Xi lanh composite sợi carbons được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chữa cháy, lặn biển, hàng không vũ trụ và lưu trữ khí công nghiệp. Chúng được ưa chuộng vì thiết kế nhẹ và độ bền cao so với các bình kim loại truyền thống. Hiểu được các định mức áp suất chính—áp suất làm việc, áp suất thử nghiệm và áp suất nổ—là điều cần thiết để đảm bảo sử dụng an toàn và hiệu quả. Bài viết này giải thích các khái niệm về áp suất này và các quy trình liên quan đến sản xuất và thử nghiệmxi lanh sợi carbons.
1. Áp suất làm việc: Giới hạn hoạt động
Áp suất làm việc là áp suất tối đa axi lanh sợi carbonđược thiết kế để xử lý an toàn trong quá trình sử dụng thường xuyên. Đây là áp suất mà bình được nạp đầy và sử dụng mà không có nguy cơ hỏng hóc về mặt cấu trúc.
Hầu hếtxi lanh sợi carboncó phạm vi áp suất làm việc giữa3000 psi (207 bar) và 4500 psi (310 bar), mặc dù một số xi lanh chuyên dụng có thể có mức đánh giá thậm chí còn cao hơn.
Áp suất làm việc của xi lanh được xác định bởi các yếu tố như độ bền vật liệu, độ dày của các lớp composite và ứng dụng dự định. Ví dụ,bình khí sử dụng trong SCBA(thiết bị thở tự cung cấp) dành cho lính cứu hỏa thường có áp suất làm việc là4500 psi (310 bar)để cung cấp nguồn không khí mở rộng trong trường hợp khẩn cấp.
Để đảm bảo an toàn, người dùng không bao giờ được vượt quá áp suất làm việc định mức trong quá trình nạp lại hoặc sử dụng. Áp suất quá mức có thể làm giảm tuổi thọ của bình hoặc dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng.
2. Kiểm tra áp suất: Xác minh tính toàn vẹn của cấu trúc
Áp suất thử nghiệm là áp suất mà một xi lanh được thử nghiệm trong quá trình sản xuất hoặc kiểm tra định kỳ để xác minh tính toàn vẹn về cấu trúc của nó. Thông thường, đây là1,5 đến 1,67 lần áp suất làm việc.
Ví dụ:
- Một hình trụ có mộtÁp suất làm việc 4500 psi (310 bar)thường được thử nghiệm tại6750 psi (465 bar) đến 7500 psi (517 bar).
- Một hình trụ có mộtÁp suất làm việc 3000 psi (207 bar)có thể được thử nghiệm tại4500 psi (310 bar) đến 5000 psi (345 bar).
Kiểm tra thủy tĩnh là phương pháp phổ biến nhất để kiểm tra xi lanh. Phương pháp này bao gồm việc đổ đầy nước vào xi lanh và tăng áp suất lên áp suất thử nghiệm. Độ giãn nở của xi lanh được đo để đảm bảo rằng nó vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Nếu xi lanh giãn nở vượt quá thông số kỹ thuật, nó được coi là không an toàn và phải ngừng sử dụng.
Tiêu chuẩn công nghiệp yêu cầu phải kiểm tra thường xuyên. Trong hầu hết các trường hợp, xi lanh sợi carbon phải trải qua thử nghiệm thủy tĩnh mỗi3 đến 5 năm, tùy thuộc vào yêu cầu quản lý của từng khu vực cụ thể.
3. Áp suất nổ: Biên độ an toàn
Áp suất nổ là áp suất mà tại đó một xi lanh sẽ bị hỏng và vỡ. Áp suất này thường là2,5 đến 3 lần áp suất làm việc, cung cấp một biên độ an toàn đáng kể.
Ví dụ:
- A Xi lanh 4500 psi (310 bar)thường có áp suất nổ là11.000 psi (758 bar) đến 13.500 psi (930 bar).
- A Xi lanh 3000 psi (207 bar)có thể có áp suất nổ của7500 psi (517 bar) đến 9000 psi (620 bar).
Các nhà sản xuất thiết kế các bình chứa có áp suất nổ cao này để đảm bảo chúng có thể chịu được áp suất quá mức đột ngột hoặc điều kiện khắc nghiệt mà không bị hỏng ngay lập tức.
4. Quy trình sản xuấtXi lanh sợi carbons
Việc sản xuấtxi lanh sợi carbons bao gồm nhiều bước để đảm bảo độ bền và độ chắc chắn cao:
- Hình thành lớp lót– Lớp lót bên trong thường được làm bằng nhôm hoặc nhựa, được định hình và chế tạo thành cấu trúc cơ bản.
- Bọc sợi carbon– Các sợi carbon có độ bền cao được tẩm nhựa và quấn chặt quanh lớp lót thành nhiều lớp để gia cố.
- Quá trình đóng rắn– Hình trụ được bọc được xử lý trong lò để làm cứng nhựa, liên kết các sợi với nhau để có độ bền tối đa.
- Gia công & Hoàn thiện– Xi lanh trải qua quá trình gia công chính xác để thêm ren van và các quy trình hoàn thiện như phủ bề mặt.
- Kiểm tra thủy tĩnh– Mỗi bình chứa đầy nước và được nén để kiểm tra áp suất nhằm đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc.
- Kiểm tra rò rỉ và siêu âm– Các thử nghiệm bổ sung như quét siêu âm và phát hiện rò rỉ khí được thực hiện để kiểm soát chất lượng.
- Chứng nhận & Đóng dấu– Khi một bình đã vượt qua mọi thử nghiệm, bình sẽ nhận được dấu chứng nhận cho biết áp suất làm việc, áp suất thử nghiệm và ngày sản xuất.
5. Tiêu chuẩn thử nghiệm và an toàn
Xi lanh sợi carbonphải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn của ngành, bao gồm:
- DOT (Bộ Giao thông Vận tải, Hoa Kỳ)
- TC (Bộ Giao thông Vận tải Canada)
- EN (Tiêu chuẩn Châu Âu)
- ISO (Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế)
- GB (Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc)
Mỗi cơ quan quản lý đều có các yêu cầu cụ thể về khoảng thời gian thử nghiệm và thử lại để đảm bảo an toàn lâu dài.
Phần kết luận
Hiểu được áp suất làm việc, áp suất thử nghiệm và áp suất nổ là rất quan trọng khi sử dụngxi lanh sợi carbons. Các mức áp suất này đảm bảo hoạt động an toàn của xi lanh trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các quy trình sản xuất và thử nghiệm phù hợp đảm bảo rằng các xi lanh này vẫn đáng tin cậy trong điều kiện áp suất cao.
Người dùng phải luôn tuân thủ hướng dẫn của nhà sản xuất, tuân thủ lịch kiểm tra lại và xử lý bình một cách cẩn thận để tối đa hóa tuổi thọ của bình và đảm bảo an toàn trong hoạt động hàng ngày. Bằng cách duy trì các biện pháp thực hành tốt nhất này,xi lanh sợi carbonsẽ tiếp tục cung cấp các giải pháp nhẹ và có độ bền cao cho các ngành công nghiệp dựa vào lưu trữ khí nén.
Thời gian đăng: 10-02-2025