Mi a hatása a kavitációnak a hajócsavaron?

A hajócsavarok kavitációja a hatékonyság és a tolóerő csökkenését okozza, túlzott zajt és rezgést generálva. A légcsavar lapátjainak eróziójához és károsodásához vezethet, és veszélyeztetheti a légcsavar szerkezeti integritását. Ezenkívül a kavitáció a kiegyensúlyozatlan tolóerő-eloszlás miatt befolyásolja a hajó manőverezőképességét, ami csökkentheti a hajó általános teljesítményét és élettartamát.

Mi a propeller kavitáció

A kavitációt a túlzott propellersebesség vagy terhelés okozta buborékok okozzák. A víz elpárolog vagy felforr a légcsavarlapát hátoldalán fellépő rendkívüli nyomáscsökkenés miatt. Sok hajócsavar normál működés közben részben kavitál, de a túlzott kavitáció a hajócsavar lapátjának felületén a mikroszkopikus buborékok lapáton történő összeomlása miatt fizikai károsodást okozhat.

A légcsavar kavitációjának oka

Nagy sebességek: A légcsavar fordulatszámának növekedésével nő a kavitáció kialakulásának valószínűsége is. Nagy sebességnél a légcsavarlapát alacsony és magas nyomású oldala közötti nyomáskülönbség jelentős lehet, ami gőzzel teli üregek kialakulásához vezet.

Elégtelen víz alámerülés: Ha a hajócsavar nem merül el teljesen a vízben, például sekély vízben vagy a hajó gyorsítása során, a hajócsavar lapátjai fölött csökken a víznyomás. Ez a nyomásesés kavitációt válthat ki.

Helytelen pengekialakítás: A propellerlapátok nem megfelelő kialakítása, beleértve a túlzott domborodást vagy vastagságot, hozzájárulhat a kavitációhoz. A rosszul megtervezett lapátok nem kezelik egyenletesen a vízáramlást, ami helyi alacsony nyomású területeket eredményez, amelyek elősegítik a kavitációt.

Durva vízi körülmények: A viharos tenger vagy a turbulens víz szabálytalan áramlási mintázatot hozhat létre a hajócsavar körül, ami növeli a kavitáció valószínűségét. A víznyomás hirtelen változása és az áramlási zavarok elősegíthetik a gőzzel teli üregek kialakulását.

Sérülés vagy szennyeződés: A hajócsavar lapátjainak sérülései, például horpadások, horpadások vagy felületi egyenetlenségek megzavarhatják a víz egyenletes áramlását, ami kavitációhoz vezethet. Hasonlóképpen, a hajócsavaron lévő tengeri növényzet vagy szennyeződések is megzavarhatják a víz áramlását és kavitációt idézhetnek elő.

A kavitáció típusai

Lapkavitáció:

A lapkavitáció akkor következik be, amikor a légcsavarlapát felületén nagy, kiterjedt lap vagy üregréteg alakul ki. Ez a fajta kavitáció jellemzően alacsony állásszögeknél jelentkezik, és sima és folyamatos lapszerű struktúra jellemzi. A lapkavitáció a légcsavar hatásfokának csökkenését, valamint a zaj és a rezgés növekedését okozhatja.

Felhő kavitáció:

A felhőkavitáció, más néven szuperkavitáció, nagyszámú kis üreg vagy buborék kialakulásával jellemezhető a légcsavarlapát körül. Ezek az üregek véletlenszerűen helyezkednek el, és folyamatosan alakulnak ki és omlanak össze. A felhőkavitáció nagyobb állásszögeknél fordulhat elő, és gyakran nagy sebességű légcsavarokhoz vagy nem egyenletes áramlási körülmények között működő légcsavarokhoz kapcsolódik. Csökkent tolóerőhöz, megnövekedett zajhoz és a légcsavarlapát felületének eróziójához vezethet.

Buborék kavitáció:

A buborékkavitáció elszigetelt, nagyobb üregek vagy buborékok kialakulását jelenti a légcsavarlapáton. Ezek a buborékok jellemzően nagy állásszögnél alakulnak ki, és a felhőkavitációhoz képest szórványosabban fordulnak elő. A buborékos kavitáció súlyos károkat okozhat a légcsavarlapátokban a buborékok összeomlása miatt, ami lyukak kialakulásához, erózióhoz és felületi fáradáshoz vezethet.

Vortex kavitáció:

Az örvénykavitáció akkor következik be, amikor örvények alakulnak ki a légcsavarlapát elülső éle körül. Ezek az örvények nyomásingadozást idézhetnek elő, amely kavitáció kialakulását okozza. Az örvénykavitáció általában kis áramlási sebességgel működő, nagy terhelésű légcsavaroknál vagy éles elülső élekkel rendelkező légcsavaroknál figyelhető meg. Ez lapáterózióhoz és zajkeltéshez vezethet.

A kavitáció elkerülésének eszközei

1.a légcsavarlapát szögének csökkentése és a süllyedés szöge a légcsavar átmérőjének beállításával érhető el

2.Annak megakadályozása érdekében, hogy a propellerlapát terhelési felületének hátsó oldala túl magas legyen, egyenletesebb nyomásfelületi alakot lehet használni

3.A légcsavar elülső részének túlzott csúcsának elkerülése érdekében a dőlésszög és a légbeömlőnyílás alakja megfelelően beállítható.

4.Állítsa be a légcsavar sebességét. A sebesség megfelelő beállítása csökkentheti a kavitációt, de a sebességveszteséget is.

Egy külső hajócsavarról azt mondják, hogy teljesen kavitál, ha a teljes hátoldalát lapkavitáció borítja. Ezt a jelenséget szuperkavitációnak is nevezik. Miután a szelvény hátulját teljesen ellepte a víz, a percenkénti fordulatszám-növekedés nem tudja csökkenteni a

nyomás már nincs ott, és így a hátsó rész nem tud további felhajtóerőt generálni. Az elülső oldalon azonban a nyomás a nagyobb fordulatszámmal tovább nő, és így a teljes tolóerő is, bár lassabb ütemben, mint a kavitáció kezdete előtt.

A kavitáció hatása a teljesítményre

A kavitáció hatása a teljesítményre jelentős lehet. A kavitáció általában a lapátcsúcsokon kezdődik, és a légcsavar terhelésének növekedésével fokozatosan terjed a lapátok egészére. Ha a kavitáció kb. 0,75 sugarú körre terjedt ki, jelentős tolóerő-csökkenés észlelhető, amelyet a nyomaték csökkenése követ, ami a gyakorlatban adott teljesítmény mellett a fordulatszám jelentős növekedését jelenti. Mivel a tolóerő-szakadás gyorsabban következik be, mint a nyomatékváltozás, ez a hatásfok jelentős csökkenését eredményezheti. 

Következtetés a kavitáció hatásáról a hajócsavaron

A kavitáció jelentős hatással van a hajócsavarokra, és befolyásolhatja azok teljesítményét és élettartamát. Kavitáció akkor keletkezik, amikor a hajócsavar lapátjai körül alacsony nyomás alakul ki, ami gőzbuborékok kialakulásához vezet, amelyek később összeomlanak és kárt okoznak. Ez a jelenség csökkent tolóerőt, megnövekedett zajt, rezgéseket és a hajócsavar felületének erózióját eredményezheti.

A kavitáció negatív hatásainak mérséklése érdekében különböző tervezési módosítások és technikák alkalmazhatók, mint például a megfelelő lapátgeometria, anyagválasztás és hatékony hidrodinamikai optimalizálás. Ezenkívül a rendszeres karbantartás, beleértve a hajócsavarok ellenőrzését és javítását, elengedhetetlen a kavitáció káros hatásainak minimalizálásához és a hajómeghajtási rendszerek optimális teljesítményének biztosításához.

GYIK a kavitáció hatása a hajócsavarra

K: Mi okozza a kavitációt a hajócsavarokban?
V: A hajócsavarok kavitációját elsősorban a nagy sebességű forgás vagy a nem hatékony tervezés miatt a lapátok körül kialakuló alacsony nyomású területek okozzák.

K: A kavitáció visszafordítható, vagy maradandó hatással van a légcsavarra?
V: A kavitációnak visszafordítható és maradandó hatásai is lehetnek. A visszafordítható hatások közé tartozik a teljesítménycsökkenés, míg a maradandó hatások közé tartozik a légcsavar felületének eróziója és károsodása.

K: A kavitáció okozhat rezgéseket a hajóban?
V: Igen, a kavitáció a gőzbuborékok összeomlásából és a kavitáció okozta egyenetlen tolóerő-eloszlásból eredő rezgéseket okozhat a hajóban.

K: Vannak olyan figyelmeztető jelek, amelyek a hajócsavar kavitációjára utalnak?
V: Igen, a kavitáció jelei közé tartozik a megnövekedett zaj, a csökkent sebesség vagy tolóerő, a vibráció és a látható erózió vagy lyukak a propellerlapátokon.

K: A légcsavar kavitáció vezethet motorkárosodáshoz?
V: Maga a propeller kavitáció közvetlenül nem károsítja a motort, de közvetve hatással lehet a motorra, mivel csökkenti a propeller hatékonyságát és az általános teljesítményt.

Kérdés: Meg lehet-e javítani a kavitáció miatt megsérült légcsavart?
V: Sok esetben a légcsavarok kavitációs sérülései a sérülés súlyosságától függően különböző technikákkal, például hegesztéssel, töltéssel vagy felújítással javíthatók.

K: A hajó üzemeltetési körülményeinek megváltoztatása megakadályozhatja a kavitációt?
V: A hajó működési feltételeinek módosítása, például a trimm beállítása, a sebesség csökkentése vagy a súlyelosztás megváltoztatása néha segíthet a kavitációs hatások minimalizálásában, de nem biztos, hogy teljesen kiküszöböli a problémát.