Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị thử khả năng chịu áp suất thủy tĩnh di động cho ống và phụ tùng HDPE có đường kính từ 1,4m đến 2m (12/08/2024)

Hiện nay nhu cầu sử dụng ống nước cao cấp rất được chú ý, vì thế trong các công trình thường hay chọn ống HDPE thay cho các ống nước thường. Ống nước HDPE được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất, cấp thoát nước, công trình công nghiệp, vật liệu xây dựng, viễn thông, thủy lợi… Ống HDPE được ưa chuộng và sử dụng nhiều nhất cho các công trình cấp thoát nước hiện nay do các đặc tính quý báu và ưu việt vượt trội các loại ống nước khác trên thị trường: Độ kín rất cao không bị rò rỉ; tuổi thọ cao khi sử dụng đúng yều cầu kỹ thuật không dưới 50 năm; rất kinh tế và giá rẻ hơn các loại ống thép, bê tông; ống nhẹ chi phí lắp đặt, nhân công và máy móc thiết bị đơn giản; có sức chịu áp lực và va đập ở nhiệt độ thấp so với ống uPVC. Ống HDPE có hệ số chuyển nhiệt thấp, giảm nhiều nguy cơ nước bị đông lạnh; có độ uốn dẻo cao cho phép ống di chuyển theo sự chuyển động của đất mà không bị gãy vỡ ở các đầu mối hàn nối. Phụ tùng HDPE là các sản phẩm được sản xuất ra nhằm mục đích kết nối hệ thống đường ống HDPE thành một tuyến ống hoàn chỉnh theo thiết kế. Phụ tùng HDPE bao gồm các sản phẩm tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn.

Hiện nay các thiết bị để thử áp suất thủy tĩnh ống HDPE theo tiêu chuẩn ISO1167:2006  ở Việt Nam đều phải nhập ngoại và mới chỉ thử nghiệm được cho các ống HDPE có đường kính từ 1,2m trở xuống. Cụ thể tại Công ty Cổ phần Nhựa Thiếu Niên Tiền Phong đã nhập khẩu trạm thử áp IPT của Đức, bộ đầu bịt ống Ф1000 của Trung Quốc. Riêng chi phí mua và đưa được bộ đầu bịt ống này vào phục vụ sản xuất là 570.000.000VNĐ. Tuy nhiên các bộ đầu bịt ống này có kết cấu chưa thực sự phù hợp với sản phẩm ống HDPE của Công ty: không thể lắp ráp với ống có độ ô van tối đa hoặc tối thiểu của dải tiêu chuẩn sản phẩm; zoăng làm kín có kết cấu đoạn nên trong quá trình lắp đặt dễ bị rò rỉ nước; kết cấu thiết bị chưa hợp lý dẫn đến lắp đặt rất khó khăn, vất vả. Chính vì vậy, để đáp ứng kịp thời yêu, chủ động trong sản xuất và kiểm soát chất lượng Công ty Cổ phần nhựa thiếu niên Tiền Phong đã tiến hành triển khai đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị thử khả năng chịu áp suất thủy tĩnh di động cho ống và phụ tùng HDPE có đường kính từ 1,4m đến 2m do Nguyễn Quốc Trường làm chủ nhiệm. Đề tài được triển khai nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất của Công ty và nhu cầu kiểm tra tuyến ống tại công trình, để tiết giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm và chủ động trong sản xuất. Thiết bị thử nghiệm này sẽ bao gồm: Bộ đầu bịt thử áp các cỡ ống từ 1,4m đến 2m và trạm cấp áp di động để cấp áp ngoài công trường thay thế cho việc dùng bơm cao áp như trước đây.

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế thiết bị trạm cấp áp di động và bộ đầu bịt thử áp suất thủy tĩnh cho ống và phụ túng HDPE đường kính 1,6. Kết quả thu được như sau: Lựa chọn thiết bị bơm tăng áp: Bơm cấp áp suất nước qua van 1 chiều 1, qua bình tích, qua van 1 chiều 2 cho mẫu thử; Áp suất thử(áp suất nước cấp) được điều khiển bằng van điều chỉnh áp cơ đưa áp suất bình tích lên 3 lần áp suất thử. Áp suất trong mẫu thử được đo lường, hiển thị, điều khiển qua đồng hồ điện tử, đóng cắt van điều khiển điện sử dụng phương pháp điều khiển PID, cấp áp từ bình tích vào mẫu thử. Áp suất được duy trì ổn định, tin cậy; Chọn bơm cấp áp và đường ống: Đầu bơm 3 piston kiểu đĩa quay dẫn động piston: Đầu bơm kiểu này có thể chịu được áp lực cao, đặt bơm hoạt động ở vị trí nằm ngang hoặc dựng đứng. Đầu bơm sử dụng công nghệ hiện đại, có cầu tạo đơn giản, gọn nhẹ có giá thành rẻ tuy nhiên đòi hỏi chế tạo với chất thép tốt độ chính xác cao; Đầu bơm 3 piston trục khủy thanh truyền: Chịu được áp lục nước cao đến siêu cao áp. Tuổi thọ của đầu bơm. Theo thử nghiệm đầu bơm loại này có độ bền gấp 5 lần đầu bơm dùng đĩa quay. Cho ra kết quả: Bơm cấp áp Q=0.5m3/giờ, P làm việc 50bar; Công suất động cơ lai bơm cao áp phải >2,1Kw. Từ kết quả tính toán trên và căn cứ các loại bơm thong dụng có sẵn trên thị trường ta chọn Bơm cao áp Lutian 18MT17.5-3T: Công suất 3Kw (1 pha); Áp lực tối đa 120bar; Điện áp 220V; Lưu lượng nước: 15.4 lít/phút; Trọng lượng tịnh: 56kg; Dây dẫn cao áp: 12m; Sản phẩm đạt chất lượng ISO 9001:2000. Tính toán lựa chọn bình tích áp, kết quả như sau: Tính chọn được bình tích áp hệ thống thể tích >22.1 lít; Thông số bình tích: NXQ2 L25-20H; Dung tích: 25 lít; Áp suất làm việc 50 bar; Áp suất thiết kế 150bar (loại thong dụng trên thị trường).

Theo đó nhóm nghiên cứu thiết kế bộ đầu bịt thử áp Ø1600 gồm: Vành kẹp; nút bịt ống; Vành đè zoăng; Zoăng làm kín. Trong đó nhóm nghiên cứu tính toán lựa chọn zoăng làm kín là Vật liệu zoăng silicon (polymer polydimethyl siloxane): Cao su silicone là vật liệu đàn hồi có tính kháng nhiệt và uốn dẻo ở nhiệt độ thấp tốt nhất, có khả năng chịu bền kéo nén tốt, chịu được nhiều môi trường hóa chất. Độ cứng: qua thực tế sử dụng nhận thấy zoăng silicon có độ cứng 40 Shore có độ nén ép vừa đủ giúp quá trình lắp đặt dễ dàng và chịu được áp suất thử lên đến 50 ÷ 60bar. Kích thước: để lắp đặt bộ thử áp Ø1600 cần phải lồng zoăng vào thân ngoài của ống mẫu và đảm bảo zoăng bám chặt trên thân, vì vậy ta chon đường kính trong là Ø1500mm, đường kính sợi zoăng Ø35mm, đường kính ngoài Ø1570mm.

Sau khi lắp đặt xong 01 bộ đầu bịt vào mẫu thử.

Về tính toán nắp bịt ống: Vật liệu: thép Q345; Do các bộ đầu thử áp được vận chuyển và lắp ráp ngoài công trường có sự va đập nên để đảm bảo cứng vững ta chọn k=12mm >10,22mm, điều kiện bền được đảm bảo; Tính toán thiết kế Vành kẹp: Vật liệu chế tạo: thép Q345; Để đảm bảo cứng vững và chịu va đập ngoài công trường ta chọn t = 16mm; Khe hở h giữ các mảnh của vành kẹp đảm bảo khi vặn xiết bu lông đủ để răng bấu sâu vào thân mẫu từ 8-10mm. Vì vậy ta chọn h = 20mm; Tính toán vành đè zoăng: Vành đè zoăng có nhiệm vụ tỳ đè kẹp chặt giúp zoăng không bi trượt, tuột gây rò rỉ nước trong quá trình thử áp. Việc tỳ kẹp nhiều hay ít được thực hiện bằng cách điều chỉnh xiết hệ thống 18 bu lông M16 phân bố đều trên toàn bộ vành đè zoăng. Với những vị trí zoăng làm kín mà tại đó đường kính ống nhỏ hơn 1600mm (do độ ô van) ta phải tăng độ nén ép zoăng tại đó bằng cách xiết bu lông M16 để tăng lực tỳ đè lên zoăng.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình thử áp theo hướng dẫn thử nghiệm độ bền áp suất trong cho ống và phụ tùng HDPE: Theo hướng đẫn thử nghiệm đã xây dựng ta có: nhiệt độ thử: 200^oC, thời gian thử nghiệm là 100 giờ, áp suất thử 1,6xPN= 1,6x10=16bar. Cài đặt áp suất bật và tắt bơm cấp áp: Áp suất thử nghiệm là 16bar±0,5 nên ta đặt áp suất hệ thống đạt 16,50 bar thì bơm ngừng hoạt động, khi áp suất hệ thống giảm trong quá trình thử do mẫu ống bị giãn nở xuống đến áp suất đến 15,50 bar sẽ tự động bật bơm. Tiến hành công tác thử áp thực hiện theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Điền đầy nước: Yêu cầu chỉ được phép thực hiện bước điền đầy nước sau khi đã lắp đặt hoàn thiện toàn bộ mẫu thử; Mở van xả khí trên đầu bịt; Bật bơm, nạp đầy nước vào mẫu thử; Sau khi mẫu thử đã được nạp đầy nước và khí đã được đẩy hết ra ngoài, tiến hành đóng van xả khí, van nạp nước lại; Kiểm tra độ kín nước của tất cả các khớp nối đường ống, van, bơm,…

Giai đoạn 2: Tăng áp thử:  Kết nối trạm cấp áp di động vào đầu bịt đã lắp ráp trên mẫu thử; Khuyến cáo: Nhằm tránh hiện tượng gia tăng áp đột ngột có thể ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống ống, tốc độ tăng áp nên phù hợp cho từng cỡ ống.

Giai đoạn 3: Ổn định áp lực thử cho hệ thống thử: Duy trì áp suất thử nghiệm 15,5bar ≤ Pt ≤ 16,5bar này trong suốt thời gian To=100 giờ. Trong giai đoạn 3 này, áp thử nghiệm trong hệ thống có thể giảm từ 16,5bar về 15,5bar khi đó bình tích năng có nhiệm vụ bổ sung thêm nước để duy trì áp thử trong hệ thống luôn đạt giá trị Pt.

Giai đoạn 4: Đánh giá mẫu thử: Mẫu thử đạt yêu cầu, sau thời gian thử nghiệm 100h không được rò rỉ, không gãy vỡ ở áp suất Pt: 15,5bar ≤ Pt ≤ 16,5bar.

Kết quả thử nghiệm và giấy chứng nhận kiểm định: Bộ đầu bịt thử áp θ1600 đảm bảo thử được ống và phụ tùng HDPE đường kính 1,6m theo đúng tiêu chuẩn ISO1167:2006. Trạm cấp áp di động khả năng cấp áp 50 bar, độ dao động áp suất ±1bar. Đơn vị chứng nhận, kiểm định: Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng Hải Phòng. Giấy chứng nhận và biên bản thử nghiệm trạm cấp áp có thể cấp được áp suất 50±1bar. Giấy chứng nhận và biên bản thử nghiệm Bộ đầu bịt thử áp θ1600 có thể thử nghiệm được cho ống và phụ tùng HDPE đường kính 1,6m, áp suất làm việc tối đa 16bar. Giấy kiểm định và hồ sơ lý lịch của bình tích năng lượng. Giấy kiểm định Áp kế. Giấy hiệu chuẩn Đồng hồ hiện thị áp, senser áp lực. Giấy kiểm định thử nghiệm tử điện: điện trở cách điện, độ bền điện áp, đo điện trở đất chống tĩnh điện.

Thiết bị thử khả năng chịu áp suất thủy tĩnh di động cho ống và phụ tùng HDPE có đường kính 1,4m đến 2m đã được thiết kế chế tạo đáp ứng nhu cầu thử nghiệm của công ty Cổ phần Nhựa Thiếu Niên Tiền Phong: Thử nghiệm kiểm tra sản phẩm ống và phụ tùng HDPE đường kính 1,4m đến 2m ngay tại Phòng Quản lý Chất lượng nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm trước khi cung cấp ra thị trường tiêu thụ. Thử nghiệm kiểm tra hệ thống tuyến ống HDPE đã được lắp đặt tại công trường nhằm đảm bảo việc lắp ghép, kết nối của hệ thống đúng kỹ thuật, không rò rỉ nước và chịu được áp suất đúng thiết kế.

Kết quả của đề tài sẽ được lần lượt ứng dụng và tiếp tục cải tiến, phát triển các phiên bản sau với các tính năng ưu việt hơn nữa vào thực tiễn sản xuất tại các nhà máy của công ty cổ phần nhựa Thiếu niên Tiền phong trên toàn quốc. Sản phẩm của đề tài khi được đưa vào sản xuất sẽ là nguồn cung cấp sản phẩm ổn định, chất lượng đáp ứng được hầu hết các dự án xây dựng trong nước và nâng cao được năng lực nội địa hóa. 

.Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ./.