阀门设计基本理论研究与探讨 摘要：随着现代工业的不断发展，阀门需求量不断增长。由于阀门的用量庞大，由各种原因造成的阀门泄漏，不仅对环境造成了严重影响，也造成严重的原材料和产品的浪费，有时还会引起严重的安全事故。 关键词：设计思维；理论研究；分析 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。 1设计输入及验证输出 “设计输入及验证输出”是阀门设计的重要基本理论，设计输入是否充分、完善、明确，直接影响着设计方案的验证输出效果。在进行产品设计之前，必先明确设计输入内容，而设计输入又要通过产品测试逐一验证，确保在设计方案中充分体现。在实际设计中，往往出现了在没有完全弄清设计输入的情况下，匆忙展开设计活动，导致结果差强人意，造成大量资源的浪费。 设计输入，即明确产品设计的各种要求，主要包括以下几个方面的内容：①明确产品的使用环境，比如工作介质、工作压力、工作温度等。②功能要求。即开发什么功能和用途的产品，确定开发设计的阀门类型、型号、规格、连接方式、驱动方式等基本信息。③性能要求。确认产品需要符合的标准条款、法律法规、认证要求、性能指标等。④参照信息。收集新品开发所参照类似品的经验信息。⑤产品定位。确定产品档次、顾客群体。⑥附加要求。即销售或顾客提出的其他要求，比如成本要求、打印LOGO信息等。 2设计思维因素 阀门设计是一个综合考虑工艺、装配、功能、性能、成本等因素的综合思维活动，工艺、装配是保障，功能是目的，性能、成本是优化指标。只有综合考虑各种因素，才能设计出比较令人满意的设计方案。 设计的工艺因素即阀门设计应充分考虑工艺的实现性，可以实现质量稳定的批量生产。为了方便工艺实现，对产品类似结构特征，可以进行标准化设计，便于刀量夹具的借用。设计的装配因素即设计方案的多个零件能顺利实现组装，互相组装的零件要有装配面（内六角或外六角），尽量选用便于装配的零件结构（比如装配不需区分安装方向的对称结构等）。对于尺寸相近的零件，尽量做成共用件，方便管理；对于无法共用的零件，做出区别，避免混料。 设计的功能因素即开发产品所实现的基本功能，比如截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。此外，阀门产品应尽量操作简单，同时，便于安装拆卸、维护更换，对于调节类阀门，还应设计防误操作功能。 设计的性能因素即产品的使用安全性、可靠性，不会对使用者、使用环境造成损伤，具备一定的强度要求，比如机械性能（扭矩、弯矩）、耐压性能（低压、高压）、耐温性能（高温、低温、冰冻）、疲劳强度（冷热水循环、抗脉冲性、寿命）、环境模拟适用性等。设计的成本因素，即实现技术功能、满足预定技术性能要求的同时，尽量优化结构，用尽量少的零件个数实现产品结构特征，用尽量简单的加工工艺实现零件加工生产，降低工程造价和产品价格，对社会产生积极作用（避免环境污染，维护生态平衡，促进生产力发展）。 3阀门失效原因分析 阀门的泄漏是阀门失效最常见的原因，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。阀门泄漏的主要原因是密封失效引起，也就是通常所说的密封圈或者密封垫片发生故障。很多学者都对影响阀门密封的因素进行了总结。阀门产生泄露，究其原因，通常有以下几个方面:设计不合理，通过改进阀门的设计，使阀的出口压力和温度的降低，使填料远离了密封装置，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。导向螺杆在工作介质中，由于楔形变厚，使阀门不能正常工作，容易导致密封装置的磨损，这些会缩短阀门的操作寿命，使密封件的密封紧度不够。深入了解阀门的设计密封机理和高压下的密封特性可以解决阀门泄露问题。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，同时可以解决阀杆密封问题，并且不需要改动密封结构。从阀门结构、阀杆的材料、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。在对天然气管道球阀基本结构的研究基础上，对天然气管道球阀常出现的内漏进行了探讨，对阀杆泄漏原因进行了分析。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。 4阀门的可靠性设计 4.1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。 4.2不同环境下设计需考虑因素 对不同环境下工作的阀门进行设计时，需要充分考虑阀门填料的密封性能，垫片的密封性能以及整体的密封性能，这些设计都是影响其可靠性的重要因素。在实际操作过程中，在手柄边缘最大作用力不应该超过360N，在阀门开启和关闭瞬间，允许增加到1000N。当装有减速机构时，应当符合工况要求。阀门强度可靠性设计的方法逐渐从安全系数法向应用概率统计方法发展。 5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 阀门设计时，应充分明确设计输入要求，确定产品型号，在产品设计时综合考虑各种因素，通过风险分析，优化产品结构，尽可能地减少或降低失效风险，提高阀门产品质量。 参考文献 ［1］韩斐，宋笔锋，喻天翔，等．阀门可靠性技术研究现状和展望［J］．机床与液压，2008(9):138－144+178． ［2］李超，王玉明，梁浩，等．阀门的可靠性评估方法研究［J］．机械设计，2015，32(1):13－16． ［3］刘君琰，邹树梁，王湘江，等．乏燃料卧式剪切机翻转机构设计及可靠性分析［J］．装备制造技术，2017(10):12－16． ［4］陈泉，郑中甫，李志翔．阀杆密封泄漏原因及解决方法［J］．阀门，2006(5):40－41． 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/af8aba840b12a21614791711cc7931b764ce7bf9.html