阀门产品的可靠性评估方法

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1、成果应用载人航天2011年第2期阀门产品的可靠性评估方法崔景芝修建生孙法国丁建春(北京宇航系统工程研究所)摘要阀门作为运载火箭增压输送系统的重要元件，因机构复杂及飞行过程中工作剖面因遥测参数有限，其飞行性能可靠性评估很难准确量化。分析国内外阀门产品可靠性方法，根据载人航天运载火箭增压输送系统阀门产品的特点。提出了运载火箭阀门产品的可靠性评估方法。并以减压器为例。进行了相应的试验验证。关键词阀门可靠性评估分类号V432文献标识码A文章编号1674—5825(2011)02—0059—061前言阀门是运载火箭增压输送系统的重要元件，用于实现

2、气体输送、截止、调节、排放、超压保护和推进剂加泄、溢出等功能。作为运载火箭上天后进行动作的精密机械产品，阀门结构、动作原理比较复杂，上天后的工作剖面因遥测参数有限很难准确量化，这些都给阀门飞行性能可靠性验证带来一定的困难。如何提出一套经济可行的试验办法验证阀门性能可靠性尤为关键，针对当前国内外阀门产品可靠性评估现状进行了调研分析，并根据载人航天运载火箭增压输送系统阀门产品的特点，制定了相应的可靠性评估方法。2阀门产品可靠性评估国内外研究状况国内对机械产品的可靠性评估做了大量的研究工作，但是专门针对阀门的可靠性评估的研究很少。当前主要工作

3、如下：文献【l】中，设计了阀门的可靠性试验，并对试验结果进行分析处理，对产品的平均无故障工作寿命(MTBF)、使用寿命和可靠寿命作了一个统计的、定量的评估。文献【2】以CANDU重水堆电站应急堆芯冷却系统电动重水隔离阀为主要研究对象，探索核电站安全相关系统设备可靠性分析与定期试验频率优化的方法，建立一套能够根据设备具体状况评估其可靠性的分析管理体系。国外对阀门的可靠性评估中，文献[3】研究了阀门可靠性的评估方法，他认为统计学的方法只是以现有的和试验失效数据的基础上进行可靠性评估；而参数法主要在指定工作时期或试验持续时间内有关参数变化的数

4、据的基础上进行评估，参数法与统计学的方法相比，参数法允许减少试验品的件数和试验的持续时间。文献【4】利用参数估计的方法对发动机操作阀进行概率风险评估，估计元件随时间变化的失效率。文献[5】利用Atwood文中部件失效数据运用非参数最大似然估计的方法进行估计，并与At—wood文中的计算结果进行了对比，得到结论认为在参数和非参数的计算模型中对数据不同的处理方法，会给评估结果带来显著不同。文献【6】建立了一种新的评估模型并利用其进行失效率的评估，并且与标准指数模型进行评估结果的比较，得出其优于标准指数模型的结论；但是其建模过程中存在很多假设

5、，所以文中的方法也有一些缺陷。一些关键的可靠性参数的评估结果很大程度上依赖于模型的选取，而不仅仅是观察到的各种故障数据。关于阀门的工作寿命的分布，文献【7】对新设计的泵阀进行试验并来稿日期：20lo_12—09；修回日期：201l-ol—09。作者简介：崔景芝(19r78．08一)，女，博士，设计师，主要从事火箭箭体阀门设计工作。59载人航天2011年第2期和标准的泵阀相比较，结果显示寿命有了提高，他提出阀门的工作寿命服从正态分布或对数正态分布。文献[8】以水面控制的水下安全阀为例提出，将阀门寿命看作其符合weibull分布，代替我们通

6、常采用的指数分布类型，他主要研究了影响阀门寿命的因素，假设两参数的weibull分布代替固定的故障率，在研究相关的失效机理的基础上，证明weibull分布应用在阀门上是正确可行的；并在此基础上，利用随机观察到的数据对M11下(meantimetofailure)和MFDT(meaIlfractionaldead—time)进行评估。文献[8]对阀门的MrrIF和MFDT的评估结果随着模型和模型参数选取的变化是不稳定的。通常大部分的风险和可靠性研究都是建立在失效率是常数的基础上，可利用的数据不足以确定一个更真实的寿命分布，并估计出这个分布

7、的参数。因此，经常将其寿命分布默认为指数分布。文献[8]中利用weibuU分布讨论建立了新的模型，为阀门的评估提供了一个新的思路。3载人航天阀门产品可靠性评估原则及重要意义载人航天阀门的可靠性评估是指根据阀门样本数据对阀门可靠性进行统计推断，根据可能收集到的有关试验(包括专门的可靠性试验和其他的工程研制试验)或计算仿真的数据与信息对阀门的可靠性指标做出估计，从而得出阀门对于所要求的可靠性指标的符合程度，其重要意义在于：(1)通过评估，检验产品是否达到了可靠性要求，并验证可靠性设计的合理性，如可靠性分配的合理性，冗余设计的合理性，选用元器

8、件、原材料及加工工艺的合理性等等。(2)评估工作会促进可靠性与环境工作的结合。在可靠性评估中，要定量地计算不同环境对可靠性的影响，要验证产品的抗环境设计的合理性，验证改善产品微环境的效果。(3)通过评估，可