肖蕊

哈電集團(tuán)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(dòng)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(biāo)。分析了目前市場(chǎng)上主流的閥門定位器技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，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(duì)性地提出了改善定位器工作可靠性的設(shè)計(jì)方案，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案的實(shí)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(dāng)今世界，各國(guó)工業(yè)化程度越來越高，對(duì)閥門可靠性的要求也越來越高，甚至期望達(dá)到絕對(duì)安全。從材料上看，材料不應(yīng)產(chǎn)生低溫脆性破壞，同時(shí)還應(yīng)考慮介質(zhì)的腐蝕性要求；同時(shí)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(shí)對(duì)閥桿、閥瓣、填料函、閥座等部位給予嚴(yán)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(guó)內(nèi)外在提高閥門使用性能和使用壽命等方面進(jìn)行了大量的研究工作。曾對(duì)閥門的可靠性分析、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)和提高可靠性的措施4 個(gè)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(shì)，并進(jìn)行閥門失效機(jī)制的理論研究。針對(duì)閥門可靠性試驗(yàn)的不同結(jié)果，提出了兩種基于威布爾參數(shù)的可靠性評(píng)估方法。但是對(duì)低溫閥門的可靠性分析，國(guó)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(jì)及評(píng)價(jià)的有效方法和找出設(shè)計(jì)上潛在缺陷的重要手段。FMECA 的運(yùn)用對(duì)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(jì)、制造、試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的整個(gè)過程中的運(yùn)用，舉例說明FMECA 對(duì)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(duì)氣體減壓閥傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。介紹了一種新型的高壓、大流量氣動(dòng)定差壓力閥，進(jìn)行了故障模式影響分析（FMEA），針對(duì)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(yàn)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(gè)分支所構(gòu)成的：其一，是由物理因素所導(dǎo)致的閥桿活動(dòng)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(dòng)會(huì)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(jì)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?yàn)榉艢忾T漏氣是閥門工作時(shí)的一種故障的表現(xiàn)形式。在此應(yīng)該明確，具體的分析對(duì)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(jì)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(huì)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(qiáng)度大幅度降低。特別是在閥門在安裝前便存在小細(xì)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(duì)國(guó)內(nèi)外低溫閥門及其可靠性評(píng)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(yùn)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(yàn)測(cè)試與可靠性評(píng)價(jià)方案。②常用低溫閥門三維實(shí)體與有限元仿真模型建立，完成低溫閥門靜動(dòng)態(tài)特性分析，獲得閥門在低溫工況下應(yīng)力應(yīng)變與動(dòng)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(jì)提供依據(jù)。③低溫閥門及其密封材料性能測(cè)試，采用低溫閥門實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)閥門及密封件在低溫服役環(huán)境下的性能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。④低溫閥門可靠性評(píng)估方案與評(píng)估方法研究，建立低溫閥門可靠性評(píng)估數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解算法。

4 評(píng)估閥門可靠性的方法

眾所周知，由于閥門主要是被運(yùn)用在大型機(jī)械當(dāng)中，因此在評(píng)估可靠性的過程中具有費(fèi)用高、試驗(yàn)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此無法通過大量試驗(yàn)來對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。對(duì)此，只能夠在各個(gè)單元來對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)于精確的評(píng)估可靠性指標(biāo)具有積極意義。在實(shí)際操作的過程中，通過對(duì)下一級(jí)各功能單元評(píng)估，在此基礎(chǔ)上將試驗(yàn)信息向上級(jí)折合，最終通過對(duì)評(píng)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(shí)際情況及運(yùn)用狀況，來對(duì)閥門的可靠性框圖、功能框圖進(jìn)行構(gòu)建，并形成串聯(lián)系統(tǒng)。正如前文所說，先需要評(píng)估閥門各個(gè)單元，在評(píng)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(dòng)，應(yīng)當(dāng)從理論和工程的角度對(duì)這三種失效模式的失效機(jī)理進(jìn)行深入研究，找出提高可靠性的方法。加強(qiáng)閥門研制、試驗(yàn)、使用過程中的數(shù)據(jù)采集，閥門失效機(jī)理的理論研究、閥門可靠性試驗(yàn)與評(píng)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(diǎn)內(nèi)容。