Чому руйнується гребний гвинт корабля (6 фото)

Гребний гвинт, будучи основним рушієм кораблів, катерів, підводних човнів та інших водних суден, піддається найбільш сильним навантаженням у процесі експлуатації. У цьому пості поговоримо про одну цікавою, але не очевидною проблемою, через яку відбувається поступове руйнування лопатей гвинтів (і не лише корабельних).





Звичайно, найбільш очевидною причиною виходу з ладу гвинта, є його механічна поломка при зіткненні з перешкодою, наприклад, кам'яними або кораловими рифами, які можуть розташовуватися на невеликій глибині під водою і становлять серйозну небезпеку для кораблів. Крім цього, проблемою можуть бути острівці сміття або водоростей, які плавають поверхнею води і можуть бути затягнуті гвинтом, внаслідок чого відбувається його заклинювання або навіть поломка лопатей.



Однак, я хотів би розповісти про таке шкідливе для гвинтів ефект, як гідродинамічна кавітація. Цей процес супроводжує практично будь-який гребний гвинт у процесі його роботи у водному середовищі. Коли гвинт обертається, а судно рухається, то довкола гвинта весь час створюються зони зниженого та підвищеного тиску, внаслідок чого в воді створюється безліч бульбашок і повітряних порожнин (так звані кавітаційні каверни), заповнених парою та розчиненим у воді газом (наприклад, киснем), який "втягується" в ці порожнини.





Пухирці схлопуються, фактично відбувається мікровибух,  що супроводжується шумом, виділенням енергії та підвищенням температури стиснутого в них газу до 1000 градусів за Цельсієм, з'являється велика кількість невеликих гідравлічних ударів. У повітряному середовищі аналогом кавітації може бути утворення ударної хвилі під час проходження літаком звукового бар'єру.



Величезна кількість бульбашок, заповнених парою та киснем (який є дуже агресивним окислювачем), супроводжуються високою температурою, закиданням високого тиску та ударною хвилею при схлопывании, входять у контакт із металом гвинтів, щоразу завдаючи йому мікроскопічний збиток. Згодом, в результаті цього, на поверхнях лопатей та інших частин гвинта, утворюється не тільки корозія, а й відбувається руйнування структури металу, з'являються глибокі каверни і навіть наскрізні отвори.



Даний негативний ефект кавітації. схильні не лише гребні гвинти кораблів, а й крильчатки/робочі колеса потужних гідравлічних відцентрових насосів, т.к. на них діє ті ж сили і з часом вони стоншуються і можуть зруйнуватися.



Захист від кавітації для кораблів є розробка більш ефективної конструкції гвинтів, а також нанесення та напилення міцних захисних покриттів, які стають бар'єром до утворення зони кавітації безпосередньо у місці контакту води та металу гвинтів. У даних покриттях використовуються композити, епоксидні покриття, а також напилення на основі кобальту При експлуатації насосного обладнання, для мінімізації кавітаційного ефекту, потрібне суворе дотримання умов експлуатації, а також відповідної трубної обв'язки (діаметр, кількість кутів у трубопроводі ітд). У відповідальних гідравлічних системах, наприклад, гідроприводах екскаваторів, використовуються резервні системи підживлення, в них встановлюється додатковий насос, який активується при падінні тиску в гідросистемі.

Також варто зазначити, що кавітація є причиною обмеження швидкості переміщення судна у воді. У певний момент часу порожнина розрядженого тиску стає настільки великою, що захоплює всю лопату гвинта, відповідно, зменшується площа контакту гвинта з водою і судно перестає прискоряться, навіть за підвищення числа оборотів.

Але не варто думати, що кавітація зовсім така шкідлива. явище. Насправді є достатньо багато корисних її корисних застосувань. Даний ефект використовують в ультразвукових ваннах. глибокого очищення поверхонь металів та поверхонь твердих предметів з інших матеріалів. У цьому випадку кавітаційні бульбашки, що утворюються. ляскаючи, вибивають ударною хвилею забруднення, відокремлюючи навіть серйозні включення та іржу. Кавітація застосовується для змішування рідкостей, очищення палива, дроблення суспензії та великих включень у рідинах ітд. Знаходить даний процес застосування у військовій сфері, промисловості та медицини.