5.7. Кавитация гребных винтов

Нарушение сплошности жидкости, сопровождающееся образованием полостей, заполненных паром и газом, носит название кавитации. Кавитация возникает в результате понижения давления, происходящего в процессе обтекания жидкостью твердых тел, движущихся с большими скоростями.

Понижение давления приводит к появлению растягивающих напряжений и нарушению прочности жидкости.

С увеличением частоты вращения возрастает упор судового движителя в следствие возрастания давления на нагнетательной стороне лопасти и понижения давления до величины насыщенного пара на засасывающей стороне.

В этом случае вода вскипает и на засасывающей поверхности образуются пустоты, заполняющиеся парами воды и газами, которые Наличие этих пустот, или, как их называются кавитационными кавернами и существенно изменяет условия обтекания лопасти . Каверны в жидкости имеют различные размеры и формы, которые и определяют вид и степень развития кавитации.

Известны следующие основные виды кавитации:

Вихревая, представляющая собой отдельные пузырьки или сплошные кавитационные области в ядрах свободных вихрей, образующихся при обтекании винтов на краях лопастей;

Профильная пузырчатая, имеющая вид отдельных почти сферических пузырьков, образующихся у передней кромки лопасти и перемещающихся по ее поверхности, схлопываясь у задней кромки.

Пленочная кавитация представляет собой сплошную полость без отдельных пузырьков. Возможен периодический переход пленочной кавитации в пузырчатую и обратно.

Вопрос о том, в каких случаях возникает та или иная форма кавитации окончательно не решен, можно лишь отметить, что для начальной стадии кавитации наиболее характерны вихревая и пузырчатая формы, которые затем переходят в пленочную.

.

Экспериментальные исследования кавитации гребных винтов показывают, что кавитация начинается у края лопасти и распространяется по направлению к ступице узкой полосой по входящей кромке засасывающей поверхности лопасти авиационного профиля, и в районе наибольшей толщины, если профиль сечения сегментный. Такая картина соответствует первой стадии кавитации винта.

Хотя гидродинамические характеристики винта практически не меняются, но пузыри схлопываются, вызывая кавитационную эрозию, вследствие чего лопасти теряют прочность

При дальнейшем возрастании скорости наступает вторая стадия кавитации, когда каверна захватывает всю засасывающюю поверхность лопасти, и поэтому эрозия отсутствует, но существенно меняются гидродинамические характеристики винта и резко падает его КПД.

Для того чтобы не возникала кавитация, гребной винт должен работать на ходовом режиме при числе оборотов, на 10-15% меньше, чем.

Для устранения последствий, связанных с первой стадией кавитации, стремятся устранить или отдалить ее появление, путем увеличения дискового отношения θ и изменяя профиль сечения лопастей. Полностью устранить первую стадию кавитации не удается, поэтому выбирают дисковое соотношение, исключающее появление второй стадии кавитации.

Гребные винты с толстыми лопастями более подвержены кавитации.

Чем глубже погружен винт, тем меньше вероятность его кавитации, так как давление столба жидкости увеличивается с ростом глубины погружения.

Последствия кавитации приводят к ухудшению пропульсивных качеств, разрушению лопастей, эрозии, шуму и вибрации гребного винта.