การใช้วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมบนเรือ

วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายบนเรือ ยกเว้นอุปกรณ์เสริมของเรือและสิ่งอำนวยความสะดวกในห้องโดยสาร อุปกรณ์และชิ้นส่วนขนาดใหญ่ทั้งหมดอาจใช้วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียม เช่น ระบบข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ ระบบไฟฟ้า ระบบเสริม โครงสร้างตัวเรือ ระบบขับเคลื่อน เป็นต้น วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมจากต่างประเทศส่วนใหญ่จะใช้ในตัวเรือ วัสดุโครงสร้าง ปั๊มเดินเรือ วาล์ว ท่อและอุปกรณ์เสริมอื่นๆ อุปกรณ์ขับเคลื่อนกำลัง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน คอนเดนเซอร์ เครื่องทำความเย็น เครื่องระเหย อุปกรณ์เกี่ยวกับเสียง ฯลฯ วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมในประเทศส่วนใหญ่จะใช้ในเรือดำน้ำ อุปกรณ์ขับเคลื่อนกำลัง เรดาร์ทางเรือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ รัด ฯลฯ

1. เปลือก (ทนแรงดัน)
ในด้านเรือ เรือดำน้ำและเรือดำน้ำส่วนใหญ่จะใช้สำหรับเปลือกแรงดันโลหะผสมไทเทเนียม โลหะผสมไทเทเนียมมีคุณลักษณะเฉพาะที่มีความแข็งแรงจำเพาะสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และมีคุณสมบัติไม่เป็นแม่เหล็ก ทำให้เป็นวัสดุคุณภาพสูงสำหรับการผลิตเปลือกแรงดันของอุปกรณ์ใต้ทะเลลึก

รัสเซียเป็นประเทศแรกที่ใช้เปลือกแรงดันโลหะผสมไทเทเนียมกับเรือดำน้ำนิวเคลียร์ และยังเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีระดับโลกอีกด้วย นับตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เป็นต้นมา รัสเซีย (อดีตสหภาพโซเวียต) ได้ผลิตเรือดำน้ำโลหะผสมไทเทเนียมจำนวนหนึ่ง ในตอนแรก รัสเซียได้สร้างเรือดำน้ำนิวเคลียร์ผสมไทเทเนียมหมายเลข 661 ซึ่งเป็นเรือทดสอบ ต่อมา รัสเซียได้สร้างเรือดำน้ำโลหะผสมไทเทเนียมชั้น "Alpha" จำนวน 7 ลำ เรือดำน้ำชั้น "Mike" 1 ลำ และเรือดำน้ำชั้น "Sierra" จำนวน 4 ลำอย่างต่อเนื่อง เรือดำน้ำนิวเคลียร์เหล่านี้เป็นประเภทการโจมตีทั้งหมด โดยในจำนวนนี้เรือดำน้ำโลหะผสมไทเทเนียมระดับ "อัลฟ่า" ใช้โลหะผสมไทเทเนียม 3,{6}} ตัน เรือดำน้ำนิวเคลียร์ระดับ "ไต้ฝุ่น" ที่ผลิตโดยรัสเซียเป็นเรือดำน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกในแง่ของปริมาณและระวางน้ำหนัก และปริมาณการใช้ไทเทเนียมสูงถึง 9,{8}} ตัน

ปัจจุบัน เรือดำน้ำนิวเคลียร์ชั้น "Borey" รุ่นล่าสุดของรัสเซียยังใช้ตัวเรือแรงดันโลหะผสมไทเทเนียม

การใช้งานที่สำคัญอีกประการหนึ่งของตัวเรือรับแรงดันโลหะผสมไทเทเนียมคือเรือดำน้ำใต้ทะเลลึก เรือดำน้ำมีคนขับ "Jiaolong" เป็นเรือดำน้ำมีคนขับซึ่งพัฒนาโดยอิสระในประเทศของฉัน โดยได้รับการออกแบบให้มีความลึกในการดำน้ำสูงสุดมากกว่า 7,{2}} เมตร ตัวถังแรงดันของเรือดำน้ำควบคุม "Jiaolong" ทำจากโลหะผสมไทเทเนียม ปัจจุบัน เรือดำน้ำควบคุมใต้ทะเลลึกรายใหญ่ๆ ของโลกส่วนใหญ่ใช้วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุเตรียมการสำหรับตัวเรือรับแรงดัน ตัวอย่างเช่น วัสดุเปลือกของเรือดำน้ำที่มีคนขับใต้ทะเลลึก เช่น US Alvin และ NewAlvin, Jiaolong ของจีน, Nautile ของฝรั่งเศส และ Shinkai 6500 ของญี่ปุ่น ล้วนเป็นโลหะผสมไทเทเนียม [9] โลหะผสมไทเทเนียมกลายเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับเปลือกทนแรงดันของเรือดำน้ำลึก

2. อุปกรณ์ขับเคลื่อนกำลัง

เนื่องจากอิทธิพลของน้ำทะเลและสภาพอากาศในทะเล วัสดุใบพัดของเรือจึงจำเป็นต้องมีความต้านทานต่อความล้าจากการกัดกร่อนและการเกิดโพรงอากาศที่สูงขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมทองแดงและเหล็กกล้า โลหะผสมไททาเนียมมีข้อดีในด้านความแข็งแรงล้าจากการกัดกร่อนและความต้านทานต่อการเกิดโพรงอากาศ นอกจากนี้ เนื่องจากโลหะผสมไททาเนียมมีความหนาแน่นต่ำ เมื่อทำใบพัดที่มีขนาดเท่ากัน มวลของใบพัดโลหะผสมไททาเนียมจึงมีขนาดเล็กกว่าวัสดุอื่น ๆ ที่ใช้กันทั่วไป ดังนั้นประสิทธิภาพในการขับขี่ของเรือที่ใช้ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมจึงสูงกว่า เมื่อรวมกับความแข็งแรงเมื่อยล้าในการกัดกร่อนสูงและความต้านทานต่อการเกิดโพรงอากาศของใบพัดโลหะผสมไทเทเนียม การบำรุงรักษาและการดูแลจะง่ายขึ้น ช่วยยืดอายุการใช้งานของใบพัด โลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุในอุดมคติสำหรับใบพัดเรือ

รัสเซีย สหราชอาณาจักร และประเทศอื่นๆ เริ่มพยายามใช้ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมบนเรือตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1960 ตัวอย่างเช่น รัสเซียใช้ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมในเรือดำน้ำนิวเคลียร์ประเภท "อัลฟ่า" และ "ไมค์" สหรัฐอเมริกายังใช้ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมกับเรือหลายลำ ตัวอย่างเช่น กองทัพเรือสหรัฐฯ ใช้ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมแบบซุปเปอร์คาวิเทตแบบสามใบที่สามารถถอดออกได้ ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 812.8 มม. ในเครื่องไล่ล่าเรือดำน้ำวิจัยขนาด 50 ตัน เรือปืนความเร็วสูง "แอชวิลล์" ใช้ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมระยะพิทช์แปรผันสี่ใบ เรือไฮโดรฟอยล์ขนาดใหญ่ของกองทัพสหรัฐฯ "Plainview" ใช้ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมซุปเปอร์คาวิเทตแบบสี่ใบพัดที่ถอดออกได้ ซึ่งทำจากวัสดุ Ti-6Al-4V ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.52 ม. ประเทศของฉันยังประสบความสำเร็จในการพัฒนาใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมหลายแบบและนำไปใช้กับเรือหลายลำได้สำเร็จ ตัวอย่างเช่น ใบพัดไฮโดรฟอยล์โลหะผสมไทเทเนียม Ti-5Al-2.5Sn และ Ti-6Al-4V ได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จในปี 1972 และได้นำไปใช้กับเรือหลายลำจนถึงขณะนี้ . อายุการใช้งานหลายปีแสดงให้เห็นว่าใบพัดโลหะผสมไทเทเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง และมีอายุการใช้งานมากกว่าใบพัดโลหะผสมทองแดงแบบดั้งเดิมถึงสามเท่า

นอกจากใบพัดเรือแล้ว วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมยังใช้ในเครื่องยนต์ของเรืออีกด้วย ตัวอย่างเช่น เรือตัดน้ำแข็งที่ใช้พลังงานปรมาณูที่ผลิตในรัสเซียใช้เครื่องยนต์ไอน้ำที่ประกอบด้วยวัสดุโลหะผสมไทเทเนียม การใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนโลหะผสมไทเทเนียมสามารถป้องกันไม่ให้เรือได้รับผลกระทบจากกระแสน้ำเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ที่เกิดจากการตัดเส้นแม่เหล็กของโลกขณะเดินเรือ นอกจากนี้ อุปกรณ์ขับเคลื่อนด้วยพลังน้ำของเรือบางลำยังใช้วัสดุโลหะผสมไทเทเนียม เช่น เรือทดสอบ SES{1}} ของสหรัฐฯ และเรือตอร์ปิโด "PT-10" ของญี่ปุ่น อุปกรณ์ขับเคลื่อนด้วยพลังน้ำของบริษัทใช้ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรมและโลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักของอุปกรณ์และปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ขับเคลื่อนด้วยพลังน้ำ

3. ปั๊ม วาล์ว ท่อ และอุปกรณ์เสริม
ข้อกำหนดของรัสเซียสำหรับการทำงานของระบบท่อส่งเรือคือ วัสดุโครงสร้างควรรับประกันว่ามีอายุการใช้งาน 8 ถึง 9 ปีก่อนการซ่อมแซมท่าเรือครั้งแรก และอายุการใช้งานก่อนที่ระบบจะถูกเปลี่ยนอย่างสมบูรณ์ไม่ควรน้อยกว่า 15 ปี ข้อกำหนดนี้สามารถรับประกันได้ว่าเรือทุกระดับสามารถให้บริการได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นเวลา 25 ถึง 30 ปี เรือใช้งานในทะเล ดังนั้นปั๊ม วาล์ว ท่อ และอุปกรณ์เสริมอื่นๆ บนเรือจึงต้องเผชิญกับการทดสอบในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรง

โดยทั่วไประบบท่อของเรือพลเรือนรัสเซียจะใช้ท่อทองแดง M3C และท่อโลหะผสมทองแดง MH-5-1 ตามความเร็วของการไหลของน้ำ ในขณะที่วาล์ว ปั๊ม และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใช้โลหะผสมทองแดง หากท่อของเรือใช้วัสดุโลหะผสมทองแดง ท่อเหล่านั้นอาจถูกสึกกร่อนและเสียหายในปีที่สอง ทำให้ยากต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดการใช้งานที่กล่าวมาข้างต้น เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการใช้งาน ความหนาของท่ออาจต้องหนาขึ้น และในขณะเดียวกัน ก็ต้องขยายเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำไหลเร็ว น้ำหนักและราคาของระบบท่อโดยรวมของเรือเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม ปั๊ม วาล์ว ท่อ ฯลฯ ของเรือรบรัสเซียใช้วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมมากกว่า เรือรบให้บริการมาเป็นเวลานาน และการใช้งานได้พิสูจน์แล้วว่าท่อโลหะผสมไทเทเนียม วาล์ว ปั๊ม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ดีและมีอายุการใช้งานยาวนาน หากใช้วัสดุไทเทเนียมทั้งหมดในการผลิตระบบไอดีน้ำของเรือ อายุการใช้งานของระบบก็จะขยายออกไปได้อย่างมาก และปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการใช้งานได้

กองทัพเรือสหรัฐฯ ใช้ระบบท่อโลหะผสมไทเทเนียมบนเรือ เมื่อเทียบกับท่อโลหะผสมทองแดง-นิกเกิลแบบดั้งเดิม โลหะผสมไททาเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง แม้ในน้ำทะเลที่ไหลด้วยความเร็วสูง (ที่อัตราการไหล 13 เมตร/วินาที) น้ำทะเลจะไม่ถูกชะล้างและกัดกร่อน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับท่อที่มีน้ำทะเลเคลื่อนที่ มีอัตราการไหลสูง และมีแรงดันสูงเป็นตัวกลางในการทำงาน ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขของการประกันอัตราการไหลของน้ำทะเลเดียวกัน ความต้านทานการกัดกร่อนสูงของโลหะผสมไททาเนียมทำให้ท่อได้รับการออกแบบให้บางลง เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อจะเล็กลง พื้นที่ที่ถูกครอบครองโดยเรือจะเล็กลง ความยืดหยุ่นของ เค้าโครงได้รับการปรับปรุงและค่าบำรุงรักษาก็ลดลงด้วย นอกจากนี้ ความหนาแน่นของโลหะผสมไททาเนียมยังน้อย ประมาณครึ่งหนึ่งของโลหะผสมทองแดง-นิกเกิล และคุณภาพของไปป์ไลน์ที่ผลิตโดยไททาเนียมก็มีน้อย ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ที่ใช้ในการรองรับท่อลดลง น้ำหนักบรรทุกของเรือลดลงและการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงลดลง

4. จัดส่งอุปกรณ์อะคูสติก
วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมยังสามารถใช้กับอุปกรณ์อะคูสติกบนเรือได้ เช่น โซนาร์โดม ส่วนประกอบทรานสดิวเซอร์พลังน้ำ ไมโครโฟน ชิ้นส่วนโทรศัพท์ ฯลฯ โซนาร์เป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับเรือในการตรวจจับเป้าหมายใต้น้ำ ประเทศของฉันใช้สแตนเลสและไฟเบอร์กลาสเสริมใยเป็นส่วนใหญ่ แต่เมื่อเทียบกับวัสดุโลหะผสมไททาเนียม ความสามารถในการซึมผ่านของเสียงและความต้านทานการชนกันค่อนข้างอ่อนแอ รัสเซียได้ใช้โดมโซนาร์โลหะผสมไทเทเนียมกับเรือดำน้ำนิวเคลียร์เคิร์สต์ เรือบรรทุกเครื่องบินมินสค์ เรือบรรทุกเครื่องบินเคียฟ ฯลฯ และผลการตรวจจับโซนาร์จริงก็ดี