蝶閥是指蝶板在閥體內繞固定軸旋轉，從而達到切斷和節流作用的閥門.核級蝶閥主要用于核電廠冷卻系統和安全殼內輸送空氣介質的系統.核級閥門要解決的首要問題之一就是可靠性問題.關于核級閥門可靠性的研究，文獻介紹了根據機械產品故障模式及特點對閥門常見故障進行分析及分類的方法，并說明開展閥門可靠性研究工作的重要性；

文獻介紹了可靠性理論及在閥門設計制造、維護方面的應用方法；文獻將故障樹分析（FAul Tree AnAly,FTA）方法應用于截止閥的故障分析，并描述了FTA的一些優點.總體而言，目前對閥門的故障分析只限于常規的FTA方法.然而，常規FTA方法將頂事件和底事件發生的概率視為精確值，這種方法不能適應實際工程中客觀存在的模糊現象.因為在實際工程中，各種故障發生的概率不僅具有隨機性，而且具有模糊性.鑒于此，文獻介紹了模糊FTA的基本理論，并舉例說明模糊FTA處理隨機性和模糊性的有效性；文獻提出將模糊FTA與模糊危害度分析相結合的故障分析方法，并將其應用于數控機床的故障分析。

本文以某核級蝶閥為研究對象，在分析其功能結構的基礎上，建立核級蝶閥失效的故障樹.進而應用模糊FTA技術對故障樹進行分析，為核級蝶閥的設計改進和合理維護提供參考依據。

 1 模糊FTA

模糊FTA是在常規FTA的基礎上引進模糊數學理論進行可靠性分析的一種工具.在工程實踐中，模糊FTA能彌補常規FTA的不足，使可靠性分析達到更好的效果。

1.1 FTA

FTA是可靠性分析的重要方法之一，它以系統最不希望發生的故障（頂事件）作為分析對象，用規定的邏輯符號和邏輯關系找出導致這一事件發生的所有可能原因，并由此逐步深入分析，直到找出導致頂事件發生的最底層原因為止，由此建立起一棵倒置的樹狀流程圖即故障樹。

 1.2 三角模糊數

 與常規FTA方法不同，模糊FTA采用模糊數表示故障事件發生的概率.這樣既能避免獲取某些事件發生概率精確值的困難，又能結合專業技術人員的實際經驗和判斷來彌補現實數據的缺失，從而較為準確地給出故障事件的概率，同時由于模糊數本身允許一定的誤差，因此用模糊數表示故障事件的發生概率具有較大的靈活性和適應性。

 模糊數的定義：如果是實數域Ｒ上的正常模糊集，且對于任意0≤λ≤1，其截集Aλ是一個閉區間，則稱A是一個模糊數。

 三角模糊數B作為模糊數的一種類型，可將其記為［（M－α），M，（M＋β）］。α≤M≤β，對于任意0≤λ≤1，它的λ截集為Bλ＝［（M－α）＋α×λ，（M＋β）－β×λ］為一個閉區間。α和β分別表示B的置信上限和置信下限，M為B的均值，當α，β等于0時，B退變為常規的精確值，如圖1所示。

圖1　三角模糊數B

 1.3　模糊FTA中的模糊算子

 模糊FTA方法中，故障樹底事件的發生概率被視為模糊數fi，模糊門算子為fs。因此，故障樹頂事件T發生的概率也為模糊數

    式中：φ為f_s的函數，該函數完全取決于故障樹的結構。

    當用三角模糊數表示底事件發生概率時，即底事件發生概率f_i的λ截集為

    則模糊FTA的與門結構和或門結構的模糊算子如下：

    1）與門結構：

    2）或門結構：

 根據式（1～4）便可計算出系統頂事件發生的概率，該概率值也為模糊數.

 2　核級蝶閥失效的模糊FTA分析

 2.1　核級蝶閥的功能和結構

 核級蝶閥是用圓形蝶板作啟閉件并隨閥桿轉動來開啟、關閉和調節流體通道的一種閥門，其結構如圖2所示，主要包含電動執行機構（1）、接座（2）、軸承（3）、閥體（4）、壓板（5）、閥桿（6）、蝶板（7）、密封圈（8）所組成。

圖2　核級蝶閥結構

 2.2　核級蝶閥失效的故障樹建立

 選擇“蝶閥失效”為頂事件T，建立蝶閥故障樹之前，針對實際情況，做出如下假設：

    1）蝶閥運行過程中，由操作者引起的故障不予仔細考慮。

    2）由于安裝失誤引起的蝶閥故障不予分析。

    3）對蝶閥電動傳動部分的失效統一劃分為電動傳動部分發生故障、電動傳動部分和蝶閥連接處發生故障，而對于電機自身故障不做詳細分析。

    4）對蝶閥故障的分析中，由于蝶閥接座不直接參與蝶閥的啟閉運動，也不直接接觸介質，因此其發生故障的概率很小，近似認為接座發生故障的概率為零。

    5）建立故障樹時，為簡化過程，減少故障樹的枝丫，被忽略事件沒有寫出。

    根據上述假設，建立蝶閥故障樹如圖3及圖4。其中故障樹中各底事件的名稱和代號如表1所示，頂事件和中間事件的名稱和代號如表2所示。

圖3 核級蝶閥系統失效的故障樹（主圖）

圖4 核級蝶閥系統失效的故障樹（子圖）

表1 底事件的名稱及其代號

表2 頂事件和中間事件的名稱及其代號

 2.3 核級蝶閥故障樹定性分析

    用下行法求蝶閥失效故障樹的最小割集，求解過程見表3.

表3　用下行法求解蝶閥失效故障樹的最小割集

根據假設，M12，X1，X15發生的概率在此不予考慮.因此，由以上方法求得最小割集為｛X7｝，｛X8｝，

｛X9｝，｛X10｝，｛X11，X12｝，｛X3，X4｝，｛X13｝，｛X15｝，｛X16｝，｛X17｝，｛X18｝，

｛X19，X20｝，｛X21｝，｛X22｝，｛X2｝，｛X5，X6｝.這些最小割集構成該核級蝶閥的薄弱環節，

代表頂事件發生（蝶閥失效）的各種原因組合，即頂事件的發生，必然是某個最小割集中基本事件同時發生的結果.通過定性分析，可以確定核級蝶閥在設計和運行階段的薄弱環節，以便改進設計、合理維護.根據可靠性理論知識，系統的最小割集越多，系統的可靠性越低，因此，應該在保證系統功能的前提下，盡量簡化結構，提高構件的質量和加工精度，如對于X9（介質腐蝕蝶板）可以采取表面噴涂層或采用特殊材料的措施提高其可靠性；X15（軸承疲勞）可以采取定期檢查更換和保持環境的密封性等措施來保證其可靠性。

 2.4　核級蝶閥模糊故障樹定量分析

 為分析簡便，僅取中間事件密封圈損壞M9為例來說明模糊FTA的定量分析原理.根據有關試驗數據、歷史統計資料以及工程技術人員的經驗，得到其基本事件故障率的均值M和置信上下限α、β。如表4所示。

表4 密封圈損壞基本事件的模糊故障率

由式（2）和表4中數據得

 根據式（4～6）得

 fM₉為一區間數，對不同的λ取值，可得到不同f_M9的置信區間。當λ＝1時，f_M9＝0.015，即在不考慮各基本事件發生概率的模糊性相當于底事件的發生概率為一確定值時，頂事件M9發生概率為1.5％。當λ＝0時，f_M9的值為一區間，f_M9＝［0.005，0.024　9］，即在充分考慮事件的隨機不確定因素和模糊不確定因素時，密封圈損壞的概率在0.5％和2.4％之間變化，也就是說，頂事件M9發生概率最小為0.5％，最大為2.4％。同理，在已知其他底事件發生的不確定性概率的基礎上，運用此方法可以計算出頂事件發生的概率范圍。該結果作為一種定量依據，為故障原因分析提供較大的靈活性。

 3 結論

 1）選擇“閥門失效”為頂事件，建立核級蝶閥的故障樹。

 2）通過故障樹定性分析，得到故障樹所有最小割集，這些割集是導致核級蝶閥失效的所有可能原因，也是核級蝶閥設計中的16個薄弱環節。為核級蝶閥的設計改進和合理維護提供參考依據。

 3）以密封圈損壞的模糊概率計算為例，進行模糊故障樹定量分析，得到密封圈損壞的概率為［0.005，0.024　9］，為核級蝶閥的維修策略提供依據。