Watt's Festival

a hajó propellerének Kavitációja olyan jelenség, amely nagymértékben csökkentheti a hajó hajtási hatékonyságát, ugyanakkor a propeller gyors lebomlásához vezet.

a kavitáció további megismeréséhez meg kell ismerkednünk vagy frissítenünk a folyékony gőzfázisokkal kapcsolatos ismereteinket.

• szilárd (jég)
• folyékony (víz)
• gőz (gőz)

a folyadék és a gőz fázisait a hőmérséklet és a nyomás befolyásolja. A víz állapotát általában gőz formájává változtatja, amikor hőmérsékletét légköri nyomáson 100 fok fölé emelik. A víz akkor is elpárologhat, ha a nyomást normál hőmérsékleti körülmények között csökkentik. A tenger fizikai hőmérsékletein ez körülbelül 1,5-2,0 kN/m2-nél kisebb nyomást igényel.

a Propeller Kavitációjának oka

a propeller lapátjai teljes erőt fejtenek ki egy bizonyos irányban azáltal, hogy a propelleren áthaladó víz áramlási irányának kis beesési szögében vannak beállítva.

a lapátok mellett történő áramlás pozitív nyomást gyakorol az arcra, a megnövekedett áramlási sebesség miatt pedig csökkentett nyomást vagy szívást okoz a háton. Ez a megnövekedett sebesség a propeller penge szakaszának alakja miatt következik be.

ezeknek a nyomáseloszlásoknak az összege adja azt a teljes erőt, amelynek axiális komponense adja a légcsavar tolóerejét. Előfordul, hogy a hajó propellerének normál munkakörülményei között a penge hátulján lévő szívóerő a teljes erő körülbelül 80% – át teszi ki.

a légcsavar munkaterületén a víz bármely pontján a nettó nyomás a légköri nyomás algebrai összege, a vízfej miatti nyomás és a légcsavar működése által kiváltott dinamikus nyomás.

ha a nettó nyomás a 9e gőznyomás alá csökken), akkor a víz elpárolog, és üregek képződnek. Ezen üregek létrehozását kavitációnak nevezik.

így kavitáció akkor fordul elő, ha:

p(A) + p (h) xhamsterp < e

ez csak akkor fordulhat elő, ha a (z) o (h) kellően negatív.

mivel a kavitációt a nyomás és a hőmérséklet befolyásolja, nagyobb valószínűséggel fordul elő a meleg vizekben a felszín közelében működő légcsavarokban.

így, ha a penge hátoldalán áthaladó tengervíz megfelel a szívó régiónak és a vízesések nettó nyomásának az adott hőmérsékleten a víz gőznyomása alatt, üregbuborékok képződnek. Az üregek a nyomás csökkenésével tágulnak, majd a nyomás emelkedésével összehúzódnak, és a gőz folyadékká alakul.

típusai kavitáció

1. ‘Sheet’ vagy ‘Laminar’ kavitáció formáját ölti egy vékony álló lemez általában kezdődő vezető szélén a pengék.
   

   lap vagy lamináris kavitáció

2. bizonyos körülmények között a lapkavitáció a penge mögött egy köd vagy felhő kavitáció néven ismert formára bomlik.
3. ‘Bubble’ kavitáció ahogy a neve is mutatja, a kialakulását jellegzetes buborék üregek.
   

   buborék kavitáció

4. ‘a Vortex kavitációja sodrott sodrott kötélnek tűnik, és jelen lehet A penge hegyén vagy a főnöknél.
   

   örvény kavitáció

a kavitáció a pengék nagyobb terhelésével növekszik, azaz nagyobb beesési szögekkel vagy különböző pengeszakaszokkal.

a kavitáció hatásai

a kavitáció hatásai felsorolhatók :

1. csökkentett teljesítmény
2. penge erózió
3. rezgés
4. zaj

teljesítmény

a kavitáció hatása a teljesítményre jelentős lehet. Kavitáció általában kezdődik a penge tippeket, és fokozatosan elterjedt az egész pengék, mint a propeller terhelés növekszik. Amikor a kavitáció a sugár körülbelül 0,75-re terjedt ki, a tolóerő jelentős veszteséget mutat, amelyet a nyomaték csökkenése követ, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy egy adott teljesítménynél jelentősen megnő a fordulatszám. Mivel a tolóerő lebontása gyorsabban megy végbe, mint a nyomaték változása, a hatékonyság jelentős veszteséget okozhat.

erózió

az erózió potenciálisan súlyos hatás. A kavitációs buborékok, amikor kialakulnak, nem maradhatnak fenn, ha olyan régióba söpörnek, ahol a nettó nyomás visszatér a víz gőznyomását meghaladó értékre. Ez előfordulhat a penge hátsó széle felé, vagy amikor a penge a kör tetejétől az aljáig mozog, hidrosztatikus nyomást gyakorolva. Az összeomlás módja új jelenséget vezet be, a buborékok nagyon kis méretűre zsugorodnak, mielőtt eltűnnek, és az összeomlás & állapotváltozásának teljes energiája ezért egy nagyon kis területre koncentrálódik. Becslések szerint a végső nyomás az összeomlás helyén meghaladhatja a 2,3 x 109 N/m2-t. Ez nyilvánvalóan komoly hatással van a pengék fémfelületére, amely gyorsan erodálható.

a támadás kezdeti szakaszában a fém úgy tűnik, hogy egy kis ‘peening’ kalapáccsal gyorsan eltalálták, és apró kör alakú bemélyedések láthatók a felületen, jelezve az egymást követő buborékok összeomlási pontját. Ha a kavitáció kiterjedtebb vagy hosszabb ideig fennáll, akkor a fém súlyos korrózióját eredményezi, ami határozott krátert vagy kráterek sorozatát okozza a pengék felületén, így a szivacsszerű megjelenés, amely a fejlett kavitációs erózió jellemzői.

a propeller penge és a hátsó élek hegyei különösen érzékenyek az erózióra, és a kavitáció hatásai teljesen erodálódhatnak és elszakadhatnak. Bizonyos esetekben a folyamatos lyukasztás a pengék teljes vastagságát elfogyasztja, és végül lyukat készít a pengén az arc felé.

a kavitáció miatti erózió a propeller penge bármely részén előfordulhat, ahol a szívás magas, de három jelentős régióban közös:

1. azon a csúcson, ahol a forgási sebesség a legnagyobb,
2. 0-nál.7 sugár, ahol a terhelés általában maximális,
3. a penge gyökere felé, ahol a szakaszok szükségszerűen nagyon vastagok, és a nyomáseloszlást hátrányosan befolyásolja a pengék közötti kis rés.

rezgés

a rezgés a kavitáció bizonytalan jellege miatt jön létre, és a szerkezet függőleges, vízszintes vagy torziós periodikus elhajlásának nevezik.

zaj

az összeomló üregek olyan zajhatásokat idéznek elő, amelyek nagyfrekvenciás rezgésekkel együtt rendkívül kellemetlenek lehetnek az utasok és a személyzet számára, ha a hajó hátsó részén helyezkednek el.

a kavitáció elkerülésének eszközei

1. növelje a penge teljes területét, így a penge felületének egységnyi területére eső tolóerőt ugyanarra a teljes tolóerőre. Ez úgy valósítható meg, hogy állandó átmérőn növeljük a penge területarányát, vagy növeljük a légcsavar átmérőjét a fordulatok ebből eredő csökkenésével.
2. csökkentse a penge szögét és beesési szögét valamivel nagyobb átmérők alkalmazásával.
3. változtassa meg a lapát hosszában a hangmagasságot annak érdekében, hogy csökkentse a terhelést a kritikus területeken.
4. Kerülje el, hogy a lapátok hátoldalán indokolatlanul magas szakaszok jelenjenek meg olyan szakaszformák használatával, amelyek egyenletesebb nyomáseloszlást biztosítanak.
5. tervezze meg a szigorúságot, hogy a lehető legegyenletesebb ébresztő mezőt érje el.
6. Kerülje el a helyi szívócsúcsok beesését az elülső él közelében megfelelő mennyiségű dőlésszög és a bejárat megfelelő alakja használatával.
7. csökkentse a pengék vastagságát olyan anyagok felhasználásával, amelyek erősebbek és jobban ellenállnak a kavitáció hatásainak.
8. adja meg a lehető legnagyobb merítést.
9. csökkentse a percenkénti fordulatszámot. Mivel a légcsavar tolóereje a fordulatok négyzeteként változik, akkor a fordulatok csökkentése csökkenti a kavitációt, de sebességvesztést is eredményez.

azt mondják, hogy egy légcsavar teljesen kavitál, amikor a hát egész részét lapkavitáció borítja. Ezt a jelenséget szuper kavitációnak is nevezik. Miután a szakasz hátulja teljesen kiürült a vízből, a percenkénti fordulatszám növekedése már nem tudja csökkenteni a nyomást, így a hátsó rész nem hozhat létre további emelést. Az arcon azonban a nyomás tovább növekszik a nagyobb fordulatszámokkal, így a teljes tolóerő is, bár lassabban, mint a kavitáció kezdete előtt. – P. v. O. J. D. van Manen