Wat is het effect van cavitatie op de scheepsschroef?

Cavitatie op een scheepsschroef veroorzaakt een afname van het rendement en de stuwkracht en genereert overmatig lawaai en trillingen. Het kan leiden tot erosie en schade aan de schroefbladen en de structurele integriteit van de schroef in gevaar brengen. Bovendien beïnvloedt cavitatie de manoeuvreerbaarheid van de boot door een ongebalanceerde verdeling van de stuwkracht, waardoor de algehele prestaties en levensduur mogelijk afnemen.

Wat is schroefcavitatie

Cavitatie is bellenvorming veroorzaakt door een te hoge schroefsnelheid of belasting. Het water verdampt of kookt door de extreme drukvermindering aan de achterkant van het schroefblad. Veel schroeven caviteren gedeeltelijk tijdens normaal bedrijf, maar overmatige cavitatie kan resulteren in fysieke schade aan het bladoppervlak van de bootschroef door het instorten van microscopische belletjes op het blad.

Oorzaak van propellercavitatie

Hoge snelheden: Naarmate de rotatiesnelheid van de propeller toeneemt, neemt ook de kans op cavitatie toe. Bij hoge snelheden kan het drukverschil tussen de lagedrukzijde en de hogedrukzijde van het propellerblad aanzienlijk zijn, wat leidt tot de vorming van met damp gevulde holtes.

Onvoldoende onderdompeling: Wanneer de propeller niet volledig is ondergedompeld in water, zoals bij gebruik in ondiep water of tijdens het versnellen van het schip, neemt de waterdruk boven de propellerbladen af. Deze drukval kan cavitatie veroorzaken. Deze drukval kan cavitatie veroorzaken.

Onjuist bladontwerp: Een ondeugdelijk propellerbladontwerp, inclusief een te grote kromming of dikte, kan bijdragen aan cavitatie. Slecht ontworpen bladen kunnen de waterstroom niet soepel verwerken, wat resulteert in lokale gebieden met lage druk die cavitatie bevorderen.

Omstandigheden met ruw water: Ruwe zeeën of turbulent water kunnen onregelmatige stromingspatronen rond de schroef veroorzaken, waardoor de kans op cavitatie toeneemt. Plotselinge veranderingen in waterdruk en stromingsverstoringen kunnen de vorming van met damp gevulde holtes bevorderen.

Schade of vervuiling: Schade aan de propellerbladen, zoals deuken, inkepingen of onregelmatigheden in het oppervlak, kunnen de soepele stroming van het water verstoren, wat leidt tot cavitatie. Ook de aanwezigheid van mariene groei of aangroei op de propeller kan de waterstroom verstoren en cavitatie veroorzaken.

Soorten cavitatie

Bladcavitatie:

Bladcavitatie treedt op wanneer zich een groot, uitgestrekt blad of laag holtes vormt langs het oppervlak van het propellerblad. Dit type cavitatie treedt typisch op bij lage invalshoeken en wordt gekenmerkt door een gladde en continue bladachtige structuur. Bladcavitatie kan een afname in propellerefficiëntie en een toename in geluid en trillingen veroorzaken.

Wolk Cavitatie:

Wolkcavitatie, ook bekend als supercavitatie, wordt gekenmerkt door de vorming van een groot aantal kleine holtes of bellen rond het propellerblad. Deze caviteiten zijn willekeurig verdeeld en vormen en storten voortdurend in. Wolkcavitatie kan optreden bij hogere invalshoeken en wordt vaak geassocieerd met hogesnelheidsschroeven of schroeven die werken in niet-uniforme stromingsomstandigheden. Het kan leiden tot verminderde stuwkracht, meer lawaai en erosie van het propellerbladoppervlak.

Cavitatie van bellen:

Belletjescavitatie verwijst naar de vorming van geïsoleerde, grotere holtes of bellen op het propellerblad. Deze bellen vormen zich meestal bij hoge invalshoeken en zijn meer sporadisch in vergelijking met wolkcavitatie. Cavitatie van bellen kan ernstige schade veroorzaken aan de propellerbladen door het instorten van de bellen, wat resulteert in putjes, erosie en oppervlaktevermoeidheid.

Vortex-cavitatie:

Vortexcavitatie treedt op wanneer wervelingen worden gevormd rond de voorrand van het propellerblad. Deze wervelingen kunnen drukschommelingen veroorzaken waardoor cavitatie ontstaat. Vortexcavitatie wordt vaak waargenomen bij zwaar belaste propellers die werken bij lage stroomsnelheden of bij propellers met scherpe voorranden. Het kan leiden tot bladerosie en geluidsproductie.

Cavitatie vermijden

1.reduce de hoek van het propellerblad en de dalingshoek kan worden bereikt door de diameter van de propeller aan te passen

2.To verhinder de achterkant van de de ladingsoppervlakte van het propellerblad te hoog is, kan meer eenvormige vorm van de drukinterface worden gebruikt

3. Om de overmatige piek van de propellervoorsectie te vermijden, kunnen de hellingshoek en de vorm van de luchtinlaat aangepast worden.

4.Pas de snelheid van de propeller aan. Een juiste afstelling van het toerental kan cavitatie verminderen, maar ook snelheidsverlies.

Er wordt gezegd dat een buitenboordschroef volledig caviteert als de hele achterkant bedekt is met bladcavitatie. Dit fenomeen wordt ook wel supercavitatie genoemd. Nadat de achterkant van de sectie volledig van water ontdaan is, kan de toename in omwentelingen per minuut niet meer verminderen.

druk daar niet meer en dus kan er geen extra lift worden opgewekt door de achterkant. Aan de voorkant blijft de druk echter toenemen met hogere omwentelingen en dus ook de totale stuwkracht, hoewel langzamer dan voordat de cavitatie begon.

Het effect van cavitatie op de prestaties

Het effect van cavitatie op de prestaties kan aanzienlijk zijn. Cavitatie begint meestal aan de bladtips en breidt zich geleidelijk uit over de bladen naarmate de schroefbelasting toeneemt. Als cavitatie zich heeft uitgebreid tot ongeveer 0,75 radius, wordt een aanzienlijk verlies van stuwkracht waargenomen, gevolgd door een afname in koppel, wat in de praktijk een aanzienlijke toename in toerental betekent bij een gegeven vermogen. Aangezien de breuk in stuwkracht sneller optreedt dan de verandering in koppel, kan dit resulteren in een significante afname in efficiëntie. 

Conclusie over het effect van cavitatie op de scheepsschroef

Cavitatie heeft een aanzienlijk effect op scheepsschroeven en kan hun prestaties en levensduur beïnvloeden. Cavitatie treedt op wanneer er een lage druk ontstaat rond de schroefbladen, wat leidt tot de vorming van dampbellen die vervolgens instorten en schade veroorzaken. Dit fenomeen kan leiden tot verminderde stuwkracht, meer lawaai, trillingen en erosie van het schroefoppervlak.

Om de negatieve effecten van cavitatie te beperken, kunnen verschillende ontwerpaanpassingen en technieken zoals de juiste bladgeometrie, materiaalselectie en effectieve hydrodynamische optimalisatie worden toegepast. Verder is regelmatig onderhoud, inclusief inspectie en reparatie van propellers, van cruciaal belang om de schadelijke effecten van cavitatie te minimaliseren en optimale prestaties van scheepsvoortstuwingssystemen te garanderen.

FAQ's over Het effect van cavitatie op de scheepsschroef

V: Wat veroorzaakt cavitatie in bootschroeven?
A: Cavitatie in bootschroeven wordt voornamelijk veroorzaakt door lagedrukgebieden rond de bladen als gevolg van hoge draaisnelheden of een inefficiënt ontwerp.

V: Is cavitatie omkeerbaar of heeft het permanente effecten op de propeller?
A: Cavitatie kan zowel omkeerbare als permanente effecten hebben. Omkeerbare effecten zijn onder andere verminderde prestaties, terwijl permanente effecten erosie en schade aan het propelleroppervlak zijn.

V: Kan cavitatie trillingen in de boot veroorzaken?
A: Ja, cavitatie kan trillingen in de boot veroorzaken als gevolg van het instorten van dampbellen en de ongelijkmatige verdeling van de stuwkracht door cavitatie.

V: Zijn er waarschuwingssignalen die wijzen op cavitatie bij een bootschroef?
A: Ja, tekenen van cavitatie zijn onder andere een verhoogd geluid, verminderde snelheid of stuwkracht, trillingen en zichtbare erosie of putjes op de propellerbladen.

V: Kan propellercavitatie leiden tot motorschade?
A: Hoewel propellercavitatie op zich de motor niet direct beschadigt, kan het wel indirect van invloed zijn op de motor door de efficiëntie van de propeller en de algehele prestaties te verminderen.

V: Is het mogelijk om een propeller te repareren die beschadigd is door cavitatie?
A: In veel gevallen kan cavitatieschade aan propellers worden gerepareerd met verschillende technieken zoals lassen, vullen of reviseren, afhankelijk van de ernst van de schade.

V: Kan het veranderen van de gebruiksomstandigheden van de boot cavitatie voorkomen?
A: Het aanpassen van de gebruiksomstandigheden van de boot, zoals het aanpassen van de trim, het verminderen van de snelheid of het veranderen van de gewichtsverdeling, kan soms helpen om cavitatie-effecten te minimaliseren, maar het kan het probleem niet helemaal elimineren.