1．前言
蝶阀有体积较小、重量较轻。90°旋转即可快速启闭，操作简单，具有一定的流体控制特性。蝶阀处于完全开启位置时，通过该阀门所产生的压力降较小。因此蝶阀在低压给水、消防、暖通等管道应用量大。
蝶阀在启闭过程中，阀体与蝶板前端形成的开口形状以阀杆为中心，两侧形成完成不同的状态，一侧的蝶板前端顺流水方向而动，另一侧逆流水方向而动，蝶板的两侧流动状况完全不同，一侧阀体与蝶板形成似喷嘴形开口，另一侧类似节流孔形开口，喷嘴侧比节流侧流速快得多，而节流侧阀门下面会产生负压，虽然阀杆两边蝶板的受力面积相同，但因介质的流场分布在蝶板上会产生动水力矩。
蝶阀在启闭操作时，为操作阀门，需要加装驱动机构，如手柄(配定位机构)、涡轮蜗杆减箱、或气动、电动等装置。驱动装置不仅可以使蝶板具有开度调节，还应有白锁能力，使蝶板保持在任意位置上。驱动装置的选配设计时，不仅要考虑蝶板的静压载荷的操作力矩，还要充分考虑动水操作力矩对操作力矩的影响。
2．蝶阀的静态操作力矩
蝶阀内没有介质或静态压力时，蝶阀的操作力矩为阀杆轴承摩擦力矩、阀座与蝶板摩擦力所产生的力矩之和。因操作的最大值应在蝶阀开启和关闭的时刻。开启过程，操作力矩逐渐减小到某一定值；关闭过程，快到关闭时从某一定值迅速增大。不论蝶阀的尺寸如何，启闭方向的趋势是一致的。
我们进行DN50～DN300系列中线对称蝶阀静态启闭操作时力矩检测。其中DN200、DN300中线对称蝶阀静态启闭操作时力矩值见表1、表2。
| 从全开至全关 | 从全关至全开 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 |
| 0°→5° | 29.6 | 43.2 | 0°→5° |
| 5°→10° | 11.3 | 10.4 | 5°→10° |
| 10°→15° | 7.7 | 7.7 | 10°→15° |
| 15°→20° | 7.8 | 7.3 | 15°→20° |
| 20°→25° | 7.7 | 7.3 | 20°→25° |
| 25°→30° | 7.5 | 7.2 | 25°→30° |
| 30°→35° | 7.6 | 7.0 | 30°→35° |
| 35°→40° | 7.5 | 7.3 | 35°→40° |
| 40°→45° | 7.6 | 7.1 | 40°→45° |
| 45°→50° | 7.8 | 7.1 | 45°→50° |
| 50°→55° | 7.7 | 7.1 | 50°→55° |
| 55°→60° | 7.7 | 7.2 | 55°→60° |
| 60°→65° | 7.8 | 7.2 | 60°→65° |
| 65°→70° | 7.7 | 7.2 | 65°→70° |
| 70°→75° | 7.9 | 7.3 | 70°→75° |
| 75°→80° | 7.8 | 7.4 | 75°→80° |
| 80°→85° | 7.7 | 7.3 | 80°→85° |
| 85°→90° | 7.8 | 6.9 | 85°→90° |
| 从全开至全关 | 从全关至全开 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 |
| 0°→5° | 91 | 86 | 0°→5° |
| 5°→10° | 65 | 70 | 5°→10° |
| 10°→15° | 31 | 32 | 10°→15° |
| 15°→20° | 26 | 29 | 15°→20° |
| 20°→25° | 25 | 28 | 20°→25° |
| 25°→30° | 25 | 28 | 25°→30° |
| 30°→35° | 25 | 28 | 30°→35° |
| 35°→40° | 25 | 28 | 35°→40° |
| 40°→45° | 25 | 28 | 40°→45° |
| 45°→50° | 24 | 28 | 45°→50° |
| 50°→55° | 24 | 28 | 50°→55° |
| 55°→60° | 24 | 28 | 55°→60° |
| 60°→65° | 24 | 28 | 60°→65° |
| 65°→70° | 24 | 27 | 65°→70° |
| 70°→75° | 24 | 27 | 70°→75° |
| 75°→80° | 24 | 27 | 75°→80° |
| 80°→85° | 24 | 27 | 80°→85° |
| 85°→90° | 24 | 26 | 85°→90° |
3．蝶阀的动态操作力矩
3．1 动态流量时的操作力矩
蝶阀安装在管道上，有流动介质时，蝶板受到介质偏心力矩的作用，蝶阀的操作力矩与静态时不同，在某些开度会变大或减小。我们进行DN50～DN300系列中线对称蝶阀动态启闭操作时力矩检测，结果表明，阀门尺寸越大．，变化值越明显。其中DN200、DN300中线对称蝶阀动态启闭操作时力矩值见表3、表4。静态压力和动态流量下的中线对称蝶阀启闭操作时力矩曲线见图1、图2。
从表3的数据和图1的曲线看，DN200的蝶阀各开度位置的操作力矩未超过蝶阀启闭时刻的最大转矩；从表4的数据和2的曲线看，DN300的蝶阀某些开度位置的操作力矩未超过蝶阀启闭时刻的最大转矩。
| 水流量 （m3/h） |
从全开至全关 | 从全关至全开 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 | |
| 0 | 0°→5° | 39.2 | 50.8 | 0°→5° |
| 18.8 | 5°→10° | 27.7 | 13.7 | 5°→10° |
| 40.5 | 10°→15° | 30.9 | 3.4 | 10°→15° |
| 91.1 | 15°→20° | 31.4 | 0.02 | 15°→20° |
| 133.5 | 20°→25° | 31.5 | -0.05 | 20°→25° |
| 198.6 | 25°→30° | 32.7 | -7.4 | 25°→30° |
| 279.1 | 30°→35° | 34.5 | -7.3 | 30°→35° |
| 365.9 | 35°→40° | 33.6 | -8.3 | 35°→40° |
| 412.4 | 40°→45° | 31.3 | -9.7 | 40°→45° |
| 443.6 | 45°→50° | 31.0 | -10.6 | 45°→50° |
| 467.5 | 50°→55° | 29.2 | -10.4 | 50°→55° |
| 482.6 | 55°→60° | 25.8 | -12.5 | 55°→60° |
| 493.7 | 60°→65° | 25.2 | -8.9 | 60°→65° |
| 500.6 | 65°→70° | 23.4 | -8.0 | 65°→70° |
| 502.6 | 70°→75° | 21.9 | -6.9 | 70°→75° |
| 507.3 | 75°→80° | 15.7 | -5.5 | 75°→80° |
| 511.7 | 80°→85° | 13.2 | 3.9 | 80°→85° |
| 512.6 | 85°→90° | 9.3 | 6.3 | 85°→90° |
| 水流量 （m3/h） |
从全开至全关 | 从全关至全开 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 | |
| 0 | 0°→5° | 192 | 170 | 0°→5° |
| 35.8 | 5°→10° | 225 | 96 | 5°→10° |
| 78.6 | 10°→15° | 256 | 45 | 10°→15° |
| 135.0 | 15°→20° | 255 | 21 | 15°→20° |
| 208.4 | 20°→25° | 257 | -46 | 20°→25° |
| 285.9 | 25°→30° | 261 | -45 | 25°→30° |
| 336.5 | 30°→35° | 218 | -40 | 30°→35° |
| 546.2 | 35°→40° | 220 | -35 | 35°→40° |
| 846.5 | 40°→45° | 207 | -47 | 40°→45° |
| 918.6 | 45°→50° | 204 | -56 | 45°→50° |
| 978.6 | 50°→55° | 197 | -45 | 50°→55° |
| 1032.0 | 55°→60° | 176 | -45 | 55°→60° |
| 1094.6 | 60°→65° | 165 | -39 | 60°→65° |
| 1142.6 | 65°→70° | 154 | -54 | 65°→70° |
| 1145.8 | 70°→75° | 132 | 24 | 70°→75° |
| 1148.6 | 75°→80° | 109 | 62 | 75°→80° |
| 1152.3 | 80°→85° | 96 | 73 | 80°→85° |
| 1155.3 | 85°→90° | 80 | 79 | 85°→90° |
3．2 不同流速时的操作力矩
蝶阀在使用时，管道内不同流速介质对蝶板偏心力矩的作用是不同的，蝶阀的操作力矩在某些开度的趋势有变化，会出现增大或反向增加的力矩。我们进行DN50～DN300系列中线对称蝶阀动态启闭操作时力矩检测，阀门尺寸越大，变化值越明显。其中DN200中线对称蝶阀不同流速下启闭操作时力矩值见表5～表6。各流速下的曲线图见图3～图5。
| 蝶阀开度 | 全开时2m/s流速 操作扭矩Nm |
全开时4m/s流速 操作扭矩Nm |
全开时8m/s流速 操作扭矩Nm |
| 90°→85° | 13.6 | 7.2 | 2.9 |
| 85°→80° | 11.5 | 7.1 | -2.5 |
| 80°→75° | 11.2 | 3.6 | -7.2 |
| 75°→70° | 8.6 | 4.3 | -15.7 |
| 70°→65° | 10.2 | 1.6 | -16.7 |
| 65°→60° | 10.7 | 0.50 | -17.0 |
| 60°→55° | 9.2 | 2.6 | -17.3 |
| 55°→50° | 9.7 | 3.4 | -15.4 |
| 50°→45° | 10.6 | 6.1 | -15.1 |
| 45°→40° | 10.2 | 13.1 | -8.6 |
| 40°→35° | 13.0 | 18.6 | -3.4 |
| 35°→30° | 15.7 | 22.9 | 9.5 |
| 30°→25° | 17.8 | 26.5 | 11.1 |
| 25°→20° | 24.2 | 40.3 | 27.5 |
| 20°→15° | 28.6 | 46.8 | 37.1 |
| 15°→10° | 43.5 | 49.3 | 49.6 |
| 10°→5° | 82.5 | 100.8 | 102.1 |
| 5°→0° | 105.7 | 107.6 | 109.6 |
| 蝶阀开度 | 全开时2m/s流速 操作扭矩Nm |
全开时4m/s流速 操作扭矩Nm |
全开时8m/s流速 操作扭矩Nm |
| 85°→90° | 14.5 |
9.6 |
19.7 |
| 80°→85° | 15.7 | 11.3 | 38.8 |
| 75°→80° | 15.9 | 19.2 | 43.3 |
| 70°→75° | 16.1 | 17.3 | 46.8 |
| 65°→70° | 17.3 | 21.5 | 61.2 |
| 60°→65° | 18.6 | 28.2 | 65.1 |
| 55°→60° | 19.7 | 28.3 | 64.6 |
| 50°→55° | 20.3 | 33.7 | 71.3 |
| 45°→50° | 20.1 | 35.7 | 72.6 |
| 40°→45° | 23.6 | 37.4 | 72.4 |
| 35°→40° | 30.7 | 45.3 | 67.3 |
| 30°→35° | 37.3 | 47.6 | 62.4 |
| 25°→30° | 40.3 | 43.7 | 62.6 |
| 20°→25° | 44.5 | 45.6 | 54.3 |
| 15°→20° | 37.6 | 41.6 | 49.2 |
| 10°→15° | 42.4 | 43.7 | 51.3 |
| 5°→10° | 51.6 | 55.3 | 59.6 |
| 0°→5° | 104.3 | 105.9 | 107.3 |
4．结语
(1)蝶阀启闭操作力矩，受蝶阀密封结构、偏心角度、偏心量、阀杆与轴承的摩擦力、动水力矩等多个因素的影响；蝶阀的公称直径小时，动水力矩值不会超过蝶阀的静压载荷或干态的最大力矩，但蝶阀的公称尺寸到一定大小时，动水力矩值将超过蝶阀的静压载荷或干态的最大力矩，设计选配阀门驱动装置时，须考虑驱动装置的操作力矩和自锁机构的安全性能。
(2)因开度及阀门启闭方向不同其值各异，还有阀杆水平(卧式安装)的大口径偏心阀，蝶板的偏心力矩与动水力矩合成所产生的力矩更不容忽视；另外，阀门进口侧装置弯头时，形成偏流，力矩会有增加。这些都应在设计制造时要严格考虑的。
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