Nowe materiały morskie: metal morski - stop z

Materiały stosowane w inżynierii morskiej muszą mieć wysoką wytrzymałość, odporność na korozję hydrotermalną wody morskiej, korozję siarkow, przyczepność drobnoustrojów i wykazywać wysoką wytrzymałość. Tytan, będący lekkimi, silnymi i opornymi na korozję-szczególnie odporne na żrące skutki słonej wody, wody morskiej i morskiego środowiska atmosferycznego-jest doskonałym lekkim materiałem strukturalnym. Titanium, znany jako „metal morski”, jest krytycznym materiałem strategicznym. Jest szeroko stosowany w inżynierii morskiej i jest szczególnie odpowiedni do lekkiego sprzętu morskiego, co czyni go jednym z kluczowych nowych materiałów w terenie. Dlatego w pełni wykorzystanie stopów tytanu i tytanu jako materiałów morskich znacząco przyczyni się do rozwoju krajowych strategii morskich.

Zastosowania stopów tytanowych w inżynierii morskiej

1. Aplikacje na statkach marynarki wojennej

Zastosowanie stopów tytanowych na stoczni rozpoczęło się w latach 60. XX wieku, około dekadę później niż w branży lotniczej. Stany Zjednoczone, Rosja, Japonia i Chiny były jednymi z pierwszych krajów, które badały zastosowania tytanu w naczyniach morskich.

A. Materiały konstrukcyjne kadłuba
Kadłuby tytanowe, w porównaniu z tradycyjnymi materiałami, takimi jak tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami, stopy aluminium i stal, są lżejsze, pozwalają na zwiększoną pojemność ładunku, mają dłuższą obsługę, wymagają minimalnej konserwacji i są odporne na biofuling morski. Na przykład tytanowe naczynia rybackie zbudowane przez japońską Nippon Steel, Toho Technology i Eto Shipbuilding mają kadłuby, pokłady i komponenty strukturalne całkowicie wykonane z tytanu. „Titan Fast”, zbudowana przez przemysł Nissei, ma około 12 metrów długości z usprawnionym kadłubem, który minimalizuje opór.

B. pompy, zawory, rurki i inne komponenty
Na naczyniach morskich pompy, zawory i rury często działają w trudnych warunkach. Tradycyjne rurki miedzi lub ze stali nierdzewnej trwają tylko 2–5 lat. Tytan oferuje doskonałą odporność na korozję i erozję, dobrą granicę plastyczności i niską gęstość, dzięki czemu jest idealny do cienkościennych rur i złączek. Systemy rur tytanowych znacznie zmniejszają wagę, rozszerzają żywotność usług i zwiększają niezawodność. Na przykład rurki skraplacza tytanu ważą około połowy mniej niż rurki miedziane Nickel B30. Zastosowanie wojskowe wykazało, że systemy rur stopu tytanowego mają doskonałą wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję, przy czym długie długie serwisowe przekraczają 120, 000 (ponad 40 lat), daleko przetransponujące komponenty miedzi lub ze stali nierdzewnej.

C. Systemy napędu mocy
Używanie stopów tytanowych dla śmigieł i wałków poprawia prędkość napędu i żywotność. Marynarka wojenna USA zatrudnia śmigła tytanowe na różnych naczyniach, w tym odłączane super-kawiacyjne śmigierze o średnicy 1500 mm o średnicy. Stopy tytanowe są również używane w systemach napędowych odrzutowych, takich jak Ti -6 al -4 V System na japońskiej łodzi torpedowej „PT {6}}”, która zmniejszyła masę wału o 600 kg. Rosyjskie lodołamiki nuklearne mają również tytanowe silniki parowe. Tytanowe układy napędowe zmniejszają prądy indukowane i unikają wyzwalających kopalnie magnetyczne, co stanowi problem ze stopami miedzi.

Chiny rozpoczęły badania śmigła w latach 60. XX wieku, a do 1972 r. Opracowały śmigła stopu tytanu dla łodzi wodnych. Dzisiaj Chiny mogą wyprodukować stałe śmigiery stopu tytanu o średnicy do 1200 mm i waży 130 kg. Na łodziach torpedowych typu 25 stopy tytanowe zastąpiły stopy stali i miedzi AK -27, zmniejszając wagę o 30–40%, rozszerzając żywotność serwisową, eliminując potrzebę powłok, łagodzenie usuwania biofouling i upraszczanie konserwacji.

Sonar kopuły
Owiewki sonaru są usprawnione osłony, które zmniejszają hałas hydrodynamiczny i chronią sprzęt sonaru. Muszą one wykazywać doskonałą przezroczystość akustyczną. Obecnie chińskie naczynia morskie używają stali nierdzewnej lub plastikowych kopuł sonarowych wzmocnionych przez włókno szklane. Podczas gdy Rosja kiedyś korzystała z włókna szklanego, obecnie wykorzystuje głównie kopuły stopu tytanu. Są one stosowane na naczyniach, takich jak rosyjski „Kursk”, „Minsk” i „Kijowie” lotniskowcy.

2. Głębokie podwodne

W ramach chińskiego programu „863” Instytut 702 Corporation China Shipbuilding Corporation opracował miernik 7, 000- wykonany ze specjalnych stopów tytanowych. Mierząc 8 metrów długości, 3,4 metra wysokości i 3 metry szerokości, może wytrzymać 710 ton ciśnienia i zintegrować najnowocześniejsze technologie. Załoga kulistowa kabina, zdolna do wytrzymania 700 atmosfery ciśnienia, obsługuje system podtrzymywania życia porównywalnego z tymi stosowanymi w misjach kosmicznych.

3. Skraplacze

Według UNESCO globalna wydajność energii oceanicznej osiąga 76,6 miliarda kW. W elektrowniach przybrzeżnych i jądrowych skraplacze są istotnymi elementami wykorzystującymi wodę morską jako płyn chłodzący. Tradycyjne kondensatory stali i stopu miedzi cierpią na słabą odporność na korozję wody morskiej. Trwałość i odporność na korozję tytanu sprawiają, że jest idealny do tych zastosowań. Około 3–4% światowych elektrowni termicznych i wodnych wykorzystuje tytanowe skraplacze, a 30% elektrowni jądrowych robi. W Chinach rośliny takie jak Taizhou, Zhenhai, Qinshan i Daya Bay używają kondensatorów All-Titanium ze względu na ich doskonałą odporność na korozję, długą żywotność, wysoką wydajność przenoszenia ciepła, bezpieczeństwo i zmniejszone potrzeby w zakresie konserwacji.

4. Nuklearne okręty podwodne

Rosja prowadzi w technologii okrętu podwodnego stopu tytanu. Był to pierwszy, który użył stopu tytanu do kadłubów ciśnieniowych, począwszy od lat 60. XX wieku. Pierwsza na świecie podwodna nuklearna All-Titanium, K -162, uruchomiona w 1968 roku, działała ponad 30 lat bez incydentów. Okręty podwodne klasy Alfa, zbudowane w latach 70.–1980, używali około 3, 000 ton tytanu i mogą nurkować na 914 metrach. Rosyjskie okręty podwodne klasy tajfunowe mają podwójne kadłuby wykonane z około 9, 000 tony tytanu, oferujące nie-marszetyczne właściwości, możliwości głębokiego nurkowania, dużą prędkość, niską hałas i zmniejszoną konserwację.

Southwest Research Institute (SWRI) w Stanach Zjednoczonych opracował załogowy głębinowy zanurzalny za pomocą stopu tytanu eliti -64. Kabina sferyczna 2. 1- o średnicy mierników pomieści trzy osoby i może nurkować na głębokości 6500 metrów.

5. Stacje głębinowe

Głębokie mobilne stacje kosmiczne, często nazywane „tiangong” oceanu, są wykorzystywane do eksploracji naukowych morskich. Od lat 60. XX wieku USA i Związek Radziecki mają zaawansowane systemy stacji głębin. Rosja 2 000 ukierunkowana ekstrakcja oleju oceanicznego arktycznego. Chiny zaproponowały tę koncepcję w latach 90. na pokojowy rozwój zasobów morskich. Stacje te w dużej mierze opierają się na materiałach ze stopu tytanu. „13. pięcioletni plan” i „Projekty innowacyjne naukowe i technologiczne 2030” podkreślają budowę stacji głębinowej, szacując ponad 4000 ton materiałów tytanowych na stactwo główne.

6. Odsalanie wody morskiej

Odsalanie wody morskiej ma kluczowe znaczenie w suchych regionach, takich jak Bliski Wschód. Najbardziej niezawodną i szeroko stosowaną metodą jest wieloetapowe destylacja Flash (MSF), która obejmuje komponenty takie jak grzejniki wody morskiej, jednostki odzyskiwania ciepła i różne kondensatory. Pierwotnie wykonane ze stopów miedzi, komponenty te są obecnie powszechnie wytwarzane z tytanu ze względu na jego odporność na korozję, szczególnie w środowiskach o wysokiej temperaturze, wysokiej zawartości i chlorowanej. Tytan jest teraz preferowanym materiałem do wymienników ciepła w systemach odsalania.

Wraz z szybkim wzrostem przybrzeżnego przemysłu petrochemicznego i energetycznego wodę morską coraz częściej zastępuje słodką wodę jako medium chłodzące. Ze względu na korozję wody morskiej, tradycyjna stal węglowa lub rurki ze stali nierdzewnej szybko się degradują, powodując awarię sprzętu, częste zamknięcia i straty ekonomiczne. Uaktualnienie do rur tytanowych znacznie przedłuża żywotność wymiennika ciepła i poprawia wydajność.

7. Offshore Wiergonkowe platformy

Stopy tytanowe są idealne do morskich układów wiercenia ze względu na ich wysoką wytrzymałość, niską gęstość, doskonałą odporność na korozję i wytrzymałość. Komponenty, takie jak ptory, rury wiertnicze i stresy, korzystają z kompozytów tytanu lub stali tytanowej, poprawiając wydajność i zmniejszające koszty.

(1) Marine Wiergara
Tytanowe ptaki są lekkie, odporne na uszkodzenia i łatwo sprawdzane. Pierwszy szeroko stosowany na Morzu Północnym, większość praktycznych zastosowań wykorzystuje stal nierdzewną\/tytanową lub kompozytową\/tytanową hybrydową hybrydową ze względu na rozważania dotyczące kosztów.

(2) Rury wiertnicze
W wierceniu krótkim promieniem (poniżej 18 m) konwencjonalne rury wiertnicze ze stali nierdzewnej cierpią z powodu wczesnego zmęczenia. RTI oparte na USA opracowało rurki wiertnicze tytanowe łączące tytan klasy 5 ze stalowymi stalami CR-Mo, zmniejszając przyklejanie i zużycie przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości. W 1999 r. 10 studzienki o krótkim promieniu z powodzeniem wywiercono przy użyciu 73 mm rur tytanowych. Później rurki tak małe jak 63,5 mm wywierciły jeszcze mocniejsze promieniowanie. Niemagnetyczna natura tytanu również przynosi korzyści eksploracji. Tytan rozszerza głębokość wiertła pionowo do 9,1 km (vs. 6,1 km dla stali) i poziomo do 9,1 km. Rury o większej średnicy zmniejszają siłę podnoszenia i moment obrotowy o 30–40% i przezwyciężają ograniczenia transmisji hydraulicznej.