阀门设计基本理论研究与探讨

阀门设计基本理论研究与探讨

张玉岚

安徽省屯溪高压阀门有限公司，安徽省黄山市， 245000

【摘要】随着现代制造业的发展，对阀门的需求越来越大。由于阀门数量巨大，综合分析各种问题和因素造成的阀门泄漏现象，不仅对社会环境的发展造成很大影响，而且导致大量原材料和产品的浪费，污染巨大，有时甚至引发重大安全生产事件。

【关键词】阀门设计；基本理论

阀门在重要系统中的广泛应用也对阀门的可靠性提出了更高的要求，因此相应的安全性研究变得更加关键。从阀门安全的角度，综述了阀门安全技术的研究现状，分析了阀门安全研究中的关键问题和发展趋势。

1设计输入及验证输出

在实际设计中，往往存在设计输入目标不明确、设计活动推进仓促等问题，使得效益不尽如人意，甚至导致大量资源的浪费。主要问题涉及以下几个方面：

①确定企业产品的应用网络环境，包括工作介质、工作压力、工作温度等的管理。

②功能需求。即根据所开发设计产品的功能和用途，确定所开发设计阀门的类型、形式、尺寸、连接和驱动方式的基本信息。

③性能要求。确定了产品必须满足的技术规范、法律法规、认证条件和产品技术指标。

④查阅相关资料。收集新产品研发中涉及的同类商品的体验数据信息。

⑤产品定位。确定产品等级和客户群。

⑥额外要求。如销售和其他客户需求，如成本要求、印刷标识信息等。

2设计思维因素

阀门整体设计的实施工艺质量因素的整体设计和实施要充分考虑整个生产过程的要求，能够实现整体设计，从而保证产品质量的稳定、连续批量生产。为了更快地方便产品技术的技术实现，各种产品相似零件的结构特征可以直接由标准化工艺设计系统进行监督管理，便于合理使用刀具量规和夹具。设计中重要零件装配的构成因素是设计方案中所有重要零件能否顺利安装。相互装配的对称零件之间应至少有一个安装位置平面（应为内六边形或外六边形），并尽可能选择至少一个便于相互装配的对称零件框架结构（如果需要明确区分不同安装位置和方向的对称零件结构，无需装配）^[1]。对于规格相近的主要部分，尽量将其分为两个共同的主要部分，便于统一设计管理；对规格不能共享的小型汽车主要零部件进行差异化设计和处理，防止混用。设计基本功能的影响因素是开发企业产品时实现的基本信息功能，包括切断、调节、分流、防逆流、稳压、分流、溢流、泄压等基本功能^[2]。此外，阀门产品应易于操作，易于拆卸、维护和更新，控制阀产品还应设计有防止误操作的功能。

设计的主要性能影响因素是产品应用环境网络的安全性和可靠性，即不会对信息用户、使用或社会环境问题造成重大损害，并具备相应的强度发展条件，包括中国机械系统特性（扭矩、弯矩）、耐压性（低温高压）、耐温性（高热、低温和冰冻）、疲劳工作强度（冷热水循环、抗脉冲、寿命）等。设计成本管理因素，即在实现先进信息技术功能和满足预定技术性能要求的同时，通过尽可能优化产业结构、尽可能使用最少的零部件来实现中国产品市场的结构特征，并尽可能使用简化的加工工艺来降低工程成本和产品价格，从而对社会产生积极影响（减少污染、保护国家生态平衡、促进生产力的持续发展）。

3阀门失效原因分析

阀门泄漏是阀门损坏中最常见的因素，不仅导致巨大的流体损失，而且消耗大量的能源，污染环境，有时甚至造成严重的交通事故。阀门漏气的原因大部分是由于密封圈损坏，一般称为密封圈或密封垫失效。许多研究者总结了影响阀门密封的各种因素。阀门泄漏的原因一般有：设计不合理。通过改进阀门的设计，降低了阀门的出口压力和工作温度，填料完全离开密封装置，大大减少了密封装置内工作温度降低，密封面结冰造成的解封现象。在工作介质中，由于楔形厚度的原因，阀门无法正常工作，密封装置容易损坏，会降低阀门的正常工作寿命，密封的密封性不够。彻底了解阀门的设计和密封机理及其在高压下的密封特性，可以解决阀门泄漏问题。通过引入全新的低谐波螺旋传动机构，不仅可以将运动能量和动力传递给受限空间信息，而且企业可以在不改变密封结构的情况下更有效地解决阀杆的密封问题。从阀门结构、阀杆材料、密封材料和填料安装方法等方面，分析了火电厂汽水系统阀杆密封圈泄漏的原因。在研究天然气管道球阀基本结构的基础上，研究了天然气管道球阀的内部泄漏现象，并对阀杆的泄漏因素进行了分析。影响密封因素选择的研究方法仍然非常重要，因为它可以指明通过更完善地改进密封结构来改善密封特性的方向和路径，密封研究是解决密封问题最重要的途径和手段^[3]。

4阀门的可靠性设计

4.1可靠性设计需要考虑因素

阀门的可靠性设计必须考虑许多因素。根据本企业所有阀门的性能要求和特点，我们在为阀门企业设计系统可靠性方案时，要求充分考虑以下六个影响可靠性的因素。

1）正常工况下，阀门启闭平稳，无卡涩等现象。

2）在强烈振动的情况下，检查阀门的抗震特性。

3）紧急事态发展时阀门是否能迅速关闭或启动。

4）止回阀在各种高压条件下的特性。

长期广泛应用于生产过程中，阀门整体密封保护性能良好。

6）阀门企业在各种工作强度下是否有抵抗相应的工作强度。

4.2不同环境下设计需考虑因素

设计在各种环境下正常工作的阀门时，必须充分考虑阀门填料、垫片的密封特性及其整体密封特性，这种设计是影响其可靠性的主要原因。实际操作中，手柄边缘的最大力不应超过360N，在阀门开启和关闭的瞬间允许增加到1000N。配备减速机构时，应满足工况要求^[4]。阀门强度和可靠性的设计方法逐渐从安全系数的常规分析发展到概率统计分析。

4.3 未来发展

1）根据低温阀门企业的研究现状和安全设计与可靠性管理的研究工作，制定了低温阀门的建模与仿真结果分析、性能测试和安全评价设计方案。

2）通过构建普通低温阀门的三维实体仿真模型和有限元理论仿真模型，分析了普通低温阀门的静态和动态特性，得到了其在一定温度条件下的应力、应变和阀门动作特性；采用热－结构耦合分析方法，分析阀门下热应力与结构应力的共同作用，为低温阀门结构的优化设计提供理论依据^[5]。

3）低温阀门和密封材料的特性试验。利用低温阀门实验测试系统测试了低温工况下的阀门和密封特性。

4）主要研究低温阀门可靠性评估的工作方法和管理方法，建立低温阀门可靠性评估学生的数学学习模式和数值求解算法。

5）基于模拟和实测数据，对低温阀门的结构强度、密封特性和疲劳寿命进行了可靠性分析，形成了低温阀门可靠性分析评价体系，提出了低温阀门可靠性评价体系标准和评价方法。

结语

在阀门设计中，应充分确定教学设计的输入条件，明确企业的产品模型。设计时应综合考虑各种经济影响因素，并进行财务风险管理分析，优化企业产品的市场结构，尽可能减少或降低产品失效的风险，从而提高阀门生产质量。

参考文献：

[1]赵磊,胡岳峰,王程勇,郑楠彬.一种电磁控制天然气分流阀门设计[J].液压气动与密封,2021,41(08):88-90.

[2]黄银刚.车载LNG气瓶系统中组合电控阀块的设计、试验与应用[J].化工管理,2021(13):130-131.

[3]刘兴玉,赵朋举,张毅,原晨岩.船用阀门设计要点综述[J].机械研究与应用,2021,34(02):145-147.

[4]翁文毅,吴必胜.基于化工阀门工艺设计风险及防范措施研究[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(01):169-171.

[5]姚一杰.阀门设计基本理论研究与探讨[J].科技与创新,2017(14):148-149.

作者简介：张玉岚（1976.11-）汉、女、安徽省黄山市、工程师、大专单位：安徽省屯溪高压阀门有限公司，研究方向：阀门设计，单位所在地及邮编：安徽省黄山市，245000