ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალების გამოყენება ოკეანეში

ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალა არის ბოჭკოვანი გამაგრებული მასალა, რომელიც დამზადებულია ნახშირბადის ბოჭკოსა და ფისისგან, ლითონისგან, კერამიკისა და სხვა მატრიცისგან. მისი მსუბუქი წონის, მაღალი სიმტკიცის, მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობის და ა.შ. გამო, ბოლო წლებში იგი ფართოდ გამოიყენება აერონავტიკაში, სპორტსა და დასვენებაში, მაღალსიჩქარიან რკინიგზაში. ავტომობილებისა და სამოქალაქო ინჟინერიის სფეროებში. ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალები გამოირჩევა დაღლილობისადმი მდგრადობით, კოროზიისადმი მდგრადობით და შესანიშნავი სამშენებლო მახასიათებლებით მაღალი სიმტკიცისა და მაღალი სიმტკიცის გამო, რაც მას შესაფერისს ხდის საზღვაო გამოყენებისთვის, მასალის თვისებებისადმი განსაკუთრებული მოთხოვნებით. ყურადღება მიაქციეთ. ბოლო წლებში ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები სულ უფრო მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ გემთმშენებლობაში, ოფშორული ენერგეტიკის განვითარებაში და საზღვაო ინჟინერიის შეკეთებაში.

1. განაცხადი ბორტზე
ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები ტრადიციულ გემთმშენებლობის მასალებთან შედარებით ბუნებრივ უპირატესობას ფლობენ. პირველ რიგში, ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები კარგი მექანიკური თვისებებით გამოირჩევა. კორპუსი დამზადებულია მსუბუქი წონისა და საწვავის დაბალი მოხმარების მახასიათებლებით, ხოლო მშენებლობის პროცესი შედარებით მარტივია, ციკლი მოკლეა და ჩამოსხმა მოსახერხებელია, ამიტომ მშენებლობისა და მოვლა-პატრონობის ღირებულება გაცილებით დაბალია, ვიდრე ფოლადის გემის. ამავდროულად, რადგან ნახშირბადის ბოჭკოსა და ფისოვან მატრიცას შორის ინტერფეისი ეფექტურად უშლის ხელს ბზარების გავრცელებას, მასალას აქვს კარგი დაღლილობისადმი მდგრადობა; გარდა ამისა, ნახშირბადის ბოჭკოვანი ზედაპირის ქიმიური ინერტულობის გამო, კორპუსს აქვს წყლის ორგანიზმებისთვის ძნელად ეპიფიზური და კოროზიისადმი მდგრადი მახასიათებლები, რაც ასევე გემის კონსტრუქციაა. მასალების შერჩევის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი ფაქტორია. ამიტომ, ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალები გემთმშენებლობაში უნიკალური ყოვლისმომცველი უპირატესობებით ხასიათდება და ამჟამად ფართოდ გამოიყენება ამ სფეროში. ამავდროულად, ნახშირბადის ბოჭკოვანი ინდუსტრიის განვითარებას ხელი შეუწყო გამოყენების სფეროს გაფართოებამ.

1.1 სამხედრო გემები

ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები კარგი აკუსტიკური, მაგნიტური და ელექტრული თვისებებით ხასიათდება: ისინი გამჭვირვალე, ხმის გამტარი და არამაგნიტურია, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია სამხედრო ხომალდების სტელსის მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად. გემის ზედნაშენში კომპოზიტური მასალების გამოყენება არა მხოლოდ ამცირებს კორპუსის წონას, არამედ გადასცემს და იღებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს წინასწარ განსაზღვრული სიხშირით, შუალედურ ფენაში ჩაშენებული სიხშირის შერჩევითი ფენის დაცვით, რათა დაიცვას მტრის რადარის ელექტრომაგნიტური ტალღები. მაგალითად, ნორვეგიის საზღვაო ძალების მიერ 1999 წელს აშენებულ „skjold“ კლასის კრეისერზე გამოყენებული იყო სენდვიჩის კომპოზიტი, რომელიც შედგებოდა პოლივინილქლორიდის ქაფის ბირთვის ფენისგან, მინის ბოჭკოსგან და ნახშირბადის ბოჭკოვანი შუალედური ფენისგან. ეს დიზაინი არა მხოლოდ აუმჯობესებს სიმტკიცისა და წონის თანაფარდობას, არამედ აქვს კარგი დარტყმისადმი მდგრადობა. მახასიათებლები ასევე მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს დაბალი მაგნიტური, ანტიინფრაწითელი და ანტირადარის სკანირების მახასიათებლებს. შვედური Visby კლასის ფრეგატები, რომლებიც ექსპლუატაციაში 2000 წელს შევიდა, ყველა იყენებს ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტურ მასალებს, რომლებსაც აქვთ წონის შემცირების, რადარის და ინფრაწითელი ორმაგი სტელსის სპეციალური ფუნქციები.

ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული კომპოზიტური ანძების გემებზე გამოყენება თანდათან გაჩნდა. LPD-17 გემი, რომელიც შეერთებულ შტატებში ექსპლუატაციაში 2006 წელს შევიდა, იყენებს ნახშირბადის ბოჭკოს/ბალზას ბირთვის მოწინავე კომპოზიტურ კომპოზიტურ ანძას. ორიგინალური ღია ანძისგან განსხვავებით, LPD-17 იყენებს ახალ სრულად დახურულ ანძას/სენსორულ სისტემას (AEM/S). ამ ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური ანძის ზედა ნაწილი დაფარულია სიხშირის შერჩევითი ზედაპირის მასალით (FSS), რაც საშუალებას აძლევს კონკრეტული სიხშირის ტალღებს გაიარონ, ხოლო ქვედა ნახევარს შეუძლია ასახოს რადარის ტალღები ან შთანთქას რადარის შთამნთქმელი მასალები. ამიტომ, მას აქვს კარგი რადარის ფარული და აღმოჩენის ფუნქციები. გარდა ამისა, სხვადასხვა ანტენა და მასთან დაკავშირებული აღჭურვილობა თანაბრად არის შერწყმული სტრუქტურაში, რაც ადვილად არ კოროდირდება და უფრო ხელსაყრელია აღჭურვილობის მოვლა-პატრონობისთვის. ევროპის საზღვაო ძალებმა შეიმუშავეს მსგავსი დახურული ინტეგრირებული სენსორული ანძა, რომელიც დამზადებულია ნანოფიბრისგან დამზადებული მინის ბოჭკოსგან, რომელიც შერწყმულია ნახშირბადის ბოჭკოსთან, როგორც გამაგრება. ის საშუალებას აძლევს სხვადასხვა რადარის სხივებს და საკომუნიკაციო სიგნალებს შეუფერხებლად გაიარონ ერთმანეთთან და დანაკარგი უკიდურესად დაბალია. 2006 წელს, ეს მოწინავე ტექნოლოგიის მქონე ანძის ATM გამოიყენეს ბრიტანეთის საზღვაო ძალების ავიამზიდ „Royal Ark“-ზე.

ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების გამოყენება ასევე შესაძლებელია გემის სხვა ასპექტებში. მაგალითად, მისი გამოყენება შესაძლებელია პროპელერისა და საძრავი ლილვის სისტემის სახით საძრავ სისტემაში კორპუსის ვიბრაციის ეფექტებისა და ხმაურის შესამცირებლად და ძირითადად გამოიყენება სადაზვერვო გემებსა და სწრაფ საკრუიზო გემებში. მისი გამოყენება შესაძლებელია როგორც საჭე მანქანა-დანადგარებში, ზოგიერთ სპეციალურ მექანიკურ მოწყობილობასა და მილსადენების სისტემებში. გარდა ამისა, მაღალი სიმტკიცის ნახშირბადის ბოჭკოვანი თოკები ასევე ფართოდ გამოიყენება საზღვაო საბრძოლო ხომალდების კაბელებსა და სხვა სამხედრო ნივთებში.

1.2 სამოქალაქო იახტები

დიდი იახტები, როგორც წესი, კერძო საკუთრებაშია და ძვირია, რაც მოითხოვს მსუბუქ წონას, მაღალ სიმტკიცეს და გამძლეობას. ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების გამოყენება შესაძლებელია იახტების ინსტრუმენტულ ციფერბლატებსა და ანტენებში, საჭეებში და გამაგრებულ კონსტრუქციებში, როგორიცაა გემბანები, კაბინები და გემის ტიხრები. ტრადიციული კომპოზიტური იახტა ძირითადად დამზადებულია FRP-სგან, მაგრამ არასაკმარისი სიმყარის გამო, კორპუსი ხშირად ძალიან მძიმეა სიმყარის დიზაინის მოთხოვნების დაკმაყოფილების შემდეგ, ხოლო მინის ბოჭკო კანცეროგენულია, რომელიც თანდათანობით აკრძალულია საზღვარგარეთ. დღევანდელ კომპოზიტურ იახტებში გამოყენებული ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების წილი მნიშვნელოვნად გაიზარდა და ზოგიერთმა ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტებიც კი გამოიყენა. მაგალითად, Baltic-ის სუპერ-იახტა „პანამა“ ორმაგი ბარჟა, კორპუსი და გემბანი გარშემორტყმულია ნახშირბადის ბოჭკოვანი/ეპოქსიდური ფისის გარსით, Nomex  თაფლისებრი საფარით და CorecellTM სტრუქტურული ქაფის ბირთვით, კორპუსის სიგრძე 60 მეტრია. თუმცა, მისი საერთო წონა მხოლოდ 210 ტონაა. პოლონური კატამარანის კომპანიის, Sunreef Yachts-ის მიერ აგებული ნახშირბადის ბოჭკოვანი კატამარანი Sunreef 80 Levante იყენებს ვინილის ეთერის ფისოვან სენდვიჩ კომპოზიტებს, PVC ქაფს და ნახშირბადის ბოჭკოვან კომპოზიტებს. ანძის ბუმები დამზადებულია ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტებისგან და კორპუსის მხოლოდ ნაწილი იყენებს FRP-ს. წონა დატვირთვის გარეშე მხოლოდ 45 ტონაა. მაღალი სიჩქარე, საწვავის დაბალი მოხმარება და შესანიშნავი მუშაობა.

2014 წელს აშენებული „Zhongke·Lianya“ იახტა ამჟამად ჩინეთში ერთადერთი სრულად ნახშირბადის ბოჭკოვანი იახტაა. ეს არის ეკოლოგიურად სუფთა იახტა, რომელიც დამზადებულია ნახშირბადის ბოჭკოსა და ეპოქსიდური ფისის კომბინაციით. ის 30%-ით მსუბუქია იმავე ტიპის მინაბოჭკოვან იახტაზე და გამოირჩევა უფრო მაღალი სიმტკიცით, უფრო სწრაფი სიჩქარითა და საწვავის დაბალი მოხმარებით.

გარდა ამისა, იახტის კაბელები და კაბელები უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად მაღალი სიმტკიცის ნახშირბადის ბოჭკოვანი თოკებით არის დამზადებული. ვინაიდან ნახშირბადის ბოჭკოს ფოლადისაზე მაღალი დაჭიმვის მოდული და რამდენჯერმე ან თუნდაც ათჯერ დაჭიმვის სიმტკიცე აქვს და ბოჭკოს ნაქსოვი თვისება აქვს, ნახშირბადის ბოჭკოვანი თოკი გამოიყენება საბაზისო მასალად, რომელსაც შეუძლია ფოლადის მავთულის თოკისა და ორგანული პოლიმერის თოკის კომპენსირება. არასაკმარისი.z
2. გამოყენება საზღვაო ენერგიის განვითარებაში

2.1 წყალქვეშა ნავთობისა და გაზის საბადოები

ბოლო წლებში ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალები სულ უფრო ფართოდ გამოიყენება საზღვაო ნავთობისა და გაზის მოპოვების სფეროში. საზღვაო გარემოში კოროზია, წყლის დინების ქვეშ მყოფი დინებით გამოწვეული მაღალი და ძლიერი ძვრა მკაცრ მოთხოვნებს აწესებს მასალის კოროზიისადმი მდგრადობაზე, სიმტკიცესა და დაღლილობის თვისებებზე. ნახშირბადის ბოჭკოვან კომპოზიტებს აშკარა უპირატესობები აქვთ მსუბუქი, გამძლე და ანტიკოროზიული თვისებების გამო ოფშორული ნავთობის საბადოების განვითარებაში: 1500 მეტრის სიღრმის საბურღი პლატფორმას აქვს დაახლოებით 6500 ტონა მასის ფოლადის კაბელი, ხოლო ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტის სიმკვრივე ჩვეულებრივი ფოლადია. 1/4-ით, თუ ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალა გამოყენებული იქნება ფოლადის ნაწილის შესაცვლელად, საბურღი პლატფორმის დატვირთვის ტევადობა მნიშვნელოვნად შემცირდება და პლატფორმის მშენებლობის ღირებულება დაიზოგება. შემწოვი ღეროს ორმხრივი მოძრაობა ადვილად გამოიწვევს მასალის დაღლილობას ზღვის წყალსა და მილის შიგნით წნევას შორის დისბალანსის გამო. ამ პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალის გატეხვით და გამოყენებით; ზღვის წყლის გარემოს კოროზიისადმი წინააღმდეგობის გამო, ზღვის წყალში მისი მომსახურების ვადა უფრო გრძელია, ვიდრე ფოლადში, ხოლო გამოყენების სიღრმე უფრო ღრმაა.

ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების გამოყენება შესაძლებელია ნავთობის საბურღი პლატფორმების საწარმოო ჭაბურღილების მილებად, შემწოვი ღეროებად, შესანახ ავზებად, წყალქვეშა მილსადენებად, გემბანებად და ა.შ. წარმოების პროცესი იყოფა პულტრუზიის პროცესად და სველი დახვევის პროცესად. პულტრუზია, როგორც წესი, გამოიყენება ჩვეულებრივ და შემაერთებელ მილებზე. დახვევის მეთოდი, როგორც წესი, გამოიყენება შესანახი ავზისა და წნევის ჭურჭლის ზედაპირად და ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ანიზოტროპულ მოქნილ მილში, რომელშიც ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალა დახვეულია და განლაგებულია გარკვეული კუთხით ჯავშნის ფენაში.

ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალისგან დამზადებული უწყვეტი შემწოვი ღერო ლენტისებრი სტრუქტურის მქონეა, რომელიც ფირის მსგავსია და კარგი მოქნილობით გამოირჩევა. შეერთებულმა შტატებმა იგი 1990-იან წლებში წარმოაჩინა და გამოიყენა. იგი დამზადებულია ნახშირბადის ბოჭკოსგან, როგორც გამაგრების ბოჭკოსგან, და უჯერი ფისისგან, როგორც საბაზისო მასალისგან. იგი იწარმოება პულტრუზიის პროცესით მაღალ ტემპერატურაზე ჯვარედინი შეერთების შემდეგ. 2001 წლიდან 2003 წლამდე ჩინეთში სუფთა სხივური ნავთობის საბადოში პილოტის დასამზადებლად გამოიყენებოდა ნახშირბადის ბოჭკოვანი შემწოვი ღერო და ჩვეულებრივი ფოლადის შემწოვი ღერო. ნახშირბადის ბოჭკოვანი შემწოვი ღეროს გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს ზეთის გამომუშავება და შეამციროს ძრავის დატვირთვა, რაც უფრო ენერგოეფექტურია. გარდა ამისა, ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური შემწოვი ღერო უფრო მდგრადია დაღლილობისა და კოროზიის მიმართ, ვიდრე ფოლადის შემწოვი ღერო და უფრო შესაფერისია წყალქვეშა ნავთობის საბადოების განვითარებაში გამოსაყენებლად.

2.2 ოფშორული ქარის ენერგია

ზღვაზე ქარის ენერგიის უხვი რესურსები მომავალი განვითარების მნიშვნელოვანი სფეროა და ქარის ენერგიის ტექნოლოგიების ყველაზე მოწინავე და მომთხოვნი სფეროა. ჩინეთის სანაპირო ზოლი დაახლოებით 1800 კმ-ია და 6000-ზე მეტი კუნძულია. სამხრეთ-აღმოსავლეთ სანაპირო და კუნძულოვანი რეგიონები მდიდარია ქარის რესურსებით და მათი განვითარება მარტივია. ბოლო წლებში, შესაბამისი დეპარტამენტები მხარს უჭერენ ოფშორული ქარის ენერგიის განვითარების ხელშეწყობის მცდელობებს. ქარის ენერგიის პირების წონის 90%-ზე მეტი კომპოზიტური მასალებისგან შედგება. ზღვაზე ძლიერი ქარი და მაღალი სიმძლავრის გენერაცია აუცილებლად მოითხოვს უფრო დიდ პირებს და უკეთეს სპეციფიკურ სიმტკიცესა და გამძლეობას. ცხადია, ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალები აკმაყოფილებს ფართომასშტაბიანი, მსუბუქი, მაღალი ხარისხის, დაბალი ღირებულების ენერგიის გენერაციის პირების შემუშავების მოთხოვნებს და უფრო შესაფერისია საზღვაო გამოყენებისთვის, ვიდრე მინის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალები.

ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები მნიშვნელოვან უპირატესობებს ავლენს საზღვაო ქარის ენერგიის გენერაციაში. ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური პირის ფრთა დაბალი ხარისხისაა და მაღალი სიმტკიცე აქვს, ხოლო მოდული 3-დან 8-ჯერ აღემატება მინაბოჭკოვანი პროდუქტის მოდულს; ზღვის გარემოში ტენიანობა მაღალია, კლიმატი ცვალებადია და ვენტილატორი 24 საათის განმავლობაში მუშაობს. პირის ფრთას აქვს კარგი დაღლილობისადმი მდგრადობა და შეუძლია გაუძლოს ცუდ ამინდს. ის აუმჯობესებს პირის აეროდინამიკურ მახასიათებლებს და ამცირებს დატვირთვას კოშკსა და ღერძზე, რის შედეგადაც ვენტილატორის გამომავალი სიმძლავრე უფრო გლუვი და დაბალანსებულია, ხოლო ენერგოეფექტურობა გაუმჯობესებულია. გამტარობის მახასიათებლები, სპეციალური სტრუქტურული დიზაინის წყალობით, ეფექტურად აცილებს ელვისებური დარტყმით მიყენებულ დაზიანებას პირის ფრთაზე; ამცირებს ქარის ტურბინის პირის წარმოებისა და ტრანსპორტირების ხარჯებს; და აქვს ვიბრაციის დემპფერაციის მახასიათებლები.

3. საზღვაო ინჟინერიის გამოყენება

ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალები გამოიყენება საზღვაო საინჟინრო შენობებში. ისინი ძირითადად იყენებენ სიმსუბუქის, მაღალი სიმტკიცისა და კოროზიისადმი მახასიათებლებს და ცვლიან ტრადიციულ ფოლადის სამშენებლო მასალებს მყესებისა და სტრუქტურული ნაწილების სახით, რათა გადაჭრან ზღვის წყლის ეროზიის შედეგად ფოლადისა და ტრანსპორტირების მაღალი ტრანსპორტირების ხარჯების პრობლემა. ის გამოიყენება სანაპირო კუნძულის რიფების შენობებში, ნავსადგურებში, მცურავ პლატფორმებზე, მსუბუქი კოშკებში და ა.შ. ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების გამოყენება საინჟინრო რესტავრაციისთვის 1980-იან წლებში დაიწყო და იაპონიის Mitsubishi Chemical Corporation-მა ლიდერობა დაიკავა ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების მექანიკური თვისებების კვლევაში და მათ გამოყენებაში საინჟინრო გამაგრებაში. საწყისი კვლევის ფოკუსი იყო რკინაბეტონის სხივების გამაგრება ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების გამოყენებით, რომელიც მოგვიანებით განვითარდა სხვადასხვა სამოქალაქო საინჟინრო შენობების გამაგრებასა და გამაგრებაში. სანაპირო ნავთობის პლატფორმებისა და პორტების ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტებით შეკეთება მისი გამოყენების მხოლოდ ერთი ასპექტია. არსებობს მრავალი დაკავშირებული დოკუმენტი. აღსანიშნავია, რომ აშშ-ს DFI კომპანიამ ნახშირბადის ბოჭკოვანი ღეროები გამოიყენა საზღვაო ძალების პერლ ჰარბორის ტერმინალის შესაკეთებლად. იმ დროს ტექნიკოსები იყენებდნენ ინოვაციურ ნახშირბადის ბოჭკოვან ღეროებს გამაგრების შესაკეთებლად. ნახშირბადის ბოჭკოვანი ღეროებით შეკეთებულ ნავსადგურს შეუძლია გაუძლოს 9 ტონა ფოლადის დატვირთვას 2.5 მეტრის სიმაღლიდან. ის დაზიანების გარეშე იშლება და გაძლიერების ეფექტი აშკარაა.

რაც შეეხება ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების გამოყენებას საზღვაო ინჟინერიაში, არსებობს წყალქვეშა მილსადენების ან სვეტების შეკეთებისა და გამაგრების ერთ-ერთი სახეობაც. ტრადიციულ მოვლა-პატრონობის მეთოდებს, როგორიცაა შედუღება, შედუღების გაუმჯობესება, დამჭერები, ღარებით და ა.შ., აქვთ საკუთარი შეზღუდვები და ამ მეთოდების გამოყენება საზღვაო გარემოში უფრო შეზღუდულია. ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების შეკეთება ძირითადად მზადდება მაღალი სიმტკიცის და მაღალი წებოვნების ფისოვანი მასალებისგან, როგორიცაა ნახშირბადის ბოჭკოვანი ქსოვილი და ეპოქსიდური ფისი, რომლებიც მიმაგრებულია შესაკეთებელ ზედაპირზე, ამიტომ ის არის თხელი და მსუბუქი, მაღალი სიმტკიცის, კარგი გამძლეობის, მოსახერხებელი კონსტრუქციისა და სხვადასხვა ფორმისადმი ადაპტირებადი. მას აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობა.