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题目：基于有限元法的LNG用蝶阀结构分析

[摘要]:蝶阀是一种用圆形蝶板绕阀杆转动实现来开启、关闭和控制调节流体通道的阀门。因其结构简单、体积小、重量轻、操作简便、流通能力大等优点被广泛地应用在各领域。蝶阀结构经过多年的发展主要发展出了：中线性阀、单偏心阀、双偏心阀和三偏心阀四种基础结构。蝶阀在LNG领域的应用跟国外成熟应用比起来，我国自主研发LNG用蝶阀目前尚处于研发试验起步阶段。因此，本文将基于有限元法模拟分析蝶阀在LNG工况环境下使用时的结构应变情况，根据分析结果对LNG用蝶阀结构方面的薄弱环节和不良之处加以改善优化。

关键词：有限元法；LNG用蝶阀；结构分析

1. 前言

近年来随着我国工业经济和城镇化率的不断的发展和提升，对液化天然气（LNG）消费需求量逐年提升^[1]。面对日益增长的LNG消费需求，我国在沿海各地布置了大量的LNG接收站，用以引进LNG满足国内日益增长的天然气消费需求。LNG从引进到储存再到消费的过程中需要用到大量的阀类装置，该种装置是属于超低温阀门之一，其特点是能够承受LNG在常压下温度为-162℃超低温工作环境，该种类阀除了遵循一般的阀门设计原则外，还需要满足一些特殊的设计要求^[2]。近年来蝶阀的发展尤为迅速，其在LNG的应用中也显得越发地重要起来。但我国自主研发LNG用蝶阀跟国外比起来尚处于试验阶段还未得到大规模地应用，因此自主研发LNG用蝶阀势在必行，这对于我国发展LNG产业有着不然而喻的重要性。

蝶阀结构经过多年的发展主要发展出了：中线性阀、单偏心阀、双偏心阀和三偏心阀四种基础结构^[3]，如图1-1所示。有限元分析法是一种无损分析法，能把分析对象由连续体划分成有限个单元进行无损分析，故在现有的蝶阀基础结构下采用有限元分析法分析其在LNG超低温工况环境下的结构应变情况，根据分析结果对LNG用蝶阀的结构存在的问题进行改善优化。考虑到LNG用蝶阀的工况环境因此基于有限元法分析主要从：LNG的工况下的结构完整性、结构可运行性、结构的强度校核、结构的密封性和能动部件变形情况这几方面进行分析，发现其薄弱环节并进行结构优化。

1. 中线性蝶阀 （b）单偏心蝶阀 （c）双偏心蝶阀 （d）三偏心蝶阀

d－蝶板厚度；a－轴向偏心；e－径向偏心；

1—阀轴；2—蝶板；3—阀座；4—阀体

图1-1 四种蝶阀结构简图^[3]

1. 国内外研究现状

2.1 国内研究现状