Sualtı ve alt deniz uygulamaları için miller tasarlamak, aşırı çevresel taleplerle tanımlanan titiz bir mühendislik disiplinidir. Bu ayarda bulunan bu dönen bileşenler sadece maliyetli değildir - yıkıcı çevresel hasarları tetikleyebilir ve kritik denizlerin tasarımını durdurmalıdır. Bu nedenle, mühendisler, yüksek basınçlı malzemeleri içeren sistemlerde güvenilir bir şekilde çalışır.

Yeraltısu Ortamlarında Korozyon Mekanizmaları

Saltwater, elektrokimyasal korozyonu hızlandıran agresif bir elektrolittir. Alt deniz milis için, korozyon meydan okuması üniformalı malzeme kaybı ile sınırlı değildir; piting, crevice korozyon ve stres korozyonu gibi yerelleştirilmiş formlar genellikle bu mekanizmaların kritik hale gelmesi için çok daha iyi bir başarısızlık başlatır.

Üniforma korozyon ve Pitting

Üniforma korozyonu sürekli olarak mil yüzeyinde ilerliyor, duvar kalınlığını azaltır ve yük taşıma kapasitesinden ödün verir. Pitting, ancak, yerelleştirilmiş boşluklar şeklinde ve hızla derinleşir, yorgunluk çatlakları tetikleyen stres artışları olarak hareket eder.), kimyasal kompozisyonundan hesaplanan bir anahtar ölçümdür: klorür zengin deniz suyu, bu film yerel olarak kırılabilir, pitpite edilebilir.

[FONT=0)PREN =%Cr + 3 (%Mo) + 16(%N)).

Subsea miller için, 40 veya daha yüksek bir PREN ( süper duplex paslanmaz çeliklerde görüldü) genellikle sıcak, durgun deniz su koşullarından ödün vermek için belirtilmiştir.

Crevice

Crevices form, kaplamalar altında veya stapatit suların boş bir aerasyon hücresi yarattığı parçalar arasında bir araya gelir ve tüm crevicelere kadar uzatan kaplamalar uygulanır.

Stresli Dondurma ve Korozyon Şergue

SCC, çekme stresi ve belirli bir koreatif ortam, malzemenin verim gücü altında olan yüklerin altında, sürekli rotasyonlu yüklerin altında, [[0) olarak, NOK M-001 ve API 5CRA gibi yüzeylerde kırılmak için bir araya geldiğinde meydana gelir.

Mikrobiyolojik Olarak Etkilendiren Korozyon (MIC)

Sulfate-reksiyonlu bakteriler (SRB) ve diğer mikroorganizmalar, hidrojen sulfid gibi agresif metabolitler üreterek korozyonu hızlandırabilir. MIC özellikle sıcak, besleyici-zengin alt deniz ortamları ile ilgili problemli ve paslanmaz çeliklerde ve nikel bazlı alaşımlarda ciddi bir şekilde çukura neden olabilir. Biocidal kaplamalar, periyodik temizlik ve sulfatların azaltılması, sulfate potansiyelinin altında yatan potansiyellerin azaltılması gibi katalizörler.

Korozyon Kontrollü Strategies

Tek bir yöntem tam bağışıklık sağlar. Bunun yerine, bir çok-barrier yaklaşımı malzeme seçimi, kaplamalar ve katodik koruma alt deniz mili tasarımında standart bir uygulamadır.Her bariyer diğerlerinden geri dönmek için tasarlanmıştır, bir tabakanın hasar görmesine rağmen devam eden koruma sağlar.

Malzeme Seçimi

Savunmanın birincil hattı temel malzemedir. Subsea miller için, aşağıdaki alaşım aileleri en yaygın:

  • [FONT=0] Super Duplex paslanmaz çelikler [Dönetici: 1 ), (örneğin, Güvenlik S32760, S32750): Mükemmel bir güç dengesi (yirli > 550 MPa), korozyon direnci ve maliyeti. PREN 40-45 değerleri çoğu için uygun hale getirir.
  • [FONT=0)Nickel-Based Alloys[[Dönesel Maddeler[Düzg., Inconel 625, Hastelloy C-276): klorür seviyelerinin ve sıcaklıkların aşırı derecede yüksek olduğu derinlerde kullanılır. Onlar ısıtılmış direnç gösterir ve makineye daha pahalı ve daha zor.
  • [FONT:0]Titanium Alloys[[Dönetici: 1 )) [Düzücük, çelik yoğunluğu, geri dönen kütlenin yarısıdır.
  • [FONT=0]Copper-Nickel Alloys[[Dönetici: 9-30 CuNi: paslanmaz veya titanyum kadar güçlü olmasa da, daha az talep edilen hizmetlerde mil kollarında veya mühür yüzleri için sık sık sık kullanılır.

Koruyucu Kaplamalar

Kaplamalar metal ve korrotif çevre arasında fiziksel bir bariyer sağlar. Alt deniz milis için kaplama sistemi ayrıca kontraksiyon sırasında aşınmaya, yükleme sırasında etkisi ve uzun vadeli immersion. Ortak seçimler içerir:

  • [FONT:0] ⁇ Sprey Kaplamalar[[Dönetici: Yüksek yoğunluklu oxy-fuel (HVOF) bir kobalt veya nikel matrixte gömülü olan TTB kaplamaları ve korozyon direnci sunar.
  • [FONT=0]Epoxy ve Poliüretan Kaplamalar [DDD: 1): En-film sistemleri (tipik olarak 500-1000 μm) yasak bölgelere uygulanmaz. Hasarsız ve tamir edilmelidir; küçük pin deliği azaltılabilir.
  • [FONT:0)Ceramik Kaplamalar[[Dönemli: Alumina veya zirconia kaplamaları plazma spreyi ile uygulanan yüksek sert ve mükemmel korozyon bariyer özellikleri sağlar, ancak sert ve sert ahşap kaplamalar yapamaz.
  • [FONT:0]Seçsiz Nickel Plating[[Döntilmiş: Amorphous nikel-phosphorus kaplamaları karmaşık geometrilere uygun olarak uygulanabilir ve deniz suyunda iyi korozyon direnci sunabilirler, ancak nispeten yumuşak ve mühür temas altında giyebilirler.

Cathodic Protection

Cathodic koruma (CP) neredeyse evrensel olarak subsea millere ve ilgili bileşenlere uygulanır.Bir elektrokimya hücresinde kedihode, korozyon bir çuval veya etkilenen mevcut bir sisteme kaybolmaktadır.

  • [FONT:0]Anode konumu[[[Dönetici: Sacrificial anodes (tipik olarak alüminyum veya çinko alaşımları) milinin destek yapısına veya yakın merkezlere monte edilir, üniforma mevcut dağıtım sağlar.
  • [FONT:0)Current yoğunluk gereksinimleri[Dönetici: Deniz sularında çıplak karbon çelik için tipik bir tasarım değeri 100-150 mA /m2, ancak kaplar daha düşük akımlar gerektirir. Aşırı koruma (çok negatif bir potansiyel) yüksek çelik ve titanyumda hidrojen embrittlementine neden olabilir, bu yüzden potansiyel 100-1.05 V - V vs. Ag/AgCl.
  • [FONTD:0)[[Döneticiler): Referans elektrotlar ve kupon dizileri koruma seviyelerini doğrulamak için gerçek zamanlı potansiyel ölçümlere izin verir. kritik miller için, otomatik kontrol döngüleri ile kalıcı olarak etkilenen CP sistemleri kullanılır.

Basınç Direnişi: Derin su için yapısal tasarım

Hidrostatik basınç, yaklaşık 0.1 MPa (1 bar) deniz suyunun 10 m'sinde, modern deniz alanları için ortak, baskı 30 MPa (~4,350 psi) tarafından artış gösterir, ancak aynı zamanda tork ve aksiyel yüklerle doğru hizalamayı engellemeli. Tasarım, sabit yüklemeyi önlemek zorundadır.

Duvar Kalınlığı ve Çalt Direniş

Dış baskı altında kalın duvarlı bir silindirin çöküntü için temel denklem Lamé'nin çözümüne dayanıyor.[D[Üye Olmayanlar İçindekiler:0][D[DÜye Olmayanlar İçindekiler: 1 )[DÜye Olmayanlar İçindekiler[DÜye Olmayanlar İçindekiler ve Üst Seviyeler[DÜye Olmayanlar İçindekiler)[DÜye Olmayanlar İçindekiler[Üye Olmayanlar İçindekiler)

[FONT:0)P)[[D[D][/FONT][/FONT=2)[D][/FONT=3))[D[D][/FONT=3][/FONT=)))[D[D][/FONT=3][/FONT=))))))

⁇ [DÜ:0)y) = verim gücü ve t = duvar kalınlığı. 1,5-2.0 üretim toleransları ve bilinmeyen stres konsantrasyonları için dikkate alınması tipiktir. Katı miller için, çöküntü, ancak dış yüzey tribatif bir sıkıştırma değildir; maksimum hear stres teorisi (Tresca) stres durumu aşağıdaki verimin altında kalır. Gelişmiş sonlu element analizi (FEA) yerel etkiler için kullanılır.

Şükrü Baskısı

Subsea ekipmanları genellikle operasyonel değişiklikler nedeniyle baskı dalgalanmaları deneyimliyor, durgun döngüler veya kaba deniz eyaletleri. Shafts, planlanan ortamdaki mil materyali için nükletilebilir[Dönemli sular) için kullanılan basınç değişikliklerinin basitleştirilmesi, yüksek döngüsündeki düşük hassasiyet faktörleri ile düzeltilmiş, dayanıklılık sınırları genellikle yüzde 30 ila 50 arasında nükle kaldırılabilir.

Yüksek Basınç Subsea Shafts için teknolojileri

Deniz suyunun ingremesini önlemeye izin veren dinamik mühürler, bir mil mühürünün başarısızlığı, iç ekipmanın (örneğin, elektrikli motor veya dişli) derhal selef türleri içerir: alt deniz uygulamalarında kullanılan mühür türleri şunlardır:

  • [FONT:0)Lip Seals [[DÜDÜT:1) veya yüksek sıcaklıklar için ilkbaharda (FFKM) ile perfluorokarbon (FKM) ile temasa geçtiler.
  • [FONT:0]Mechanical Face Seals[[Dönetici: İki düz yüz, bir mil ve bir istasyonlu, ilkbahar ve baskı yükleri altında bir çift. Sert yüz malzemeler ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • [FONT:0)Basın açıklaması: [FONTD: A bariyer sıvı dış deniz su basıncının üzerinde biraz üzerinde bir baskıya karşı, mühür yüze herhangi bir net ayrı baskıyı önler ve sızıntıyı ortadan kaldırır.Bu sistem derin su iterleri ve pompa milleri ile yaygındır.
  • [FONT=0]Bellows Seals[[Dönetici: Metal bel ve konut arasındaki bir statik mühür. Sıfır sızıntı ve uzun hizmet yaşamı gerektiren uygulamalarda kullanılır, ancak darbe ve baskı ile sınırlıdır.

Seal tasarımı, ters akış ve potansiyel mühür hasara neden olabilir. Check valfleri ve basınç yardımı cihazları genellikle konuta entegre edilir.

Basınç ve Fatigue için malzeme seçimi

Korozyon direncinin ötesinde, alt deniz mili malzemeleri düşük sıcaklıklarda yüksek güç, iyi sertliği sergilemeli ve mükemmel yorgunluk özellikleri. Aşağıdaki tablo (önemli kavramsal olarak) temel alaşımları karşılaştırır:

  • [FONT=0] Super Duplex paslanmaz Steel (UNS S32760)[Dönetici: Ver 550 MPa, UTS 800 MPa, elongation 25%, SCC ve korozyon yorgunluk için çok iyi bir direniş. Geniş bir şekilde 300 mm çapında miller için kullanıldı.
  • [FONT:0) Inconel 625 (çözüm)[Üye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar: 49 Oy, UTS 830 MPa, elongation 45%, mükemmel direnç yüksek sıcaklıklar için kullanılır.
  • [FONT:0)Ti-6Al-4V (annealed))[Ücretsiz)[GÜNCÜCEL, UTS 900 MPa, elong% 14, olağanüstü korozyon yorgunluk gücü deniz suyunda, ancak korumacı kedinin içine konu.
  • [FONT:0)17-4 PH paslanmaz Çelik (H900 koşulu)): 1,170 MPa, UTS 1.310 MPa, elongasyon% 15, yüksek güç ama sadece sağlam kaplama ve CP ile sınırlı korozyon direnci.

Herhangi bir aday materyali için, [[0)ASTM G61[Dönetici kutupizasyon) ve [[Dönetici güçlülüğü:2)ASTM E6000[D 3 ) gibi standart testler, testlerin simülasyonu altında performansları doğrulamak için yapılır.

Üretim ve Kalite Güvence

Subsea milleri toleransları kesinleştirmek için üretilmektedir, genellikle eleştirel çaplarda ±0.025 mm son işleme toleransları ile. Üretim süreci tipik olarak şunları içerir:

  • [FONT:0)[[Dönetici: 1) Yüksek kaliteli vakumlu ark yeniden (VAR) veya elektroslag remelted (ESR) en az dahil olmak üzere, tahıl yapısını küçültmek ve eksenle uyumlu hale getirmek.
  • [FONT:0]Heat Tedavisi[[[DÜT:1): Süper dubleks ve nikel alaşımları için çözüm ve gider; yağışlı sınıflar için yaşlanmak için ısı tedavisi kontrollü atmosfer fırınlarında yüzey kirliliğinden kaçınmak için yapılmalıdır.
  • [FONT:0]Machining[DÜDÜT:1): Taşınmayı bitirerek veya sert bir şekilde geri dönüşerek takip edilen kabarıklık; 0.2-0.4 μm değerleri, mühürlenen yüzeylerde yaygındır.
  • [FONT:0) Hayırlı Test (NDT))[FONT:2) <24|p>[D)[Dönetici testleri (ASTM E1004)) hacimsel kusurları için, manyetik parçacık denetim (ASTM E1444) için, ferromanyetik malzemeler için, ve penetrant (ASTM E1417) için% 100 denetim görevlendirilmiş.
  • [FONT=0]Hydrostatik ve Burst Test): Örnek mil veya bir temsilci kuponu baskı ile 1.5 × tasarım baskısına kadar test edilir.

Orta deniz üretim ekipmanı ve NERSOK M-001 için gerekli olan kalite standartları, malzeme ve üretim için çerçeve sağlar.

Yenilikçi Çözümler ve Gelecek Trendleri

Daha derin sulara ve daha uzun alana doğru sürüş (30+ yıl) alt deniz mili teknolojisindeki yenilikleri zorluyor. Birkaç ortaya çıkan trendler traksiyon kazanıyor:

Kompozit ve Hibrit Shafts

Karbon fiber-reinforced polimer (CFRP) milleri, kompozit ve metal arasında güvenilir bağlantı sağlamak ve yüksek basınçlı su ingresyonu altında matrix bozulmasına karşı dirençli nanokompozisyonlar kullanılarak, geliştirilmiş bariyer özellikleri için bir CFRP tüpü kullanıyor.

Akıllı İzleme Sistemleri

Gömülü sensörler - Fiber Bragg (FBG) optik fiberler, akustik emisyon sensörleri ve çatlakları - sürekli olarak izler mil koşulu. Gerçek zamanlı veriler tok, vibrasyon, sıcaklık ve korozyon potansiyel olası tahmin edici bakım, planlanmamış downtime.ETHFLT:0NACE SP0169) şu anda CP izleme entegrasyonuna rehberlik sağlar.

Gelişmiş Yüzey Tedavisi

Elmas benzeri karbon (DLC) kaplamalar, laboratuvar testlerinde aşınma ve korozyon için olağanüstü bir direnç gösterdi, ancak büyük çaplı kaplamalara ölçeklendirmek bir üretim meydan okuması kalır.

Katkı İmalatı

Wire-arc katkı üretimi (WAAM) ve seçici lazer söndürücü (SLM), yakın-net-shape mil boşlarının üretimini optimize edilmiş iç geometrilerle - SLM + HIP tarafından üretilen integral soğutma kanalları veya hafif lattice çekirdeği gibi - kuvvetini korumak için ağırlık azaltmaktadır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sualtı ve alt deniz uygulamaları için miller tasarlayın, aynı anda korozyon, yüksek basınç, yorgunluk, mühürleme ve üretim karmaşıklığına sahip olan entegre bir yaklaşım gerektirir; mühendisler, korozyona dayanıklı alaşımları birleştirmelidir, ancak sağlam kaplamalar, katodik koruma, baskıya dayanıklı testlerin temelleri, alt çevredeki fiziksel ve kimyasal zorlukları anlamak ve kanıtlanmış mühendislik ilkelerine daha fazla katkıda bulunabileceklerdir.