Applicazione di materiali in lega di titanio sulle navi
I materiali in titanio e leghe di titanio sono ampiamente utilizzati sulle navi. Ad eccezione degli accessori della nave e delle strutture della cabina, tutte le apparecchiature e le parti di grandi dimensioni possono utilizzare titanio e materiali in lega di titanio, come sistemi di informazione elettronica, sistemi di alimentazione, sistemi ausiliari, strutture dello scafo, sistemi di propulsione, ecc. I materiali estranei in lega di titanio sono utilizzati principalmente nello scafo materiali strutturali, pompe navali, valvole, tubi e altri accessori, dispositivi di azionamento, scambiatori di calore, condensatori, refrigeratori, evaporatori, dispositivi acustici, ecc.; I materiali domestici in lega di titanio sono utilizzati principalmente in sommergibili, dispositivi di azionamento elettrico, radar di bordo, apparecchiature elettroniche, elementi di fissaggio, ecc.
1. Guscio (resistenza alla pressione)
Nel campo delle navi, i sommergibili e i sottomarini vengono utilizzati principalmente per i gusci a pressione in lega di titanio. Le leghe di titanio hanno caratteristiche di elevata resistenza specifica, buona resistenza alla corrosione e proprietà non magnetiche, che le rendono materiali di alta qualità per la produzione di gusci a pressione di apparecchiature per acque profonde.
La Russia è il primo paese ad utilizzare serbatoi a pressione in lega di titanio sui sottomarini nucleari ed è anche un leader tecnologico mondiale. Dagli anni ’60, la Russia (l’ex Unione Sovietica) ha prodotto una serie di sottomarini in lega di titanio. Inizialmente, la Russia costruì il sottomarino nucleare con missili da crociera n. 661 in lega di titanio, che era una barca di prova. Successivamente, la Russia costruì successivamente 7 sottomarini in lega di titanio della classe "Alpha", 1 sottomarino della classe "Mike" e 4 sottomarini della classe "Sierra". Questi sottomarini nucleari sono tutti tipi di attacco, tra cui il sottomarino in lega di titanio di classe "Alpha" utilizza 3,000 tonnellate di lega di titanio. Il sottomarino nucleare di classe "Typhoon" prodotto dalla Russia è il più grande sottomarino al mondo in termini di volume e tonnellaggio e il suo consumo di titanio raggiunge le 9,000 tonnellate.
Attualmente, anche l'ultima generazione di sottomarini nucleari russi della classe "Borey" utilizza scafi pressurizzati in lega di titanio.
Un'altra importante applicazione degli scafi a pressione in lega di titanio sono i sommergibili per acque profonde. Il sommergibile con equipaggio "Jiaolong" è un sommergibile con equipaggio sviluppato in modo indipendente dal mio paese, con una profondità di immersione massima progettata di oltre 7,000 metri. Lo scafo a pressione del sommergibile con equipaggio "Jiaolong" è realizzato in lega di titanio. Attualmente, la maggior parte dei principali sommergibili per acque profonde del mondo utilizzano materiali in lega di titanio come materiale di preparazione per lo scafo pressurizzato. Ad esempio, i materiali del guscio dei sottomarini con equipaggio di acque profonde come l'Alvin e il NewAlvin statunitensi, il Jiaolong cinese, il Nautile francese e lo Shinkai 6500 giapponese sono tutti leghe di titanio [9]. La lega di titanio è diventata il materiale preferito per il guscio resistente alla pressione dei sommergibili di acque profonde.
2. Dispositivo di propulsione elettrica
A causa dell'influenza dell'acqua di mare e del clima marino, il materiale dell'elica della nave deve avere una maggiore resistenza alla corrosione, alla fatica e alla cavitazione. Rispetto alle leghe di rame e all'acciaio, la lega di titanio presenta vantaggi in termini di resistenza alla fatica da corrosione e resistenza alla cavitazione. Inoltre, a causa della bassa densità della lega di titanio, quando si producono eliche della stessa dimensione, la massa delle eliche in lega di titanio è inferiore a quella di altri materiali comunemente utilizzati. Pertanto, l’efficienza di guida delle navi che utilizzano eliche in lega di titanio è maggiore. In combinazione con l'elevata resistenza alla corrosione, alla fatica e alla cavitazione delle eliche in lega di titanio, la loro manutenzione e cura saranno più facili, prolungando la durata dell'elica. La lega di titanio è un materiale ideale per le eliche delle navi.
La Russia, il Regno Unito e altri paesi iniziarono a provare a utilizzare eliche in lega di titanio sulle navi già negli anni '60. Ad esempio, la Russia utilizza eliche in lega di titanio nei suoi sottomarini nucleari di classe “Alpha” e “Mike”. Anche gli Stati Uniti hanno utilizzato eliche in lega di titanio su molte navi. Ad esempio, la Marina degli Stati Uniti utilizza un’elica supercavitante in lega di titanio a tre pale, staccabile, con un diametro di 812,8 mm nel suo cacciasottomarino da ricerca da 50 tonnellate. La cannoniera ad alta velocità "Asheville" utilizza un'elica in lega di titanio a quattro pale a passo variabile. Il grande aliscafo militare statunitense "Plainview" utilizza un'elica supercavitante in lega di titanio a quattro pale, staccabile, realizzata in materiale Ti-6Al-4V con un diametro di 1,52 m. il mio paese ha anche sviluppato con successo una varietà di eliche in lega di titanio e le ha utilizzate con successo su molte navi. Ad esempio, le eliche con aliscafo in lega di titanio Ti-5Al-2.5Sn e Ti-6Al-4V sono state sviluppate con successo nel 1972 e finora sono state utilizzate su molte navi . Anni di utilizzo hanno dimostrato che le eliche in lega di titanio hanno una forte resistenza alla corrosione e la loro durata è tre volte superiore a quella delle tradizionali eliche in lega di rame.
Oltre alle eliche delle navi, i materiali in lega di titanio vengono utilizzati anche nei motori delle navi. Ad esempio, i rompighiaccio a propulsione atomica fabbricati in Russia utilizzano motori a vapore contenenti materiali in lega di titanio. L'uso di dispositivi di propulsione in lega di titanio può impedire che le navi vengano colpite da grandi correnti indotte generate dal taglio delle linee magnetiche terrestri durante la navigazione. Inoltre, i dispositivi di propulsione a getto d'acqua di alcune navi utilizzano anche materiali in lega di titanio, come la barca di prova SES-100A statunitense e la torpediniera giapponese "PT-10". I loro dispositivi di propulsione a getto d'acqua utilizzano titanio puro industriale e forgiati in lega di titanio, che riducono il peso del dispositivo e migliorano l'efficienza del dispositivo di propulsione a getto d'acqua.
3. Pompe, valvole, tubi e loro accessori
I requisiti della Russia per il funzionamento dei sistemi di condutture navali prevedono che ai materiali strutturali venga garantita una durata di servizio compresa tra 8 e 9 anni prima della prima riparazione del bacino, e la durata di servizio prima della sostituzione completa del sistema non dovrebbe essere inferiore a 15 anni. Questo requisito può garantire che tutti i livelli di navi possano servire efficacemente per 25-30 anni. Le navi operano in mare, quindi pompe, valvole, tubi e altri accessori sulle navi devono affrontare la prova di ambienti marini difficili.
I sistemi di tubazioni delle navi civili russe utilizzano generalmente tubi in rame M3C e tubi in lega di rame MH-5-1 a seconda della velocità del flusso d'acqua, mentre valvole, pompe e scambiatori di calore utilizzano leghe di rame. Se i tubi della nave utilizzano materiali in lega di rame, potrebbero essere stati corrosi e danneggiati nel secondo anno, rendendo difficile soddisfare i requisiti di utilizzo sopra menzionati. Per soddisfare i requisiti di utilizzo, potrebbe essere necessario ispessire lo spessore del tubo e, allo stesso tempo, espandere il diametro del tubo per garantire la velocità del flusso dell'acqua. Il peso e il costo dell'intero sistema di tubazioni della nave sono aumentati.
Tuttavia, le pompe, le valvole, i tubi, ecc. delle navi da guerra russe utilizzano più materiali in lega di titanio. Le navi da guerra sono in servizio da molto tempo e la loro pratica di utilizzo ha dimostrato che tubi, valvole, pompe, scambiatori di calore e altri prodotti in lega di titanio hanno una forte resistenza alla corrosione dell'acqua di mare e hanno una lunga durata. Se per produrre il sistema di presa d'acqua della nave venissero utilizzati tutti i materiali in titanio, la durata del sistema potrebbe essere notevolmente prolungata e l'affidabilità d'uso potrebbe essere migliorata.
La Marina degli Stati Uniti utilizza sistemi di tubazioni in lega di titanio sulle navi. Rispetto ai tradizionali tubi in lega di rame-nichel, la lega di titanio ha una forte resistenza alla corrosione. Anche in acqua di mare che scorre ad alta velocità (a una portata di 13 m/s), non verrà lavata e corrosa dall'acqua di mare. È particolarmente adatto per condotte con acqua di mare in movimento, portata elevata e alta pressione come mezzo di lavoro. Pertanto, a condizione di garantire la stessa portata di acqua di mare, l'elevata resistenza alla corrosione della lega di titanio consente di progettare la tubazione per essere più sottile, il diametro della tubazione diventa più piccolo, lo spazio occupato dalla nave diventa più piccolo, la flessibilità di il layout è migliorato e anche i costi di manutenzione sono ridotti. Inoltre, la densità della lega di titanio è piccola, circa la metà di quella della lega di rame-nichel, e la qualità della tubazione da essa prodotta è ridotta, il che riduce l'attrezzatura utilizzata per assistere nel supporto della tubazione. Il carico della nave è ridotto e il consumo di carburante è ridotto.
4. Dispositivo acustico della nave
I materiali in lega di titanio possono essere utilizzati anche per dispositivi acustici sulle navi, come cupole sonar, componenti di trasduttori idroacustici, microfoni, parti di telefoni, ecc. Il sonar è l'attrezzatura più efficace per le navi per rilevare bersagli sott'acqua. il mio paese utilizza principalmente acciaio inossidabile e fibra di vetro rinforzata con fibra, ma rispetto ai materiali in lega di titanio, la sua permeabilità al suono e la resistenza alle collisioni sono relativamente deboli. La Russia ha applicato cupole sonar in lega di titanio al sottomarino nucleare Kursk, alla portaerei Minsk, alla portaerei Kiev, ecc., E l'effettivo effetto di rilevamento del sonar è buono.