Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, vật liệu compozit ra đời. Với ưu điểm là vật liệu kết hợp nên vật liệu Composite có thể chủ động thiết kế và gia công ra những sản phẩm có khả năng chịu lực tối ưu mang đến nhiều ưu điểm như: Độ bền riêng cao, khối lượng nhẹ, có khả năng làm việc trong các môi trường khắc nghiệt...Điều này được thể hiện rất rõ với bình chịu áp tròn xoay được làm bằng vật liệu composite với công nghệ quấn. Trong công tác cứu hộ cứu nạn, phòng cháy chữa cháy, các trường hợp tai nạn có khí độc thì môi trường khắc nghiệt xung quanh nguy hiểm cho quá trình hô hấp của con người. Để bảo vệ đường hô hấp, thị giác và cứu người, sử dụng thiết bị thoát hiểm khẩn cấp. Trong cụm thiết bị thoát hiểm thì bình dưỡng khí chịu áp suất cao là chi tiết quan trọng nhất, có vai trò chính và quyết định khả năng làm việc của thiết bị, bình này trên thực tế thường có dạng hình trụ. Việc nghiên cứu các bình chịu áp có kết cấu tròn xoay trên thế giới khá phong phú và đa dạng, tuy nhiên chưa tìm thấy được một quy trình công nghệ hoàn chỉnh để thiết kế các kết cấu kiểu này, đặc biệt là trong quy trình tính toán thiết kế bình chịu áp bằng vật liệu composite các tác giả chưa đưa ra vùng tham số phục vụ cho quá trình thiết kế. Ở Việt Nam việc tính toán thiết kế các bình chịu áp tròn xoay mới đang ở giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu, bình thoát hiểm hình trụ làm bằng vật liệu composite với công nghệ quấn trắc địa đã được nghiên cứu, tuy nhiên công nghệ này rất phức tạp nên chỉ phù hợp trong sản xuất đơn chiếc.

Xuất phát từ những lí do trên, nhóm nghiên cứu do ThS. Trần Thị Thanh Vân đứng đầu cùng với Trường Đại học Hàng hải Việt Nam (Bộ Giao thông Vận tải) đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị thoát hiểm khẩn cấp trên tàu biển được làm bằng vật liệu compozit thay thế hàng nhập khẩu” nhằm đưa ra giải pháp kết cấu và công nghệ để chế tạo các bình chịu áp bằng Composite phục vụ cho thiết bị thoát hiểm khẩn cấp phù hợp với điều kiện hiện có ở Việt Nam là vấn đề mang tính cấp thiết.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đã hoàn thành các nội dung công việc và mục tiêu theo đăng ký. Một số kết quả khoa học và thực tế đạt được như sau:

1. Đã phân tích điều kiện làm việc, đặc điểm cấu tạo của hệ thống thoát hiểm trên tàu, nhận thấy, bình áp lực của thiết bị thoát hiểm là chi tiết quan trọng nhất, đòi hỏi hàm lượng khoa học cao nhất- cần được nghiên cứu. Theo xu thế, bình áp lực của hệ khí tài dưỡng khí được chế tạo từ vật liệu composite cốt sợi độ bền cao/nền polymer bằng công nghệ quấn, nhờ đó, tăng khả năng chịu áp (chứa khi nén nhiều hơn), giảm khối lượng bình nên tăng được hiệu năng sử dụng. Do đặc thù của vật liệu composite là “Vật liệu- Kết cấu- Công nghệ” có quan hệ gắn kết và không thể tách rời, nên để chế tạo được sản phẩm bình áp lực composite theo công nghệ quấn cần phải nghiên cứu bài toán thiết kế kết cấu, từ đó, làm nền cho xác định các thông số công nghệ.

2. Từ kế thừa các thành tựu KHCN thế giới liên quan, đề tài đã xây dựng lý thuyết chung cho thiết kế bình chịu áp hình trụ dùng cho thiết bị thoát hiểm khẩn cấp trên tàu. Trong đó:

- Đã thiết lập được hệ phương trình toán mô tả biên dạng cơ sở của đáy phù hợp cho các trường hợp quấn trắc địa, phi trắc địa và quấn phẳng;

- Đã đề xuất được giải pháp hiệu chỉnh biên dạng đáy do hiện tượng uốn cong của đường cong biên dạng cơ sở đáy;

- Đã thiết lập được công thức xác định chiều dày các lớp quấn (quấn xoắn, quấn ngang) trên phần hình trụ và phần đáy bình phụ thuộc vào góc quấn, áp suất phá hủy và độ bền vật liệu compozit;

- Đã thiết lập các công thức cần thiết phục vụ cho quá trình kiểm soát và điều khiển các thông số công nghệ gồm: quan hệ góc quay trục quấn với tọa độ z trên phần trụ; góc quay trục quấn toàn thể khi rải băng sợi trên phần hình trụ; góc quay trục quấn khi rải băng sợi trên đáy; số vòng quấn xoắn trong một lớp quấn; số lớp quấn xoắn; số vòng quấn ngang trong một lớp quấn; số lớp quấn ngang.

3. Từ lý thuyết chung, đề tài đã tiến hành tính toán thiết kế một loại bình áp lực cho thiết bị thoát hiểm trên tàu theo đăng ký có thể tích 2,2 lít, áp suất làm việc là 21 MPa, được chế tạo từ composite cốt sợi thủy tinh S/nền epoxy. Bình áp lực được thử nghiệm, kết quả khẳng định, mô hình toán cho thiết kế bình chịu áp hình trụ dùng cho thiết bị thoát hiểm là tin cậy.

4. Tiến hành lựa chọn phụ kiện của hãng Huayan và lắp ráp thiết bị thoát hiểm khẩn cấp.

Như vậy, Đề tài đã giải quyết tương đối hoàn chỉnh mối quan hệ Vật liệu-Kết cấu Công nghệ thông qua tổng hợp cơ sở lý thuyết, xây dựng các mô hình tính toán kết cấu và công nghệ quấn bình composite chịu áp dùng cho thiết bị thoát hiểm khẩn cấp trên tàu. Đề tài đã chế tạo thành công bình composite dùng cho thiết bị thoát hiểm khẩn cấp trên tàu có dung tích 2,2 lít và khả năng chịu áp suất đến 31,5Mpa, bình chịu áp phù hợp và đảm bảo khả năng làm việc của cụm thiết bị.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18936/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)