Cavitația de elice - studopediya
5.5.1 Natura cavitatie. Cavitația este fenomenul de rupere continuitatea fluxului de picături de lichid, cu o scădere a presiunii locale la un anumit pcr valoare critică. discontinuitatea Field (cavitație caverna) este un volum umplut cu vapori de lichid și gazele dizolvate în ea. Presiunea din interiorul cavității este aproape de pd saturat la presiunea vaporilor la această temperatură. De aceea cavitație elicei este de obicei considerată ca un fenomen de fierbere a apei în fluxul cauzată de șurub, în timp ce reducerea presiunii locale la presiunea vaporilor saturați, presupunând pcr pd.
cavitație Natura poate fi văzută în elementul lamei, unghiul aerodinamic de fluid atac de curgere având la infinit în punctul A de viteză # 965; 0 și P0 de presiune (figura 5.10.). Pentru a distinge unul punctul B la suprafața elementului de lamă linie din punctul curent și. Viteza și presiunea la punctul B notat cu # 965; 1 și p1. Apoi, ecuația lui Bernoulli pentru linia curentă este scris ca:
Formula arată că în acele puncte ale elementului de suprafață, în care # 965; 1> # 965; 0 căderile de presiune # 948; p <0; в местах, где υ1 <υ0 давление повышается δр> 0. Ca rezultat, șurubul rotativ presurizare laterală a paletei creează o zonă de presiune mai mare pe partea de aspirație - zona de joasă presiune.
Distribuția caracteristică a presiunii la suprafețele de aspirație și de presiune ale elicei lamei de funcționare prezentat în Fig. 5.10. După cum se poate observa din figura, zona diagrama de presiune și, în consecință, valoarea oprire, dezvoltată de elice 70 până la 80%, determinat prin subpresiune pe suprafața de aspirație, și
doar 20 30% - o creștere a presiunii asupra presurizarea suprafața lamei.
Figura 5.10 - Schema element de aripă de curgere
La o anumită frecvență de rotație a debitului pală de elice atinge valoarea de 3 de 5 ori mai mare decât viteza de translație a vasului. Presiunea la suprafața de aspirație este redusă la presiunea vaporilor saturați. Ca rezultat, apa rece la fierbere distinsă din acestea gaze dizolvate. Vaporii și gazele deplasa apa de pe suprafața lamei și formată pe partea de aspirație caverna sale de cavitație.
5.5.2 Etapele de cavitatie și influența cavitație asupra activității elicei. În funcție de gradul de reducere și davleniyav vârtejurilor libere la suprafața lamei precum natura influenței cavitație pentru a distinge funcționarea inițială a cavitației șurubului (gaz), prima și a doua etape de cavitație.
vortex de gaz cavitație în stare de funcționare liberă în jos de marginile lamelor și axa butucului nu are nici un efect apreciabil asupra caracteristicilor hidrodinamice ale șurubului, dar șurubul produce zgomot.
La prima etapă a cavernă cavitatie surprinde doar o porțiune a suprafeței de aspirație a lamei, în cazul în care cea mai mare viteza particulelor. In acest stadiu, caracteristicile hidrodinamice ale elicei variază semnificativ în comparație cu valorile lor la curgere bezkavitatsionnom. Motivul este acela că aria de sub diagramele de presiune bezkavitatsionnoy șurubul și într-o primă etapă de cavitație în mod substanțial egale. Cu toate acestea, prima etapă de cavitație nu este de dorit, deoarece cauza defecțiuni mecanice a materialului lamei - eroziune. se mută de vapori de apă din cavitatea în zona de presiune înaltă sunt condensate. condensarea aburului și de închidere (distrugere) de bule de cavitație are loc la o viteză mare. La momentul condensării bule de vapori de apă care formează instantaneu umple golul prin provocarea pumni lama hidrodinamice și presiunea locală atinge valori ridicate. Ca rezultat, cavitatea circuitului de masă, suprafața lamei se prăbușește.
În a doua etapă caverna cavitatie captează toată partea de aspirație a lamei și este închis în fluxul din spatele elicei. În acest stadiu de eroziune cavitatie nu se produce, deoarece vaporii condensează în exteriorul paletei. Cu toate acestea, calitatea șurubului hidrodinamice comparativ cu fluxul bezkavitatsionnym în jurul deteriorat remarcabil. Creșterea vitezei șurubului nu duce la o scădere a presiunii la suprafața de aspirație a lamei, în cazul în care p pd. provocând șurub de rezemare nu crește în mod substanțial. Mai mult decât atât, curge în jurul profilului calității hidrodinamic inferior (datorită cavității). Acest lucru determină o creștere a cuplului aplicat șurubului și reducând eficiența elicei. Prezentarea deteriorării calităților hidrodinamice ale șurubului poate fi format pe curbă de acțiune șurub bezkavitatsionnomu responsabil cavitație curgă în jurul și grade diferite de dezvoltare (Fig. 5.11). Liniile solide sunt reprezentate grafic în funcție de coeficienții de oprire. moment. și eficiență # 951; p șurub de rulare relativă # 955; p la debit bezkavitatsionnnom și cavitația în prima etapă. Liniile punctate reprezintă aceeași funcție de apariția a doua etapă de cavitație. Este evident faptul că deteriorarea caracteristicilor hidrodinamice observate cu scăderea # 955, p (de exemplu, n creșterea vitezei cu șuruburi # 965; p = const), care este cauzată de creșterea unghiului de atac asupra lamelor. Valoare. și # 951; r în a doua etapă de cavitație nu depinde numai de # 955, p. dar, de asemenea, pe parametrul # 967;, numit număr de cavitatie. Acestea din urmă caracterizează diluția limitarea pe lama, (în cap fracțiuni de viteză), care poate fi realizat în apă, în condiții specificate:
unde pa - presiunea atmosferică; hc - Adâncimea șurubului (figura 5.10.).
Figura 5.11 - Curbele de acțiune a elicei cavitație
Numărul de cavitație este determinată numai de factori externi (presiunea atmosferică, adâncimea de scufundare a șurubului, densitatea și temperatura apei, care determină presiunea de vapori saturați), viteza de translație # 965; p este independent de elementele geometrice ale elicei.
Număr de cavitatie critice # 967; CR corespunde cu cea mai mare posibilă presiune negativă asupra lamelor de la regimul lor de curgere fără cavitație. Start elice cavitație definită de condiția # 967; = # 967; cr. la # 967;> # 967; cr cavitatie este absent, # 967; <χкр винт кавитирует, причем тем больше, чем меньше число χ по сравнению χкр (рис. 5.11).
Nu contează ce stadiu nu se scurge cavitatie, aceasta duce întotdeauna la consecințe nedorite: amplifică șurub de lucru de zgomot, provoacă eroziunea lamelor reduce caracteristicile hidrodinamice ale elicei crește încărcarea neuniformă a lamelor, care este unul dintre motivele pentru care vibrația arborelui de transmisie și, în consecință, cocii navei . Prin urmare, atunci când proiectarea șuruburile se străduiesc să asigure activitatea lor bezkavitatsionnuyu. În acest scop, profilurile sunt utilizate pentru o distribuție mai uniformă a presiunii de către lamă, creșterea raportului discului, este redusă cu grosimea relativă a lamei este crescută presiune pe partea de aspirație a paletei datorită axei de imersie a șurubului, etc.
În prezent, nu există nici o elice cavitație-gratuit la toate vitezele. În unele cazuri, instanțele șuruburi pot funcționa în condiții tipice primei etape de cavitatie sau se apropie de ea.
Pentru a evita crearea unui mediu favorabil pentru șuruburi de cavitație necesare pentru a monitoriza starea lor. Nu ar trebui să li se permită să navigheze nave cu lame îndoite și șuruburi cu margini zimțate ale lamelor, starea proastă a corpului, carenaje bracketing arbori, stabilizator, plasat în fața propulsoarele.
Pentru navele de mare viteză (rindeluit bărci, hidroglisoare și altele asemenea), în multe cazuri nu este posibil, pentru a evita cavitația elicelor și sunt proiectate pentru a satisface cavitație - cavitație și supercavitation șuruburile (LES). Sub supercavitation realiza o a doua etapă foarte dezvoltată de cavitatie atunci când fluxul în jurul palele rotorului are loc cu Jets de degradare și cavitățile se extind dincolo de lame. Pe baza faptului că principalul bontul parte supercavitation este creată de presiunea pe suprafața presurizare a suprafeței de aspirație a lamei și forma nu este critică, LES au formă de pană secțiune transversală a profilului a lamei și o suprafață de presiune curbă (Fig. 5.12). O astfel de formă a lamei, pe de o parte, facilitează formarea dimensiunilor optime ale cavității, pe de altă parte - are cea mai mică rezistență la rotație a elicei. În aceste condiții șuruburi supercavitation au calități hidrodinamic mai mari comparativ cu elice nekavitiruyuschimi.
caracteristica de design al SCR este inclus, de asemenea muchia ascuțită a lamei și deplasarea cea mai mare grosime a profilului la muchia de ieșire. Profilul în formă de pană a acestei forme permite
reduce grosimea cavităților formate în spațiu mezhdulopastnom, reduce interferența lor, îmbunătățind astfel caracteristicile hidrodinamice ale șurubului. LES au un raport relativ mic disc # 920; = 0,40 0,55, lama îngustă, numărul z = 3 februarie ceea ce reduce posibilitatea cariilor de interferență reciproce ale fiecărei lame.