针对三偏心蝶阀开阀过程中易出现阀轴运动不平稳、卡涩故障等问题,基于三偏心蝶阀研究操作力矩及其动作特性。利用有限元仿真软件Fluent对三偏心蝶阀不同开度与压差下的内部流场状态、动水力矩及其系数进行模拟计算,并通过实验验证仿真结果的准确性;利用三偏心蝶阀操作力矩计算公式对实验阀门进行数值计算,分析动作过程中操作扭矩随开度的变化;最后利用仿真平台AMESim对单作用气动执行器系统进行建模,分析操作力矩对开阀动作时间及蝶板稳定性的影响。结果表明:随着压差的增加,动水力矩的最大值向小开度偏移,在60°~75°开度区间达到最大值;蝶阀的压差越大,阀轴动作时间越长且越不稳定,0.1、0.3 MPa压差下三偏心蝶阀动作时间分别增加了4.4%、10.7%;增加气缸直径、弹簧刚度可增加动作的稳定性。

针对传统三偏心蝶阀的缺点,提出一种桁架过流式三偏心蝶阀结构,利用SolidWorks建立其三维模型并抽取不同开度下的流体域模型,然后根据设定的工况条件在Fluent中进行流场模拟计算。结果表明:优化后的阀板在不同开度下,过流面处承受的压力变小,承压面所能承受的压力变大;同等开度下,优化后的阀板表面的速度降低,阀板表面所受冲刷程度减轻;大开度下,优化后的阀板周围流动稳定性更好,改进后蝶阀的流量系数变大,流通能力变强。对改进前后的蝶阀结构进行阻力特性试验,对比分析得出:大开度下流阻系数明显减小,且改进后结构的流阻系数在同等开度下都有所减小,再次证明改进后结构的性能优势。

三偏心蝶阀广泛的应用于多种多样的工业,如水量分配、下水道、石油与天然气发电厂等等,而三偏心蝶阀中的蝶板和阀杆的振动在其结构设计和应用中起着重要的作用,且目前关于三偏心蝶阀中蝶板和阀杆的振动特性的研究较少。在蝶阀工作中,若蝶板的固有频率与流过蝶板后产生的卡门涡的脱落频率过于接近,则二者就会产生共振而毁坏三偏心蝶阀甚至影响整台机器正常运行。为了比较三偏心蝶板和阀杆的振动频率与流过蝶板产生的卡门涡的脱落频率的大小,运用了ANSYS有限元分析方法结合实验验证的方式计算出三偏心蝶板和阀杆的固有频率,再根据计算卡门涡的脱落频率的经验公式得出流过蝶板后产生的卡门涡的脱落频率,得出二者不发生共振的充分条件,此外,也论述了蝶板和阀杆的振动对蝶阀密封性的影响。

结合三偏心蝶阀密封面的启闭性能角,建立等角度刨切计算模型,分析三偏心蝶阀蝶板运动干涉,以C#高级语言为工具,开发了三偏心蝶阀密封面干涉的设计软件,经过干涉分析软件的计算,得到三偏心蝶阀密封面的干涉情况,为设计人员提供准确、快捷的一种设计方法。

针对国内气动三偏心蝶阀易产生严重的＂水锤＂现象,设计了一种新型偏心蝶阀结构,并对三偏心蝶阀和新偏心蝶阀的内部流场特性进行了有限元模拟分析。介绍了新结构蝶阀的构造原理,分析了三偏心蝶阀和新结构蝶阀的压力云图、速度云图和流线分布图,得到了其流量特性和流阻特性。分析结果表明,新结构蝶阀增大了小开度下的流阻系数,减小了关闭瞬间的流量变化量,减轻了＂水锤＂现象。

根据已有研究所得到的动水力矩曲线,利用CFD、FLUENT等软件对桁架过流式三偏心蝶阀的动水力矩进行了模拟计算。模拟计算的分析结果表明,蝶阀在70°开度下的动水力矩达到最大值,与经验值相吻合。同时根据模拟结果,对桁架过流式蝶阀进行了结构上的优化,优化前、后的对比分析结果表明,通过优化有效地降低了动水力矩,这对减小蝶阀的操作力矩有积极作用,实现了蝶阀的节能目的。

针对新型正圆截面三偏心蝶阀的干涉问题,首先推导出密封面方程,并分析三偏心蝶阀蝶板的干涉条件,然后建立相应的数学模型。采用MATLAB编程软件开发出检验三偏心蝶阀密封面干涉的分析软件,通过图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)来实现人机交互。该干涉分析软件可以分析正圆截面三偏心蝶阀密封面的干涉情况,从而为阀门设计人员提供了一种快捷、准确的干涉检验方法。

大型三偏心蝶阀作为紧急切断系统逐步推广应用到燃气发电机组进气保安系统中，其液压控制系统的动态响应特性及可靠性对电站安全运行至关重要。针对三偏心蝶阀作为紧急切断阀系统的功能要求，设计出满足紧急切断要求的液压控制方案。建立液压控制系统的仿真模型，对开阀及关阀过程进行系统的动态特性仿真，并对研制的紧急切断阀系统的动态响应进行了试验，全开过程中执行机构活塞实测最大位移比仿真结果大0．21mm，快关阀全开和紧急关闭实测最长时间都比仿真结果多0．01s。证明在设计过程中采用仿真技术能够准确地预测设计的三偏心蝶阀系统的动态响应特性和优化设计方案。

针对以三偏心蝶阀作为快关阀系统的功能要求，设计快关阀液压系统，并建立仿真模型。该快关阀系统由启闭、控制及驱动3部分组成。要求系统可实现慢开、快关、游动和手动急停4种开关方式。为了使设计的液压系统能够满足系统的功能要求，需要对液压系统动态仿真。先进行快关阀开阀过程液压系统动态仿真，再进行关阀过程动态仿真。通过对该快关阀系统的动态响应试验实测表明，仿真与实测结果一致。

密封是衡量阀门工作性能的主要指标，它主要由阀门启闭过程中密封面的接触情况决定。以密封面空间结构相对复杂的三偏心蝶阀为例，在Solidworks软件环境中建立了三维实体模型，运用VB中的API函数对Solidworks进行二次开发，提出了一种新的密封面干涉检查方法。通过算例演示表明：该方法可以准确分析三偏心蝶阀在启闭过程中密封面的运动是否存在干涉以及干涉发生的位置，简单有效，具有一定的通用性，为更快、更准确求解阀门密封面干涉问题提供了一些思路。