Morski novi materijali: morski metal - legura -titanij

Materijali koji se koriste u morskom inženjerstvu moraju posjedovati visoku čvrstoću, otpornost na hidrotermalnu koroziju morske vode, koroziju sulfida, pričvršćivanje mikroba i pokazati visoku žilavost. Titanium, lagan, jak i otporan na koroziju-posebno imun na korozivne učinke slane vode, morske vode i morskog atmosferskog okoliša-izvrstan je lagani strukturni materijal. Poznat kao "morski metal", titan je kritični strateški materijal. Široko se koristi u morskom inženjerstvu i posebno je pogodan za laganu opremu od obale, što ga čini jednim od ključnih novih materijala na terenu. Stoga će u potpunosti koristiti legure titana i titana jer će morski materijali značajno pridonijeti razvoju nacionalnih morskih strategija.

Primjene legura od titana u morskom inženjerstvu

1. Prijave na mornarima

Primjena legura od titana u brodogradnji započela je 1960 -ih, otprilike desetljeće kasnije nego u zrakoplovnoj industriji. Sjedinjene Države, Rusija, Japan i Kina bile su među prvim zemljama koje su istraživale prijave titana u pomorskim plovilima.

A. Strukturni materijali trupa
Titanijski trupovi, u usporedbi s tradicionalnim materijalima kao što su plastika ojačana od vlakana, aluminijske legure i čelika, lakši su, omogućuju povećani kapacitet korisnog opterećenja, imaju dulje živote, zahtijevaju minimalno održavanje i otporni su na morske bioporacije. Na primjer, ribolovna plovila od titana koje su izgradili japanski Nippon Steel, TOHO tehnologija i ETO brodogradnja imaju trupe, palube i strukturne komponente u potpunosti izrađene od titana. Glozdo "Titan Fast", koji je sagradila industrija Nissei, dugačak je otprilike 12 metara s pojednostavljenim trupom koji minimizira povlačenje.

B. pumpe, ventili, cjevovodi i druge komponente
Na pomorskim plovilima, pumpe, ventile i cijevi često rade u teškim uvjetima. Tradicionalni cijevi bakra ili nehrđajućeg čelika traju samo 2–5 godina. Titanium nudi superiornu koroziju i otpornost na eroziju, dobru čvrstoću prinosa i nisku gustoću, što ga čini idealnim za tanko zid, cijevi i okovi malih promjera. Sustavi cjevovoda od titana značajno smanjuju težinu, proširuju radni vijek i povećavaju pouzdanost. Na primjer, cijevi za kondenzaciju titana teže oko pola koliko i B30 bakrene cijevi. Vojna upotreba pokazala je da sustavi cjevovoda od legura od titana imaju izvrsnu mehaničku čvrstoću i otpornost na koroziju, a vijek trajanja servisa većim od 120, 000 sati (više od 40 godina), daleko nadmašujući komponente bakra ili nehrđajućeg čelika.

C. Pogonski pogonski sustavi
Korištenje legura titana za propelere i osovine poboljšava brzinu i životni vijek. Američka mornarica zapošljava propelere od titana na raznim plovilima, uključujući 1.500 mm promjenjivih superavitirajućih propelera s četiri noža za hidrofole. Titanijske legure također se koriste u sustavima mlaznog pogona vode, poput ti -6 al -4 V sustava na japanskom "Pt -10" Torpedo brodu, koji je smanjio težinu osovine za 600 kg. Ruski ledolomci s nuklearnim pogonom također sadrže parne motore titana. Titanijski pogonski sustavi smanjuju inducirane struje i izbjegavaju pokretanje magnetskih mina, što je problem s bakrenim legurama.

Kina je započela istraživanje propelera u 1960 -ima i do 1972. razvila propelere od legure od titana za brodove za hidrofol. Danas Kina može proizvesti propelera s fiksnim legurama od titana promjera do 1.200 mm i težine 130 kg. Na Torpedo čamcima tipa 25, legure od titana zamijenile su AK -27 legure čelika i bakra, smanjujući težinu za 30–40%, proširujući radni vijek, eliminirajući potrebu za premazima, ublažavanje uklanjanja bioporavanja i pojednostavljenja održavanja.

Sonarne kupole
Sonar sabiranje su pojednostavljeni poklopci koji smanjuju hidrodinamičku buku i štite sonarnu opremu. Oni moraju pokazati izvrsnu akustičku transparentnost. Trenutno kineska mornarička plovila koriste od nehrđajućeg čelika ili plastičnih sonarnih kupola ojačanih od stakloplastike. Dok je Rusija nekoć koristila stakloplastike, sada prvenstveno koristi kupole od legure od titana. Oni se koriste na plovilima kao što su ruski "Kursk", "Minsk" i "Kijev" nosači zrakoplova.

2. Podmornici dubokog mora

Kao dio kineskog programa "863", Kina 702 Institut za brodogradnju 702 razvio je 7, 000- Meter Potopsiv napravljen s posebnim legurama od titana. Mjerenje 8 metara, visok 3,4 metra i širine 3 metra, može podnijeti 710 tona tlaka i integrirati vrhunske tehnologije. Sferna kabina, sposobna izdržati 700 atmosfera pritiska, podržava sustav za podršku za život usporediv s onima koji se koriste u svemirskim misijama.

3. Kondenzatori

Prema UNESCO -u, globalni energetski kapacitet oceana doseže 76,6 milijardi kW. U obalnim i nuklearnim elektranama, kondenzatori su vitalne komponente koje koriste morsku vodu kao rashladno sredstvo. Tradicionalni kondenzatori od čeličnih i bakrenih legura pate od lošeg otpora korozije morske vode. TITANIUM -ova trajnost i otpornost na koroziju čine je idealnom za ove primjene. Otprilike 3–4% svjetskih toplinskih i hidroelektrana koristi kondenzatore titana, a 30% nuklearnih elektrana. U Kini, biljke poput Taizhou, Zhenhai, Qinshan i Daya Bay koriste kondenzatore svih titana zbog izvrsne otpornosti na koroziju, dugog radnog vijeka, učinkovitosti prijenosa topline, sigurnosti i smanjenih potreba za održavanjem.

4. Nuklearne podmornice

Rusija vodi u tehnologiji nuklearne podmornice od legure od titana. Bio je prvi koji je koristio leguru titana za trup pritiska, počevši od 1960 -ih. Prva svjetska nuklearna podmornica All-Titanium, K -162, lansirana 1968. godine, radila je više od 30 godina bez incidenta. Podmornice klase Alfa, izgrađene 1970-ih-1980-ih, koristile su otprilike 3, {000 tone titana svaki i mogle bi zaroniti na 914 metara. Ruske podmornice klase tajfuna sadrže dvostruke trupe izrađene od oko 9, 000 tona titana, nudeći ne-magnetska svojstva, mogućnosti dubokog ronjenja, velike brzine, niska buka i smanjeno održavanje.

Istraživački institut Jugozapadne (SWRI) u SAD-u razvio je podmamljivu duboku moru koristeći leguru Eliti -64 Titanium. 2. 1- sferna kabina promjera metra prihvaća tri osobe i može se zaroniti na dubine od 6.500 metara.

5. Duboke stanice

Mobilne svemirske stanice dubokog mora, koje se često nazivaju "Tiangong" oceana, koriste se za morsko znanstveno istraživanje. Od šezdesetih godina prošlog stoljeća, SAD i Sovjetski Savez napredovali su sustave dubokih mora. Russiov 2 000 Dizajn ciljano ekstrakciju arktičkog oceanskog ulja. Kina je predložila koncept 1990 -ih za mirni razvoj morskih resursa. Te se stanice uvelike oslanjaju na materijale legure od titana. "13. petogodišnji plan" i "2030 glavnih inovacijskih projekata znanosti i tehnologije" naglašavaju izgradnju dubokih mora, procjenjujući preko 4000 tona materijala za titanij po glavnoj stanici.

6. Morska voda desalizacija

Desalinizacija morske vode presudna je u sušnim regijama poput Bliskog Istoka. Najpouzdanija i najčešće korištena metoda je destilacija flash-a (MSF), koja uključuje komponente poput grijača morske vode, jedinica za oporavak topline i raznih kondenzatora. Izvorno izrađene od bakrenih legura, ove se komponente obično izrađuju od titana zbog njegove otpornosti na koroziju, posebno u visokotemperaturnom, visokoj salinitetnoj i kloriranom okruženju. Titanium je sada preferirani materijal za izmjenjivače topline u sustavima za desalinizaciju.

S brzim rastom obalne petrokemijske i energetske industrije, morska voda sve više zamjenjuje slatku vodu kao medij za hlađenje. Zbog korozivnosti morske vode, tradicionalne cijevi od ugljičnog čelika ili nehrđajućeg čelika brzo se degradiraju, uzrokujući kvar opreme, učestala isključivanja i ekonomske gubitke. Nadogradnja na cijevi od titana značajno proširuje život izmjenjivača topline i poboljšava učinkovitost.

7. Offshore bušenje platforme

Legure od titana idealne su za sustave morskog bušenja zbog velike čvrstoće, male gustoće, izvrsne otpornosti na koroziju i žilavosti. Komponente kao što su uspone, bušilice i zglobovi stresa imaju koristi od kompozita titana ili titana-čelika, poboljšavajući performanse i smanjujući troškove.

(1) Pojasnici morskog bušenja
Titanijski uzgori su lagani, tolerantni na štetu i lako se pregledavaju. Prvo široko korištene u Sjevernom moru, većina praktičnih aplikacija koristi nehrđajućeg čelika\/titana ili kompozitnih\/titanijskih hibridnih uzgoja zbog troškova.

(2) Bušilice cijevi
U bušenju kratkih radija (ispod 18 m), konvencionalne cijevi za bušenje od nehrđajućeg čelika pate od ranog umora. RTI sa sjedištem u SAD-u razvio je cijevi za bušenje od titana koji kombiniraju titan stupanj 5 sa čeličnim zglobovima CR-Mo, smanjujući zalijepljenje i trošenje uz održavanje žilavosti. U 1999. godini, 10 bušotina kratkog radija uspješno je izbušeno pomoću 73 mm cijevi od titana. Kasnije su cijevi od 63,5 mm izbušene još čvršćeg bušotina. Titanova ne-magnetska priroda također koristi istraživanju. Titanium proširuje dubinu bušenja okomito na 9,1 km (u odnosu na čelik 6,1 km) i vodoravno na 9,1 km. Cijevi većeg promjera smanjuju silu dizanja i okretni moment za 30–40% i prevladavaju ograničenja hidrauličkog prijenosa.