Kavitáció, mint fizikai jelenség

Igen alattomos hajócsavar betegség, amely komoly károkat idézhet elõ. A kavitáció a hajócsavar levelein képzõdõ gázbuborékok kialakulásának a folyamata.

A fizikusok évtizedek óta vizsgálják a kavitáció jelenségét, és most első ízben sikerült lefényképezniük a buborékok összeroppanásából származó lökéshullámokat.

A kavitáció akkor lép fel, ha a hajócsavar levegőt ér, hallható a motor hangján is, mert a fordulatszáma emelkedik. Könnyen túlpöröghet, mely károsíthatja a motort. A kavitáció tönkre teheti a hajócsavart, mert a forgó hajócsavar felületén kialakuló buborékok helyére nagy sebességgel beáramló víz olyan nagy ütéseket mér a hajócsavarra, mintha kalapálnánk.

A hidraulikus rendszerben kavitáció egyrészt akkor jön létre, ha a folyadék nem tölti ki a rendelkezésre álló teret a szivattyúban. Így aztán légbuborékok maradnak a folyadékban, ami a szivattyúra káros hatással van.

Propeller ismeretek Átmérő Az átmérő a hajócsavar összes levele köré írható kör átmérője. (lásd Eredeti hajócsavar beazonosítása, 2. tétel lent) Általában a kisebb átmérőjű hajócsavarok a kisebb teljesítményű motorokhoz illetve a nagyobb sebesség eléréséhez használatosak. A nagyobb átmérőjű hajócsavar nagyobb víztömeget mozgat meg, ezért az erősebb motorokhoz alkalmazzák őket. A hajómotor teljesítményének tolóerővé alakításában az átmérő meghatározó szerepet játszik. Hajlásszög (emelkedés vagy meredekség) A hajlásszög az az elméleti távolság, amit a hajócsavar a vízben mozdul minden egyes fordulatnál. Például a 21 colos hajlásszögű hajócsavar a hajót minden fordulatnál 21 collal / 53 cm-vel mozdítja előrébb, feltéve, ha nincs csúszás. De ilyen optimális helyzet csupán laboratóriumban állítható elő ! Egy tökéletes konstrukciójú hajócsavar (pld. SOLAS) - mely megfelelően lett kiválasztva-, valós csavarútja az elméleti út 80-90%-a. Jobb vagy bal forgás irány A legtöbb esetben jobbra forgó hajócsavarokat találunk az egymotoros hajókon. Balra forgó hajócsavarok az ikermotoros alkalmazásoknál fordulnak elő, mivel a pontosabb iránytartás végett általában az egyik motror bal forgási irányú. Dőlés A dőlés egy különleges tervezési jellemező. A pozitív dőlés hasznot húz a normál hajóorr emelkedésből, és nagyobb átmérőjű hajócsavar használatát teszi lehetővé; míg a negatív dőlés plusz erőt biztosít a szárnyaknak azon esetekben ahol a sebesség az elsődleges szempont. Kehely szárnyak Ezt a technikát arra használják, hogy bizonyos körülmények között növelje a hajócsavarok teljesítményét. A kehely szárnyak nagyon hatékonyak magas sebességnél, ugyanakkor minimálisra csökkentik a kavitációt nehéz súly esetén. Miért kell hajócsavart cserélni ? A hajóból a maximumot kihozni csak egy helyesen kiválasztott hajócsavarral lehet. Tekintettel arra, hogy egy adott méretű és tömegű hajónak több felhasználási területe lehetséges (sívontatás, túrázás, versenyhajózás, stb.) belátható, hogy ezekhez különféle hajócsavarokra van szükség. Alapvetően elmondható, hogy a legfontosabb az, hogy a hajó az adott üzemi körülmények között alkalmas legyen a maximális sebességnél a maximális fordulatszám elérésére. Ez motortípusonként változik. Például a 2 ütemű külmotorok max. 5500, míg a 4 üteműek általában max. 6000 fordulatszámon üzemelhetnek. A félreértések elkerülése végett: nem kell a motort ezen a fordulatszámon használni, de a lehetőségét biztosítani kell, mert ez esetben lesz optimális az üzem az alacsonyabb fordulatszám tartományokban is. A.) Cserélni kell, mert tönkrement ! Ha a jelenlegi hajócsavarral mindenben meg volt elégedve, csupán sérülés miatt vált időszerűvé a csere, vásároljon az eredetivel átmérőben és meredekségben megegyezőt. Lehet azonban egy kicsit finomítani, tökéletesíteni a hajót például 4 levelű hajócsavar felszerelésével a 3 levelű helyett. Figyelem ! Előfordul, hogy a 3 levelű hajócsavar 4 levelűre cserélésekor a motor maximális fordulatszáma csökken ! B.) Cserélni kell, mert valami nem stimmel ! Ha a hajó teljesítménye nem megfelelő, vagy szeretnénk változtatni a teljesítménykarakterisztikán, cserélni kell. A helytelenül kiválasztott hajócsavarral a motor fordulatszáma vagy túl nagy, vagy túl kicsi. A hajócsavar leveleinek meredeksége és a fordulatszám fordítottan arányos. Tehát a meredekség növelése csökkenti a fordulatszámot, illetve, ha lapítjuk a meredekséget, a fordulatszám nőni fog. Körülbelül 1" változás a meredekségben 200-as változást eredményez a fordulatszámban. Összegzésül, ha a motor maximális fordulatszáma túl alacsony, akkor csökkenteni kell a dőlést, ha túl magas, akkor növelnünk. Sokszor előfordul, hogy ugyanazon hajóval szeretnének vízisít vontatni, illetve hosszabb túrákat tenni. Ilyen esetekben célszerű több hajócsavart is készenlétben tartani. A kisebb meredekségű hajócsavarral könnyen kihúzhatjuk a síelőt, ám a végsebességünk nem lesz a maximális (ilyenkor ez nem is cél). Sporthajózásnál a nagyobb meredekségű hajócsavart szereljük fel ezzel garantálva a maximális végsebességet. Korunkban népszerű cruiser osztályú hajókon fontos lehet, hogy a motor nagy teljesítményét viszonylag alacsony sebességnél is le tudja adni. Ilyen esetekben kell a kisebb dőlésű, de a lehető legnagyobb átmérőjű hajócsavart választani. Az alábbi információk nagyon fontosak a megfelelő hajócsavar kiválasztásához: 3 vagy 4 levelű ? A 3 levelű hajócsavar általában maximális sebességet biztosít, míg a 4 levelű a maximális nyomatékért, jobb gyorsulásért felelős és az egyenletes, vibráció mentes utazáshoz ideális. A 4 levelű hajócsavarral a hajó hamarabb siklásba jön és alacsonyabb sebességnél is siklásban marad. Éles kanyarokban jobban kezelhető a hajó, és jelentősen mérséklődik vagy nem is tapasztalható a kavitáció. Az eredeti hajócsavar beazonosítása: 1. Határozza meg motorja gyártási évét, márkáját, modelljét, és lóerejét. 2. Számítsa ki a hajócsavar átmérőjét úgy, hogy leméri a tengelynyílás közepétől a szárny csúcsáig és megszorozza kettővel (például: ha 7 ¼ inchet mér, akkor az átmérő 14 ½ inch) 3. Alumínium vagy rozsdamentes acél hajócsavarról van-e szó ? 4. 3 vagy 4 levelű ? 5. Ha a hajócsavaron olvasható a paramétereit megadó számcsoport, feltétlenül jegyezze fel ! Teljesítmény fokozó szempontok: Ha elégedetlen motorja és hajója jelenlegi összhangjával, melyet feltehetően a helytelen hajócsavar okoz, akkor az alábbi alapadatokat kellene rögzítenie: 1. Hajó típusa (túrahajó, sívontató hajó, sporthajó, horgászhajó, pontonhajó, stb.). 2. A hajó teljes tömege (test, motor, terhelés). 3. A jelenlegi hajócsavar (márkája, modellje, átmérője, hajlásszöge, alakja). 4. A motor fordulatszáma teljes gáznál. 5. A hajó maximális sebessége. 6. A motor felszerelési magassága. A kavitációs szárny és a fenékél (keel) távolsága. Ezen adatok birtokában bátran hívjon és megtaláljuk a megfelelő hajócsavart ! Mi a kavitáció ? A kavitáció egy fizikai jelenség, mely akkor következik be, ha egy anyag folyadék fázisból hirtelen gáz fázisba megy át a nyomás esése következtében. Ha a folyadék sebessége hirtelen megnő, akkor az energiamegmaradás törvénye értelmében (Bernoulli törvénye) a nyomása leesik. A keletkező gőzbuborék, ha az áramlás mentén olyan helyre ér, ahol a nyomás nagyobb az ottani hőmérséklethez tartozó telítettgőz nyomásnál, a buborék hirtelen összeroskad, az egymásnak csattanó folyadékfelületek erős akusztikus lökéshullámot keltenek, ami egyrészt erős zajjal, rezgéssel, másrészt a környező szilárd testek eróziójával jár.

A SOLAS alumínium hajócsavarok felületkezelése is páratlan. A széria gyártású alucsigák maximum 2 rétegű felületvédelmet kapnak (alapozó + szín). A SOLAS az első rétegben az alumínium felületet előkészítő bevonattal látja el. Erre kerül felhordásra a festék alapozó bevonat. Az ezt követő két rétegű festésnek köszönhetően egy rendkívül ellenálló bevonat keletkezik, mely tartósan dacol a tengeri só vagy a homokos folyóvíz jelentette kihívással ! A lapátok és az agy felülete teljesen sima, szinte polírozott, ezzel is elősegítve a maximális teljesítményt és a kavitáció mentes üzemet.

Kavitációs folyamat alatt vákuumbuborékok keletkeznek ott, ahol a folyadékra ható nyomás lecsökken a telített gőznyomás alá. Ekkor a folyadékban a molekulák elszakadnak egymástól, és vákuumbuborékok keletkeznek a szakadások üregeiben. Ezek a buborékok összeesnek, és erodálják a hatósugarukba eső tárgyakat. A folyamat egy mini-nukleáris robbanáshoz hasonlít, mivel radioaktivitás mérhető utána.

A kavitáció egy fizikai jelenség, mely akkor következik be, ha egy anyag folyadék fázisból hirtelen gáz fázisba megy át a nyomás esése következtében.