Email Facebook Twitter tisk WhatsAppFacebook Messenger Telegram LinkedIn sdílet

kavitace lodní vrtule je jev, který může výrazně snížit účinnost pohonu lodi a zároveň vést k rychlé degradaci vrtule.

Chcete-li se dozvědět více o kavitaci, musíme se seznámit nebo osvěžit naše znalosti týkající se fází kapalných par.

  • pevná látka (LED)
  • kapalina (voda)
  • pára (pára)

fáze kapaliny a páry jsou ovlivněny teplotou a tlakem. Obvykle se pozoruje, že voda mění svůj stav na formu páry, když je její teplota zvýšena na více než 100 ° C při atmosférickém tlaku. Voda se může také odpařovat, když je tlak snížen za normálních podmínek teploty. Při fyzikálních teplotách moře to vyžaduje tlak menší než přibližně 1, 5 až 2, 0 kN/m2.

příčina kavitace vrtule

lopatky vrtule vyvíjejí celkovou sílu v určitém směru tím, že jsou nastaveny v malém úhlu „dopadu“ na výsledný směr proudění vody procházející vrtulí.

 relativní rychlosti vody

relativní rychlosti vody

účinek proudění kolem lopatek má způsobit pozitivní tlak na obličej a snížený tlak nebo sání na zadní straně v důsledku zvýšených rychlostí proudění. Tato zvýšená rychlost je způsobena tvarem sekce vrtulového listu.účinek proudění kolem lopatek

součet těchto rozvodů tlaku vytváří celkovou sílu, jejíž axiální složka dává sílu tahu vrtule. Stává se tak, že za normálních pracovních podmínek lodní vrtule představuje sací síla na zadní straně čepele asi 80% celkové síly.

dynamický tlak způsobený průtokem vody

dynamický tlak způsobený průtokem vody

v pracovní oblasti vrtule je čistý tlak v jakémkoli bodě vody algebraickým součtem atmosférického tlaku, tlaku způsobeného hlavou vody a dynamického tlaku vyvolaného prací vrtule.

čistý Tlak

čistý tlak v daném bodě

pokud se čistý tlak sníží na hodnotu pod tlakem par 9e), pak se voda vypaří a vytvoří se dutiny. Vytvoření těchto dutin je známé jako kavitace.

kavitace tedy nastává, pokud:

p (a) + p (h) ± Δp < e

k tomu může dojít pouze tehdy, je-li Δp dostatečně negativní.

protože kavitace je ovlivněna tlakem a teplotou, je pravděpodobnější, že se vyskytuje u vrtulí pracujících v blízkosti povrchu v teplých vodách.

pokud tedy mořská voda procházející přes zadní část lopatky splňuje sací oblast a čistý tlak vodopádů pod tlakem páry vody při této teplotě, vytvoří se bublinky dutiny. Dutiny se rozšiřují, jak se tlak snižuje, pak se stahují, jak tlak stoupá a pára se přemění zpět na kapalinu.

tvorba kavitačních bublin

tvorba kavitačních bublin

typy kavitace

  1. ‚list“ nebo „laminární“ kavitace má podobu tenkého stacionárního listu, který obvykle začíná na náběžné hraně lopatek.
    Plechová nebo laminární kavitace

    Plechová nebo laminární kavitace

  2. za určitých podmínek se kavitace listů rozpadá za čepelí do formy známé jako „mlha“ nebo „oblačná“ kavitace.
  3. „bublinková“ kavitace jak název napovídá, je tvorba výrazných bublinových dutin.
    bublina kavitace

    bublina kavitace

  4. ‚Vortex‘ kavitace má vzhled splétaného krouceného lana a může být přítomen buď na špičkách čepele, nebo na šéfovi.
    Vírová kavitace

    Vírová kavitace

kavitace se zvyšuje s vyšším zatížením lopatek, tj. s většími úhly dopadu nebo s různými tvary řezů lopatek.

účinky kavitace

účinky kavitace mohou být uvedeny jako :

  1. snížený výkon
  2. eroze čepele
  3. vibrace
  4. hluk

výkon

účinky kavitace na výkon mohou být značné. Kavitace obvykle začíná u špiček čepele a postupně se šíří po celých lopatkách, jak se zvyšuje zatížení vrtule. Když se kavitace rozšířila na asi 0,75 poloměru, zjistí se, že dochází ke značné ztrátě tahu následované snížením točivého momentu, což v praxi znamená, že dojde k výraznému zvýšení otáček pro danou sílu. Protože rozpad tahu probíhá rychleji než změna točivého momentu, může dojít ke značné ztrátě účinnosti.

eroze

eroze je potenciálně závažný účinek. Kavitační bubliny, když jsou vytvořeny, nemohou přetrvávat, pokud jsou zametány do oblasti, kde se čistý tlak vrátí na hodnotu převyšující tlak páry vody. K tomu může dojít směrem k zadní hraně čepele nebo při pohybu čepele z horní do spodní části kružnice při hydrostatickém tlaku. Způsob, jakým se zhroutí, představuje nový jev, bubliny se stahují na velmi malou velikost, než zmizí, a celá energie kolapsu & změna stavu je proto soustředěna na velmi malou oblast. Odhaduje se, že konečný tlak v místě kolapsu může překročit 2,3 x 109 N/m2. To má samozřejmě vážný vliv na povrch kovu lopatek, který může být rychle erodován.

v počátečních fázích útoku kov vypadá, že byl rychle zasažen malým „peeningovým“ kladivem a na povrchu jsou vidět drobné kruhové prohlubně označující bod kolapsu po sobě jdoucích bublin. Pokud je kavitace rozsáhlejší nebo přetrvává delší dobu, pak to má za následek vážnou důlkovou korozi kovu, která způsobuje určitý kráter nebo řadu kráterů na povrchu lopatek, opouštět houbovitý vzhled, který je charakteristikou pokročilé kavitační eroze.

špičky vrtulového listu a vlečné hrany jsou zvláště citlivé na erozi a mohou být zcela erodovány a odtrženy účinky kavitace. V některých případech neustálé důlkování způsobuje, že celá tloušťka lopatek je snědena a nakonec dělá díru skrz čepel zpět do obličeje.

eroze způsobená kavitací se může objevit na kterékoli části vrtulového listu, kde je sání vysoké, ale společné ve třech významných oblastech:

  1. na špičce, kde je nejvyšší rychlost otáčení,
  2. při 0.7 poloměr, kde je zatížení obvykle na maximu,
  3. směrem ke kořenu čepele, kde jsou úseky nezbytně velmi silné a rozložení tlaku je nepříznivě ovlivněno malou mezerou mezi lopatkami.

vibrace

vibrace jsou vytvářeny v důsledku nestabilní povahy kavitace a jsou nazývány jako periodické vychýlení konstrukce vertikálním, horizontálním nebo torzním způsobem.

hluk

zhroucené dutiny způsobují hlukové účinky, které mohou být doprovázeny vysokofrekvenčními vibracemi pro cestující a posádku velmi nepříjemné, pokud se nacházejí na zadním konci ubytování lodi.

prostředky zamezení kavitace

  1. zvyšují celkovou plochu čepele a tím i tah na jednotku plochy povrchu čepele pro stejný celkový tah. Toho lze dosáhnout zvýšením poměru plochy lopatky při konstantním průměru nebo zvětšením průměru vrtule s výsledným snížením otáček.
  2. snižte úhly čepele a úhel dopadu přijetím mírně větších průměrů.
  3. změňte rozteč po celé délce čepele, aby se snížilo zatížení v kritických oblastech.
  4. Zamezte výskytu nepřiměřeně vysokých řezů na zadní straně lopatek pomocí tvarů řezů, které poskytují rovnoměrnější rozložení tlaku.
  5. Navrhněte záď tak, aby bylo dosaženo co nejrovnoměrnějšího probouzecího pole.
  6. Zamezte dopadu lokálních sacích špiček v blízkosti náběžné hrany použitím vhodného množství odklonu a vhodného tvaru vstupu.
  7. snižte tloušťku lopatek použitím materiálů, které jsou silnější a odolnější vůči účinkům kavitace.
  8. zajistěte maximální možné ponoření.
  9. snižte otáčky za minutu. Vzhledem k tomu, že tah vrtule se mění jako čtverec otáček, snížení otáček sníží kavitaci, ale také povede ke ztrátě rychlosti.

vrtule se říká, že je plně kavitující, když je celá záda pokryta listovou kavitací. Tento jev se také nazývá super kavitace. Poté, co se zadní část úseku zcela zbaví vody, zvýšení otáček za minutu již nemůže snížit tlak, a tak záda nemůže generovat žádný další zdvih. Na obličeji se však tlak stále zvyšuje s vyššími otáčkami, stejně jako celkový tah, i když pomaleji než před zahájením kavitace. – P. V. O. J. D. van Manen

kavitace - snadno vysvětlit!

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.