船用閥門常見故障類型及可靠性試驗方法研究

吳寶松，陳寧，魏艷娟，陳利欽，郭成

（廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣州 510656）

引言

船用閥門是船用產(chǎn)品中常見的一種機械產(chǎn)品，閥門的失效直接影響系統(tǒng)設備的正常運轉，甚至導致災難性后果，因此對閥門故障類型進行整理分析，找出常見故障模式、故障原因并針對導致閥門故障的應力來源進行可靠性試驗考核顯得非常必要，其對提高產(chǎn)品可靠性水平的效果也非常明顯。

1 閥門故障類型

閥門對其所在的管路中的介質(zhì)起著切斷和節(jié)流的重要作用，在實際使用過程中閥門會出現(xiàn)各種形式的故障，當發(fā)生嚴重故障時，閥門將停止運行，具體故障模式有殼體零件、閥瓣的驅(qū)動零件、波紋管和緊固件等受到破壞。輕微故障發(fā)生后，閥門按功能要求還能繼續(xù)使用，只是功效降低了。根據(jù)故障類型將閥門失效類別分為損壞型、失調(diào)型、松脫型、退化型、堵塞與滲漏型，通過整理匯總給出閥門常見故障情況如表1所示。

2 閥門主要故障分析

根據(jù)閥門故障類型分析如下：破裂、磨損等損壞型故障的主要原因是內(nèi)外力的作用、自身強度及長期使用導致的磨損問題，可以歸結為材料強度和長期磨損問題，老化、卡滯等失調(diào)型問題除沖蝕原因外多為設計及操作不當，而泄漏密封性問題主要原因為是介質(zhì)雜質(zhì)、介質(zhì)腐蝕、汽蝕、環(huán)境因素、設計不當導致密封問題，最終產(chǎn)生泄漏。綜上所述，除材料、設計和工藝問題外，介質(zhì)引起的失效最為普遍，主要有腐蝕、超壓、泄漏等問題，其次是閥門長期使用導致的損壞以及內(nèi)外力作用下閥門的強度問題，是后續(xù)試驗設計考慮的重點。泄漏、腐蝕、破裂損壞也是閥門失效的主要形式也是可靠性試驗設計研究的重點。

表1 閥門常見失效模式匯總表

3 閥門可靠性試驗方法

基于船用閥門的不同閥門類型及不同使用位置，其應力來源有所差異，以船用閥門中分布最為廣泛的截止閥為例進行可靠性試驗設計。

截止閥在實際使用中主要故障模式和故障和閥門大體相同，主要也為長期對介質(zhì)切斷和節(jié)流引起的腐蝕、泄漏以及殼體損壞。結合船用截止閥的使用環(huán)境，確認在一定介質(zhì)下截止閥的疲勞耐久及外界作用力對閥門強度的影響作為可靠性試驗考核的重點，結合試驗標準JB/T 53174-1999，確定其可靠性試驗方法采用靜壓壽命與振動組合進行。

3.1 振動試驗

試驗過程中施加的振動應力如表2及圖1所示[10]。

3.2 靜壓壽命試驗

靜壓壽命試驗即在實驗室條件下，截止閥在受介質(zhì)壓力作用時，進行從全開到全關的循環(huán)操作的試驗。試驗過程中壓力應為相關閥門最大工作壓力的1～1.1倍，閥門最大工作壓力可參照相關閥門的標準或技術要求，試驗介質(zhì)為水或氣體，具體以閥門實際使用介質(zhì)為準。閥門的啟閉循環(huán)以規(guī)定的頻率——1次/2 min實施直至達到標準要求次數(shù)[11]。

3.3 試驗剖面

試驗剖面采用振動與靜壓壽命試驗綜合應力。其施加方法如圖2所示，該剖面為1個24 h循環(huán)，在可靠性試驗過程中，應根據(jù)閥門設計要求進行啟閉規(guī)定次數(shù)的耐久循環(huán)，也可根據(jù)JB/T 53174-1999選取不同質(zhì)量等級要求的耐久次數(shù)不同[12]，具體見表3。

3.4 檢測項目

試驗前在標準大氣條件下，對調(diào)試并安裝好閥門的操作力矩、各密面的泄漏、填料及閥蓋處的泄漏情況進行檢測。

表2 振動試驗條件

圖1 振動圖譜

圖2 可靠性試驗剖面

試驗期間，每進行100次操作耐久試驗后，應對閥門的操作力矩、各密面的泄漏、填料及閥蓋處的泄漏情況進行檢測。

試驗達到規(guī)定次數(shù)后，在標準大氣條件下，對閥門的操作力矩、各密面的泄漏、填料及閥蓋處的泄漏情況進行檢測。

表3 靜壓壽命試驗次數(shù)

4 結語

本文給出了閥門常見故障模式和故障原因，為閥門進行故障分析確認薄弱環(huán)節(jié)及可靠性設計的優(yōu)化、改進提供信息依據(jù)。此外由于可靠性試驗是確認產(chǎn)品可靠性水平的一種簡單有效的方式，本文通過確認引起閥門故障的關鍵應力進行可靠性試驗設計，為閥門可靠性水平的考核驗證，提供快捷有效的方法。