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

Nghiên cứu khoa học công nghệ

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
Phạm Tuấn Anh1*, Nguyễn Văn Hưng2, Đào Xuân Phúc3, Đào Thế Nam1,
Đinh Văn Long1, Nguyễn Nhật Huy1, Đoàn Tuấn Anh1
Tóm tắt: 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 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.

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020

77


Hóa học và Kỹ thuật môi trường

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.

78

P. T. Anh, …, Đ. T. Anh, “Khảo sát, đánh giá một số chỉ tiêu … tàu chiến đấu Hải quân.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

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
M1

Pb

Sn

0.004 0.005 0.002

P

Mn

Fe

Ni

Si

Mg

-

-

0.005

0.002

-

-

Ave, % 0.0030 <0.0040 0.0015 0.0091 <0.0040 <0.0080 <0.0080 <0.0040

Cr
M1

-

Ave, % 0.0030

As

Sb

Cd

Bi

Ag

Al

-

0.001

0.003

-

0.0120 0.0030 <0.0080

0.0015

0.0030

0.002 0.002
0.0030

S

<0.0005

Cu

0.004 ≥99.9(+Ag)
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

ần đo 1
40.9

ần đo 2
41.3

ần đo 3
41.5

ần đo 4
40.4

Giá t đo
t
ung
ình, HB 2/20
ần đo 5
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 <110>.
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,

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020

79


Hóa học và Kỹ thuật môi trường

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 Yêu cầu cần đạt
K t uả khảo sát
khảo sát
Lần 1
Lần 2

Lần3
1 Độ bền phá Đệm không bị phá Đệm không bị Đệm không bị Đệm không bị
hủy
hủy (nứt, vỡ,...)
nứt vỡ
nứt vỡ
nứt vỡ
2 Độ kín khít Độ tụt áp: <5%
Độ tụt áp:
Độ tụt áp:
Độ tụt áp: 0,08%
(tương ứng 12,5
0,08% (tương 0,08% (tương (tương ứng 0,2
bar)
ứng 0,2 bar)
ứng 0,2 bar)
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
K t uả khảo
Chỉ tiêu kỹ thuật
Đơn v đo Cần đạt
sát
1 Thành phần hóa học theo GOST 859-2001
M1
M1
của Nga
2 Độ cứng Brinell
HB

≤ 45
41,12
3 Độ bền phá hủy: Nén dưới áp suất 400 bar
Đệm không Đệm không bị
trên bàn tạo áp trong 5 phút. Kiểm tra bằng
bị nứt vỡ
nứt vỡ
mắt thường
4 Độ kín khít: Nén dưới áp suất 250 bar trên
%
≤5
0,08
bàn tạo áp trong 5 phút. Xác định độ tụt áp
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

80

P. T. Anh, …, Đ. T. Anh, “Khảo sát, đánh giá một số chỉ tiêu … tàu chiến đấu Hải quân.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

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;
2
Khoa Vũ khí/Học viện Kỹ thuật quân sự;
3
Khoa Công nghệ Điện tử Thông tin/Đại học Mở Hà Nội.
*
Email:

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020

81