Care este efectul de cavitație asupra elicei de barcă

Cavitația pe o elice marină provoacă o scădere a eficienței și a împingerii, generând zgomot și vibrații excesive. Aceasta poate duce la eroziune și deteriorarea paletelor elicei și poate compromite integritatea structurală a acesteia. În plus, cavitația afectează manevrabilitatea ambarcațiunii din cauza distribuției dezechilibrate a împingerii, reducând potențial performanța și longevitatea generală a acesteia.

Ce este Cavitația elicei

Cavitația este o bubă cauzată de o viteză sau o încărcare excesivă a elicei. Apa se vaporizează sau fierbe din cauza reducerii extreme a presiunii pe partea din spate a paletei elicei. Multe elice cavitează parțial în timpul funcționării normale, dar cavitația excesivă poate duce la deteriorarea fizică a suprafeței palei elicei pentru ambarcațiuni din cauza colapsului bulelor microscopice de pe pală.

Cauza cavitației elicei

Viteze mari: Pe măsură ce viteza de rotație a elicei crește, crește și probabilitatea de apariție a cavitației. La viteze mari, diferența de presiune dintre partea de joasă presiune și partea de înaltă presiune a paletei elicei poate fi semnificativă, ceea ce duce la formarea de cavități pline de vapori.

Submersie insuficientă: Atunci când elicea nu este complet scufundată în apă, cum ar fi atunci când funcționează în ape de mică adâncime sau în timpul accelerării navei, presiunea apei deasupra paletelor elicei scade. Această scădere de presiune poate declanșa cavitația.

Proiectarea necorespunzătoare a lamei: Proiectarea necorespunzătoare a paletelor de elice, inclusiv înclinarea sau grosimea excesivă, poate contribui la apariția cavitației. Lamele proiectate necorespunzător pot să nu gestioneze fluxul de apă fără probleme, rezultând zone locale de presiune scăzută care favorizează apariția cavitației.

Condiții de apă agitată: Mările agitate sau apa turbulentă pot crea modele neregulate de curgere în jurul elicei, crescând astfel probabilitatea de cavitație. Schimbările bruște ale presiunii apei și perturbările de curgere pot favoriza formarea de cavități pline de vapori.

Deteriorări sau murdării: Deteriorarea paletelor elicei, cum ar fi lovituri, crestături sau neregularități ale suprafeței, poate perturba curgerea lină a apei, ducând la apariția cavitației. În mod similar, prezența pe elice a unor excrescențe marine sau a unor murdării poate perturba curgerea apei și poate declanșa cavitația.

Tipuri de cavitație

Cavitația foilor:

Cavitația în foaie apare atunci când se formează o foaie sau un strat mare și extins de cavități de-a lungul suprafeței palei elicei. Acest tip de cavitație apare de obicei la unghiuri de atac mici și se caracterizează printr-o structură netedă și continuă, asemănătoare unei foi. Cavitația în foaie poate cauza o scădere a eficienței elicei și o creștere a zgomotului și a vibrațiilor.

Cavitația norilor:

Cavitația în nori, cunoscută și sub denumirea de supercavitație, se caracterizează prin formarea unui număr mare de cavități sau bule mici în jurul paletei elicei. Aceste cavități sunt distribuite aleatoriu și se formează și se prăbușesc în mod constant. Cavitația în nori poate apărea la unghiuri de atac mai mari și este adesea asociată cu elicele de mare viteză sau cu elicele care funcționează în condiții de curgere neuniformă. Aceasta poate duce la reducerea forței de împingere, la creșterea zgomotului și la eroziunea suprafeței palei de elice.

Cavitație cu bule:

Cavitația cu bule se referă la formarea de cavități sau bule izolate, mai mari, pe paleta elicei. Aceste bule se formează de obicei la unghiuri de atac mari și sunt mai sporadice în comparație cu cavitația în nori. Cavitația cu bule poate provoca deteriorări grave ale palelor elicei din cauza colapsului bulelor, ceea ce duce la apariția de pișcături, eroziune și oboseală de suprafață.

Cavitație vortex:

Cavitația vortex apare atunci când se formează vârtejuri în jurul marginii de atac a paletei elicei. Aceste vortexuri pot induce fluctuații de presiune care determină formarea cavitației. Cavitația de tip vortex este observată în mod obișnuit în cazul elicelor foarte încărcate care funcționează la debite mici sau în cazul elicelor cu margini de atac ascuțite. Aceasta poate duce la eroziunea palei și la producerea de zgomot.

Mijloace de evitare a cavitației

1.reduceți unghiul paletei elicei și unghiul de coborâre poate fi obținut prin ajustarea diametrului elicei

2.Pentru a preveni partea din spate a suprafeței de încărcare a paletei de elice este prea mare, poate fi utilizată o formă de interfață de presiune mai uniformă.

3.Pentru a evita vârful excesiv al secțiunii frontale a elicei, unghiul de înclinare și forma intrării de aer pot fi ajustate în mod corespunzător.

4.Reglați viteza elicei. Reglarea corectă a vitezei poate reduce cavitația, dar și pierderea de viteză

Se spune că o elice exterioară este complet cavitată atunci când toată partea din spate este acoperită de foaie de cavitație. Acest fenomen se mai numește și supercavitație. După ce partea din spate a secțiunii a fost complet denudată de apă, creșterea numărului de rotații pe minut nu poate reduce

presiune acolo, astfel încât spatele nu mai poate genera nicio portanță suplimentară. Pe față, însă, presiunea continuă să crească cu turații mai mari, la fel ca și împingerea totală, deși într-un ritm mai lent decât înainte de începerea cavitației.

Efectul cavitației asupra performanței

Efectul cavitației asupra performanței poate fi semnificativ. Cavitația începe, de obicei, la vârfurile paletelor și se răspândește treptat în toate paletele, pe măsură ce crește încărcarea elicei. În cazul în care cavitația s-a extins până la aproximativ 0,75 raze, se detectează o pierdere semnificativă de împingere, urmată de o scădere a cuplului, ceea ce, în practică, înseamnă o creștere semnificativă a turației pentru o putere dată. Deoarece ruptura de împingere are loc mai repede decât modificarea cuplului, acest lucru poate duce la o reducere semnificativă a eficienței. 

Concluzie despre Efectul Cavitației asupra elicei de barcă

Cavitația are un efect semnificativ asupra elicelor pentru ambarcațiuni și poate avea un impact asupra performanței și longevității acestora. Cavitația apare atunci când se formează o presiune scăzută în jurul paletelor elicei, ceea ce duce la formarea de bule de vapori care ulterior se prăbușesc și provoacă daune. Acest fenomen poate avea ca rezultat reducerea împingerii, creșterea zgomotului, vibrații și eroziunea suprafeței elicei.

Pentru a atenua efectele negative ale cavitației, pot fi utilizate diverse modificări și tehnici de proiectare, cum ar fi geometria adecvată a paletelor, selecția materialelor și optimizarea hidrodinamică eficientă. În plus, întreținerea regulată, inclusiv inspecția și repararea elicelor, este esențială pentru a minimiza impactul negativ al cavitației și pentru a asigura performanța optimă a sistemelor de propulsie a navelor.

Întrebări frecvente despre Efectul de cavitație asupra elicei de barcă

Î: Care sunt cauzele cavitației în elicele bărcilor?
R: Cavitația în elicele pentru ambarcațiuni este cauzată în primul rând de formarea unor zone de presiune scăzută în jurul paletelor din cauza rotației de mare viteză sau a unui design ineficient.

Î: Cavitația este reversibilă sau are efecte permanente asupra elicei?
R: Cavitația poate avea atât efecte reversibile, cât și permanente. Efectele reversibile includ scăderea performanțelor, în timp ce efectele permanente includ eroziunea și deteriorarea suprafeței elicei.

Î: Poate cavitația să provoace vibrații în barcă?
R: Da, cavitația poate induce vibrații în barcă, ca urmare a colapsului bulelor de vapori și a distribuției inegale a împingerii cauzate de cavitație.

Î: Există semne de avertizare care indică apariția cavitației pe o elice de barcă?
R: Da, printre semnele de cavitație se numără creșterea zgomotului, reducerea vitezei sau a împingerii, vibrații și eroziune sau înțepături vizibile pe paletele elicei.

Î: Poate cavitația elicei să ducă la deteriorarea motorului?
R: Deși cavitația elicei în sine nu deteriorează direct motorul, aceasta poate afecta indirect motorul prin reducerea eficienței elicei și a performanțelor generale.

Î: Este posibil să se repare o elice deteriorată de cavitație?
R: În multe cazuri, deteriorarea prin cavitație a elicelor poate fi reparată prin diverse tehnici, cum ar fi sudarea, umplerea sau recondiționarea, în funcție de gravitatea deteriorării.

Î: Modificarea condițiilor de funcționare a ambarcațiunii poate preveni cavitația?
R: Modificarea condițiilor de funcționare a ambarcațiunii, cum ar fi ajustarea reglării, reducerea vitezei sau modificarea distribuției greutății, poate ajuta uneori la minimizarea efectelor de cavitație, dar este posibil să nu elimine în totalitate problema.