三偏心金属硬密封蝶阀的结构与有限元分析
金属硬密封三偏心蝶阀-上海思氟阀门有限公司
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5．应用范围广。如：可用于水、蒸气、油品、空气、煤气等介质。
6．适用不同温度及6.4MPa以下的压力等级，耐腐蚀等各种介质管线。
金属硬密封三偏心蝶阀结构图：
金属硬密封三偏心蝶阀主要连接及外形尺寸:
公称通径
DN
三偏心蝶阀结构原理
三偏心蝶阀结构原理三偏心蝶阀是一种常用于工业管道中的阀门，其结构原理可以简单概括为三个偏心点。
本文将详细介绍三偏心蝶阀的结构原理及其工作原理。
一、结构原理三偏心蝶阀的结构主要由阀体、阀盘、阀杆和密封圈等部分组成。
1. 阀体：阀体是三偏心蝶阀的主要外壳，一般采用铸铁、不锈钢等材质制成。
阀体内部设有阀座，用于支撑阀盘和安装密封圈。
2. 阀盘：阀盘是三偏心蝶阀的关键部件，一般由不锈钢制成。
它的形状类似于蝴蝶，因此得名蝶阀。
阀盘上有三个偏心点，分别是阀轴中心、阀盘中心和密封圈中心。
这三个偏心点使得阀盘在开启和关闭过程中能够实现偏心旋转。
3. 阀杆：阀杆是用于控制阀盘开启和关闭的部件，一般由不锈钢制成。
阀杆通过与阀盘连接，当阀杆旋转时，阀盘也会跟随旋转。
4. 密封圈：密封圈是用于保证阀门的密封性能的重要部件。
它位于阀体和阀盘之间，当阀盘关闭时，密封圈能够完全贴合阀座，从而防止介质泄漏。
二、工作原理三偏心蝶阀的工作原理可以分为开启和关闭两个过程。
1. 开启过程：当需要开启阀门时，通过旋转阀杆，阀盘同时也会旋转。
由于阀盘上的三个偏心点的存在，阀盘在旋转的过程中，首先会与阀座分离，然后才会开始开启。
这样的结构设计使得开启过程中的摩擦力较小，能够减少能量消耗。
2. 关闭过程：当需要关闭阀门时，再次通过旋转阀杆，阀盘也会跟随旋转。
阀盘上的偏心点使得阀盘在旋转过程中，先与阀座接触，然后再实现完全密封。
这样的结构设计保证了阀门的密封性能。
三、优点与应用领域三偏心蝶阀相比于其他类型的阀门，具有以下优点：1. 低压降：由于阀盘的特殊结构设计，使得阀门的压降较小，能够减少管道系统的能量损失。
2. 快速开启和关闭：三偏心蝶阀的结构使得阀盘在开启和关闭过程中能够实现快速运动，降低了操作时间。
3. 耐磨性强：阀盘和阀座之间的接触面积较小，减少了摩擦，从而提高了阀门的耐磨性。
三偏心蝶阀主要应用于工业管道系统中，特别适用于高温、高压、强腐蚀性介质以及含颗粒的介质。
三偏心金属硬密封蝶阀使用的结构问题
三偏心金属硬密封蝶阀使用的结构问题内容提示：三偏心金属硬密封蝶阀具有耐高温，操作轻便，启闭无磨擦，关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封，提高了蝶阀的密封性能及延长使用寿命的优点。
但其依然存在结构问题。
目前，作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水电等许多领域中得到极为广泛地应用。
在已公知的蝶阀技术中，其密形式多采用密封结构，密封材料为橡胶、等。
由于结构特征的限制，不适应耐高温、高压及耐腐蚀、抗磨损等行业。
现有一种比较先进的蝶阀是三偏心金属硬密封蝶阀，阀体和阀座为连体构件，阀座密封表面层堆焊耐温、耐蚀合金材料。
多层软叠式密封圈固定在阀板上，这种蝶阀与传统蝶阀相比具有耐高温，操作轻便，启闭无磨擦，关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封，提高了蝶阀的密封性能及延长使用寿命的优点。
三偏心金属密封蝶阀的结构特征三偏心金属密封蝶阀的蝶板回转中心(即阀门轴中心)与蝶板密封面形成一个尺寸A偏置，并与阀体中心线形成一个B偏置；阀体密封面中心线与阀座中心线(即阀体中心线)形成一个角度为β的角位置。
但是，这种蝶阀在使用过程中仍然存在以下问题：一、由于多层软硬叠式密封圈固定在阀板上，当阀板常开状态时介质对其密封面形成正面冲刷，金属片夹层中的软密封带受冲刷后，直接影响密封性能。
二、受结构条件的限制该结构不适应做通径DN200以下阀门，原因是阀板整体结构太厚，流阻大。
三、因三偏心结构的原理，阀板的密封面与阀座之间的密封是靠传动装置的力矩使阀板压向阀座。
正流状态时，介质压力越高密封挤压越紧。
当流道介质逆流时随着介质压力的增大阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，密封开始泄漏。
高性能三偏心双向硬密封蝶阀，其特征在于：所述阀座密封圈由软性T形密封环两侧多层不锈钢片组成。
阀板与阀座的密封面为斜圆锥结构，在阀板斜圆锥表面堆焊耐温、耐蚀合金材料；固定在调节环压板之间的弹簧与压板上调节螺栓装配一起的结构。
三偏心金属密封蝶阀的力学特性分析及结构优化研究的开题报告
三偏心金属密封蝶阀的力学特性分析及结构优化研究的开题报告一、选题背景随着现代工业的快速发展，阀门已成为工业生产领域中不可缺少的核心件。
在各类阀门中，蝶阀作为一种简单、经济、可靠的流体调节设备，受到广泛应用。
而在液气管路中，蝶阀的密封性能尤为重要。
传统的金属密封蝶阀在使用中容易出现泄漏、耐腐蚀性差等问题，为了解决这些问题，三偏心金属密封蝶阀在近年来得到了越来越多的应用与关注。
其采用三个偏心结构，使得阀座与阀片之间的密封作用得到了更强的保障。
为了进一步提高这种阀门的性能，有必要对其力学特性进行分析研究，并探索其结构的优化方案。
二、研究内容与目标本次研究的主要内容为：对三偏心金属密封蝶阀的力学特性进行分析，探究其内部应力分布、变形情况等，并结合实验验证，验证分析结果的准确性。
同时，通过对现有结构的优化，进一步提高阀门的性能，减少泄漏等问题的发生率。
本研究的目标为：建立三偏心金属密封蝶阀的力学测试系统，并通过实验验证和数值分析，研究不同条件下阀门的受力变形情况；运用有限元分析的方法，对阀门结构进行优化设计，提高其在不同介质、不同压力下的密封性和耐腐蚀能力。
三、研究方法和步骤研究方法：1.建立三偏心金属密封蝶阀的力学测试系统。
利用不同的荷载测试方法，对阀门进行力学测试，并测量阀门在不同介质、不同压力下的变形情况。
2.通过实验验证和数值分析，分析阀门的内部应力分布、变形情况等，并探究不同荷载条件下阀门的受力情况。
3.运用有限元分析方法，对三偏心金属密封蝶阀的结构进行优化设计，提高阀门的密封性和耐腐蚀能力。
研究步骤：1.研究现有文献，了解三偏心金属密封蝶阀的结构和特点，确定研究的重点。
2.建立三偏心金属密封蝶阀的力学测试系统，进行力学测试，并测量阀门在不同介质、不同压力下的变形情况。
3.通过数值分析方法，对阀门的内部应力分布、变形情况等进行分析，探究不同荷载条件下阀门的受力情况。
4.利用有限元分析方法，对三偏心金属密封蝶阀的结构进行优化设计，提高阀门的密封性和耐腐蚀能力。
金属硬密封三偏心蝶阀
金属硬密封三偏心蝶阀一、金属硬密封蝶阀类别介绍金属硬密封蝶阀是指密封副为刚性结构，即阀体密封阀座和蝶板密封圈均为金属材质。
金属硬密封蝶阀依据密封原理和结构的不同大致分为三种。
1、金属对金属刚性密封副，通常密封副材质与本体材质相同，蝶板可制作成中线式或斜板式，此类阀门通常用于排气、通风、水利发电等密封要求不高的管道系统，例如我厂生产的各类烟道尘气蝶阀。
2、金属弹性圈硬密封蝶阀：此类硬密封蝶阀多采用在阀体或蝶板上安装成型的金属密封圈制成，密封圈采用弹性模量高，热处理后硬度高耐磨性好的材质冲压、卷制成型。
阀门可采用单偏心或双偏心结构，此类阀门密封时借助驱动力矩使得密封副即蝶板和密封圈或阀体阀座和密封圈之间产生较大的弹性变形抗力和形变量，利用金属弹性圈固有的弹性形变产生的抗力和形变实现密封，密封圈的截面形状有S型、J型、L型、O型等。
此类硬密封蝶阀可适用于较高温度的介质环境，但由于此类蝶阀密封圈在启闭时反复发生应力变化和变形，在高温下材料易退火失去弹性、在温度剧烈变化中材料易发生脆裂而发生密封失效，密封圈的使用寿命较短且操作力矩较大。
3、金属硬密封三偏心蝶阀：此类蝶阀采用三偏心结构。
第一个偏心是阀门密封面中心线相对于阀门结构长度方向对称中心线的偏心；第二个偏心是蝶板轴线相对于阀体流道中心线的偏心；第三个偏心是密封副斜圆锥中心线相对于阀体流道中心线的角度偏心。
蝶板密封圈采用金属和石棉板、橡胶板或聚乙烯等材料夹层复合粘接而成，此类蝶阀具有使用寿命长、密封性能好、密封副摩擦小、启闭力矩小的优点。
被广泛使用于给水、化工、食品等行业。
二、金属硬密封三偏心蝶阀和橡胶软密封蝶阀的结构比较橡胶软密封蝶阀在开启之初和关闭终了时会在橡胶密封圈和金属密封面之间产生很大的橡胶圈变形量和摩擦力，加大了操作力矩。
图一中虚线为橡胶圈在不发生形变情况下的轮廓，实际中为实现密封，橡胶密封圈发生了很大的变形；三偏心金属硬密封蝶阀开启和关闭有方向要求，蝶板在壳体内不能作360°旋转，金属硬密封三偏心蝶阀密封副在接触和脱离的瞬间几乎不发生相对摩擦，密封面之间在关闭时产生的力主要是法向正压力，而几乎没有沿密封面方向的切向力，法向正压力在密封副之间产生密封必须比压从而实现密封。
三偏心硬密封蝶阀密封面结构分析
ｌ 概述
从２ ０ 世纪八九十 年代开始 ，我 国的蝶 阀生产和制 造速 度突 飞猛 进，吸收 了很 多 国外 的先进技术 ，特别是三 偏心 蝶阀 ，在 原有 的中线 蝶阀 、单偏 心蝶 阀、双 偏心蝶 阀基础 上又有 了结构上 的飞跃 ，避免 了开 启时候 的力矩 问题 ，实 现 了瞬 间完 全开启 、关闭的功 能。三偏心蝶 阀的密封 面的 设计加工 是三偏心技术 的核心 ，直 接影响到 产品 的性 能。 本 文涉及 到的两种 密封 面方式各有 自己的优 势和特点 ，根 据 具体的情况 来选 择合适 的密封 形式 。
从 竖 直 方 面 看 的截 面 来 看 ，每 个 截 面 都 是椭 圆 形
（ 图４），这 是 目前 非常 普 遍 的应 用 形 式 ，因 为结 构 相 对 容 易理解 ，只是 将 圆锥平 置 即可 。 圆锥 的三维 模 型参
见 图５ 。
２ ． ２ 斜 圆锥 斜 圆锥 从 外 形 来 说 和 正 圆锥 区 别 并 不 是 非 常 大 ，
斜 圆锥 的建 模 原理 和正 圆锥 的回转 方式 完全 不 同 ， 不 是通 过 回转 形成 的几 何 体 ，在建 模软 件 中无法 通 过旋
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图７
转 命 令完成 ，而 是通过 不 同 的圆截 面 “ 堆积 ”而 成 ，所
有 圆形 截面 都 与一 条母 线相 切 ，并 且 圆心都 通过 一 条直 线 ，三 维 模 型 建 模 时 候 可 以通 过 混 合 扫 描 的方 式 来 实 现 ，构 图的原理 可 以按照 图７ 进 行说 明 。 综 上 所述 ，两种 圆锥 的 不 同之处 就 是底 面 的截 面 ， 正 圆 锥 是 椭 圆 ，可 以理 解 为 无 限 多 个 椭 圆 “ 堆 积 ”而 成 ，所 有椭 圆 的 中心在 一条 直线 上 ；斜 圆锥 是正 圆 ，可 以理 解 为无 限 多个正 圆 “ 堆 积 ”而成 ，所 有 的圆形 的圆 心都 在一 条直线 上 。
三偏心密封蝶阀结构
三偏心密封蝶阀结构三偏心密封蝶阀主要由阀体、阀轴、阀板、密封圈以及传动装置等组成。
阀体是整个蝶阀的主要承力部件，一般采用铸铁或钢制造。
阀体内部有一个阀座用于安装阀板，阀座一般采用金属材料制造，如不锈钢、铜合金等，以保证其耐腐蚀和耐磨损性能。
阀轴是承载和传递操作力和密封压力的重要组成部分，一般采用不锈钢制造。
阀轴上端连接阀盘，下端通过轴承与传动装置连接。
阀盘是蝶阀的核心部件，一般由金属材料制造，如不锈钢、铸铁等。
阀盘的形状为三偏心结构，意味着阀轴与阀盘轴线偏离，这种结构使得阀盘的开关运动更加平稳，减少了密封圈的磨损。
密封圈起到密封阀体与阀板之间的作用，一般采用硬质合金制造。
三偏心密封蝶阀采用多重密封结构，保证了阀门在关闭状态下的优异密封性能。
密封圈的选择要根据介质的性质和工作条件进行合理选择，以确保阀门在长期运行中具有稳定的密封性能。
传动装置是用来实现阀门开关动作的装置，一般有手动、电动、气动等多种形式。
手动传动装置一般是一个手轮，通过人力旋转手轮来实现阀门的开关操作。
电动传动装置通过电机驱动阀轴实现阀门的开关。
气动传动装置通过气源的驱动来实现阀门的开关操作。
三偏心密封蝶阀的结构具备了以下一些特点。
首先，三偏心结构设计使得阀盘开启和关闭更加平稳、灵活，降低了密封圈的磨损，提高了阀门的使用寿命。
其次，密封圈采用多重密封结构，确保了阀门关闭时的优异密封性能。
再次，蝶阀的整体结构简单，重量轻，占用空间小。
最后，蝶阀采用可调多层结构，可以根据工况要求进行多层的材质选择，以适应不同介质和工况条件。
综上所述，三偏心密封蝶阀的结构设计使其能够提供优秀的密封性能和操作性能。
其先进的结构和多重密封设计使得它在管道系统中得到广泛应用，是一种性能出色的控制阀门。
三偏心金属硬密封蝶阀标准
三偏心金属硬密封蝶阀标准
三偏心金属硬密封蝶阀是一种新型的阀门产品，其结构与传统的蝶阀有很大的不同。
这种阀门采用了三个偏心结构，即阀杆与阀盘偏心、阀盘与阀座偏心、阀杆与阀座中心线
不重合。
这种设计使得蝶阀在关闭过程中能够实现快速关闭，同时在开启过程中能够实现
软密封效果，大大提高了密封性能和使用寿命。
三偏心金属硬密封蝶阀标准主要包括以下几个方面的内容：
1.产品分类和命名：对三偏心金属硬密封蝶阀进行分类，并为每个分类确定命名规范，以方便用户识别和使用。
2.产品技术要求：对三偏心金属硬密封蝶阀的主要技术参数进行规定，包括阀门的公
称通径范围、公称压力等级、温度适应范围等，以及阀门的外观尺寸和连接尺寸。
3.产品设计：对三偏心金属硬密封蝶阀的结构设计进行要求，包括阀体、阀盘、阀座、阀杆等的设计参数和材料选择，以保证阀门的强度和密封性能。
4.产品制造和检测：对三偏心金属硬密封蝶阀的制造和检测过程进行规定，包括产品
的原材料采购和加工工艺，以及工艺参数的控制和产品的质量检验方法。
5.产品安装和使用：对三偏心金属硬密封蝶阀的安装和使用进行说明，包括阀门的安
装位置和方式、操作要点、维护保养等。
6.产品标志和包装：对三偏心金属硬密封蝶阀的标志和包装进行规定，以确保产品的
追溯性和交付质量。
三偏心金属硬密封蝶阀标准的制定不仅可以规范产品的生产和质量，提高蝶阀的可靠
性和性能，还可以为用户提供参考和便利，促进蝶阀的推广和应用。
标准的制定还可以推
动蝶阀行业的发展，促进技术创新和进步，提高产品的竞争力和市场地位。
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通过以上求得的三偏心值，建立600Ds343H双向多层次硬密封蝶阀的有限元模型。利用ANSYS有限元软件对蝶阀内流体进行数值模拟分析，即蝶阀在一定压力下，对蝶板的总应变和等效压力进行有限元分析。以及在不同开度下蝶阀对流过的介质的流速及压力的影响。将分析结果进行比对分析，检验以上设计出的三偏心值是否满足实际工作要求。
蝶阀是阀门众多种类中应用范围相对较广泛的一种，当蝶阀应用在管道输送系统中时，不仅可以控制管道内介质的通断，也可以像节流阀一样通过改变蝶板不同的开度来控制流体的流速和流量。虽然蝶阀的功能较为全面，但其结构形式简单、体积较小、重量较轻、操作力矩小、启闭过程迅速，以及具有良好的密封效果。因为蝶阀具有了这些优点，蝶阀在工业、农业、国防和人民生活当中都是必不可缺的设备之一。
Based on 600DS343Htwo-way multi-level hard seal butterfly valve as an example, through summing up the formula to calculate the 600DS343Htwo-way multi-level hard seal butterfly valve butterfly plate as the main technical parameters of the main cross section contour line and the eccentricity value. Drawn by various parameters, and set up 600DS343Htwo-way multi-level hard seal butterfly valve model, numerical simulation analysis by finite element software ANSYS to its stress and flow field were analyzed, and the proceeds from the analysis results are comparative analysis, the test design scheme is reasonable.
本文以三偏心蝶阀为研究对象，对其结构、受力进行了简单的分析，归纳出计算蝶阀蝶板的各主要截面的技术参数的公式、计算蝶阀各偏心值的计算公式；并通过理论分析对其摩擦力矩和密封力矩进行了分析；总结出三偏心值对蝶阀所受摩擦力矩和密封力矩的影响，列出了蝶阀各偏心值的适宜区域。
本文以600Ds343H双向多层次硬密封蝶阀为例，通过归纳出的公式，计算出600Ds343H双向多层次硬密封蝶阀的蝶板主要截面轮廓线上的主要技术参数和各偏心值。并通过所得出的各参数，建立600Ds343H双向多层次硬密封蝶阀的数值模拟分析模型，通过ANSYS有限元软件对其受力和流场进行分析，对所得分析结果进行对比分析，验证以上的设计方案是否合理。
Key Words：Butterfly valve,Triple,Eccentric value,Metallic seal,
Force analysis,Fluid analysis
1. 绪论
1.1
在管道输送介质和控制介质流动状态的系统当中，阀门是重要的组成部件。阀门的应用范围极其广泛，在不同的应用领域、不同的工作环境下，利用阀门达到截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等目的，阀门在不同的应用领域起到了重要的作用。
1.3.2
蝶阀在国外的应用十分广泛，而且对其各项功能方面的设计水平已达到一定的高度，而且某些蝶阀可在许多严酷的工作环境下工作。1960年,德国的KarlAdams提出了蝶阀应具有的三种基本功能：切断、调节，以及止回这三种功能。并在1965年以名为“斜置锥形阀座密封系统”申请了专利，这项技术的出现对蝶阀以后的发展有深远的意义。1967年，法兰克福举行的国际机械产品展览中，展示出一种T型的新式法兰偏心蝶阀，此设计很大程度的提高了蝶阀的密封能力，很快就在中高压蝶阀的密封系统中得到了应用；日本株式会社所设计的三偏心蝶阀的压力等级己高达2500磅级，最高所能承受压力可达26MPa，工作环境的最低温度可至-196℃、最高温度达700℃，密封性能良好，调控比高达100：1以上。也就是说，在不同的控制管线中，不论是想要起到截止的作用，还是想要控制管道的流体，只要蝶阀的规格选择适当，都可以满足应用的要求；还有美国的KYSTONE和加拿大的SCORE等公司的金属硬密封蝶阀，不仅是蝶阀的质量，还是其性能都达到了国际先进水平，并在各自的国内市场得到了广范的应用。[4]
Based on the triple eccentric butterfly valve as the research object, for its simple structure, stress analysis, computing the butterfly valve butterfly plate is the main section of the technical parameters, three eccentric butterfly valve value; And the friction torque and the seal moment calculation and analysis; And triple eccentric value through the theoretical analysis of butterfly valve under the influence of friction torque and seal torque, lists the appropriate area of the eccentric butterfly valve's value.
硕士学位论文
三偏心金属硬密封蝶阀的结构与有限元分析
研究生姓名：
指导教师
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工作单位
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论文提交日期பைடு நூலகம்
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答辩日期
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学位授予日期
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授予单位
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论文评阅人
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工作单位
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论文评阅人
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工作单位
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答辩委员会主席
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工作单位
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Three eccentric metal seal butterfly valve structure and finite element analysis
本课题以三偏心硬密封蝶阀为研究对象，通过蝶阀各零件的配合关系、几何位置关系和各部分受力情况，对三偏心蝶阀的结构进行分析。并采用有限元方法，利用有限元软件ANSYS对蝶阀密封系统和流过蝶阀的流体介质进行数值模拟和实验研究，从而对蝶阀的结构工艺进行优化，减少阀门启闭时密封副间的摩擦、降低操作力矩，提高蝶阀的使用寿命。[1]
关键词：蝶阀，三偏心值，金属密封，受力分析，流畅分析
ABSTRACT
ABSTRACT:After the reform and opening up, China's valve industry thriving, and butterfly valves also got the favour of many application areas, of the ordinary butterfly valve has been difficult to meet more severe application environment and more strict performance requirements. Changed and the emergence of triple eccentric butterfly valve, butterfly valve sealing material, metal hard seal form is used to replace the previous nonmetal sealing form. This design not only improve the service life of a butterfly valve sealing deputy, and resistance to high temperature, high pressure and has good sealing effect, expand the applicable field of butterfly valve. But at present domestic has not yet formed a relatively perfect system of analysis, making the development and application of triple eccentric butterfly valve is still under certain restrictions.
1.2.2
由于蝶阀的应用领域较为广泛，那么对蝶阀的各项要求就变得更为严格。以往蝶阀的密封圈是软密封，即密封圈采用的材质是橡胶或聚四氟乙烯等非金属材料，那么这样的密封圈就不能应用于高温高压的工作环境当中。三偏心蝶阀的设计，使得蝶阀的密封圈可以采用金属材质的密封材料。使其能应用于较高的工作压力和温度下，使用时最高温度可达700℃，最高使用压力可达4.0MPa。由于三偏心蝶阀的应用领域较为广泛，所以出现了不同的结构形式和密封材质的三偏心蝶阀，本课题试图通过蝶阀的结构及受力分析，归纳出蝶阀的各偏心值的计算公式，分析各偏心值对其受力的影响，进而找出三偏心蝶阀的回转中心的适宜区域，并以600Ds343H双向多层次硬密封蝶阀为例，得出其适宜的三偏心值，并对得出的三偏心值进行比对分析，检验此设计方案是否合理，为蝶阀的进一步优化做出一点贡献。[2]
1.2
1.2.1
本课题主要围绕三偏心蝶阀进行研究，以600Ds343H双向多层次硬密封蝶阀为例，包括对其结构、受力等方面进行计算分析，以及运用ANSYS有限元软件对蝶阀在密封状态下蝶板的受力和流过蝶阀的流体进行分析。具体研究内容如下：