Morské nové materiály: Morský kov - zliatina tanium

Materiály používané v morskom inžinierstve musia mať vysokú pevnosť, odolnosť voči hydrotermálnej korózii morskej vody, korózii sulfidu, mikrobiálneho pripútania a vykazujú vysokú húževnatosť. Titán, ktorý je ľahký, silný a odolný voči korózii, najmä voči korozívnym účinkom slanej vody, morskej vody a morského atmosférického prostredia-je vynikajúcim ľahkým štrukturálnym materiálom. Titanium, známy ako „morský kov“, je kritickým strategickým materiálom. Všeobecne sa používa v morskom inžinierstve a je obzvlášť vhodný pre ľahké pobrežné vybavenie, vďaka čomu je jedným z kľúčových nových materiálov v teréne. Preto plné využitie zliatin titánu a titánu ako morských materiálov významne prispieva k rozvoju národných morských stratégií.

Aplikácie zliatin titánu v morskom inžinierstve

1. Aplikácie v námorných lodiach

Aplikácia zliatin titánu pri stavbe lodí sa začala v 60. rokoch 20. storočia, približne o desať rokov neskôr ako v leteckom priemysle. Spojené štáty, Rusko, Japonsko a Čína boli medzi prvými krajinami, ktoré skúmali titánové aplikácie v námorných plavidlách.

A. Konštrukčné materiály pre trup
Titánske trupy v porovnaní s tradičnými materiálmi, ako sú plasty vystužené z vlákien, hliníkové zliatiny a oceľ, sú ľahšie, umožňujú zvýšenú kapacitu užitočného zaťaženia, majú dlhší servisný životnosť, vyžadujú minimálnu údržbu a sú odolné voči morskému biofoulingu. Napríklad titánové rybárske plavidlá postavené japonskou technológiou Nippon Steel, Toho a ETO Shipbuilding obsahujú trupy, paluby a konštrukčné komponenty úplne vyrobené z titánu. „Titan Fast“ Speedboat, ktorý postavil priemysel Nissei, je dlhý približne 12 metrov s efektívnym trupom, ktorý minimalizuje ťah.

B. čerpadlá, ventily, potrubia a ďalšie komponenty
Na námorných nádobách, čerpadlách, ventiloch a potrubiach často pracuje za tvrdých podmienok. Tradičné potrubie medi alebo z nehrdzavejúcej ocele trvá iba 2–5 rokov. Titanium ponúka vynikajúcu odolnosť proti korózii a erózii, dobrú pevnosť výťažku a nízku hustotu, vďaka čomu je ideálny pre rúry a príslušenstvo s malými stienmi, s malými priemermi. Titaniové potrubné systémy významne znižujú hmotnosť, predĺžia životnosť a zvyšujú spoľahlivosť. Napríklad skúmavky s kondenzátorom titánu vážia asi polovicu až po trubice meďnatého B30. Vojenské použitie ukázalo, že potrubné systémy zliatiny titánu majú vynikajúcu mechanickú pevnosť a odolnosť proti korózii, pričom životnosť servisu presahuje 120, 000 hodiny (viac ako 40 rokov), ďaleko pretrvávajúce komponenty medi alebo z nehrdzavejúcej ocele.

C. Power pohonné systémy
Použitie zliatin titánu pre vrtule a hriadele zlepšuje rýchlosť pohonu a životnosť. Americké námorníctvo zamestnáva titánové vrtule na rôznych plavidlách, vrátane odnímateľných superdajiteľských vrtule so štyrmi čepeľami pre hydrofoily 1 500 mm s priemerom. Zliatiny titánu sa tiež používajú vo vodných dýzových systémoch, ako napríklad Ti -6 al -4 v systému na japonskom "Pt -10" torpedo lode, ktorá znížila hmotnosť hriadeľa o 600 kg. Ruská jadrová poháňaná ľadobcovi obsahuje aj titánové parné motory. Titánové pohonné systémy znižujú indukované prúdy a vyhýbajú sa spusteniu magnetických baní, čo je problém so zliatinami medi.

Čína začala v 60. rokoch 20. storočia výskum vrtule a do roku 1972 vyvinula vrtule titánovej zliatiny pre hydrofoilové lode. V súčasnosti môže Čína vyrábať pevné vrtule zliatiny titánovej zliatiny s priemerom do 1 200 mm a vážiť 130 kg. Na torpédových člnoch typu 25 nahradili zliatiny titánu AK -27 zliatiny ocele a medi, zníženie hmotnosti o 30–40%, predĺženie servisnej životnosti, eliminovanie potreby povlakov, odstránenie biofoulingu a zjednodušenie údržby.

Sonar
Sonar kapotáže sú efektívne kryty, ktoré znižujú hydrodynamický hluk a chránia sonarové vybavenie. Musia vykazovať vynikajúcu akustickú priehľadnosť. V súčasnosti čínske námorné plavidlá používajú plastové sonarové kupoly vystužené z nehrdzavejúcej ocele alebo vlákna. Zatiaľ čo Rusko kedysi používala sklolaminát, teraz používa predovšetkým kupoly zliatiny titánu. Používajú sa na plavidlá, ako sú ruské „Kursk“, „Minsk“ a „Kyjev“ lietadlových dopravcov.

2. Hlbokomorské ponorky

V rámci programu Číny „863“, inštitút 702 spoločnosti China Building Industry Corporation Corporation vyvinul 7, 000- meter ponoril so špeciálnymi zliatinami titánu. Meranie 8 metrov dlhých, 3,4 metrov vysoké a široké 3 metre, vydrží 710 ton tlaku a integruje špičkové technológie. Sférická kabína s posádkou, ktorá je schopná vydržať 700 atmosféry tlaku, podporuje systém podpory života porovnateľný s tými, ktoré sa používajú v vesmírnych misiách.

3. Kondenzátory

Podľa UNESCO dosahuje globálna energetická kapacita oceánu 76,6 miliárd kW. V pobrežných a jadrových elektrárňach sú kondenzátory dôležitými komponentmi využívajúcimi morskú vodu ako chladivo. Tradičné oceľové a medené zliatinové kondenzátory trpia zlým odporom korózie morskej vody. Trvanlivosť a odolnosť proti korózii titánu je pre tieto aplikácie ideálna. Približne 3–4% svetových tepelných a vodných elektrární používa titánové kondenzátory a 30% jadrových elektrární. V Číne používajú rastliny ako Taizhou, Zhenhai, Qinshan a Daya Bay kondenzátory z dôvodu vynikajúcej odolnosti proti korózii, dlhej životnej životnosti, vysokej účinnosti prenosu tepla, bezpečnosti a znížených potrieb údržby.

4. Jadrové ponorky

Rusko vedie v technológii jadrovej ponorkovej technológie zliatiny titánu. Bol to prvý, kto použil zliatinu titánu pre tlakové trupy, počnúc 60. roky. Prvá jadrová ponorka na svete na svete, K -162, ktorá bola uvedená na trh v roku 1968, fungovala viac ako 30 rokov bez incidentu. Podmorské ponorky Alfa, skonštruované v 70. a 180. rokoch 20. storočia, sa používali približne 3, 000 ton titánu a mohlo by sa ponoriť na 914 metrov. Ruské ponorky Typhoon triedy sú vybavené dvojitými trupmi vyrobenými z približne 9, 000 ton titánu, ktoré ponúkajú nemagnetické vlastnosti, schopnosti hlbokého potápania, vysoké rýchlosti, nízky hluk a zníženú údržbu.

Juhozápadný výskumný inštitút (SWRI) v USA vyvinul ponoru hlbokomoru s posádkou pomocou elitánej zliatiny Eliti -64. 2. 1- sférická kabína s priemerom merača pojme troch ľudí a môže sa ponoriť do hĺbok 6 500 metrov.

5. Stanice hlbokomorského mora

Mobilné vesmírne stanice, často nazývané „Tiangong“ oceánu, sa používajú na morský vedecký prieskum. Od 60. rokov 20. storočia majú USA a Sovietsky zväz rozšírené systémy staníc s hlbokomorským morom. Rusko's 2 000 Dizajn cielený extrakcia ľadového oceánu. Čína navrhla koncept v 90. rokoch pre pokojný rozvoj morských zdrojov. Tieto stanice sa veľmi spoliehajú na materiály zliatiny titánu. „13. päťročný plán“ a „2030 hlavných inovácií v oblasti vedeckých a technologických inovácií“ zdôrazňujú výstavbu hlbokomorských staníc a odhaduje viac ako 4 000 ton titánových materiálov na hlavnú stanicu.

6. Odsoľovanie morskej vody

Odsoľovanie morskej vody je rozhodujúce v suchých oblastiach, ako je Blízky východ. Najspoľahlivejšou a najpoužívanejšou metódou je viacstupňová destilácia Flash (MSF), ktorá zahŕňa komponenty, ako sú ohrievače morskej vody, jednotky na regeneráciu tepla a rôzne kondenzátory. Tieto komponenty, ktoré boli pôvodne vyrobené z zliatin z medi, sa teraz bežne vyrábajú s titánom kvôli jeho odolnosti proti korózii, najmä vo vysokej teplote, vysokej slabilite a chlórovanom prostredí. Titanium je teraz preferovaným materiálom pre výmenníky tepla v odsoľovacích systémoch.

S rýchlym rastom pobrežného petrochemického a energetického priemyslu morská voda čoraz viac nahrádza sladkú vodu ako chladiace médium. Vzhľadom na korozivitu morskej vody sa tradičná uhlíková oceľ alebo hadičky z nehrdzavejúcej ocele rýchlo znižujú, čo spôsobuje zlyhanie zariadenia, časté odstavenia a ekonomické straty. Inovácia na titánové hadičky významne rozširuje životnosť výmenníka tepla a zvyšuje účinnosť.

7. Offshore vŕtacie platformy

Zliatiny titánu sú ideálne pre morské vŕtacie systémy kvôli ich vysokej sile, nízkej hustote, vynikajúcej odolnosti proti korózii a húževnatosti. Komponenty, ako sú stúpačky, vŕtacie potrubia a stresové kĺby, majú úžitok z kompozitov titánu alebo titánovej ocele, zlepšujú výkonnosť a znižujú náklady.

(1) stúpačky morských vŕtacích
Titánové stúpačky sú ľahké, odolné voči poškodeniu a ľahko sa kontrolujú. Najprv v Severnom mori sa najpraktickejšie používajú najpraktickejšie aplikácie z nehrdzavejúcej ocele\/titánu alebo kompozitného\/titánového hybridného stúpača z dôvodu nákladov.

(2) Vŕtacie potrubia
Pri vŕtaní s krátkym rádiom (do 18 m) trpia konvenčné vŕtacie rúry z nehrdzavejúcej ocele skorou únavou. Americké RTI vyvinuli vŕtacie potrubia titánu kombinujúce titán 5. stupňa s oceľovými spojmi CR-MO, čím sa znížilo lepenie a opotrebenie pri udržiavaní húževnatosti. V roku 1999 bolo 10 jamiek s krátkym rádiom úspešne vyvŕtaných s použitím 73 mm titánových potrubí. Neskôr potrubia malé ako 63,5 mm vyvŕtané ešte prísnejšie vrstvy. Nemagnetická povaha titánu má tiež prospech o prieskum. Titanium rozširuje hĺbku vŕtania vertikálne na 9,1 km (oproti 6,1 km pre oceľ) a vodorovne na 9,1 km. Potrubia väčšieho priemeru znižujú zdvíhaciu silu a krútiaci moment o 30–40% a prekonávajú obmedzenia hydraulického prenosu.