Ứng dụng Titan trong lĩnh vực đóng tàu

Hợp kim titan và titan được sử dụng rộng rãi trong các tàu ngầm hạt nhân, tàu lặn sâu, tàu phá băng nguyên tử, tàu cánh ngầm, thủy phi cơ, tàu quét mìn, cánh quạt cánh quạt, ăng ten roi, đường ống dẫn nước biển, bình ngưng, bộ trao đổi nhiệt, thiết bị âm thanh và thiết bị chữa cháy cao cấp.

 

Vỏ chịu áp lực titan chủ yếu được sử dụng trong tàu lặn biển sâu, vỏ chịu áp lực titan được sử dụng ở các mức độ khác nhau trong và ngoài nước. Ví dụ, tàu lặn sâu "Sea Cliff" ở Hoa Kỳ được trang bị cabin quan sát và cabin điều khiển bằng titan, độ sâu lặn có thể đạt tới 6100m. Trung Quốc cũng đã đạt được những thành tựu to lớn về công nghệ tàu lặn sâu. Tàu lặn sâu "Jiaolong" do nước tôi thiết kế đã lặn xuống độ sâu hơn 5000m. nhưng trong

 

Nga là nước duy nhất sử dụng lượng lớn titan trên các tàu ngầm cỡ lớn. Sáu tàu ngầm hạt nhân "Typhoon" do nước này sản xuất chủ yếu bao gồmThanh titan công nghiệp, Ti64, Ti64ELI, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo, Ti-3Al-2.5V, IIT {{ 10}}B, IIT{11}}M, v.v.

 

1. Tàu ngầm hạt nhân

 

Nga là quốc gia đi đầu thế giới về công nghệ nghiên cứu và chế tạo tàu ngầm hạt nhân bằng hợp kim titan, đồng thời cũng là quốc gia đầu tiên sử dụng hợp kim titan để chế tạo vỏ chịu áp lực. Trong thời kỳ cao điểm, sản lượng tấm và ống dày hợp kim titan cho tàu ngầm hàng năm đạt 10.{2}} tấn, chiếm 30% đến 50% sản lượng vật liệu gia công hợp kim titan hàng năm. Kể từ những năm 1960, Nga đã phát triển 4 thế hệ tàu ngầm hạt nhân. Tàu ngầm hạt nhân hoàn toàn bằng titan đầu tiên trên thế giới K162 được hạ thủy vào tháng 12/1968. Nó đã hoạt động được hơn 30 năm. Nó đã đến nhiều đại dương khác nhau và chịu được tải trọng và môi trường khác nhau. Chưa bao giờ có bất kỳ tai nạn nào. Nga chế tạo chiếc tàu ngầm hạt nhân lớp "ALFA" đầu tiên vào năm 1970 và chế tạo thêm sáu chiếc nữa vào những năm 1970 và 1980, mỗi chiếc chứa khoảng 3.{14}} tấn titan và độ sâu lặn tối đa là 914m. Nó nhẹ, nhanh và có khả năng cơ động tốt. Một ví dụ điển hình về việc sử dụng titan trên tàu là tàu ngầm hạt nhân lớp Typhoon của Nga, có lớp vỏ làm bằng kim loại titan. Do nhu cầu quân sự, nó sử dụng cấu trúc thân đôi. Lớp vỏ hai lớp sử dụng 9000 tấn titan nên không có từ tính, lặn sâu. Nó có ưu điểm là tốc độ nhanh, độ ồn thấp và thời gian bảo trì ít hơn. Chiều dài của thuyền là 172,8m, chiều rộng tối đa là 23,3m, chiều cao là 42,7m, lượng giãn nước khi lặn là 232001t, lượng giãn nước khi lặn là 33800t, tốc độ khi lặn là 50km/h, độ sâu ngập nước tối đa là 500m, và thời gian ngâm liên tục đạt 120 ngày. Con tàu bắt đầu được đóng vào năm 1977 và đi vào hoạt động năm 1981. Nó đóng vai trò then chốt trong Hải quân Nga.

 

2. Thuyền titan

 

Năm 1985, Công ty TNHH Toho Titanium của Nhật Bản và Công ty TNHH Đóng tàu Fujishin đã cùng nhau chế tạo tàu cao tốc hoàn toàn bằng titan "Molizhitian II", loại tàu này rất phổ biến ở Hoa Kỳ trong một thời gian. Năm 1997, tàu cao tốc "Titan Express" do Nissun Industry Co., Ltd. sản xuất đã được hạ thủy. Chiều dài của tàu khoảng 12m. Hình dạng của thân tàu là một đường cong ba chiều đẹp mắt, có thể giảm thiểu lực cản khi chèo thuyền. Vào năm 1998 và 1999, Công ty TNHH Đóng tàu Eto đã sản xuất hai con tàu hoàn toàn bằng titan, "Asahi Maru thứ hai" và "Shao Maru". Ưu điểm là trọng lượng nhẹ, tốc độ nhanh, động cơ nhỏ, chi phí nhiên liệu thấp, lượng khí thải carbon dioxide thấp, Không cần lớp phủ bề mặt và các phụ tùng đính kèm dễ dàng làm sạch. Nhược điểm là giá thành vật liệu cao, công nghệ chế biến và sản xuất khó khăn, yêu cầu bảo vệ nghiêm ngặt. Kết quả thử nghiệm tàu ​​cho thấy các tính năng của tàu như ổn định tốc độ, độ rung và tiếng ồn đều rất tốt.

 

3. Tàu lặn sâu, xuồng cứu hộ và các bộ phận của tàu

 

Hoa Kỳ, Nhật Bản và Pháp liên tiếp chế tạo tàu lặn sâu, sử dụng Thanh Titan Công nghiệp và hợp kim titan để chế tạo vỏ chịu áp lực. Trong số đó, hợp kim Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo được sử dụng để chế tạo vỏ của tàu lặn Aivin và Sea-Clifi của Mỹ; Hợp kim Ti-6Al-4V ELI được sử dụng cho các quả bóng nổi của SM97 của Pháp và Aivin của Mỹ, "Deep Sea 2000" của Nhật Bản, vỏ của Tàu cứu hộ biển sâu (DSRV) của Hải quân Hoa Kỳ ), quả bóng nổi, v.v.

 

4. Tàu lặn "Giao Long"

 

Tàu lặn có người lái "Jiaolong" tự thiết kế và tích hợp đầu tiên của đất nước tôi được thể hiện trong Hình 2-1. Tháng 7 năm 2010, cuộc thử nghiệm trên biển 3759m đã hoàn thành và đến ngày 1 tháng 8 năm 2011, tàu "Jiaolong" chính thức khởi công ở độ sâu 5180m công việc dưới biển này. Độ sâu lặn này có nghĩa là "Jiaolong" có thể tiếp cận hơn 70% đáy biển thế giới. Độ sâu thiết kế của "Jiaolong" là 7000m, độ sâu đầu tiên trên thế giới và dự kiến ​​sẽ tiến hành thử nghiệm trên biển ở độ sâu 7000m vào năm 2012. Phạm vi công việc bao gồm 99,8% diện tích đại dương toàn cầu. chương trình lặn sâu có người lái của đất nước tôi hiện đang tiến triển ổn định. Tàu lặn dưới biển sâu là đỉnh cao của sự phát triển công nghệ hàng hải. Tương tự như các dự án bay vào vũ trụ có người lái, chúng phản ánh sức mạnh kỹ thuật toàn diện của một quốc gia. Đã đạt được nhiều kết quả nghiên cứu về địa hóa học, địa vật lý và sinh học biển.

 

5. Mái vòm sonar

 

Vòm sonar bằng hợp kim titan có hiệu suất toàn diện vượt trội và đã được sử dụng trong hệ thống sonar của các tàu Nga như "Kursk", "Minsk" và "Kyiv". Theo các yêu cầu khác nhau của các ứng dụng dưới nước và trên mặt nước, về cơ bản có hai loại vật liệu thấm âm cho tấm vỏ được lựa chọn bởi vòm sonar của các tàu hải quân Trung Quốc đang hoạt động hiện nay, một loại là thép không gỉ và loại kia là sợi- sợi thủy tinh gia cố. Trong giai đoạn "Kế hoạch 5 năm lần thứ chín", nước ta đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng hợp kim titan trên vòm sonar tàu.

 

6. Cánh quạt

 

Vật liệu cánh quạt đòi hỏi độ bền cao, hiệu suất mỏi tốt trong môi trường nước biển và khả năng chống xói mòn và ăn mòn xâm thực. Hợp kim titan có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất toàn diện ở trên. Hải quân Hoa Kỳ lần đầu tiên sử dụng cánh quạt hợp kim titan siêu sủi bọt có đường kính 1500mm, có thể tháo rời bốn lá trên tàu cánh ngầm. Nước ta đã phát triển cánh quạt tàu cao tốc tàu cánh ngầm vào năm 1972 và đã sản xuất nhiều loại cánh quạt hợp kim titan có đường kính 450 ~ 1100mm. Đường kính tối đa có thể là 1200mm và cánh quạt cố định bằng hợp kim titan có khối lượng 130kg. Sử dụng lâu dài cho thấy tuổi thọ của cánh quạt hợp kim titan gấp hơn 5 lần so với cánh quạt hợp kim đồng.

 

7. Hệ thống máy bơm, van và đường ống hàng hải

 

Các máy bơm, van và đường ống trên tàu do điều kiện làm việc rất khắc nghiệt nên các đường ống làm bằng đồng và inox chỉ có tuổi thọ từ 2 đến 5 năm. Sau khi thay thế, hợp kim titan hoạt động tốt và phù hợp với các đường ống nước biển động có dòng chảy cao. Tiêu chuẩn tuổi thọ sử dụng của đường ống tàu thủy của Nga quy định yêu cầu là ba năm, tức là thời gian lần đầu tiên vào bến tàu để bảo trì (8 ~ 9 năm); tuổi thọ của dịch vụ không được ít hơn 15 năm; Hoạt động đáng tin cậy trong vòng 25 ~ 30 năm.

 

8. Tàu chạy bằng năng lượng nguyên tử

 

Nga đã sử dụng Thanh Titan Công nghiệp thay vì thép không gỉ để sản xuất động cơ hơi nước, bộ trao đổi nhiệt và bộ làm mát của tàu, khắc phục hư hỏng do ăn mòn. Động cơ hơi nước bằng titan được sử dụng rộng rãi trong nhà máy điện của các tàu phá băng chạy bằng năng lượng nguyên tử hiện có của Nga.