閥門可靠性技術(shù)研究現(xiàn)狀和展望

肖蕊

哈電集團哈爾濱電站閥門有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

閥門定位器作為控制調(diào)節(jié)閥動作的關(guān)鍵智能部件，其工作的可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。分析了目前市場上主流的閥門定位器技術(shù)各自的優(yōu)缺點，在綜合考慮控制可靠性和加工工藝等因素的基礎(chǔ)上，有針對性地提出了改善定位器工作可靠性的設(shè)計方案，并通過實驗驗證方案的實際控制效果，為今后閥門定位器技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。

1 閥門的可靠性分析

在當今世界，各國工業(yè)化程度越來越高，對閥門可靠性的要求也越來越高，甚至期望達到絕對安全。從材料上看，材料不應(yīng)產(chǎn)生低溫脆性破壞，同時還應(yīng)考慮介質(zhì)的腐蝕性要求；同時材料的組織結(jié)構(gòu)應(yīng)該穩(wěn)定，以免產(chǎn)生體積變化；材料的選擇應(yīng)該避免在頻繁操作下產(chǎn)生卡組等情況。常用的鑄件材料有LCA、LCB、LC1、LCC、LC2 等，可以適用于不同的溫度和介質(zhì)，同時對閥桿、閥瓣、填料函、閥座等部位給予嚴格的技術(shù)要求。因此，相應(yīng)的可靠性研究在閥門研究中具有舉足輕重的作用。國內(nèi)外在提高閥門使用性能和使用壽命等方面進行了大量的研究工作。曾對閥門的可靠性分析、可靠性設(shè)計、可靠性試驗和提高可靠性的措施4 個方面總結(jié)了閥門可靠性技術(shù)研究的現(xiàn)狀，分析了閥門可靠性研究存在的問題及其發(fā)展趨勢，并進行閥門失效機制的理論研究。針對閥門可靠性試驗的不同結(jié)果，提出了兩種基于威布爾參數(shù)的可靠性評估方法。但是對低溫閥門的可靠性分析，國內(nèi)的研究較少[1]。

2 閥門可靠性技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 閥門的FMECA

故障模式影響及危害性分析是指導(dǎo)閥門可靠性設(shè)計及評價的有效方法和找出設(shè)計上潛在缺陷的重要手段。FMECA 的運用對提高閥門的可靠性有很大幫助。介紹了將可靠性理論在閥門設(shè)計、制造、試驗和現(xiàn)場運行的整個過程中的運用，舉例說明FMECA 對于找出并解決閥門可能存在的問題具有很重要的作用。針對氣體減壓閥傳統(tǒng)設(shè)計方法在保證可靠性上存在的問題，通過氣體減壓閥的故障模式后果分析（FMEA），確定了減壓閥可靠性設(shè)計的重點環(huán)節(jié)。介紹了一種新型的高壓、大流量氣動定差壓力閥，進行了故障模式影響分析（FMEA），針對閥門中每一種潛在的故障隱患提出了相應(yīng)的解決方案。試驗證明，閥門的工作可靠性大大提高[2]。

2.2 卡滯

卡滯是閥門產(chǎn)品較為常用的情況，主要是由兩個分支所構(gòu)成的：其一，是由物理因素所導(dǎo)致的閥桿活動出現(xiàn)阻礙，而導(dǎo)致閥門產(chǎn)品失效的情況，所涉及到的情況有閥桿受到部分因素的影響出現(xiàn)變形、變彎等；其二，在閥門的導(dǎo)桿與導(dǎo)向件受到化學(xué)因素的影響而出現(xiàn)摩擦，在此背景下閥門的活動會受到阻礙。

2.3 閥門零部件的故障模式和故障原因容易引起混淆

故障模式是故障的表現(xiàn)形式，如零部件的斷裂、磨損等等。故障原因是直接導(dǎo)致故障發(fā)生的那些物理或化學(xué)過程、設(shè)計缺陷、工藝缺陷等。例如，把放氣門漏氣作為故障模式，放氣門磨損作為原因是不確切，因為放氣門漏氣是閥門工作時的一種故障的表現(xiàn)形式。在此應(yīng)該明確，具體的分析對象是放氣門，磨損是它的一種故障模式，而原因可能是沒有按規(guī)定裝配或設(shè)計尺寸不合理。一定要分清故障模式和故障原因，否則無法為后面的工作提供正確的可靠性信息。

2.4 閥門自身破裂

由于閥體的質(zhì)量偏低，便會導(dǎo)致閥體內(nèi)部具有相關(guān)的問題，導(dǎo)致局部區(qū)域的強度大幅度降低。特別是在閥門在安裝前便存在小細痕的情況下，在安裝過程中很有可能由于受力不均勻而出現(xiàn)破裂，導(dǎo)致閥門無法發(fā)揮出真正的作用。

3 閥門可靠性研究的發(fā)展方向

針對國內(nèi)外低溫閥門及其可靠性評估方法的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，未來閥門有如下發(fā)展展望。①低溫閥門發(fā)展現(xiàn)狀及運行安全與可靠性方面的調(diào)研工作，制定低溫閥門建模仿真分析、性能試驗測試與可靠性評價方案。②常用低溫閥門三維實體與有限元仿真模型建立，完成低溫閥門靜動態(tài)特性分析，獲得閥門在低溫工況下應(yīng)力應(yīng)變與動態(tài)特性；采用熱結(jié)構(gòu)耦合分析的方法，分析閥門在熱應(yīng)力及結(jié)構(gòu)應(yīng)力共同作用下的應(yīng)力與變形規(guī)律，為低溫閥門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。③低溫閥門及其密封材料性能測試，采用低溫閥門實驗測試系統(tǒng)對閥門及密封件在低溫服役環(huán)境下的性能進行試驗測試。④低溫閥門可靠性評估方案與評估方法研究，建立低溫閥門可靠性評估數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解算法。

4 評估閥門可靠性的方法

眾所周知，由于閥門主要是被運用在大型機械當中，因此在評估可靠性的過程中具有費用高、試驗周期長的特點，因此無法通過大量試驗來對相關(guān)數(shù)據(jù)進行獲取。對此，只能夠在各個單元來對相關(guān)試驗數(shù)據(jù)進行收集與獲取，現(xiàn)階段較為常用的方法為金字塔模型，這對于精確的評估可靠性指標具有積極意義。在實際操作的過程中，通過對下一級各功能單元評估，在此基礎(chǔ)上將試驗信息向上級折合，最終通過對評估數(shù)據(jù)綜合的方式便可得到閥門的可靠性。首先，來根據(jù)閥門的實際情況及運用狀況，來對閥門的可靠性框圖、功能框圖進行構(gòu)建，并形成串聯(lián)系統(tǒng)。正如前文所說，先需要評估閥門各個單元，在評估完成后再將相關(guān)數(shù)據(jù)與信息折合到系統(tǒng)中[3]。

5 結(jié)語

總之，閥門的主要失效模式為卡滯、泄漏和振動，應(yīng)當從理論和工程的角度對這三種失效模式的失效機理進行深入研究，找出提高可靠性的方法。加強閥門研制、試驗、使用過程中的數(shù)據(jù)采集，閥門失效機理的理論研究、閥門可靠性試驗與評估和閥門可靠性數(shù)據(jù)庫的建立是今后閥門可靠性研究的重點內(nèi)容。