Khảo sát, đánh giá một số chỉ tiêu kỹ thuật của đệm khí cao áp cho đồng hồ và cảm biến dùng cho thiết bị đo lường trên tàu chiến đấu hải quân

ến đấu Hải quân đã được khảo sát, đánh giá. Kết quả khảo sát hình dáng, kích thước của đệm khí cao áp cho thấy: đệm khí cao áp có dạng hình đồng xu, mặt trong có ba rãnh hình bán nguyệt cách đều. Qua đo đạc kích thước, đã xây dựng bản vẽ của chi tiết. Đệm khí cao áp được chế tạo từ đồng sạch kỹ thuât mác M1 theo GOST 859-2001 của Nga. Đệm khí cao áp có độ bền phá hủy và độ kín khít tốt. Đệm không bị nứt vỡ khi nén dưới áp suất 400 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút. Khi nén dưới áp suất 250 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút độ tụt áp < 5 %. Độ cứng của đệm khí cao áp < 45 HB. Ngoài ra, tổ chức tế vi của đệm khí cao áp cũng đã được khảo sát. Từ khóa: Đệm khí cao áp; Đồng sạch kỹ thuật. 1. MỞ ĐẦU Nhằm đáp ứng nhu cầu đảm bảo an ninh, quốc phòng; gìn giữ, bảo vệ chủ quyền biển đảo của Tổ quốc, Hải quân Nhân dân Việt Nam được trang bị nhiều loại tàu chiến hiện đại. Ngoài các loại vũ khí khí tài đảm bảo sẵn sàng chiến đấu, trên tàu chiến đấu Hải quân hiện được lắp đặt rất nhiều hệ thống thiết bị đo lường để đo đạc các thông số kỹ thuật trên tàu (các thông số về hệ thống máy, hệ thống điện và hệ thống tàu nói chung). Theo công dụng, các thiết bị đo lường được chia thành các dụng cụ đo các thông số sau: áp suất và chân không, nhiệt độ, tốc độ, mô-men xoắn và công suất, mức chất lỏng, tốc độ dòng chảy (hơi, khí, lỏng, điện), cũng như để phân tích khí, nước, nhiên liệu, dầu. Đồng bộ với các thiết bị đo lường này là các loại gioăng, đệm có nhiệm vụ làm kín khí nén, kín nước, kín nhiên liệu, cách ly môi trường cần đo với thiết bị đo. Tùy thuộc vào các thông số, vị trí cần đo đạc mà điều kiện làm việc của thiết bị đo lường và các chi tiết gioăng, đệm đi kèm cũng khác nhau (áp suất, nhiệt độ, tính xâm thực của môi trường). Một số thiết bị đo lường trang bị trên các tàu chiến đấu Hải quân được trình bày trong hình 1 (Các vị trí được đánh dấu là các vị trí để lắp các loại gioăng, đệm). a) Thiết bị cảm biến nhiệt độ b) Thiết bị cảm biến khí cao áp Hình 1. Một số thiết bị đo lường trang bị trên các tàu chiến đấu Hải quân. Do yêu cầu kỹ chiến thuật cao, các thiết bị đo lường kể trên phải đảm bảo thường xuyên được kiểm tra, bảo dưỡng. Các loại gioăng, đệm sau khi tháo rời khỏi thiết bị để bảo dưỡng, kiểm tra sẽ phải thay mới do phần lớn gioăng, đệm bị biến dạng hoặc bị lão hóa làm giảm tính năng kỹ thuật của gioăng, đệm và của các thiết bị đo lường. Đến thời điểm này, các loại gioăng, đệm vẫn phải nhập từ Liên bang Nga với giá thành rất cao và khó khăn. Hóa học và Kỹ thuật môi trường P. T. Anh, , Đ. T. Anh, “Khảo sát, đánh giá một số chỉ tiêu tàu chiến đấu Hải quân.” 78 Hiện nay, trên các tàu chiến Hải quân, đồng được sử dụng để chế tạo đệm cho cảm biến nhiệt và cảm biến khí cao áp; cao su được sử dụng để chế tạo đệm cho cảm biến báo mức; amiang được sử dụng để chế tạo đệm cho cảm biến nhiên liệu. Để chế tạo các loại gioăng, đệm này, việc khảo sát, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm là cần thiết. Đối với các loại gioăng, đệm sử dụng cho các thiết bị chịu áp suất cao như cảm biến khí cao áp, yêu cầu đặt ra đối với vật liệu chế tạo phải có độ dẻo cao - có khả năng biến dạng bù cho độ nhám giữa hai bề mặt lắp ghép; có độ bền cao - làm kín không cho môi chất lọt ra ngoài mối nối. Một trong những vật liệu đáp ứng được cả hai yêu cầu về độ dẻo cao và độ bền cao trong chế tạo đệm khí cao áp là đồng sạch kỹ thuật. Do đồng sạch kỹ thuật có độ dẻo cao ở trạng thái ủ và có độ bền cao sau khi biến dạng nguội (biến dạng nguội do quá trình lắp ghép gioăng, đệm dưới tác dụng của lực nén bu lông và phản lực của bề mặt bích). Bài báo tiến hành khảo sát, đánh giá một số chỉ tiêu kỹ thuật của đệm khí cao áp cho đồng hồ và cảm biến dùng cho thiết bị đo lường trên tàu chiến đấu hải quân. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đệm khí cao áp cho đồng hồ và cảm biến dùng cho thiết bị đo lường trên tàu chiến đấu Hải quân do Cục Kỹ thuật Hải Quân cung cấp. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Thành phần hóa học của đệm khí cao áp được nghiên cứu bằng phương pháp quang phổ phát xạ trên thiết bị Spectrotest TXC 03 tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu/ Viện Khoa học Vật liệu [1]. Độ cứng Brinell của đệm khí cao áp được đo trên thiết bị Mitutoyo AVK-CO tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu/Viện Khoa học Vật liệu theo tiêu chuẩn TCVN 256:2006 [2]. Tổ chức tế vi của đệm khí cao áp được khảo sát trên thiết bị kính hiển vi quang học tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu/Viện Khoa học Vật liệu. Mẫu được đánh bóng cơ học và tẩm thực theo ASTM E407-07 [3]. Độ bền phá hủy và độ kín khít của đệm khí cao áp được đo đạc tại Trung tâm đo lường/ Cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng/Bộ Quốc phòng. Thiết bị bao gồm bàn tạo áp TBTA-600 và cảm biến áp suất 700P08 (đã được liên kết chuẩn). Phương pháp kiểm tra độ bền phá hủy: Nén đệm đồng dưới áp suất 400 bar trên bàn tạo áp trong thời gian 5 phút; kiểm tra tình trạng của đệm đồng bằng mắt thường. Yêu cầu đệm đồng không bị phá hủy (nứt, vỡ,...) dưới tác dụng của áp lực. Phương pháp kiểm tra độ kín khít: Nén đệm đồng dưới áp suất 250 bar trên bàn tạo và kiểm tra độ tụt áp của hệ thống sau thời gian 5 phút. Yêu cầu độ tụt áp của hệ thống không lớn hơn 5% (tương ứng 12,5 bar) [4]. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát hình dáng, kích thước của đệm khí cao áp Tiến hành khảo sát hình dáng, kích thước của đệm khí cao áp hiện đang được sử dụng trong thiết bị đo lường trên tàu chiến đấu Hải quân. Hình ảnh chi tiết đệm khí cao áp được trình bày trên hình 2. Qua khảo sát, đệm đồng có dạng hình đồng xu, mặt trong của đệm đồng có ba rãnh hình bán nguyệt cách đều. Kết quả đo đạc kích thước: chiều dày: 1,5 mm; đường kính ngoài: Φ16,5 mm; đường kính trong: Φ6 mm; bán kính rãnh bán nguyệt: R1,5 mm; độ sâu rãnh bán nguyệt: 0,3 mm. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 79 a) Mặt trước b) Mặt sau Hình 2. Hình ảnh chi tiết đệm khí cao áp. Hình 3. Bản vẽ chi tiết đệm khí cao áp. Qua đo đạc kích thước, đã xây dựng được bản vẽ đệm khí cao áp. Bản vẽ chi tiết đệm khí cao áp được thể hiện trên hình 3. 3.2. Khảo sát thành phần hóa học của đệm khí cao áp Tiến hành phân tích thành phần hóa học của chi tiết đệm đồng bằng thiết bị quang phổ phát xạ. Kết quả phân tích và so sánh với thành phần hóa học của mác M1 theo GOST 859-2001 của Nga được trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Kết quả phân tích thành phần hóa học của chi tiết đệm khí cao áp. Zn Pb Sn P Mn Fe Ni Si Mg M1 0.004 0.005 0.002 - - 0.005 0.002 - - Ave, % 0.0030 <0.0040 0.0015 0.0091 <0.0040 <0.0080 <0.0080 <0.0040 <0.0005 Cr As Sb Cd Bi Ag Al S Cu M1 - 0.002 0.002 - 0.001 0.003 - 0.004 ≥99.9(+Ag) Ave, % 0.0030 0.0030 0.0120 0.0030 <0.0080 0.0015 0.0030 0.0028 99.903 Kết quả cho thấy, vật liệu chế tạo chi tiết đệm khí cao áp là đồng sạch kỹ thuật mác M1 theo GOST 859-2001 của Nga (tương đương mác Cu99,90 theo TCVN 1659-75 của Việt Nam) với hàm lượng Cu+Ag > 99,9 % [5, 6]. 3.3. Khảo sát cơ tính của đệm khí cao áp Tiến hành đo đạc độ cứng Brinell của chi tiết đệm khí cao áp. Kết quả được trình bày trong bảng 2. Bảng 2. Độ cứng Brinell của chi tiết đệm khí cao áp. K t uả đo đ cứng, HB 2/20 Giá t đo t ung ình, HB 2/20 ần đo 1 ần đo 2 ần đo 3 ần đo 4 ần đo 5 40.9 41.3 41.5 40.4 41.5 41.12 Kết quả bảng 2 cho thấy, độ cứng của chi tiết đệm khí cao áp có giá trị trung bình 41,12 HB (< 45 HB), đồng ở trạng thái mềm. Nguyên nhân là do đệm khí cao áp trước khi sử dụng đã được ủ kết tinh lại để phục hồi các tính chất của đồng bị biến cứng sau quá trình chế tạo. Độ dẻo cao của đồng nguyên chất sau khi ủ được giải thích là do mạng tinh thể có nhiều mặt trượt. Trượt xảy ra chủ yếu theo các mặt bát diện {111} và theo phương . Trạng thái mềm cho phép đệm khí cao áp có khả năng biến dạng trong quá trình lắp ghép, bù cho độ nhám giữa hai bề mặt lắp ghép, đảm bảo độ kín khít của thiết bị đo lường. 3.4. Khảo sát tổ chức t vi của đệm khí cao áp Tiến hành khảo sát tổ chức tế vi của chi tiết đệm khí cao áp. Hình ảnh tổ chức tế vi trên hình 4 cho thấy, quá trình kết tinh sau khi ủ lại xảy ra hoàn toàn, tổ chức tế vi đồng đều, Hóa học và Kỹ thuật môi trường P. T. Anh, , Đ. T. Anh, “Khảo sát, đánh giá một số chỉ tiêu tàu chiến đấu Hải quân.” 80 các hạt tinh thể đồng có cấu trúc song tinh, không xuất hiện các dải cán. Kích thước hạt tinh thể trung bình trong khoảng 20÷50 µm. Kết quả này phù hợp với kết quả khảo sát độ cứng của đệm khí cao áp. a) x 100 b) x 500 Hình 4. Tổ chức tế vi của chi tiết đệm khí cao áp. 3.5. Khảo sát đ ền phá hủy và đ kín khít của đệm khí cao áp Tiến hành khảo sát độ bền phá hủy và độ kín khít của đệm khí cao áp. Các phép đo được tiến hành trên bàn tạo áp TBTA-600 và cảm biến áp suất 700P08 (được liên kết chuẩn tại Trung tâm Đo lường) theo phương pháp thực hiện trình bày trong mục 2.2. Số lần thực hiện: 03 cho mỗi phép đo. Điều kiện môi trường: Nhiệt độ: (22 ± 2) °C; Độ ẩm: (70 ± 5) %RH. Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3. Kết quả cho thấy, đệm khí cao áp có độ bền phá hủy và độ kín khít tốt. Đệm không bị nứt vỡ khi nén dưới áp suất 400 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút. Khi nén dưới áp suất 250 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút độ tụt áp < 5 %. Bảng 3. Kết quả khảo sát độ bền phá hủy và độ kín khít của đệm khí cao áp. TT N i dung khảo sát Yêu cầu cần đạt K t uả khảo sát Lần 1 Lần 2 Lần3 1 Độ bền phá hủy Đệm không bị phá hủy (nứt, vỡ,...) Đệm không bị nứt vỡ Đệm không bị nứt vỡ Đệm không bị nứt vỡ 2 Độ kín khít Độ tụt áp: <5% (tương ứng 12,5 bar) Độ tụt áp: 0,08% (tương ứng 0,2 bar) Độ tụt áp: 0,08% (tương ứng 0,2 bar) Độ tụt áp: 0,08% (tương ứng 0,2 bar) Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật đã được khảo sát được trình bày trong bảng 4. Bảng 4. Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của đệm khí cao áp. TT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn v đo Cần đạt K t uả khảo sát 1 Thành phần hóa học theo GOST 859-2001 của Nga M1 M1 2 Độ cứng Brinell HB ≤ 45 41,12 3 Độ bền phá hủy: Nén dưới áp suất 400 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút. Kiểm tra bằng mắt thường Đệm không bị nứt vỡ Đệm không bị nứt vỡ 4 Độ kín khít: Nén dưới áp suất 250 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút. Xác định độ tụt áp % ≤ 5 0,08 4. KẾT LUẬN Đã khảo sát hình dáng, kích thước của đệm khí cao áp: đệm có dạng hình đồng xu, mặt trong của đệm đồng có ba rãnh hình bán nguyệt cách đều. Qua đo đạc kích thước đệm Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 81 đồng, đã xây dựng bản vẽ đệm đồng. Đã khảo sát thành phần hóa học của đệm đồng: vật liệu chế tạo chi tiết đệm khí cao áp là đồng sạch kỹ thuật mác M1 theo GOST 859-2001 của Nga (tương đương mác Cu99,90 theo TCVN 1659-75 của Việt Nam) với hàm lượng Cu+Ag > 99,9 %. Đã khảo sát cơ tính của đệm đồng cho cảm biến khí cao áp: độ cứng của chi tiết đệm khí cao áp có giá trị trung bình 41,12 HB (< 45 HB), vật liệu ở trạng thái mềm. Đã khảo sát tổ chức tế vi của đệm đồng cho cảm biến khí cao áp: tổ chức tế vi đồng đều, các hạt tinh thể đồng có cấu trúc song tinh, không xuất hiện các dải cán; kích thước hạt tinh thể trung bình trong khoảng 20÷50 µm. Đã khảo sát độ bền phá hủy và độ kín khít của đệm khí cao áp: đệm khí cao áp có độ bền phá hủy và độ kín khít tốt. Đệm không bị nứt vỡ khi nén dưới áp suất 400 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút. Khi nén dưới áp suất 250 bar trên bàn tạo áp trong 5 phút độ tụt áp < 5 %. Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của Đề tài nghiên cứu KHCN cấp cơ sở “Nghiên cứu chế tạo đệm khí cao áp cho đồng hồ và cảm biến dùng cho thiết bị đo lường trên tàu chiến đấu Hải quân”. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. BS EN 15079:2015, “Copper and copper alloys”. Analysis by spark optical emission spectrometry (S-OES). [2]. TCVN 256:2006, “Vật liệu kim loại - Thử độ cứng Brinell”. [3]. ASTM E407-07(2015)e1, “Standard Practice for Microetching Metals and Alloys”. [4]. ĐLVN 08:2011, “Áp kế kiểu lò xo. Quy trình kiểm định”. [5]. ГОСТ 859-2001, “Медь. Марки”. [6]. TCVN 1659:1975, “Kim loại và hợp kim - Nguyên tắc đặt ký hiệu”. ABSTRACT INVESTIGATION OF SPECIFICATIONS OF HIGH-PRESSURE GASKETS IN GAUGES AND SENSORS OF MEASURING DEVICES ON NAVY WARSHIPS In this work, specifications of high-pressure gaskets in gauges and sensors of measuring devices on Navy warships were assessed. Survey results on the shape and size of high-pressure gasket showed that: high-pressure gasket is in coin shape, the inner side has three semicircular grooves equidistant. Drawings of details have been built. High-pressure gasket was made from pure copper M1 according to Russia's GOST 859-2001. High-pressure gasket had good destructive strength and good tightness. Gasket did not crack when was compressed under pressure of 400 bar for 5 minutes. When gasket was compressed under pressure of 250 bar for 5 minutes, the pressure drop was less than 5 %. Hardness of high-pressure gasket was less than 45 HB, which indicated that gasket was realatively soft material. In addition, microstructure of high-pressure gasket was also investigated. Keywords: High-pressure gaskets; Pure copper. Nhận bài ngày 08 tháng 7 năm 2020 Hoàn thiện ngày 12 tháng 8 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 24 tháng 8 năm 2020 Địa chỉ: 1Viện Hóa học – Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; 2Khoa Vũ khí/Học viện Kỹ thuật quân sự; 3 Khoa Công nghệ Điện tử Thông tin/Đại học Mở Hà Nội. * Email: ptacnvl40@gmail.com.