A tengerészeknek és a gépészeknek azonban más a tapasztalatuk: a hajócsavar néha elkezd zajongani, rázkódni, elveszíti a vonóerejét, a szárazdokkba állás után pedig olyan „kivert” felületet találnak a lapátokon, mintha söréttel lőtték volna meg. Ez nem rozsda vagy homok okozta nyom. Ez a kavitáció – az a jelenség, amikor a víz a hajócsavar közelében a másodperc töredékére gőzzé alakul, majd egy nagy ütés kíséretében hirtelen összeroskad.
Mi történik pontosan a vízben, amikor a hajócsavar felgyorsítja az áramlást?
A hajócsavar lapátjának két oldala van. Az egyik oldalon magasabb a nyomás, a másikon alacsonyabb. Amikor a csavar gyorsan forog, vagy nagy terhelés alatt működik, a „szívó” oldalon a nyomás annyira lecsökkenhet, hogy a víz szó szerint felforr. Egy fontos dolog, amit tudnod kell: a víz nem csak a hőtől forrhat fel.
Akkor is felforr, ha a nyomás a telítettgőz-nyomás alá esik. Éppen ezért a kavitáció hideg vízben is létrejöhet. Az alacsony nyomású helyeken mikrokamrák – gőzbuborékok – keletkeznek. Ezek élettartama nagyon rövid: az áramlás magával sodorja őket egy magasabb nyomású zónába, ahol a buborékok hirtelen összeroskadnak (kipukkadnak).
Miért vezet a buborékok összeroskadása a fém roncsolódásához?
Az összeroskadás tulajdonképpen egy fordított mini-robbanás (implózió). A víz szinte egyáltalán nem összenyomható, ezért amikor a buborék eltűnik, a környező folyadék hatalmas erővel csapódik be egyetlen pontba. Ha ezek a buborékok a fém felületének közvetlen közelében omlanak össze, az ütés magát a lapátot éri. A mikrovilág szintjén képzeld el ezt úgy, mintha apró kalapácsok ezrei soroznák az anyagot.
Először csak elszórtan jelennek meg a sérülések. Később a felület érdessé válik, ami tovább rontja a víz áramlását. Ezután a folyamat felgyorsul: a durva felület újabb gócpontokat hoz létre, ahol a kavitáció még könnyebben ki tud alakulni.
Ez egy önfenntartó folyamatot eredményez: a hajócsavar károsodik, és pont emiatt a károsodás miatt kezd el még gyorsabban tönkremenni.
Miből veheted észre, hogy kavitál a hajócsavar, még a szárazdokkba állás előtt?
A kavitáció ritkán marad észrevétlen. Általában olyan egyértelmű jelei vannak, amiket a legénység is érzékel:
- Zaj: Ezt gyakran „sziszegésként” vagy „vízben lévő kavicsok” hangjaként szokták leírni.
- Vibráció: Bizonyos fordulatszámoknál jelentkezik. Néha olyan érzés, mintha a hajó egy kellemetlen rezonanciába kerülne.
- Hatékonyságvesztés: A motor pörög, megvan a fordulatszám, de a vonóerő gyengül, az üzemanyag-fogyasztás pedig megnő.
- Alkatrészek kopása: A megnövekedett vibráció hazavágja a csapágyakat, a tengelyt és a tömítéseket.
A legnagyobb csapda az, hogy a kavitáció üzemmódfüggő is lehet: nem feltétlenül jelentkezik folyamatosan, hanem csak bizonyos sebességeknél, túlterhelés esetén, nagy hullámzásban vagy éppen sekély vízben.
Miért kezd el kavitálni a hajócsavar? A leggyakoribb okok
A kavitáció kialakulása mindig az üzemmód és a körülmények együttesétől függ:
- Rossz vízáramlás a hajócsavarhoz: A valódi hajóknál a hajócsavarhoz érkező vízáramlás sosem tökéletesen egyenletes. A hajótest, a tőkesúly, a kormánylapátok és a különböző kiemelkedések mind egyenetlenségeket okoznak. Ha „töredezett” áramlás éri a hajócsavart, a lapát bizonyos részei sokkal nagyobb terhelést kapnak, és a kavitáció ott fog először megjelenni.
- Nem megfelelő emelkedés, átmérő vagy lapátforma: Ez akkor történik, ha a hajócsavar paraméterei nem passzolnak a hajó feladatához. Lehet, hogy egy bizonyos üzemmódban gazdaságosan működik, de egy másikban rögtön elkezd kavitálni.
- Sérülések és durva felületek: A horpadások, csorbulások és egyéb felületi egyenetlenségek megzavarják a víz áramlását, és helyi, alacsony nyomású zónákat hoznak létre. Ez jelentősen megkönnyíti a kavitáció kialakulását.
Mit okoz a kavitáció a hajóval a fémen lévő lyukakon kívül?
A legnyilvánvalóbb dolog a lapátok tönkremenetele. De a következmények ennél jóval kiterjedtebbek:
- Csökken a sebesség, miközben megnő az üzemanyag-fogyasztás.
- Megnövekszik a zajszint és a rezonancia, ami nemcsak a kényelmet rontja el, de felgyorsítja a különböző mechanizmusok kopását is.
- A hadihajók és kutatóhajók esetében a kavitációnak még egy komoly veszélye van: felfedi a hajó helyzetét, mivel a hajócsavar zaja a víz alatt rendkívül észrevehetővé válik.
