Jūras jauni materiāli: jūras metāls - titānija sakausējums

Jūras inženierijā izmantotajiem materiāliem jābūt ar lielu izturību, izturībai pret jūras ūdens hidrotermisko koroziju, sulfīdu koroziju, mikrobu stiprinājumu un augstu izturību. Titāns, kas ir viegls, spēcīgs un izturīgs pret koroziju, īpaši imūns pret sālsūdens, jūras ūdens un jūras atmosfēras vides korozīvo iedarbību-ir lielisks viegls struktūras materiāls. Pazīstams kā "jūras metāls", titāns ir kritisks stratēģisks materiāls. To plaši izmanto jūras inženierijā un ir īpaši piemērots vieglam ārzonas aprīkojumam, padarot to par vienu no galvenajiem jaunajiem materiāliem šajā jomā. Tāpēc titāna un titāna sakausējumu pilnībā izmantošana kā jūras materiāli ievērojami veicinās nacionālo jūras stratēģiju attīstību.

Titāna sakausējumu pielietojumi jūras inženierijā

1. Pieteikumi jūras kuģos

Titāna sakausējumu piemērošana kuģu būvē sākās 60. gados, apmēram desmit gadus vēlāk nekā kosmiskās aviācijas nozarē. Amerikas Savienotās Valstis, Krievija, Japāna un Ķīna bija vienas no pirmajām valstīm, kas pētīja titāna lietojumprogrammas jūras kuģos.

A. Korpusa konstrukcijas materiāli
Titāna korpusi, salīdzinot ar tradicionālajiem materiāliem, piemēram, ar šķiedru pastiprinātu plastmasu, alumīnija sakausējumiem un tēraudu, ir vieglāki, ļauj palielināt kravas jaudu, tiem ir ilgāks kalpošanas laiks, nepieciešama minimāla uzturēšana un tie ir izturīgi pret jūras biofulēšanu. Piemēram, titāna makšķerēšanas kuģi, ko uzcēla Japānas Nippon Steel, Toho tehnoloģija un Eto kuģu būve, ir korpusi, klāji un konstrukcijas komponenti, kas pilnībā izgatavoti no titāna. "Titan Fast" ātrgaitas laiva, kuru uzbūvējis Nissei industrija, ir aptuveni 12 metrus gara ar racionalizētu korpusu, kas samazina vilkmi.

B. sūkņi, vārsti, cauruļvadi un citi komponenti
Jūras kuģos, sūkņus, vārstus un caurules bieži darbojas skarbos apstākļos. Tradicionālais vara vai nerūsējošā tērauda cauruļvads ilgst tikai 2–5 gadus. Titāns piedāvā izcilu koroziju un izturību pret eroziju, labu ražas stiprumu un zemu blīvumu, padarot to ideālu plānu sienu, maza diametra caurulēm un veidgabaliem. Titāna cauruļvadu sistēmas ievērojami samazina svaru, pagarina kalpošanas laiku un palielina uzticamību. Piemēram, titāna kondensatora caurules sver apmēram uz pusi vairāk nekā B30 vara-nickel caurules. Militārā lietošana parādīja, ka titāna sakausējuma cauruļvadu sistēmām ir lieliska mehāniskā izturība un izturība pret koroziju, un dienesta kalpošanas laiks pārsniedz 120, 000 stundas (vairāk nekā 40 gadu laikā), tālu no vara vai nerūsējošā tērauda komponentiem.

C. Jaudas piedziņas sistēmas
Titāna sakausējumu izmantošana dzenskrūviem un vārpstām uzlabo vilces ātrumu un kalpošanas laiku. ASV flote nodarbina titāna dzenskrūves uz dažādiem kuģiem, ieskaitot 1500 mm diametra noņemamos četru asmeņu dzenskrūves propellerus hidroboils. Titāna sakausējumi tiek izmantoti arī ūdens strūklas vilces sistēmās, piemēram, ti -6 al -4 v sistēma Japānas "Pt -10" torpēdas laivai, kas samazināja vārpstas svaru par 600 kg. Krievijas ar kodolieročiem darbināmiem ledlaužiem ir arī titāna tvaika dzinēji. Titāna vilces sistēmas samazina izraisītās strāvas un izvairās izraisīt magnētisko mīnu, kas ir vara sakausējumu problēma.

Ķīna sāka dzenskrūves pētījumu 60. gados un līdz 1972. gadam izstrādāja titāna sakausējumu dzenskrūves hidrofoil laivām. Mūsdienās Ķīna var ražot fiksētu titāna sakausējumu dzenskrūvi līdz 1200 mm diametrā un sver 130 kg. 25. tipa torpēdu laivās titāna sakausējumi aizstāja AK -27 tērauda un vara sakausējumus, samazinot svaru par 30–40%, paplašinot kalpošanas laiku, novēršot vajadzību pēc pārklājumiem, samazinot biofulinga noņemšanu un vienkāršojot uzturēšanu.

Sonāra kupoli
Sonāru apvalki ir pilnveidoti pārsegi, kas samazina hidrodinamisko troksni un aizsargā hidrolokatoru aprīkojumu. Tiem ir jāuzrāda lieliska akustiskā caurspīdīgums. Pašlaik ķīniešu jūras kuģi izmanto nerūsējošā tērauda vai stiklplasta pastiprinātus plastmasas hidrolokatoru kupolus. Kamēr Krievija savulaik izmantoja stikla šķiedru, tagad tā galvenokārt izmanto titāna sakausējuma kupolus. Tos izmanto tādiem kuģiem kā krievu "Kurskas", "Minsk" un "Kijevas" gaisa kuģu pārvadātāji.

2. Dziļās jūras iegremdējamās daļas

Ķīnas "863 programmas" ietvaros Ķīnas kuģu būves nozares korporācijas 702 institūts izstrādāja 7, 000- skaitītāju iegremdēšanu, kas izgatavots no īpašiem titāna sakausējumiem. Izmēra 8 metrus gara, 3,4 metrus augsta un 3 metrus plats, tas var izturēt 710 tonnas spiediena un integrēt vismodernākās tehnoloģijas. Apmeklētā sfēriskā kajīte, kas spēj izturēt 700 spiediena atmosfēras, atbalsta dzīvības atbalsta sistēmu, kas ir salīdzināma ar tiem, ko izmanto kosmosa misijās.

3. Kondensatori

Pēc UNESCO teiktā, globālā okeāna enerģijas jauda sasniedz 76,6 miljardus kW. Piekrastes un atomelektrostacijās kondensatori ir būtiskas sastāvdaļas, kuras kā dzesēšanas šķidrumu izmanto jūras ūdeni. Tradicionālie tērauda un vara sakausējuma kondensatori cieš no sliktas pretestības jūras ūdenī. Titāna izturība un izturība pret koroziju padara to ideālu šiem lietojumiem. Aptuveni 3–4% pasaules termisko un hidroelektrostaciju lieto titāna kondensatorus, un 30% atomelektrostaciju to dara. Ķīnā tādi augi kā Taizhou, Zhenhai, Qinshan un Daya Bay izmanto visu titānija kondensatorus, ņemot vērā to lielisko izturību pret koroziju, ilgu kalpošanas laiku, augstas siltuma pārneses efektivitāti, drošību un samazinātas apkopes vajadzības.

4. Kodol zemūdenes

Krievija ved titāna sakausējuma kodola zemūdens tehnoloģijā. Tas bija pirmais, kurš spiediena korpusiem izmantoja titāna sakausējumu, sākot ar 60. gadiem. Pasaulē pirmā visu titānija kodola zemūdene K -162, kas palaista 1968. gadā, ir darbojusies vairāk nekā 30 gadus bez starpgadījumiem. ALFA klases zemūdenes, kas konstruētas 70.-1980. Gados, tika izmantotas aptuveni 3, 000 tonnas titāna katra un varēja ienirt līdz 914 metriem. Krievijas taifūnu klases zemūdenēs ir dubultā korpusi, kas izgatavoti no aptuveni 9, 000 tonnām titāna, piedāvājot nemagnētiskus īpašības, dziļas niršanas iespējas, ātrgaitas ātrumu, zemu troksni un samazinātu apkopi.

Dienvidrietumu pētniecības institūts (SWRI) ASV izstrādāja apkalpotu dziļūdens zemūdens, izmantojot Eliti -64 titāna sakausējumu. 2. 1- metra diametra sfēriskā kajīte izmitina trīs cilvēkus un var ienirt līdz 6500 metru dziļumam.

5. dziļūdens stacijas

Jūras zinātniskās izpētei tiek izmantotas dziļūdens mobilās kosmosa stacijas, kuras bieži sauc par okeāna "Tiangong". Kopš 1960. gadiem ASV un Padomju Savienība ir attīstījušas dziļūdens staciju sistēmas. Krievijas 2 000 dizains mērķtiecīga Arktikas okeāna eļļas ekstrakcija. Ķīna 1990. gados ierosināja koncepciju mierīgai jūras resursu attīstībai. Šīs stacijas lielā mērā balstās uz titāna sakausējuma materiāliem. "13. piecu gadu plāns" un "2030 galvenie zinātnes un tehnoloģijas inovāciju projekti" uzsver dziļūdens staciju būvniecību, novērtējot vairāk nekā 4000 titāna materiālu uz galveno staciju.

6. Jūras ūdens atsāļošana

Jūras ūdens atsāļošana ir būtiska tādos sausos reģionos kā Tuvie Austrumi. Visuzticamākā un plaši izmantotā metode ir daudzpakāpju zibspuldzes (MSF) destilācija, kas ietver tādas sastāvdaļas kā jūras ūdens sildītāji, siltuma reģenerācijas vienības un dažādi kondensatori. Sākotnēji izgatavoti ar vara sakausējumiem, šie komponenti tagad parasti tiek izgatavoti ar titānu, pateicoties tā izturībai pret koroziju, īpaši augstas temperatūras, augstas sāļuma un hlorētas vidē. Titāns tagad ir vēlamais materiāls siltummaiņiem atsāļošanas sistēmās.

Strauji pieaugot piekrastes naftas ķīmijas un enerģijas rūpniecībai, jūras ūdens arvien vairāk aizstāj saldūdeni kā dzesēšanas vidi. Seawater korozijas dēļ tradicionālais oglekļa tērauds vai nerūsējošā tērauda caurules ātri noārdās, izraisot aprīkojuma kļūmi, biežu izslēgšanu un ekonomiskus zaudējumus. Jaunināšana uz titāna caurulēm ievērojami paplašina siltummaiņa kalpošanas laiku un uzlabo efektivitāti.

7. Jūras urbšanas platformas

Titāna sakausējumi ir ideāli piemēroti jūras urbšanas sistēmām, pateicoties to augstajai stiprībai, zemam blīvumam, lieliskai izturībai pret koroziju un izturību. Komponenti, piemēram, stāvvadi, urbšanas caurules un stresa savienojumi, gūst labumu no titāna vai titāna tērauda kompozītmateriāliem, uzlabojot veiktspēju un samazinot izmaksas.

(1) Jūras urbšanas stāvvadi
Titāna stāvvadi ir viegli, bojājumu izturīgi un viegli pārbaudīti. Vispirms plaši izmantoti Ziemeļjūrā, visnopietnākajos lietojumos izmaksu apsvērumu dēļ tiek izmantoti nerūsējošā tērauda\/titāna vai kompozītmateriālu\/titāna hibrīda stāvvadi.

(2) Urbšanas caurules
Īsas radiusa urbšanas laikā (jaunāki par 18 m) parastās nerūsējošā tērauda urbšanas caurules cieš no agrīna noguruma. ASV bāzētais RTI izstrādāja titāna urbšanas caurules, apvienojot 5. pakāpes titānu ar CR-MO tērauda savienojumiem, samazinot pielipšanu un nodilumu, saglabājot izturību. 1999. gadā, izmantojot 73 mm titāna caurules, tika veiksmīgi urbti 10 īslaicīgas akas. Vēlāk caurules, kas ir mazas kā 63,5 mm, izurbtas vēl stingrākas rādiusu akas. Titāna nemagnētiskais raksturs arī dod labumu izpētei. Titāns paplašina urbšanas dziļumu vertikāli līdz 9,1 km (pret 6,1 km tēraudam) un horizontāli līdz 9,1 km. Lielākas diametra caurules samazina celšanas spēku un griezes momentu par 30–40% un pārvar hidrauliskās pārraides ierobežojumus.