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摘要：科技在快速发展，社会在不断进步，阀门在重要系统中的运用对阀门提出高可靠性的要求，相应的可靠性研究显得越来越重要。从阀门的可靠性方面总结阀门可靠性技术研究的现状，分析阀门可靠性研究存在的问题及其发展趋势。指出阀门失效机制的理论研究、阀门可靠性试验与评估方法的研究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。
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导致阀门失效的主要原因
1.1卡滞
卡滞是阀门产品较为常用的情况，主要是由两个分支所构成的：其一，是由物理因素所导致的阀杆活动出现阻碍，而导致阀门产品失效的情况，所涉及到的情况有阀杆受到部分因素的影响出现变形、变弯等；其二，在阀门的导杆与导向件受到化学因素的影响而出现摩擦，在此背景下阀门的活动会受到阻碍。
1.2受振动和噪音的影响知识失效
振动会使固定阀门的基座产生剧烈摇晃,从而带动阀门的振动,这是振动会使阀门失效的原因之一有些阀门内部由于设计不好会使液体流动时产生强烈的振动感,这是振动使阀门失效的原因之二再有就是内部的弹簧弹度不够,不能及时发送出信号,造成振动现象,这是其三。第四恰与第三个原因相反,弹簧弹度过大也会引起失效现象第五是共振现象。
1.3振动及噪声
失效原因:①介质流动过程中的振动使得管道、阀门固定基座剧烈振动,也会使阀门随之振动;②因阀体内部腔室线型设计不良,介质流动性能不稳定发生振动;③弹簧刚度不足,致使输出信号不稳定而急剧变动,易引起振动;④阀门的频率与系统频率接近,引起共振;⑤阀门的过度节流导致介质流动产生漩涡与阀门相互作用;⑥弹簧刚度过大。
2阀门的可靠性设计
2.1可靠性设计需要考虑因素
阀门可靠性设计需要考虑的因素较多。根据所有阀门的性能和特点，在对阀门进行可靠性设计时，需要考虑6个方面的可靠性因素。1)正常工况下，阀门稳定开启和关闭，没有卡涩等状况。2)当遇到强烈震动工况时，阀门抗震性能的检验。3)在紧急情况时，阀门是否能够快速关闭和开启。4)当在不同压力状态下，对阀门性能进行检验。5)长期使用过程中，阀门的密封性能是否完好。6)在不同强度下，阀门是否有足够的强度抵抗。
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可靠性试验方法
有关可靠性试验方法的研究主要是针对具体型号的阀门,介绍了试车台配气系统减压器大、小流量试验和稳定性试验以及减压器关键元件之一的膜片工作时间确定试验等,通过试验及采取适当措施,更好地保证了减压器工作的稳定性和可靠性。研究了阀门在温度变化大的情况下的试验,并对其试验结果进行分析,得出结论:温度的变化率越大,对阀门的影响越大,温度的变化会导致在壳体中产生应力,而且减小热应力的方法一是减小壳体的厚度,二是在壳体厚度变化的地方使厚度过渡平滑缓慢,这样可以提高阀门的可靠性。需要指出的是,可靠性试验方法对试验结果有很大的影响,其准确性与实际操作情况、试验条件等有很大的关系。
2.4材料改进措施
①通过热处理工艺来改变阀门零部件材料的成分或内部结构,提高阀门的强度;②采用喷焊、熔覆、喷涂等技术使零部件表面耐磨损能力提高;③采取化工等防护措施,解决引起阀门损坏主要原因之一的腐蚀问题。
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。
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