文献综述
1 研究背景及意义
当前，我国正处于经济飞速上升时期，作为主要能源之一的煤炭对环境造成的负面影响日益明显，雾霾天气持续出现，国际石油价格也呈不断攀高之势，我国能源危机越发严重。能源紧缺及环境污染逼迫人们不得不放慢发展的脚步，寻求经济与环境共赢的途径。由于LNG的环保及高特效性，不仅成为未来重要能源，而且城市燃气调峰、及LNG汽车等民用设施都发挥着巨大作用。随着LNG用量的激增，其配套装置及运输船舶朝大型化不断发展，LNG用超低温阀门越来越多的应用于大口径、高压差的场合，常规的超低温阀门已不能满足在输流管路呈现出的大容量、高参数等新要求。现在的LNG用关键阀门大多依赖进口，且价格昂贵，无法满足国内经济发展的要求，因此研制超低温阀门势在必行[[1]-][[2]][[3]]。
由于受低温影响阀门主要结构会产生低温变形，其应力应变变化很不均匀，很难达到超低温下的密封效果[[4]-][[5]]。技术较为成熟的小口径超低温球阀主要应用于液氧、液氢及航天领域，国内超过DN100大口径，应用于LNG领域的超低温球阀还处于初步阶段，缺乏相关理论研究和标准依据，实际使用经验很少，因此，实际研制应用于苛刻工况，具有自主知识产权的大口径LNG超低温阀门迫在眉睫。本文将利用工程力学、机械振动、和有限元法的理论知识，结合模拟仿真，对低温球阀的密封接触分析进行研究，为低温阀门的研制提供理论支持。
2 国内外低温球阀研究现状
2.1 国内外低温球阀的发展趋势
随着基础理论及现代技术的发展，在现代低温球阀的密封结构设计中，有限元已成为各类相关设备密封分析与评价的主要仿真工具。一些发达国家较早意识到低温及制冷等工程中超低温阀门的重要性，很早就对超低温阀门用刚性及特性进行研究，导致超低温阀门设计及制造设计一直被国外垄断。目前国际上不同类型低温阀的主要供应商如下：球阀：Poyam、Perar、Tyco、Habonim等。在这些公司中，Habonim公司自主设计的超低温球阀可以达到-268.9℃的超低温环境中，是目前世界上使用温度最接近绝对零度的球阀。另外，一些发达国家也意识到LNG产业的前景广阔，在了解并掌握低温材料性能及适用范围的基础上，对LNG用超低温阀门进行专业化研究，加上检测、冷态试验设备先进，阀门的设计制造工艺水平提升很快，产品越来越多的应用于苛刻工况，且更新较快，质量及设计水平不断上升。
从20世纪60年代，这些国家已按不同温度级别采用相应低温钢种，制造各类低温阀门，这样既满足了工况上低温性能的需求，而且降低了采用18—8奥氏体不锈钢制作低温阀门造成的高成本[[6]]。美国NFPA对LNG储存和运输的关键设备在防火方面制订了严格标准。在结构上，国外LNG超低温阀门企业在掌握材料性能及加工手段的基础上，根据LNG性能及应用范围，向这更可靠安全的方向不断更新、发展。从国外发表的成果来看，Kim等[[7]]对分析了保温材料位置及长度对超低温闸阀阀杆传热影响规律；Yoon等[[8]]基于标准湍流模型对LNG超低温控制阀及截止阀的流场进行分析，并研究了不同阀内件结构对空化的影响规律；Bac等[[9]]对超低温球阀的温度及应力分布进行了模拟分析；Mathicu等[[10]]分析了热冲击对超低温截止阀法兰处密封的影响规律。从国外研究文献可以看出，国外运用数值模拟软件对超低温阀门的温度、强度、流场等有较深入的研究，但对LNG流场模型的建立未考虑温度的影响，需进一步钻研。
随着近几年西气东输、海气登录等项目的实施，我国才开始对LNG用超低温阀门进行专门研究。在1995年，我国阀门行业根据BS6364相关内容，制定并发布了JB/T7749—1995《低温阀门技术条件》，其主要对闸法、截止阀、球阀等阀门进行相关规定。目前，国内大多LNG用超低温阀门长期依赖进口，价格高昂，且购买周期长。为了满足国内LNG超低温阀门需求量，国家将其列为国产化关键项目之一，国内一些研究机构开始了对阀门的研究，较大的阀门企业则选择与大学进行合作，对设计过程中的关键问题进行公关。我国LNG超低温阀门从无到有，种类由少到多，超低温阀门国产化项目开展情况进步喜人。
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