e-mail Facebook  Twitter  Print  WhatsApp Facebook Messenger Telegramă  LinkedIn acțiune

cavitația elicei unei nave este un fenomen care poate reduce foarte mult eficiența de propulsie a navei, ducând în același timp la degradarea rapidă a propulsorului.

pentru a afla mai multe despre cavitație, trebuie să ne familiarizăm sau să ne reîmprospătăm cunoștințele cu privire la fazele de vapori lichizi.

  • Solid (gheață)
  • lichid (apă)
  • vapori (abur)

fazele lichidului și vaporilor sunt influențate de temperatură și presiune. În mod normal, se observă că apa își schimbă starea sub formă de vapori atunci când temperatura sa este ridicată la peste 100 de grade C la presiunea atmosferică. Apa se poate vaporiza și atunci când presiunea este redusă în condiții normale de temperatură. La temperaturile fizice ale mării, aceasta necesită o presiune mai mică de aproximativ 1,5 până la 2,0 kN/m2.

cauza cavitației elicei

lamele unei elice dezvoltă o forță totală într-o anumită direcție datorită faptului că sunt fixate la un unghi mic de ‘incidență’ față de direcția rezultată de curgere a apei care trece prin elice.

vitezele Relative ale apei

vitezele Relative ale apei

efectul debitului trecut de lame este de a provoca o presiune pozitivă pe față și o presiune redusă sau aspirație pe spate datorită vitezelor crescute ale debitului. Această viteză crescută se datorează formei secțiunii lamei elicei.efectul debitului peste lamele

suma totală a acestor distribuții de presiune produce forța totală a cărei componentă axială dă forța de împingere a elicei. Se întâmplă astfel că, în condiții normale de lucru ale elicei unei nave, forța de aspirație de pe spatele lamei reprezintă aproximativ 80% din forța totală.

presiune dinamică datorată debitului de apă

presiune dinamică datorată debitului de apă

în regiunea de lucru a elicei, presiunea netă în orice punct al apei este suma algebrică a presiunii atmosferice, presiunea datorată capului de apă și presiunea dinamică indusă de funcționarea elicei.

presiune netă

presiune netă la un anumit punct

dacă presiunea netă se reduce la o valoare sub presiunea de vapori 9e), atunci apa se va vaporiza și se vor forma cavități. Crearea acestor cavități este cunoscută sub numele de cavitație.

astfel, cavitația apare dacă:

p (A) + P (h) oluxp < e

acest lucru se poate întâmpla numai atunci când valoarea lui NOx este suficient de negativă.

deoarece cavitația este afectată de presiune și temperatură, este mai probabil să apară în elicele care funcționează în apropierea suprafeței în apele calde.

astfel, dacă apa de mare care trece prin spatele lamei întâlnește regiunea de aspirație și presiunea netă a cascadelor sub presiunea de vapori a apei la acea temperatură, se formează bule de cavitate. Cavitățile se extind pe măsură ce presiunea se reduce, apoi se contractă pe măsură ce presiunea crește și vaporii se transformă înapoi în lichid.

formarea bulelor de cavitație

formarea bulelor de cavitație

tipuri de cavitație

  1. ‘foaie’ sau ‘Laminar’ cavitație ia forma unei foi subțiri staționare, de obicei, începând de la marginea anterioară a lamelor.
     foaie sau cavitație laminară

    foaie sau cavitație laminară

  2. în anumite condiții, cavitația Foii se descompune în spatele lamei într-o formă cunoscută sub numele de cavitație de ceață sau nor.
  3. ‘bubble’ cavitație după cum sugerează și numele, este formarea de cavități cu bule distincte.
    cavitație cu bule

    cavitație cu bule

  4. ‘cavitația vortexului are aspectul unei frânghii răsucite și poate fi prezentă fie la vârfurile lamei, fie la șef.
    cavitație Vortex

    cavitație Vortex

cavitația crește odată cu încărcarea mai mare a lamelor, adică cu unghiuri de incidență mai mari sau cu diferite forme ale secțiunii lamei.

efectele cavitației

efectele cavitației pot fi enumerate ca :

  1. performanță redusă
  2. eroziunea lamei
  3. vibrații
  4. zgomot

performanță

efectele cavitației asupra performanței pot fi considerabile. Cavitația începe de obicei de la vârfurile lamei și se răspândește treptat pe toate lamele, pe măsură ce încărcarea elicei crește. Când cavitația s-a extins la aproximativ 0,75 din rază, se constată că există o pierdere considerabilă a tracțiunii urmată de o reducere a cuplului, ceea ce înseamnă, în practică, că va exista o creștere marcată a revoluțiilor pentru o anumită putere. Deoarece defalcarea tracțiunii se desfășoară mai rapid decât schimbarea cuplului, poate exista o pierdere considerabilă a eficienței.

eroziunea

eroziunea este un efect potențial grav. Bulele de cavitație, atunci când sunt formate, nu pot persista dacă sunt măturate într-o regiune în care presiunea netă revine la o valoare care depășește presiunea de vapori a apei. Acest lucru se poate întâmpla spre marginea finală a lamei sau pe măsură ce lama se deplasează de sus în partea de jos a cercului obținând presiune hidrostatică. Modul în care se prăbușesc introduce un nou fenomen, bulele se contractă la o dimensiune foarte mică înainte de a dispărea și întreaga energie a prăbușirii & schimbarea stării este, prin urmare, concentrată într-o zonă foarte mică. S-a estimat că presiunea finală în punctul de colaps poate depăși 2,3 x 109 N/m2. Acest lucru are în mod evident un efect grav asupra suprafeței metalului lamelor care pot fi erodate rapid.

în stadiile inițiale ale atacului, metalul are impresia că a fost lovit rapid cu un mic ciocan de ‘peening’ și se observă mici indentări circulare pe suprafața marcând punctul de prăbușire a bulelor succesive. Dacă cavitația este mai extinsă sau persistă pentru o perioadă mai lungă de timp, atunci are ca rezultat o coroziune gravă a metalului, provocând un crater definit sau o serie de cratere pe suprafața lamelor, lăsând aspectul asemănător buretelui, care este caracteristicile eroziunii avansate a cavitației.

vârfurile lamei elicei și marginile posterioare sunt deosebit de sensibile la eroziune și pot fi complet erodate și rupte de efectele cavitației. În unele cazuri, corodarea continuă face ca întreaga grosime a lamelor să fie mâncată și, în cele din urmă, să facă o gaură prin lamă înapoi în față.

eroziunea cauzată de cavitație poate apărea în orice parte a lamei elicei unde aspirația este ridicată, dar în comun în trei regiuni semnificative:

  1. la vârful unde viteza de rotație este cea mai mare,
  2. la 0.7 raza unde sarcina este de obicei la un maxim,
  3. spre rădăcina lamei unde secțiunile sunt în mod necesar foarte groase și distribuția presiunii este afectată negativ de decalajul mic dintre lame.

vibrația

vibrația este creată datorită naturii instabile a cavitației și este denumită deformarea periodică a structurii într-o manieră verticală, orizontală sau torsională.

zgomot

cavitățile care se prăbușesc dau naștere unor efecte de zgomot care, însoțite de vibrații de înaltă frecvență, pot fi extrem de neplăcute pentru pasageri și echipaj dacă sunt situate în capătul din spate al cazării navei.

mijloace de evitare a cavitației

  1. crește suprafața totală a lamei și, astfel, forța de tracțiune pe unitatea de suprafață a suprafeței lamei pentru aceeași forță totală. Acest lucru poate fi realizat prin creșterea raportului suprafeței lamei la diametrul constant sau prin creșterea diametrului elicei cu o reducere rezultată a rotațiilor.
  2. reduceți unghiurile lamei și unghiul de incidență prin adoptarea unor diametre puțin mai mari.
  3. variați pasul pe lungimea lamei pentru a diminua încărcarea în regiunile critice.
  4. evitați apariția unor secțiuni excesiv de înalte pe partea din spate a lamelor, utilizând forme de secțiune care asigură o distribuție mai uniformă a presiunii.
  5. proiectați pupa pentru a obține un câmp de trezire cât mai uniform posibil.
  6. evitați incidența vârfurilor locale de aspirație în apropierea marginii anterioare, utilizând cantități adecvate de camber și o formă adecvată a intrării.
  7. reduceți grosimea lamelor utilizând materiale care sunt mai puternice și mai rezistente la efectele cavitației.
  8. asigurați imersiunea maximă posibilă.
  9. reduceți rotațiile pe minut. Deoarece împingerea unei elice variază ca pătratul revoluțiilor, atunci reducerea revoluțiilor va reduce cavitația, dar va duce și la pierderea vitezei.

se spune că o elice cavitează complet atunci când întregul spate este acoperit cu cavitație de foi. Acest fenomen se mai numește super cavitație. După ce partea din spate a secțiunii a devenit complet denudată de apă, creșterea revoluțiilor pe minut nu mai poate reduce presiunea acolo și, prin urmare, nu poate fi generată nicio ridicare suplimentară de spate. Cu toate acestea, pe față, presiunea continuă să crească cu revoluții mai mari și la fel și forța totală, deși cu o rată mai lentă decât înainte de începerea cavitației. – P. v. O. J. D. van Manen

 cavitație - ușor de explicat!

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.