閥門可靠性技術研究現狀和展望

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節閥動作的關鍵智能部件，其工作的可靠性是衡量產品質量的重要指標。分析了目前市場上主流的閥門定位器技術各自的優缺點，在綜合考慮控制可靠性和加工工藝等因素的基礎上，有針對性地提出了改善定位器工作可靠性的設計方案，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的發展提供了新的思路。

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，材料不應產生低溫脆性破壞，同時還應考慮介質的腐蝕性要求；同時材料的組織結構應該穩定，以免產生體積變化；材料的選擇應該避免在頻繁操作下產生卡組等情況。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，同時對閥桿、閥瓣、填料函、閥座等部位給予嚴格的技術要求。因此，相應的可靠性研究在閥門研究中具有舉足輕重的作用。國內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、可靠性設計、可靠性試驗和提高可靠性的措施4 個方面總結了閥門可靠性技術研究的現狀，分析了閥門可靠性研究存在的問題及其發展趨勢，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果，提出了兩種基于威布爾參數的可靠性評估方法。但是對低溫閥門的可靠性分析，國內的研究較少[1]。

2 閥門可靠性技術研究現狀

2.1 閥門的FMECA

故障模式影響及危害性分析是指導閥門可靠性設計及評價的有效方法和找出設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計、制造、試驗和現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設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計的重點環節。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

卡滯是閥門產品較為常用的情況，主要是由兩個分支所構成的：其一，是由物理因素所導致的閥桿活動出現阻礙，而導致閥門產品失效的情況，所涉及到的情況有閥桿受到部分因素的影響出現變形、變彎等；其二，在閥門的導桿與導向件受到化學因素的影響而出現摩擦，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形式，如零部件的斷裂、磨損等等。故障原因是直接導致故障發生的那些物理或化學過程、設計缺陷、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形式。在此應該明確，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定裝配或設計尺寸不合理。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

由于閥體的質量偏低，便會導致閥體內部具有相關的問題，導致局部區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破裂，導致閥門無法發揮出真正的作用。

3 閥門可靠性研究的發展方向

針對國內外低溫閥門及其可靠性評估方法的研究與發展現狀，未來閥門有如下發展展望。①低溫閥門發展現狀及運行安全與可靠性方面的調研工作，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特性分析，獲得閥門在低溫工況下應力應變與動態特性；采用熱結構耦合分析的方法，分析閥門在熱應力及結構應力共同作用下的應力與變形規律，為低溫閥門結構優化設計提供依據。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對閥門及密封件在低溫服役環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學模型與數值求解算法。

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數據進行獲取。對此，只能夠在各個單元來對相關試驗數據進行收集與獲取，現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，在此基礎上將試驗信息向上級折合，最終通過對評估數據綜合的方式便可得到閥門的可靠性。首先，來根據閥門的實際情況及運用狀況，來對閥門的可靠性框圖、功能框圖進行構建，并形成串聯系統。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數據與信息折合到系統中[3]。

5 結語

總之，閥門的主要失效模式為卡滯、泄漏和振動，應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、使用過程中的數據采集，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據庫的建立是今后閥門可靠性研究的重點內容。