閥桿軸心同時偏離蝶片中心及本體中心，且密封副為斜椎的蝶閥稱為三偏心蝶閥。三偏心蝶閥因具有無死區(qū)設(shè)計(jì)、雙重安全構(gòu)造、本體閥座構(gòu)造等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于介質(zhì)溫度小于425℃的治金、電力、石油化工以及給排水和市政建設(shè)等工業(yè)管道上，作調(diào)節(jié)流量和載斷流體使用。三偏心蝶閥自問世以來，為滿足日益嚴(yán)酷的工況要求，其本身也在經(jīng)歷著自我完善和不斷發(fā)展的過程。即使最基本的零泄漏，理論上三偏心蝶閥都可以做到，但實(shí)際上還是有賴于周密的設(shè)計(jì)和精密的制造。此次設(shè)計(jì)的蝶閥即為三偏心蝶閥，采用雙作用氣缸驅(qū)動，主要用于鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐爐氣的回收，也可用于化工、電站、石油等行業(yè)。

1、三偏心蝶閥主要零件設(shè)計(jì)

　　作者所設(shè)計(jì)的三偏心蝶閥如圖1所示，該閥主要由閥體、閥桿、蝶板、蝶柱、支架、支座等零件組成。此閥的工作原理是：氣缸通過閥桿帶動蝶板轉(zhuǎn)動，蝶板與閥體密封面吻合，將通道切斷，即為關(guān)閉；真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認(rèn)為反之，則為開啟。

　　1.1、閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　閥體是蝶閥中重要零件之一，其質(zhì)量通常占整個閥體總質(zhì)量的70%左右。根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)狻�氫氣、水蒸氣、少量的氧氣及微量的甲烷等廢氣這一特點(diǎn)，閥體選用球墨鑄鐵QT400，它有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐腐蝕性，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)圖

　　根據(jù)參考資料，查得相應(yīng)的公稱壓力pg=2.5×10⁵Pa，由公稱通徑DN=100mm和公稱壓力即可確定蝶閥的法蘭類型為鑄鐵雙法蘭連接，查相關(guān)文獻(xiàn)可得閥體的結(jié)構(gòu)總長為L=150mm，寬度為K=160mm。根據(jù)閥門的流通能力和流體的阻力系數(shù)要求，確定閥體的流動通道為100mm。

　　閥體最小壁厚可根據(jù)以下公式計(jì)算：

　　式中：p'為關(guān)閉瞬間前后的壓力差，p'=317.52Pa。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入以上公式，可得T≥12.37mm，圓整后取T=15mm。

　　設(shè)計(jì)的閥體結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 閥體結(jié)構(gòu)圖

　　1.2、蝶板的設(shè)計(jì)計(jì)算

　　(1)蝶板大端直徑D的確定

　　根據(jù)GB/T12238-2008，由公稱通徑可得出蝶板大端的直徑即蝶閥閥座的最小通徑D=94mm。

　　(2)蝶板中性面長短半徑的確定

　　蝶板中性面的長半徑

　　短半徑

　　式中：A0為蝶閥閥座最小通徑的一半；α為偏心角，根據(jù)密封副材料，偏心角取目前閥門制造商廣為采用的參數(shù)，選α=15°；E為蝶板中性面，取值10mm。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入以上公式中，得RA=45.56mm，RB=43.89mm。

　　1.3、蝶閥密封比的確定

　　由參考文獻(xiàn)可得蝶閥密封比的公式為：

　　式中：pj為計(jì)算壓力，pj=pg+p'；m為比例系數(shù)，取值為1；α為外圓半徑，取值35mm；c為內(nèi)圓半徑，取1mm；b為密封副接觸寬度，取值27.2mm。將以上數(shù)據(jù)代入公式，得：qh=22.74×105Pa，對于剛性密封面，qh按公式計(jì)算出來的值降低25%，即qh=17.05×105Pa。

　　1.4、蝶閥的軸向和徑向偏心距設(shè)計(jì)計(jì)算

　　經(jīng)過計(jì)算，徑向偏心距e滿足0

　　將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中，得e<11.16mm，根據(jù)實(shí)際要求，可取e=8mm。設(shè)閥桿直徑為d，為了保證蝶閥具有完整、連續(xù)的密封表面，則軸向偏心距c還應(yīng)滿足下面公式：

　　。為了增加閥桿的剛度，閥桿的直徑值應(yīng)取大些，經(jīng)綜合考慮，取c=20mm，代入上式，計(jì)算得閥桿直徑d=24mm。

2、傳動方案的設(shè)計(jì)及分析

　　由于該蝶閥主要用于鋼鐵轉(zhuǎn)爐，對精度和聲音的要求不高，故采用氣動驅(qū)動方式，氣缸采用雙作用式普通單氣缸。三偏心蝶閥通過閥桿帶動蝶板轉(zhuǎn)動，如果蝶板與閥體密封面吻合，將通道切斷，即為關(guān)閉；反之，則為開啟。氣動系統(tǒng)見圖3所示。

圖3 氣動系統(tǒng)圖

3、結(jié)束語

　　氣動蝶閥主要是由氣動執(zhí)行器和蝶閥組成，氣動蝶閥是用隨閥桿轉(zhuǎn)動的圓形蝶板做啟閉件，以實(shí)現(xiàn)啟用動作的氣動閥門，主要用作截斷閥使用。而三偏心蝶閥作為比較高級的一種蝶閥，因其獨(dú)特的性能在國民生產(chǎn)和生活中得到比較廣泛的應(yīng)用。作者針對鋼鐵轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種三偏心蝶閥，并對其主要零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。