徐谋通
浙江永盛科技股份有限公司 浙江省 杭州市 310000
摘要：在我国进入21世纪的新时期，由于阀门在系统中的应用越来越重要,这就要求对阀门的可靠性提出更高的要求,所以研究阀门的可靠性就成了现阶段的要点。分析间门的可靠性、设计间门的可靠性、并对设计出来的阀门进行试验,不断提高阀门的可靠性,本文就上述方面分析现时代阀门可靠性技术存在的问题,具有的优势以及发展的前景,今后时间门的研究将致力于去除失控阀门安全隐患的研究、试验阀门的可幸性和研究其评估方法,并建立相应数据库进行分析,使阀门可靠性研究更为完善。
关键词：阀门;可靠性分析;可靠性设计;可靠性试验
引言
阀门是一种通用的机械产品,品种繁多,应用范围广。一方面,阀门在整个工作装置和系统中起着至关重要的作用;另一方面,阀门的失效会导致系统、设备无法正常工作,尤其是核能、航空、航天领域(诸如卫星、运载火箭、导弹等设备),阀门的失效甚至会导致灾难性事故的发生。这就要求阀门必须具有高的可靠性,相应的可靠性研究在阀门研究当中具有举足轻重的作用。国内外在提高阀门使用性能和使用寿命等方面进行了大量的研究工作,包括阀门的可靠性分析、可靠性设计、可靠性试验和提高阀门可靠性的各种方法。许多学者针对阀门进行了深入的研究,研究内容主要分为两大部分,一部分是关于具体型号阀门失效模式的研究;另一部分是从理论的角度对一些故障机制和可靠性方法进行研究。目前在阀门可靠性研究领域,密封问题、振动/噪声问题和可靠性试验问题是人们关注的焦点也是难点。同时,阀门作为典型的机械产品,种类相当多,目前尚未有统一的规范来指导阀门的可靠性研究,因此,阀门可靠性技术研究的总结和展望对今后系统地进行阀门可靠性研究有重要的理论和现实意义。
1阀门的可靠性分析
在当今世界，各国工业化程度越来越高，对阀门可靠性的要求也越来越高，甚至期望达到绝对安全。从材料上看，材料不应产生低温脆性破坏，同时还应考虑介质的腐蚀性要求;同时材料的组织结构应该稳定，以免产生体积变化;材料的选择应该避免在频繁操作下产生卡组等情况。常用的铸件材料有LCA、LCB、LC1、LCC、LC2等，可以适用于不同的温度和介质，同时对阀杆、阀瓣、填料函、阀座等部位给予严格的技术要求。因此，相应的可靠性研究在阀门研究中具有举足轻重的作用。国内外在提高阀门使用性能和使用寿命等方面进行了大量的研究工作。曾对阀门的可靠性分析、可靠性设计、可靠性试验和提高可靠性的措施4个方面总结了阀门可靠性技术研究的现状，分析了阀门可靠性研究存在的问题及其发展趋势，并进行阀门失效机制的理论研究。则针对阀门可靠性试验的不同结果，提出了两种基于威布尔参数的可靠性评估方法。但是对低温阀门的可靠性分析，国内的研究较少。
2阀门可靠性技术研究现状和展望?
2.1阀门密封性的分析
阀门的泄漏不仅会造成大量流体损失,耗损能源,污染环境,甚至会酿成重大的事故。阀门泄漏主要是由于密封失效所引起,许多文献都对影响阀门密封的因素进行了总结。阀门因密封失效造成泄漏的原因,其一是设计的不合理,研究了阀门设计对密封性能的影响。通过改进阀门的设计,阀的出口压力和温度的降低点远离了密封装置,大大降低了密封装置因为温度下降在密封件表面形成冰状物而造成不密封的现象。介绍了一种楔形阀的缺点:导向螺杆在工作介质中,楔形变厚阀门不能正常工作,容易导致密封装置的磨损,这些会缩短阀门的操作寿命,使密封件紧度不够。分析了阀门的设计密封机理和高压下的密封特性。其二是结构不合理,介绍了一种新型的谐波螺旋传动机构,不仅可以实现向密闭空间传递运动和动力,解决阀杆密封问题,而且无需密封。
从阀门结构、阀杆密封材料及填料安装方法等方面分析火力发电厂汽水系统阀杆密封泄漏原因。在介绍天然气管道球阀基本结构的基础上,对天然气管道球阀常出现的内漏和阀杆泄漏原因进行了探讨和分析。虽然对密封的研究比较多,但由于密封涉及到很多微观的物理现象,目前国内外对其中一些影响因素之间还没有进行充分的研究和认识,只能做一些定性的分析,还不能由理论推导出定量的计算方法。尽管如此,对影响密封因素的研究仍然是十分重要的,因为它能提供进一步改进密封结构,提高密封性能的方向和途径。密封件的研究是解决密封的主要方法和手段。
2.2评估阀门可靠性的方法
众所周知，由于阀门主要是被运用在大型机械当中，因此在评估可靠性的过程中具有费用高、试验周期长的特点，因此无法通过大量试验来对相关数据进行获取。对此，只能够在各个单元来对相关试验数据进行收集与获取，现阶段较为常用的方法为金字塔模型，这对于精确的评估可靠性指标具有积极意义。在实际操作的过程中，通过对下一级各功能单元评估，在此基础上将试验信息向上级折合，最终通过对评估数据综合的方式便可得到阀门的可靠性。首先，来根据阀门的实际情况及运用状况，来对阀门的可靠性框图、功能框图进行构建，并形成串联系统。正如前文所说，先需要评估阀门各个单元，在评估完成后再将相关数据与信息折合到系统中。当前，评估阀门的各单元可靠性中较为常见的方法有三种：Bayes方法、经典方法以及Fiducial方法。其中，前两种方法是较为常用的，但是由于Bayes方法需要试验信息与验前分布信息，因此即便此方法是非常完善与成熟的，但是也无法将其运用到阀门单元评估当中，意味着只能采用经典方法。
2.3阀门可靠性研究的发展方向
针对国内外低温阀门及其可靠性评估方法的研究与发展现状，未来阀门有如下发展展望。1)低温阀门发展现状及运行安全与可靠性方面的调研工作，制定低温阀门建模仿真分析、性能试验测试与可靠性评价方案。2)常用低温阀门三维实体与有限元仿真模型建立，完成低温阀门静动态特性分析，获得阀门在低温工况下应力应变与动态特性;采用热结构耦合分析的方法，分析阀门在热应力及结构应力共同作用下的应力与变形规律，为低温阀门结构优化设计提供依据。3)低温阀门及其密封材料性能测试，采用低温阀门实验测试系统对阀门及密封件在低温服役环境下的性能进行试验测试。4)低温阀门可靠性评估方案与评估方法研究，建立低温阀门可靠性评估数学模型与数值求解算法。5)根据仿真与实验数据进行低温阀门结构强度、密封性能与疲劳寿命可靠性分析，建立低温阀门可靠性分析与评价系统，提供低温阀门可靠性评价体系与评价方法。
结语
总之,阀门的主要失效模式为卡滞、泄漏和振动,应当从理论和程的角度对这三种失效模式的失效机理进行深人研究,找出提高可靠性的方法。加强阀门研制、试验、使用过程中的数据采集,阀门失效机理的理论研究、阀门可靠性试验与评估和阀门可靠性数据库的建立是今后阀门可靠性研究的重点内容。
参考文献
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