3.1 概述

3.1.1 國內外研究現狀

隨著時代的發展，進入21世紀以后，生產和制造技術有了顯著的優化提高，同時，技術人員大都通過計算機技術對產品進行研發和控制優化，在很大程度上提高了設計速度和更新周期。目前，全球的控制閥門市場如同大部分工業品一樣被三個經濟體瓜分，分別是以美國為代表的北美經濟體，以德國、英國、法國為代表的歐盟地區和以日本為代表的亞太地區。德國在二戰之后迅速恢復經濟，其產品通過優良的質量迅速占領市場。德國企業一般都屬于專業性很強的公司，在某一類產品的研究、設計和制造方面都有自己的特色。日本作為世界第二經濟體，其中閥門類產品由于價格適中，質量較好，迅速占領了中國中低端市場。目前我國關于球閥的生產企業大多規模小、科研能力弱，大多通過參考外國產品進行設計生產，其主要原因是技術投入資金不足，科研人員數量不足，所以在國內很多的大型工程招標中大多被外國閥門企業所壟斷。

隨著國際石油價格不斷攀高、石油和煤炭對環境負面影響日益嚴重，天然氣以其高效、環保等特性，逐漸成為第一能源。為方便儲存和運輸，將天然氣進行液化，壓縮成液化天然氣（LNG），在能源動力、環保汽車燃料、燃氣錯峰等方面應用廣泛。目前LNG產業裝置朝高參數化、大型化不斷發展，作為其關鍵配套設備之一的大口徑LNG超低溫閥門，在設計時缺乏理論研究和標準依據，且在實踐中使用經驗較少，易出現過冷沖擊及閥座泄漏等問題。在超低溫環境下，LNG閥門的溫度分布、低溫熱應力及密封性能是保證閥門安全運行的關鍵因素。

3.1.2 主要內容、方法

LNG球閥是最為新型閥門品種之一，關于它的設計方案少之又少，本文的主要研究內容包括對其結構的設計。LNG球閥的設計要求保證合適的強度和剛度，從而保證LNG球閥的生命和穩定性。本設計主要以DN為300mm，p為4.6MPa的LNG球閥，進行結構設計，強度校核，以及關鍵零部位的分析，同時進行三維建模。設計的研究內容和方法主要包括：

（1）設計LNG球閥結構并進行強度校核

通過設計手冊對球閥的結構進行設計，主要包括閥體、閥桿、閥芯以及省力機構的選用與設計，并對其受力分析，然后在確定材料后進行強度校核。

（2）建立LNG球閥的三維模型

通過Solidworks三維軟件對球閥零件進行實體建模，并進行裝配。