Aplikácia materiálov z titánových zliatin na lodiach
Materiály titánu a zliatiny titánu sú na lodiach široko používané. Okrem lodného príslušenstva a vybavenia kabín môžu všetky veľké zariadenia a časti používať materiály z titánu a zliatin titánu, ako sú elektronické informačné systémy, energetické systémy, pomocné systémy, konštrukcie trupu, pohonné systémy atď. Cudzie materiály zo zliatin titánu sa používajú hlavne v trupe konštrukčné materiály, lodné čerpadlá, ventily, potrubia a iné príslušenstvo, zariadenia na pohon, výmenníky tepla, kondenzátory, chladiče, výparníky, akustické zariadenia atď.; domáce materiály z titánovej zliatiny sa používajú hlavne v ponorných zariadeniach, pohonných zariadeniach, lodných radaroch, elektronických zariadeniach, spojovacích materiáloch atď.
1. Plášť (odolnosť voči tlaku)
V oblasti lodí, ponoriek a ponoriek sa používajú hlavne tlakové škrupiny z titánovej zliatiny. Zliatiny titánu sa vyznačujú vysokou špecifickou pevnosťou, dobrou odolnosťou proti korózii a nemagnetickými vlastnosťami, čo z nich robí vysokokvalitné materiály na výrobu tlakových plášťov hlbokomorských zariadení.
Rusko je prvou krajinou, ktorá používa tlakové náboje zo zliatiny titánu na jadrových ponorkách, a je tiež svetovým technologickým lídrom. Od 60. rokov minulého storočia Rusko (bývalý Sovietsky zväz) vyrába sériu ponoriek zo zliatiny titánu. Najprv Rusko postavilo jadrovú ponorku č. 661 z titánovej zliatiny, ktorá bola skúšobnou loďou. Neskôr Rusko postupne postavilo 7 ponoriek z titánovej zliatiny triedy „Alpha“, 1 ponorku triedy „Mike“ a 4 ponorky triedy „Sierra“. Všetky tieto jadrové ponorky sú útočné, medzi ktorými ponorka z titánovej zliatiny triedy "Alpha" používa 3,000 tony titánovej zliatiny. Ruská jadrová ponorka triedy "Typhoon" je najväčšou ponorkou na svete z hľadiska objemu a tonáže a jej spotreba titánu dosahuje 9,000 ton.
V súčasnosti používa tlakové trupy zo zliatiny titánu aj ruská najnovšia generácia jadrových ponoriek triedy „Borey“.
Ďalšou dôležitou aplikáciou tlakových trupov z titánovej zliatiny sú hlbokomorské ponorky. Ponorná loď s posádkou „Jiaolong“ je ponorná loď s posádkou nezávisle vyvinutá mojou krajinou s navrhnutou maximálnou hĺbkou ponoru viac ako 7,000 metrov. Tlakový trup ponorného člna "Jiaolong" s posádkou je vyrobený z titánovej zliatiny. V súčasnosti väčšina hlavných svetových hlbokomorských ponoriek s posádkou používa materiály zliatiny titánu ako prípravný materiál pre tlakový trup. Napríklad materiály plášťa hlbokomorských ponoriek s ľudskou posádkou, ako sú americký Alvin a NewAlvin, čínsky Jiaolong, francúzsky Nautile a japonský Shinkai 6500, sú všetky zliatiny titánu [9]. Zliatina titánu sa stala preferovaným materiálom pre tlakovo odolný plášť hlbokomorských ponoriek.
2. Silové hnacie zariadenie
V dôsledku vplyvu morskej vody a morského podnebia musí mať vrtuľový materiál lode vyššiu odolnosť proti koróznej únave a odolnosť voči kavitácii. V porovnaní so zliatinami medi a oceľou má zliatina titánu výhody v odolnosti proti koróznej únave a odolnosti voči kavitácii. Navyše v dôsledku nízkej hustoty titánovej zliatiny je pri výrobe vrtúľ rovnakej veľkosti hmotnosť vrtúľ z titánovej zliatiny menšia ako u iných bežne používaných materiálov. Preto je účinnosť jazdy lodí používajúcich vrtule z titánovej zliatiny vyššia. V kombinácii s vysokou odolnosťou proti koróznej únave a odolnosťou proti kavitácii vrtúľ z titánovej zliatiny bude ich údržba a starostlivosť jednoduchšia, čím sa predĺži životnosť vrtule. Zliatina titánu je ideálnym materiálom pre lodné vrtule.
Rusko, Spojené kráľovstvo a ďalšie krajiny sa začali pokúšať používať vrtule z titánovej zliatiny na lodiach už v 60. rokoch. Napríklad Rusko používa vrtule z titánovej zliatiny vo svojich jadrových ponorkách triedy „Alpha“ a „Mike“. Spojené štáty americké tiež použili vrtule z titánovej zliatiny na mnohých lodiach. Napríklad americké námorníctvo používa trojlistú, odnímateľnú, superkavitujúcu vrtuľu z titánovej zliatiny s priemerom 812,8 mm vo svojej 50t výskumnej ponorke. Vysokorýchlostný delový čln "Asheville" používa štvorlistú vrtuľu z titánovej zliatiny s premenlivým stúpaním. Veľký americký vojenský krídlový krídlo „Plainview“ používa štvorlistú, odnímateľnú, superkavitujúcu vrtuľu z titánovej zliatiny vyrobenú z materiálu Ti-6Al-4V s priemerom 1,52 m. moja krajina tiež úspešne vyvinula rôzne vrtule z titánovej zliatiny a úspešne ich použila na mnohých lodiach. Napríklad krídlové vrtule Ti-5Al-2.5Sn a Ti{15}}Al-4V z titánovej zliatiny boli úspešne vyvinuté v roku 1972 a doteraz sa používali na mnohých lodiach . Roky používania ukázali, že vrtule z titánovej zliatiny majú silnú odolnosť proti korózii a ich životnosť je trikrát vyššia ako v prípade tradičných vrtulí zo zliatiny medi.
Okrem lodných vrtúľ sa v lodných motoroch používajú aj materiály zo zliatiny titánu. Napríklad ľadoborce s atómovým pohonom vyrobené v Rusku používajú parné stroje obsahujúce materiály zo zliatiny titánu. Použitie pohonných zariadení z titánovej zliatiny môže zabrániť tomu, aby lode boli ovplyvnené veľkými indukovanými prúdmi generovanými prerezávaním zemských magnetických línií pri plavbe. Okrem toho niektoré lodné zariadenia na pohon vodným lúčom tiež používajú materiály zo zliatiny titánu, ako napríklad americká skúšobná loď SES-100A a japonská torpédová loď „PT{2}“. Ich zariadenia na pohon vodným lúčom využívajú priemyselné výkovky z čistého titánu a titánovej zliatiny, čo znižuje hmotnosť zariadenia a zlepšuje účinnosť zariadenia na pohon vodným lúčom.
3. Čerpadlá, ventily, potrubia a ich príslušenstvo
Požiadavky Ruska na prevádzku lodných potrubných systémov sú, že konštrukčné materiály by mali mať zaručenú životnosť 8 až 9 rokov pred prvou opravou doku a životnosť pred úplnou výmenou systému by nemala byť kratšia ako 15 rokov. Táto požiadavka môže zabezpečiť, aby všetky úrovne lodí mohli efektívne slúžiť 25 až 30 rokov. Lode fungujú na mori, takže čerpadlá, ventily, potrubia a ďalšie príslušenstvo na lodiach čelia skúške v drsnom morskom prostredí.
Potrubné systémy ruských civilných lodí vo všeobecnosti používajú medené rúry M3C a rúry zo zliatiny medi MH-5-1 v závislosti od rýchlosti toku vody, zatiaľ čo ventily, čerpadlá a výmenníky tepla používajú zliatiny medi. Ak potrubia lode používajú materiály zo zliatiny medi, mohli byť skorodované a poškodené v druhom roku, čo sťažuje splnenie vyššie uvedených požiadaviek na použitie. Aby sa splnili požiadavky na použitie, môže byť potrebné zhrubnúť hrúbku potrubia a súčasne zväčšiť priemer potrubia, aby sa zabezpečila rýchlosť prúdenia vody. Hmotnosť a náklady na celkový potrubný systém lode sa zvýšili.
Avšak čerpadlá, ventily, potrubia, atď. ruských vojnových lodí používajú viac materiálov zo zliatiny titánu. Vojnové lode sú v prevádzke už dlho a prax ich používania dokázala, že rúrky, ventily, čerpadlá, výmenníky tepla a ďalšie výrobky z titánovej zliatiny majú silnú odolnosť proti korózii morskou vodou a majú dlhú životnosť. Ak sa na výrobu lodného systému prívodu vody použijú všetky titánové materiály, životnosť systému sa môže výrazne predĺžiť a spoľahlivosť používania sa môže zlepšiť.
Americké námorníctvo používa na lodiach potrubné systémy zo zliatiny titánu. V porovnaní s tradičnými rúrkami zo zliatiny medi a niklu má zliatina titánu silnú odolnosť proti korózii. Ani vo vysokorýchlostnej tečúcej morskej vode (pri prietoku 13 m/s) sa neumýva a nekoroduje morská voda. Je obzvlášť vhodný pre potrubia s pohyblivou morskou vodou, vysokým prietokom a vysokým tlakom ako pracovným médiom. Preto, pod podmienkou zabezpečenia rovnakého prietoku morskej vody, vysoká odolnosť titánovej zliatiny proti korózii umožňuje navrhnúť potrubie tenšie, priemer potrubia sa zmenšuje, priestor zaberaný loďou sa zmenšuje, flexibilita rozloženie sa zlepší a znížia sa aj náklady na údržbu. Okrem toho je hustota zliatiny titánu malá, približne polovičná v porovnaní s hustotou zliatiny medi a niklu, a kvalita ňou vyrobeného potrubia je malá, čo znižuje množstvo zariadení používaných na podporu potrubia. Zaťaženie lode sa zníži a spotreba paliva sa zníži.
4. Akustické zariadenie lode
Materiály zo zliatiny titánu je možné použiť aj pre akustické zariadenia na lodiach, ako sú sonarové kupoly, komponenty hydroakustických meničov, mikrofóny, časti telefónov atď. Sonar je najefektívnejším zariadením pre lode na detekciu cieľov pod vodou. moja krajina väčšinou používa nehrdzavejúcu oceľ a sklenené vlákna vystužené vláknami, ale v porovnaní s materiálmi zo zliatiny titánu je jej priepustnosť zvuku a odolnosť voči nárazom relatívne slabá. Rusko aplikovalo sonarové kupoly z titánovej zliatiny na jadrovú ponorku Kursk, lietadlovú loď Minsk, lietadlovú loď Kyjev atď., a skutočný detekčný efekt sonaru je dobrý.
