Ποια είναι η επίδραση της σπηλαίωσης στην προπέλα του σκάφους

Η σπηλαίωση σε μια θαλάσσια έλικα προκαλεί μείωση της απόδοσης και της ώσης, δημιουργώντας υπερβολικό θόρυβο και κραδασμούς. Μπορεί να οδηγήσει σε διάβρωση και ζημιά στα πτερύγια της έλικας και να θέσει σε κίνδυνο τη δομική ακεραιότητα της έλικας. Επιπλέον, η σπηλαίωση επηρεάζει την ικανότητα ελιγμών του σκάφους λόγω της μη ισορροπημένης κατανομής της ώσης, μειώνοντας ενδεχομένως τη συνολική απόδοση και τη μακροζωία του.

Τι είναι η σπηλαίωση έλικα

Η σπηλαίωση είναι φυσαλίδες που προκαλούνται από υπερβολική ταχύτητα ή φόρτιση της έλικας. Το νερό εξατμίζεται ή βράζει λόγω της ακραίας μείωσης της πίεσης στο πίσω μέρος του πτερυγίου της έλικας. Πολλές προπέλες σπηλαίνουν εν μέρει κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας, αλλά η υπερβολική σπηλαίωση μπορεί να οδηγήσει σε φυσική ζημιά στην επιφάνεια του πτερυγίου της προπέλας του σκάφους λόγω της κατάρρευσης μικροσκοπικών φυσαλίδων στο πτερύγιο.

Αιτία της σπηλαίωσης του έλικα

Υψηλές ταχύτητες: Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής της προπέλας, αυξάνεται και η πιθανότητα εμφάνισης σπηλαίωσης. Σε υψηλές ταχύτητες, η διαφορά πίεσης μεταξύ της πλευράς χαμηλής πίεσης και της πλευράς υψηλής πίεσης του πτερυγίου της έλικας μπορεί να είναι σημαντική, οδηγώντας στο σχηματισμό κοιλοτήτων γεμάτων ατμούς.

Ανεπαρκής βύθιση: Όταν η έλικα δεν είναι πλήρως βυθισμένη στο νερό, όπως όταν λειτουργεί σε ρηχά νερά ή κατά την επιτάχυνση του σκάφους, η πίεση του νερού πάνω από τα πτερύγια της έλικας μειώνεται. Αυτή η πτώση πίεσης μπορεί να προκαλέσει σπηλαίωση.

Ακατάλληλος σχεδιασμός λεπίδας: Ο ανεπαρκής σχεδιασμός των πτερυγίων της έλικας, συμπεριλαμβανομένης της υπερβολικής κύρτωσης ή του υπερβολικού πάχους, μπορεί να συμβάλει στη δημιουργία σπηλαίωσης. Τα κακώς σχεδιασμένα πτερύγια μπορεί να μην χειρίζονται ομαλά τη ροή του νερού, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται τοπικές περιοχές χαμηλής πίεσης που ευνοούν τη σπηλαίωση.

Δύσκολες συνθήκες νερού: Η θαλασσοταραχή ή τα τυρβώδη νερά μπορούν να δημιουργήσουν ακανόνιστα μοτίβα ροής γύρω από την προπέλα, αυξάνοντας την πιθανότητα σπηλαίωσης. Οι ξαφνικές αλλαγές στην πίεση του νερού και οι διαταραχές της ροής μπορούν να προωθήσουν το σχηματισμό κοιλοτήτων γεμάτων ατμούς.

Βλάβη ή ρύπανση: Βλάβες στα πτερύγια της προπέλας, όπως βαθουλώματα, εγκοπές ή επιφανειακές ανωμαλίες, μπορούν να διαταράξουν την ομαλή ροή του νερού, οδηγώντας σε σπηλαίωση. Ομοίως, η παρουσία θαλάσσιας ανάπτυξης ή ρύπανσης στην έλικα μπορεί να διαταράξει τη ροή του νερού και να προκαλέσει σπηλαίωση.

Τύποι σπηλαίωσης

Φύλλο Cavitation:

Η σπηλαίωση φύλλου εμφανίζεται όταν ένα μεγάλο, εκτεταμένο φύλλο ή στρώμα κοιλοτήτων σχηματίζεται κατά μήκος της επιφάνειας του πτερυγίου της έλικας. Αυτός ο τύπος σπηλαίωσης εμφανίζεται συνήθως σε χαμηλές γωνίες προσβολής και χαρακτηρίζεται από μια ομαλή και συνεχή δομή που μοιάζει με φύλλο. Η σπηλαίωση φύλλου μπορεί να προκαλέσει μείωση της απόδοσης της έλικας και αύξηση του θορύβου και των κραδασμών.

Σπηλαίωση σύννεφων:

Η σπηλαίωση νεφών, γνωστή και ως υπερσπηλαίωση, χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό μεγάλου αριθμού μικρών κοιλοτήτων ή φυσαλίδων γύρω από το πτερύγιο της έλικας. Αυτές οι κοιλότητες είναι τυχαία κατανεμημένες και σχηματίζονται και καταρρέουν συνεχώς. Η νεφοσπηλαίωση μπορεί να εμφανιστεί σε υψηλότερες γωνίες προσβολής και συχνά συνδέεται με έλικες υψηλής ταχύτητας ή με έλικες που λειτουργούν σε ανομοιόμορφες συνθήκες ροής. Μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένη ώση, αυξημένο θόρυβο και διάβρωση της επιφάνειας του πτερυγίου της έλικας.

Σπηλαίωση φυσαλίδων:

Η σπηλαίωση φυσαλίδων αναφέρεται στο σχηματισμό μεμονωμένων, μεγαλύτερων κοιλοτήτων ή φυσαλίδων στο πτερύγιο της έλικας. Αυτές οι φυσαλίδες σχηματίζονται συνήθως σε υψηλές γωνίες προσβολής και είναι πιο σποραδικές σε σύγκριση με τη σπηλαίωση νεφών. Η σπηλαίωση φυσαλίδων μπορεί να προκαλέσει σοβαρή ζημιά στα πτερύγια της έλικας λόγω της κατάρρευσης των φυσαλίδων, με αποτέλεσμα τη διάβρωση, τη διάβρωση και την επιφανειακή κόπωση.

Vortex Cavitation:

Η σπηλαίωση στροβίλου εμφανίζεται όταν σχηματίζονται στροβίλοι γύρω από την μπροστινή ακμή του πτερυγίου της έλικας. Αυτοί οι στρόβιλοι μπορούν να προκαλέσουν διακυμάνσεις πίεσης που προκαλούν τη δημιουργία σπηλαίωσης. Η σπηλαίωση στροβίλου παρατηρείται συνήθως σε ιδιαίτερα φορτισμένες έλικες που λειτουργούν με χαμηλό ρυθμό ροής ή σε έλικες με αιχμηρές ακμές προσβολής. Μπορεί να οδηγήσει σε διάβρωση του πτερυγίου και δημιουργία θορύβου.

Μέσα αποφυγής της σπηλαίωσης

1.η μείωση της γωνίας του πτερυγίου της έλικας και της γωνίας καθόδου μπορεί να επιτευχθεί με τη ρύθμιση της διαμέτρου της έλικας

2.Για να αποφευχθεί η πίσω πλευρά της επιφάνειας φόρτωσης της λεπίδας της προπέλας είναι πολύ υψηλή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί πιο ομοιόμορφο σχήμα διεπαφής πίεσης

3.Για να αποφευχθεί η υπερβολική κορυφή του μπροστινού τμήματος της έλικας, η γωνία κάμψης και το σχήμα της εισόδου αέρα μπορούν να ρυθμιστούν κατάλληλα.

4.Ρυθμίστε την ταχύτητα της προπέλας. Η σωστή ρύθμιση της ταχύτητας μπορεί να μειώσει τη σπηλαίωση αλλά και την απώλεια ταχύτητας

Μια εξωλέμβια έλικα λέγεται ότι έχει πλήρη σπηλαίωση όταν ολόκληρη η πλάτη της καλύπτεται από σπηλαίωση φύλλου. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται επίσης υπερσπηλαίωση. Αφού το πίσω μέρος της διατομής έχει απογυμνωθεί πλήρως από το νερό, η αύξηση των στροφών ανά λεπτό δεν μπορεί να μειώσει

πίεση εκεί πια, και έτσι δεν μπορεί να δημιουργηθεί πρόσθετη άνωση από την πλάτη. Στην πρόσοψη, ωστόσο, η πίεση συνεχίζει να αυξάνεται με υψηλότερες στροφές, και το ίδιο ισχύει και για τη συνολική ώθηση, αν και με βραδύτερο ρυθμό από ό,τι πριν αρχίσει η σπηλαίωση.

Η επίδραση της σπηλαίωσης στην απόδοση

Η επίδραση της σπηλαίωσης στην απόδοση μπορεί να είναι σημαντική. Η σπηλαίωση αρχίζει συνήθως στις άκρες των πτερυγίων και εξαπλώνεται σταδιακά σε όλα τα πτερύγια καθώς αυξάνεται η φόρτιση της έλικας. Εάν η σπηλαίωση έχει επεκταθεί σε ακτίνες περίπου 0,75, εντοπίζεται σημαντική απώλεια ώσης, ακολουθούμενη από μείωση της ροπής, η οποία στην πράξη σημαίνει σημαντική αύξηση των στροφών για δεδομένη ισχύ. Δεδομένου ότι η ρήξη της ώσης συμβαίνει ταχύτερα από τη μεταβολή της ροπής, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση της απόδοσης. 

Συμπέρασμα σχετικά με την επίδραση της σπηλαίωσης στην προπέλα του σκάφους

Η σπηλαίωση έχει σημαντική επίδραση στις προπέλες των σκαφών και μπορεί να επηρεάσει την απόδοση και τη μακροζωία τους. Η σπηλαίωση εμφανίζεται όταν σχηματίζεται χαμηλή πίεση γύρω από τα πτερύγια της προπέλας, με αποτέλεσμα το σχηματισμό φυσαλίδων ατμού που στη συνέχεια καταρρέουν και προκαλούν ζημιά. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένη ώθηση, αυξημένο θόρυβο, δονήσεις και διάβρωση της επιφάνειας της προπέλας.

Για τον μετριασμό των αρνητικών επιπτώσεων της σπηλαίωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες τροποποιήσεις και τεχνικές σχεδιασμού, όπως η κατάλληλη γεωμετρία πτερυγίων, η επιλογή υλικών και η αποτελεσματική υδροδυναμική βελτιστοποίηση. Επιπλέον, η τακτική συντήρηση, συμπεριλαμβανομένης της επιθεώρησης και της επισκευής των ελίκων, είναι ζωτικής σημασίας για την ελαχιστοποίηση των δυσμενών επιπτώσεων της σπηλαίωσης και τη διασφάλιση της βέλτιστης απόδοσης των συστημάτων πρόωσης σκαφών.

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την επίδραση της σπηλαίωσης στην προπέλα του σκάφους

Ε: Τι προκαλεί σπηλαίωση στις προπέλες των σκαφών;
Α: Η σπηλαίωση στις προπέλες σκαφών προκαλείται κυρίως από τις περιοχές χαμηλής πίεσης που σχηματίζονται γύρω από τα πτερύγια λόγω της υψηλής ταχύτητας περιστροφής ή του αναποτελεσματικού σχεδιασμού.

Ερ: Η σπηλαίωση είναι αναστρέψιμη ή έχει μόνιμες επιπτώσεις στην έλικα;
Α: Η σπηλαίωση μπορεί να έχει τόσο αναστρέψιμες όσο και μόνιμες επιπτώσεις. Οι αναστρέψιμες επιπτώσεις περιλαμβάνουν μειωμένη απόδοση, ενώ οι μόνιμες επιπτώσεις περιλαμβάνουν διάβρωση και ζημιά στην επιφάνεια της έλικας.

Ε: Μπορεί η σπηλαίωση να προκαλέσει δονήσεις στο σκάφος;
Α: Ναι, η σπηλαίωση μπορεί να προκαλέσει δονήσεις στο σκάφος, που προκύπτουν από την κατάρρευση των φυσαλίδων ατμού και την άνιση κατανομή της ώσης που προκαλείται από τη σπηλαίωση.

Ερ: Υπάρχουν προειδοποιητικά σημάδια που υποδεικνύουν σπηλαίωση σε μια προπέλα σκάφους;
Α: Ναι, τα σημάδια σπηλαίωσης περιλαμβάνουν αυξημένο θόρυβο, μειωμένη ταχύτητα ή ώθηση, δονήσεις και ορατή διάβρωση ή διάβρωση στα πτερύγια της έλικας.

Ε: Μπορεί η σπηλαίωση της έλικας να οδηγήσει σε βλάβη του κινητήρα;
Α: Αν και η σπηλαίωση της έλικας δεν προκαλεί άμεση βλάβη στον κινητήρα, μπορεί να επηρεάσει έμμεσα τον κινητήρα μειώνοντας την απόδοση της έλικας και τη συνολική απόδοση.

Ε: Είναι δυνατή η επισκευή μιας έλικας που έχει υποστεί ζημιά από σπηλαίωση;
Α: Σε πολλές περιπτώσεις, οι ζημιές σπηλαίωσης στις έλικες μπορούν να επισκευαστούν με διάφορες τεχνικές, όπως συγκόλληση, πλήρωση ή ανακατασκευή, ανάλογα με τη σοβαρότητα της ζημιάς.

Ερ: Μπορεί η αλλαγή των συνθηκών λειτουργίας του σκάφους να αποτρέψει τη σπηλαίωση;
Α: Η τροποποίηση των συνθηκών λειτουργίας του σκάφους, όπως η ρύθμιση του trim, η μείωση της ταχύτητας ή η αλλαγή της κατανομής του βάρους, μπορεί μερικές φορές να βοηθήσει στην ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων της σπηλαίωσης, αλλά μπορεί να μην εξαλείψει εντελώς το πρόβλημα.