Was ist die Wirkung von Kavitation auf den Bootspropeller?

Kavitation an einem Schiffspropeller führt zu einem Rückgang des Wirkungsgrads und des Schubs und erzeugt übermäßigen Lärm und Vibrationen. Sie kann zu Erosion und Schäden an den Propellerblättern führen und die strukturelle Integrität des Propellers beeinträchtigen. Darüber hinaus beeinträchtigt Kavitation die Manövrierfähigkeit des Bootes aufgrund einer unausgewogenen Schubverteilung und kann die Gesamtleistung und Langlebigkeit des Bootes verringern.

Was ist Propeller-Kavitation?

Bei Kavitation handelt es sich um Blasen, die durch eine zu hohe Propellerdrehzahl oder -belastung entstehen. Das Wasser verdampft oder kocht aufgrund des extremen Druckabfalls auf der Rückseite des Propellerblatts. Viele Propeller kavitieren teilweise während des normalen Betriebs, aber übermäßige Kavitation kann zu physischen Schäden an der Blattoberfläche des Bootspropellers führen, da die mikroskopisch kleinen Blasen auf dem Blatt zusammenbrechen.

Ursache für Propeller-Kavitation

Hohe Geschwindigkeiten: Mit zunehmender Drehzahl des Propellers steigt auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kavitation. Bei hohen Geschwindigkeiten kann der Druckunterschied zwischen der Niederdruckseite und der Hochdruckseite des Propellerblatts beträchtlich sein, was zur Bildung von dampfgefüllten Hohlräumen führt.

Unzureichendes Eintauchen: Wenn der Propeller nicht vollständig in das Wasser eingetaucht ist, z. B. beim Betrieb in flachen Gewässern oder bei der Beschleunigung des Schiffs, sinkt der Wasserdruck über den Propellerblättern. Dieser Druckabfall kann Kavitation auslösen.

Ungeeignete Blattkonstruktion: Eine unzureichende Konstruktion der Propellerblätter, einschließlich einer übermäßigen Wölbung oder Dicke, kann zu Kavitation beitragen. Schlecht konstruierte Blätter können die Wasserströmung nicht reibungslos handhaben, was zu lokalen Bereichen mit niedrigem Druck führt, die Kavitation fördern.

Raue Wasserbedingungen: Raue See oder turbulentes Wasser können zu unregelmäßigen Strömungsmustern um den Propeller herum führen und die Wahrscheinlichkeit von Kavitation erhöhen. Plötzliche Änderungen des Wasserdrucks und Strömungsstörungen können die Bildung von dampfgefüllten Hohlräumen fördern.

Beschädigung oder Verschmutzung: Schäden an den Propellerblättern, wie Beulen, Kerben oder Oberflächenunregelmäßigkeiten, können den reibungslosen Wasserfluss stören und zu Kavitation führen. Ebenso kann das Vorhandensein von Meeresbewuchs oder Bewuchs auf dem Propeller die Wasserströmung stören und Kavitation auslösen.

Arten von Kavitation

Blatt Kavitation:

Blattkavitation tritt auf, wenn sich ein großes, ausgedehntes Blatt oder eine Schicht von Hohlräumen entlang der Oberfläche des Propellerblatts bildet. Diese Art der Kavitation tritt in der Regel bei niedrigen Anstellwinkeln auf und ist durch eine glatte und durchgehende blattartige Struktur gekennzeichnet. Blattkavitation kann zu einer Verringerung des Propellerwirkungsgrads und einer Zunahme von Lärm und Vibrationen führen.

Wolkenkavitation:

Die Wolkenkavitation, auch Superkavitation genannt, ist durch die Bildung einer großen Anzahl kleiner Hohlräume oder Blasen um das Propellerblatt herum gekennzeichnet. Diese Hohlräume sind willkürlich verteilt und bilden und kollabieren ständig. Wolkenkavitation kann bei höheren Anstellwinkeln auftreten und wird häufig mit Hochgeschwindigkeitspropellern oder Propellern in Verbindung gebracht, die unter ungleichmäßigen Strömungsbedingungen arbeiten. Sie kann zu vermindertem Schub, erhöhter Geräuschentwicklung und Erosion der Propellerblattoberfläche führen.

Blasen-Kavitation:

Unter Blasenkavitation versteht man die Bildung einzelner, größerer Hohlräume oder Blasen auf dem Propellerblatt. Diese Blasen bilden sich in der Regel bei hohen Anstellwinkeln und treten im Vergleich zur Wolkenkavitation eher sporadisch auf. Blasenkavitation kann durch das Kollabieren der Blasen schwere Schäden an den Propellerblättern verursachen, die zu Lochfraß, Erosion und Oberflächenermüdung führen.

Vortex-Kavitation:

Wirbelkavitation tritt auf, wenn sich Wirbel um die Vorderkante des Propellerblatts bilden. Diese Wirbel können Druckschwankungen hervorrufen, die zur Kavitationsbildung führen. Wirbelkavitation wird häufig bei hoch belasteten Propellern beobachtet, die mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten arbeiten, oder bei Propellern mit scharfen Vorderkanten. Sie kann zu Blatterosion und Geräuschentwicklung führen.

Mittel zur Vermeidung von Kavitation

1.reduzieren Sie den Winkel des Propellerblattes und der Abstiegswinkel kann durch die Anpassung der Durchmesser des Propellers erreicht werden

2. zu verhindern, dass die Rückseite der Propellerblatt Ladefläche ist zu hoch, kann verwendet werden, mehr einheitlichen Druck Schnittstelle Form

3. um die übermäßige Spitze des vorderen Propellerteils zu vermeiden, können der Wölbungswinkel und die Form des Lufteinlasses entsprechend angepasst werden

4. die Drehzahl des Propellers einstellen. Die richtige Einstellung der Geschwindigkeit kann Kavitation, aber auch Geschwindigkeitsverluste reduzieren.

Ein Außenbordpropeller gilt als voll kavitierend, wenn die gesamte Rückseite von Blattkavitation bedeckt ist. Dieses Phänomen wird auch als Superkavitation bezeichnet. Nachdem die Rückseite des Profils vollständig von Wasser bedeckt ist, kann die Erhöhung der Drehzahl nicht mehr reduziert werden.

Der Druck ist dort nicht mehr vorhanden, so dass kein zusätzlicher Auftrieb durch die Rückseite erzeugt werden kann. Auf der Vorderseite hingegen steigt der Druck mit zunehmender Drehzahl weiter an, und damit auch der Gesamtschub, wenn auch langsamer als vor Beginn der Kavitation.

Die Auswirkungen der Kavitation auf die Leistung

Die Auswirkungen von Kavitation auf die Leistung können erheblich sein. Die Kavitation beginnt in der Regel an den Blattspitzen und breitet sich mit zunehmender Belastung des Propellers allmählich über die Blätter aus. Wenn sich die Kavitation auf etwa 0,75 Radien ausgedehnt hat, wird ein erheblicher Schubverlust festgestellt, gefolgt von einem Rückgang des Drehmoments, was in der Praxis einen erheblichen Anstieg der Drehzahl bei einer bestimmten Leistung bedeutet. Da der Schubabbruch schneller erfolgt als die Änderung des Drehmoments, kann dies zu einer erheblichen Verringerung des Wirkungsgrads führen. 

Schlussfolgerung über die Wirkung von Kavitation auf den Bootspropeller

Kavitation hat erhebliche Auswirkungen auf Bootspropeller und kann deren Leistung und Langlebigkeit beeinträchtigen. Kavitation tritt auf, wenn sich um die Propellerblätter ein Unterdruck bildet, der zur Bildung von Dampfblasen führt, die anschließend kollabieren und Schäden verursachen. Dieses Phänomen kann zu vermindertem Schub, erhöhter Geräuschentwicklung, Vibrationen und Erosion der Propelleroberfläche führen.

Um die negativen Auswirkungen der Kavitation abzuschwächen, können verschiedene Konstruktionsänderungen und -techniken eingesetzt werden, wie z. B. die richtige Blattgeometrie, die Materialauswahl und eine effektive hydrodynamische Optimierung. Darüber hinaus ist eine regelmäßige Wartung, einschließlich Inspektion und Reparatur von Propellern, von entscheidender Bedeutung, um die nachteiligen Auswirkungen von Kavitation zu minimieren und eine optimale Leistung von Schiffsantriebssystemen zu gewährleisten.

FAQs über die Auswirkung von Kavitation auf den Bootspropeller

F: Was verursacht Kavitation in Schiffsschrauben?
A: Kavitation in Schiffspropellern wird in erster Linie dadurch verursacht, dass sich um die Propellerblätter herum Unterdruckbereiche bilden, die durch hohe Drehzahlen oder ineffiziente Konstruktionen entstehen.

F: Ist Kavitation reversibel, oder hat sie dauerhafte Auswirkungen auf den Propeller?
A: Kavitation kann sowohl reversible als auch permanente Auswirkungen haben. Zu den reversiblen Effekten gehört eine verringerte Leistung, während zu den permanenten Effekten Erosion und Schäden an der Propelleroberfläche gehören.

F: Kann Kavitation Vibrationen im Boot verursachen?
A: Ja, Kavitation kann zu Vibrationen im Boot führen, die durch das Kollabieren von Dampfblasen und die ungleichmäßige Schubverteilung durch Kavitation verursacht werden.

F: Gibt es Warnzeichen, die auf Kavitation an einem Bootspropeller hinweisen?
A: Ja, Anzeichen für Kavitation sind erhöhte Geräuschentwicklung, verringerte Geschwindigkeit oder Schubkraft, Vibrationen und sichtbare Erosion oder Lochfraß an den Propellerblättern.

F: Kann Propeller-Kavitation zu Motorschäden führen?
A: Propeller-Kavitation selbst beschädigt den Motor zwar nicht direkt, kann ihn aber indirekt beeinträchtigen, indem sie die Effizienz des Propellers und die Gesamtleistung verringert.

F: Ist es möglich, einen durch Kavitation beschädigten Propeller zu reparieren?
A: In vielen Fällen können Kavitationsschäden an Propellern je nach Schwere des Schadens durch verschiedene Techniken wie Schweißen, Spachteln oder Aufarbeitung repariert werden.

F: Kann eine Änderung der Betriebsbedingungen des Bootes Kavitation verhindern?
A: Eine Änderung der Betriebsbedingungen des Bootes, wie z. B. eine Anpassung des Trimms, eine Verringerung der Geschwindigkeit oder eine Änderung der Gewichtsverteilung, kann manchmal dazu beitragen, die Kavitationseffekte zu minimieren, aber das Problem kann dadurch nicht vollständig beseitigt werden.