Решения для кавитации в морских гребных винтах

С момента появления морского гребного винта в начале 19 века кавитация во время эксплуатации была ограничивающим фактором эффективности судов. Кавитация в морских гребных винтах развивается, когда гребной винт работает на высокой скорости, и снижает эффективность гребного винта. С момента появления гребного винта были разработаны и протестированы решения по борьбе с кавитацией.

Система сопел

В системе форсунок используется набор форсунок , которые помогают уменьшить и предотвратить вероятность кавитации в гребных винтах. Эта система была разработана компанией Samsung Heavy Industries , базирующейся в Южной Корее. Чтобы уменьшить вероятность возникновения кавитации в морских гребных винтах, на корпусе судна непосредственно перед гребным винтом размещается набор сопел. Эти форсунки распыляют сжатый воздух над пропеллером, создавая «макропузырь». ^{[ 1 ]} Этот пузырь полностью охватывает работающий винт. Из-за различных характеристик морской воды снаружи пузыря и воздуха внутри образуется зона, способная снижать резонансную частоту . ^{[ 1 ]} Благодаря такому уменьшению вероятность возникновения кавитации при работе морского гребного винта снижается. ^{[ 1 ]}

Чтобы определить эффективность этой системы форсунок, были проведены многочисленные испытания с форсунками и без них. В ходе этих испытаний было обнаружено, что резонансные частоты и вероятность кавитации могут быть снижены до 75%. ^{[ 1 ]} Те, кто проводил эти тесты, также попробовали два разных расположения сопел, чтобы выяснить, какое из них более эффективно. В первом варианте использовалось только одно сопло, и, хотя он потреблял значительно меньше энергии, чем другой вариант, он был менее эффективен для уменьшения кавитации. Однако система с несколькими соплами работала значительно лучше, но для работы требовалась больше мощности. ^{[ 1 ]}

Хотя эта система сопел имеет серьезные недостатки, в частности, требования к мощности, возможность кавитации при работе морских гребных винтов значительно снижается. Таким образом, для некоторых судовладельцев и операторов стоимость установки этих насадок и их эксплуатации перевешивается преимуществами повышения эффективности их гребных винтов. ^{[ 1 ]}

Наполненная воздухом резиновая мембрана

Наполненная воздухом резиновая мембрана использует те же принципы, что и система сопел, для уменьшения кавитации в морских гребных винтах. Поскольку для работы системы сопел требуется большой источник энергии, создатели стремились разработать более дешевую систему. Эта мембрана основана на принципах системы форсунок и использует воздушный карман для предотвращения кавитации, но не требует форсунок или компрессоров. ^{[ 2 ]} Ограничивая эксплуатационные расходы, эта мембрана способна обеспечить равную защиту сопел. ^{[ 2 ]}

Наполненная воздухом резиновая мембрана расположена непосредственно за работающим судовым гребным винтом в корпусе. Как и в методе сопла, различные характеристики воздуха в мембране и морской воды вокруг нее уменьшают резонансную частоту, что, в свою очередь, увеличивает точку, в которой возникает кавитация. ^{[ 2 ]} Мембрана специально разработана для дальнейшего снижения частоты. ^{[ 2 ]}

Альтернативные материалы для пропеллеров

В этом решении основное внимание уделяется материалам, из которых созданы морские гребные винты, которые являются прямым фактором кавитации. Хотя модернизация пропеллеров позволит повысить эффективность работы всего на один-два процента, изменение материалов, из которых изготовлен пропеллер, даст больший эффект. ^{[ 3 ]} Наиболее распространенной смесью, из которой изготавливаются морские гребные винты, является смесь никель-алюминиевой бронзы. Хотя эта смесь может противостоять эрозии, она остается менее эффективной при сопротивлении кавитации. ^{[ 3 ]}

Примером этого метода является Королевский военно-морской флот Нидерландов , который в 2011 году начал экспериментировать с композитными материалами, такими как смолы или углеродные волокна . ^{[ 4 ]}^{[ 3 ]} Эти материалы, когда они сформированы в пропеллер, становятся достаточно гибкими под давлением, чтобы прогибаться, что может уменьшить кавитацию. ^{[ 3 ]} Другие варианты изготавливаются из углеродного волокна, эпоксидной смолы или даже стекла и могут создавать гидроэластичный эффект. ^{[ 3 ]} Поскольку эти новые пропеллеры способны изгибаться даже под давлением, риск кавитации снижается. ^{[ 3 ]}

Хотя замена гребных винтов наиболее эффективна на судах, которые в настоящее время находятся в стадии строительства, преимущества от использования новых материалов для гребных винтов могут перевесить затраты на замену существующих морских гребных винтов. ^{[ 3 ]} Несмотря на первоначальную стоимость винтов, это решение значительно дешевле в эксплуатации, что позволяет снизить затраты на транзит на большие расстояния.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Ли, Юнг-Хун; Пак, Хён Гиль; Ким, Джин-Хак; Ли, Кён Джун; Со, Чон Су (01 февраля 2014 г.). «Снижение кавитационного давления гребного винта, возбуждающего корпус, за счет отраженной волны от воздушно-пузырькового слоя». Океанская инженерия . 77 : 23–32. дои : 10.1016/j.oceaneng.2013.12.007 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ли, Юнг-Хун; Ли, Кён Джун; Пак, Хён Гиль; Ким, Джин-Хак (15 июля 2015 г.). «Возможность использования резиновой мембраны, наполненной воздухом, для снижения давления возбуждения корпуса, вызванного кавитацией гребного винта». Океанская инженерия . 103 : 160–170. дои : 10.1016/j.oceaneng.2015.04.073 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Грюндиц, Г. (5 декабря 2015 г.). «Более тихие и эффективные пропеллеры» . Ингении, 65 . стр. 37–42.
^ «Композитный винт для минного охотника Королевского флота» . www.compositesworld.com . 01.09.2011 . Проверено 24 октября 2023 г.

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Ли, Юнг-Хун; Пак, Хён Гиль; Ким, Джин-Хак; Ли, Кён Джун; Со, Чон Су (01 февраля 2014 г.). «Снижение кавитационного давления гребного винта, возбуждающего корпус, за счет отраженной волны от воздушно-пузырькового слоя». Океанская инженерия . 77 : 23–32. дои : 10.1016/j.oceaneng.2013.12.007 .

[:2-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ли, Юнг-Хун; Ли, Кён Джун; Пак, Хён Гиль; Ким, Джин-Хак (15 июля 2015 г.). «Возможность использования резиновой мембраны, наполненной воздухом, для снижения давления возбуждения корпуса, вызванного кавитацией гребного винта». Океанская инженерия . 103 : 160–170. дои : 10.1016/j.oceaneng.2015.04.073 .

[:3-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Грюндиц, Г. (5 декабря 2015 г.). «Более тихие и эффективные пропеллеры» . Ингении, 65 . стр. 37–42.

[4] «Композитный винт для минного охотника Королевского флота» . www.compositesworld.com . 01.09.2011 . Проверено 24 октября 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]