底半径，mm
A0--椭圆的长半轴，mm
θ--圆锥角，°
φ--圆锥轴线倾角，°
Hk--密封圆锥的高度，mm
A--密封中心椭圆的长半轴，mm
b--阀座宽度，mm
B--密封中心椭圆的短半轴，mm
Rβ--密封中心椭圆中心角β处的半径，mm
at--密封圆锥的上垂足，mm
ab--密封圆锥的下垂足，mm
密封圈的位置应在at与ab之间，否则将发生泄漏，或出现蝶板旋转90°后继续转动，使蝶阀打开。因此，两个垂足距离与阀座和密封圈宽度的关系应符合
E≤at-ab
b≈at+ab
c≤（A0-e）tg（θ-φ）
式中 E--密封圈宽度，mm
b--阀座宽度，mm
c--轴向偏心距，mm
二、静力分析
蝶板处于即将打开的临界状态时，其上的作用力有密封面圆周上单位正压力N（方向垂直于表面）和摩擦力fN（方向沿表面并阻止蝶板转动）及介质对蝶板的压力P（方向取决于介质流向）。摩擦系数f与密封副材料、加工方法、表面光洁度和硬度、润滑状态及温度等因素有关，应通过实验和测试来确定其准确数值。
正流状态（介质流动方向与蝶板转动方向相同）时，沿阀门通道轴向的密封面压力平衡式为
为计算方便，取蝶板半径Rd代替椭圆的长短半轴A、B，其误差很小。
密封面下部附加的正压力为
宽度为E的密封圈，上、下部位的压力为
正流状态时，密封面的压力是介质压力对蝶板的作用产生的，其中下部压力最大。试验也证明，最先发生泄漏的部位是密封圈的下部。
正流状态下密封圆锥轴线倾角为φ（图2），密封中心椭圆上一点对其坐标轴X、Y绕螓板旋转轴心（阀杆中心）的力臂为
由密封中心椭圆上各力对轴心的力矩平衡得到
整理得
式中
系数与角度θ和φ有关，但在常用数值范围内差别不大，都在工程允许误差之间，取K1=K2→π/2，（标量）K3=K4→1，则
介质压力对蝶板转动中心产的附加矩为
因此，正流状态的开阀力矩为
M0=M+Md
逆流状态时，需要外加力矩蝶板压向阀座，密封圈和阀座之间的单位正压力N′应力大于介质压强不会泄露。
外加力矩为
逆流状态的开阀力矩为
M0′= Mz′+Md
当Md>M′时，如果没有附加力矩，蝶板将会在介质压力下自行打开。即没有附加力矩阀门将关闭不严，出现泄漏。
三、特殊情况
当φ=0时，阀座的内表面由斜圆锥变为正圆锥，阀座和密封圈的正截面为圆。这就是二维偏心，二维偏心是三偏心的特殊情况，这时密封面的垂足为（图3）
atz= （Rz+ez）sin2θ-czcos2θ
abz=（Rz-ez）sin2θ-czcos2θ
则 Ez≤ezsin2θ
bz≈Rzsin2θ-ccos2θ
cz≤（Rz-ez）tgθ
式中 Rz--阀座大端半径，mm
正流状态时，蝶板在介质压力作用下压向阀座，即止回阀效应。圆形密封圈与阀座之间的单位正压力Nz沿圆周是均等的，其值为
阀门从完全关闭到开启所需的力矩为
这个力矩数值是阀门开启临界状态的脉冲值。蝶板开启后，两侧压差减小，力矩值将下降。
正流状态下关闭阀门，理论上不需要外部施力，介质压力会使蝶板自动关闭。但是需要有启动力矩，以克服惯性和摩擦。转动过程还要施加适当的阻尼力矩，防止蝶板转动速度过快发生水击。
逆流时为保持密封面的严密性，需要外加的力矩值为
开阀力矩为
Moz′=Mz′-Mdz
一般情况Mdz大于Mz′，开阀力矩为负值，为保证密封可靠，可采取重锤、气压和液压等办法获得附加力矩，但阀门结构较复杂。
四、设计实例
三偏心蝶阀的主要设计参数是密封圆锥锥角θ、圆锥轴线倾角φ、径向偏心距e、轴向偏心距c和阀座宽度b。
以A0=100mm，e=2.5~7.5mm，c=30~40mm为例，说明这些参数的作用。
从图4的3条曲线看出，角度θ和φ对正流状态的开阀力矩影响很大，而正圆锥（φ=0）时力矩为最大。φ角越大，力矩越小。图5是径向偏心对开阀力矩的影响，同样也是在正圆锥时力矩最大。而增加偏心距有利于减小开阔力矩。至于轴向偏心距的影响则要复杂些，按照几何关系，相对于不同的θ和φ角，有一个最小值。从图6可以看出，这个参数可变动的范围很小。
五、结论
从几个主要参数的分析可看出，圆锥角θ与摩擦系数f密切相关。圆锥轴线倾角φ=0时开阀力矩比较大。φ角越大，开阀力矩越小，是蝶阀密封副三偏心设计的特点，一般取0≤φ≤θ。径向偏心距e过小对密封不利，过大又可能使蝶板与阀体发生干涉。轴向偏心距c可调节量较小，这个参数还和结构有关，至少要考虑阀杆的开孔位置，同样也要考虑干涉问题。阀座宽度b选择的合适，可以保证密封区位于阀座的中心。e、c和b要统筹考虑才能得到最佳值。
