تطبيق سبائك التيتانيوم على السفن

تُستخدم مواد التيتانيوم وسبائك التيتانيوم على نطاق واسع في السفن ، باستثناء تركيبات السفن ومرافق المقصورة ، وقد تستخدم جميع المعدات والأجزاء الكبيرة مواد التيتانيوم وسبائك التيتانيوم ، مثل أنظمة المعلومات الإلكترونية وأنظمة الطاقة والأنظمة المساعدة وهياكل الهيكل وأنظمة الدفع ، تستخدم مواد سبائك التيتانيوم الأجنبية بشكل أساسي في المواد الهيكلية للبدن ، ومضخات السفن ، والصمامات ، والأنابيب وغيرها من الملحقات ، ومحركات الطاقة ، والمبادلات الحرارية ، والمكثفات ، والمبردات ، والمبخرات ، والأجهزة الصوتية ، وما إلى ذلك ؛ تُستخدم مواد سبائك التيتانيوم المحلية بشكل أساسي في الغواصات العميقة ومحركات الطاقة ورادارات السفن والمعدات الإلكترونية والمثبتات وما إلى ذلك.

1. السكن المقاوم للضغط

في مجال السفن ، تُستخدم الغواصات العميقة والغواصات بشكل أساسي في الأصداف المقاومة للضغط المصنوعة من سبائك التيتانيوم. إن خصائص سبائك التيتانيوم ، مثل القوة النوعية العالية ، ومقاومة التآكل الجيدة والخصائص غير المغناطيسية ، تجعلها مادة عالية الجودة لتصنيع الأصداف المقاومة للضغط لمعدات أعماق البحار.

روسيا هي أول دولة تستخدم قذائف مقاومة للضغط من سبائك التيتانيوم على الغواصات النووية ، كما أنها رائدة التكنولوجيا في العالم. منذ الستينيات ، قامت روسيا (الاتحاد السوفيتي السابق) بتصنيع سلسلة من الغواصات المصنوعة من سبائك التيتانيوم. في البداية ، صنعت روسيا الغواصة النووية لصواريخ كروز المصنوعة من سبائك التيتانيوم رقم 661 ، وهي عبارة عن قارب اختبار. في وقت لاحق ، صنعت روسيا على التوالي 7 غواصات من سبائك التيتانيوم من فئة "ألفا" ، وغواصة واحدة من فئة "مايك" ، و 4 غواصات من فئة "سييرا". هذه الغواصات النووية كلها من النوع الهجومي ، والغواصة المصنوعة من سبائك التيتانيوم من فئة "ألفا" تستخدم 3000 طن من سبائك التيتانيوم. الغواصة النووية من فئة "تايفون" المصنوعة في روسيا هي الغواصة الأكبر حجمًا والحمولة في العالم ، ويصل استهلاكها من التيتانيوم إلى 9000 طن.

في الوقت الحاضر ، يستخدم أحدث جيل روسي من الغواصات النووية من فئة "Borei" أيضًا قذائف مقاومة للضغط من سبائك التيتانيوم.

تطبيق مهم آخر لهيكل ضغط سبائك التيتانيوم هو الغاطسة العميقة. الغواصة المأهولة "Jiaolong" هي غواصة مأهولة طورتها بلدي بشكل مستقل ، مع أقصى عمق غوص مصمم لأكثر من 7 ، 000 أمتار. الغلاف المقاوم للضغط للغواصة المأهولة "Jiaolong" مصنوع من سبيكة التيتانيوم. في الوقت الحاضر ، تستخدم معظم الغواصات المأهولة ذات العمق الكبير في العالم مواد سبائك التيتانيوم كمواد تحضير للأغلفة المقاومة للضغط. على سبيل المثال ، فإن مواد الصدفة للغواصات المأهولة ذات العمق الكبير مثل Alvin و NewAlvin في الولايات المتحدة ، و Jiaolong في الصين ، و Nautile في فرنسا ، و Shinkai 6500 في اليابان كلها سبائك التيتانيوم [9]. أصبحت سبائك التيتانيوم المادة المفضلة لقذائف الضغط الغاطسة العميقة.

2. جهاز دفع الطاقة

نظرًا لتأثير مياه البحر والمناخ البحري ، فإن مادة المروحة للسفينة تحتاج إلى قوة إجهاد عالية ومقاومة للتجويف. بالمقارنة مع سبائك النحاس والفولاذ ، فإن سبائك التيتانيوم لها مزايا في مقاومة الإجهاد والتآكل ومقاومة التجويف. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للكثافة المنخفضة لسبائك التيتانيوم ، عند صنع مراوح من نفس المقياس ، مقارنةً بالمواد الأخرى الشائعة الاستخدام ، تكون كتلة مراوح سبائك التيتانيوم صغيرة. لذلك ، يمكن قيادة السفن التي تستخدم مراوح سبائك التيتانيوم بشكل أكثر كفاءة. بالاقتران مع قوة الإجهاد العالية للتآكل ومقاومة التجويف لمروحة سبائك التيتانيوم ، ستكون صيانتها وصيانتها أسهل ، مما يطيل عمر خدمة المروحة. سبائك التيتانيوم هي مادة مثالية لمروحة السفن.

بدأت روسيا والمملكة المتحدة وغيرها في محاولة استخدام مراوح سبائك التيتانيوم على السفن في وقت مبكر من الستينيات. على سبيل المثال ، تستخدم روسيا مراوح مصنوعة من سبائك التيتانيوم في الغواصات النووية من فئة "ألفا" وفئة "مايك". استخدمت الولايات المتحدة أيضًا مراوح مصنوعة من سبائك التيتانيوم في العديد من السفن. على سبيل المثال ، يستخدم صائد الغواصة البحثية التابع للبحرية الأمريكية فئة 50t مروحة ثلاثية الشفرات ، قابلة للفصل ، فائقة التجويف من سبائك التيتانيوم بقطر 812.8 مم.

يستخدم الزورق الحربي عالي السرعة "أشفيل" مروحة ذات أربع شفرات متغيرة من سبيكة التيتانيوم. يستخدم القارب المحلق الكبير للجيش الأمريكي "بلاينفيو" مروحة بقطر 1.52 متر ، وأربع شفرات ، وقابلة للفصل ، ومروحة من سبائك التيتانيوم مصنوعة من مادة Ti -6 Al -4 V. طور بلدنا أيضًا بنجاح مجموعة متنوعة من مراوح سبائك التيتانيوم واستخدمها بنجاح في العديد من السفن. على سبيل المثال ، Ti -5 Al -2. 5Sn و Ti -6 Al -4 V المراوح المحلقة من سبيكة التيتانيوم تم تطويرها بنجاح في عام 1972 ، وقد تم استخدامها في العديد من السفن حتى الآن . تظهر نتائج سنوات الاستخدام أن مراوح سبائك التيتانيوم تتمتع بمقاومة قوية للتآكل ، وعمرها التشغيلي يبلغ ثلاثة أضعاف مراوح سبائك النحاس التقليدية.

بالإضافة إلى مراوح السفن ، تُستخدم مواد سبائك التيتانيوم أيضًا في محركات السفن. على سبيل المثال ، تستخدم كاسحة الجليد التي تعمل بالطاقة الذرية المصنوعة في روسيا محركًا بخاريًا يحتوي على مواد سبائك التيتانيوم. يمكن أن يمنع استخدام جهاز دفع الطاقة من سبائك التيتانيوم السفينة من التأثر بالتيار المستحث الكبير الناتج عن قطع خطوط المجال المغناطيسي للأرض عند الإبحار. بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم مواد سبائك التيتانيوم أيضًا في أجهزة الدفع بنفث الماء لبعض السفن ، مثل SES الأمريكية -100 قارب اختبار وزورق الطوربيد الياباني "PT -10". يستخدم جهاز الدفع النفاث المائي الخاص بهم مطروقات صناعية من التيتانيوم الخالص وسبائك التيتانيوم ، مما يقلل من جودة الجهاز ويحسن كفاءة جهاز الدفع بنفث الماء.

3. المضخات والصمامات والأنابيب وغيرها من الملحقات

يتمثل مطلب روسيا لتشغيل نظام أنابيب السفينة في أن المواد الإنشائية يجب أن يكون لها عمر خدمة من 8 إلى 9 سنوات قبل الإصلاح الأول في الرصيف ، ويجب ألا تقل مدة الخدمة قبل استبدال النظام بالكامل عن 15 عامًا . يمكن أن يضمن هذا المطلب أن السفن من جميع الفئات يمكن أن تخدم بفعالية لمدة 25 إلى 30 عامًا. تعمل السفن في البحر ، لذا فإن المضخات والصمامات والأنابيب وغيرها من الملحقات على السفينة تواجه اختبارًا شديدًا للبيئة البحرية.

يختار نظام الأنابيب في السفن المدنية الروسية بشكل عام الأنابيب النحاسية M3C وأنابيب سبائك النحاس MH -5-1 وفقًا لسرعة تدفق المياه ، بينما تستخدم الصمامات والمضخات والمبادلات الحرارية سبائك النحاس. إذا تم استخدام مادة سبائك النحاس لخط أنابيب السفينة ، فقد يكون الضرر الناتج عن التآكل قد حدث في السنة الثانية ، ومن الصعب تلبية متطلبات الخدمة المذكورة أعلاه. من أجل تلبية متطلبات الاستخدام ، قد تحتاج سماكة الأنبوب إلى التثخين ، وفي نفس الوقت ، يجب تكبير قطر الأنبوب لضمان سرعة تدفق المياه. يزيد نظام الأنابيب الكلي للسفينة من حيث الوزن والتكلفة.

ومع ذلك ، فإن المضخات والصمامات والأنابيب وغيرها من السفن الحربية الروسية تستخدم في الغالب مواد سبائك التيتانيوم. ظلت السفن الحربية في الخدمة لفترة طويلة ، وقد أثبت استخدامها أن أنابيب سبائك التيتانيوم والصمامات والمضخات والمبادلات الحرارية وغيرها من المنتجات شديدة المقاومة لتآكل مياه البحر ولها عمر خدمة طويل. إذا تم استخدام جميع مواد التيتانيوم لتصنيع نظام سحب المياه للسفينة ، فيمكن إطالة عمر النظام بشكل كبير ويمكن تحسين موثوقية الاستخدام.

تستخدم البحرية الأمريكية أنظمة أنابيب سبائك التيتانيوم على السفن. مقارنة بخطوط الأنابيب التقليدية المصنوعة من سبائك النحاس والنيكل ، تتمتع سبائك التيتانيوم بمقاومة قوية للتآكل ، ولن تتآكل بفعل مياه البحر حتى في مياه البحر المتدفقة بسرعة عالية (بمعدل تدفق يبلغ 13 مترًا / ثانية) ، ومناسبة بشكل خاص لخطوط الأنابيب الديناميكية حيث يكون وسط العمل هي مياه البحر ، وسرعة عالية ، وخطوط أنابيب الضغط العالي. لذلك ، في حالة ضمان نفس معدل تدفق مياه البحر ، فإن مقاومة التآكل العالية لسبائك التيتانيوم تسمح بتصميم خط الأنابيب ليكون أرق ، ويقل قطر خط الأنابيب ، ويقل المساحة التي تشغلها السفينة ، ومرونة تم تحسين التصميم ، كما تم تقليل تكلفة الصيانة. يقلل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كثافة سبائك التيتانيوم صغيرة ، أي ما يقرب من نصف كثافة سبائك النحاس والنيكل ، وجودة خط الأنابيب الذي تنتجه صغيرة ، بحيث يتم تقليل المعدات المستخدمة في خط أنابيب الدعم الإضافي. السفن أقل تحميلًا وتستهلك وقودًا أقل.

4. جهاز صوتي

يمكن للأجهزة الصوتية على السفن أيضًا استخدام مواد سبائك التيتانيوم ، مثل تصنيع قبة السونار ، ومكونات محول الصوت تحت الماء ، والميكروفونات ، وأجزاء الهاتف ، وما إلى ذلك ، السونار هو أكثر المعدات فعالية للكشف عن الأهداف تحت الماء للسفن. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ والألياف المقواة بالألياف FRP في الغالب في بلدي ، ولكن بالمقارنة مع مواد سبائك التيتانيوم ، فإن نفاذية الصوت والقدرة على التحطم ضعيفة نسبيًا. لقد طبقت روسيا بالفعل قبة السونار المصنوعة من سبائك التيتانيوم على الغواصة النووية "كورسك" ، وحاملة الطائرات "مينسك" ، وحاملة الطائرات "كييف" ، وما إلى ذلك. التأثير الفعلي للكشف عن السونار جيد نسبيًا.