Aplicarea materialelor din aliaj de titan pe nave
Materialele de titan și aliaje de titan sunt utilizate pe scară largă pe nave. Cu excepția accesoriilor navei și a facilităților de cabină, toate echipamentele și piesele mari pot folosi titan și materiale din aliaje de titan, cum ar fi sistemele electronice de informații, sistemele de alimentare, sistemele auxiliare, structurile carenei, sistemele de propulsie etc. Materialele străine din aliaje de titan sunt utilizate în principal în carenă. materiale structurale, pompe de navă, supape, țevi și alte accesorii, dispozitive de acționare a puterii, schimbătoare de căldură, condensatoare, răcitoare, evaporatoare, dispozitive acustice etc.; Materialele interne din aliaj de titan sunt utilizate în principal în submersibile, dispozitive de propulsie, radare de bord, echipamente electronice, elemente de fixare etc.
1. Carcasă (rezistență la presiune)
În domeniul navelor, submersibilele și submarinele sunt utilizate în principal pentru carcasele sub presiune din aliaj de titan. Aliajele de titan au caracteristicile unei rezistențe specifice ridicate, rezistență bună la coroziune și proprietăți nemagnetice, ceea ce le face materiale de înaltă calitate pentru fabricarea carcaselor sub presiune ale echipamentelor de adâncime.
Rusia este prima țară care a folosit carcase de presiune din aliaj de titan pe submarine nucleare și este, de asemenea, un lider mondial în tehnologie. Începând cu anii 1960, Rusia (fosta Uniune Sovietică) a fabricat o serie de submarine din aliaj de titan. La început, Rusia a construit submarinul nuclear cu rachetă de croazieră din aliaj de titan nr. 661, care era o barcă de testare. Ulterior, Rusia a construit succesiv 7 submarine din aliaj de titan din clasa "Alpha", 1 submarin din clasa "Mike" și 4 submarine din clasa "Sierra". Aceste submarine nucleare sunt toate tipurile de atac, printre care submarinul din aliaj de titan din clasa „Alpha” folosește 3,000 tone de aliaj de titan. Submarinul nuclear din clasa „Typhoon” produs de Rusia este cel mai mare submarin din lume ca volum și tonaj, iar consumul său de titan ajunge la 9,000 tone.
În prezent, cea mai recentă generație a Rusiei de submarine nucleare din clasa „Borey” utilizează și carcase sub presiune din aliaj de titan.
O altă aplicație importantă a corpurilor sub presiune din aliaj de titan sunt submersibilele de adâncime. Submersibilul cu echipaj „Jiaolong” este un submersibil cu echipaj dezvoltat independent de țara mea, cu o adâncime maximă proiectată de scufundare de peste 7,000 metri. Carcasa sub presiune a submersibilului cu echipaj „Jiaolong” este realizată din aliaj de titan. În prezent, majoritatea principalelor submersibile cu echipaj de mare adâncime din lume folosesc materiale din aliaj de titan ca material de pregătire pentru carena sub presiune. De exemplu, materialele carcasei submersibilelor de adâncime, cum ar fi Alvin și NewAlvin din SUA, Jiaolong din China, Nautile din Franța și Shinkai 6500 din Japonia sunt toate aliaje de titan [9]. Aliajul de titan a devenit materialul preferat pentru carcasa rezistentă la presiune a submersibilelor de adâncime.
2. Dispozitiv de propulsie cu putere
Datorită influenței apei de mare și a climei marine, materialul elicei navei trebuie să aibă o rezistență mai mare la oboseală la coroziune și rezistență la cavitație. În comparație cu aliajele de cupru și oțelul, aliajul de titan are avantaje în ceea ce privește rezistența la oboseală la coroziune și rezistența la cavitație. În plus, datorită densității scăzute a aliajului de titan, atunci când se fabrică elice de aceeași dimensiune, masa elicelor din aliaj de titan este mai mică decât cea a altor materiale utilizate în mod obișnuit. Prin urmare, eficiența de conducere a navelor care folosesc elice din aliaj de titan este mai mare. În combinație cu rezistența ridicată la oboseală la coroziune și rezistența la cavitație a elicelor din aliaj de titan, întreținerea și îngrijirea acestora vor fi mai ușoare, prelungind durata de viață a elicei. Aliajul de titan este un material ideal pentru elicele navelor.
Rusia, Regatul Unit și alte țări au început să încerce să folosească elice din aliaj de titan pe nave încă din anii 1960. De exemplu, Rusia folosește elice din aliaj de titan în clasa sa „Alpha” și submarinele nucleare din clasa „Mike”. Statele Unite au folosit, de asemenea, elice din aliaj de titan pe multe nave. De exemplu, US Navy folosește o elice cu trei pale, detașabilă, supercavitantă din aliaj de titan, cu un diametru de 812,8 mm în următorul său submarin de cercetare de 50 t. Canoniera de mare viteză „Asheville” folosește o elice cu patru pale cu pas variabil din aliaj de titan. Hidrofila militară americană mare „Plainview” folosește o elice cu patru pale, detașabilă, supercavitată din aliaj de titan, realizată din material Ti-6Al{-4V cu un diametru de 1,52 m. țara mea a dezvoltat cu succes o varietate de elice din aliaj de titan și le-a folosit cu succes pe multe nave. De exemplu, elicele Ti-5Al{{-2.5Sn și Ti{-6Al{{-4V din aliaj de titan au fost dezvoltate cu succes în 1972 și au fost folosite până acum pe multe nave . Anii de utilizare au demonstrat că elicele din aliaj de titan au o rezistență puternică la coroziune și durata lor de viață este de trei ori mai mare decât elicele tradiționale din aliaj de cupru.
Pe lângă elicele navelor, materialele din aliaj de titan sunt folosite și la motoarele navelor. De exemplu, spărgătoarele de gheață cu propulsie atomică fabricate în Rusia folosesc motoare cu abur care conțin materiale din aliaj de titan. Utilizarea dispozitivelor de propulsie din aliaj de titan poate preveni afectarea navelor de curenți induși mari generați de tăierea liniilor magnetice ale pământului în timpul navigării. În plus, unele dispozitive de propulsie cu jet de apă ale navelor folosesc și materiale din aliaj de titan, cum ar fi barca de testare SES-100A din SUA și barca torpilă „PT-10” din Japonia. Dispozitivele lor de propulsie cu jet de apă folosesc titan pur industrial și aliaje forjate de titan, ceea ce reduce greutatea dispozitivului și îmbunătățește eficiența dispozitivului de propulsie cu jet de apă.
3. Pompe, supape, conducte și accesoriile acestora
Cerințele Rusiei pentru funcționarea sistemelor de conducte ale navelor sunt ca materialele structurale să aibă o durată de viață garantată de 8 până la 9 ani înainte de prima reparație a docului, iar durata de viață înainte de înlocuirea completă a sistemului să nu fie mai mică de 15 ani. Această cerință poate asigura că toate nivelurile de nave pot servi eficient timp de 25 până la 30 de ani. Navele operează pe mare, astfel încât pompele, supapele, țevile și alte accesorii de pe nave se confruntă cu testele mediilor marine severe.
Sistemele de conducte ale navelor civile rusești utilizează, în general, țevi de cupru M3C și țevi din aliaj de cupru MH-5-1, în funcție de viteza fluxului de apă, în timp ce supapele, pompele și schimbătoarele de căldură folosesc aliaje de cupru. Dacă țevile navei folosesc materiale din aliaj de cupru, acestea pot fi corodate și deteriorate în al doilea an, ceea ce face dificilă îndeplinirea cerințelor de utilizare menționate mai sus. Pentru a îndeplini cerințele de utilizare, grosimea țevii poate fi necesar să fie îngroșată și, în același timp, diametrul țevii trebuie extins pentru a asigura viteza de curgere a apei. Greutatea și costul întregului sistem de conducte al navei au crescut.
Cu toate acestea, pompele, supapele, conductele etc. ale navelor de război rusești folosesc mai multe materiale din aliaj de titan. Navele de război au fost în serviciu de mult timp, iar practica lor de utilizare a dovedit că țevile, supapele, pompele, schimbătoarele de căldură și alte produse din aliaj de titan au rezistență puternică la coroziunea apei de mare și au o durată de viață lungă. Dacă toate materialele de titan sunt utilizate pentru fabricarea sistemului de admisie a apei al navei, durata de viață a sistemului poate fi prelungită semnificativ și fiabilitatea utilizării poate fi îmbunătățită.
Marina SUA folosește sisteme de conducte din aliaj de titan pe nave. În comparație cu țevile tradiționale din aliaj de cupru-nichel, aliajul de titan are o rezistență puternică la coroziune. Chiar și în apa de mare care curge de mare viteză (la un debit de 13 m/s), nu va fi spălată și corodata de apa de mare. Este potrivit în special pentru conducte cu apă de mare în mișcare, debit mare și presiune ridicată ca mediu de lucru. Prin urmare, în condiția asigurării aceluiași debit de apă de mare, rezistența ridicată la coroziune a aliajului de titan permite proiectarea conductei pentru a fi mai subțire, diametrul conductei devine mai mic, spațiul ocupat de navă devine mai mic, flexibilitatea layout-ul este îmbunătățit, iar costul de întreținere este, de asemenea, redus. În plus, densitatea aliajului de titan este mică, aproximativ jumătate din cea a aliajului de cupru-nichel, iar calitatea conductei fabricate de acesta este mică, ceea ce reduce echipamentul folosit pentru a ajuta la susținerea conductei. Sarcina navei este redusă și consumul de combustibil este redus.
4. Dispozitiv acustic al navei
Materialele din aliaj de titan pot fi folosite și pentru dispozitivele acustice de pe nave, cum ar fi domurile sonarului, componentele traductoarelor hidroacustice, microfoanele, părțile de telefon etc. Sonarul este cel mai eficient echipament pentru nave pentru detectarea țintelor sub apă. Țara mea folosește în cea mai mare parte oțel inoxidabil și fibră de sticlă armată cu fibre, dar, în comparație cu materialele din aliaj de titan, permeabilitatea la sunet și rezistența la coliziuni sunt relativ slabe. Rusia a aplicat cupole sonar din aliaj de titan submarinului nuclear Kursk, portavionului Minsk, portavionului Kiev etc., iar efectul real de detectare a sonarului este bun.
