Η χρήση της έλικας, του επικρατέστερου συστήματος πρόωσης πλοίων, χαρακτηρίζεται και αυτή από συγκεκριμένες προκλήσεις. Το φαινόμενο της σπηλαίωσης (cavitation) συνιστά μία από τις κυριότερες εξ αυτών των προκλήσεων.
Οι μηχανικοί παρατήρησαν το φαινόμενο της σπηλαίωσης για πρώτη φορά το 1894 κατά τις δοκιμές ταχύτητας μιας αγγλικής τορπιλακάτου. Συνήθως, στις περιπτώσεις σπηλαίωσης διαπιστώνεται κατά τις δοκιμές ότι δεν δημιουργείται ανάλογη αύξηση ώσης σε σημαντική αύξηση του ανά λεπτό αριθμού στροφών της έλικας και συγχρόνως παρατηρείται μείωση στην απόδοση.
Η ερμηνεία που δόθηκε αρχικά γι’ αυτό το φαινόμενο το απόδωσε στη μείωση της πίεσης επάνω στην όψη αναρρόφησης του πτερυγίου και στην εξαιτίας της αδυναμία του νερού να αναπληρώσει το κενό, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται από το κενό φυσαλίδες ατμού (cavities). Η θραύση των φυσαλίδων επάνω στην επιφάνεια των πτερυγίων προκαλεί μηχανική φθορά, η οποία σε ταχύστροφες έλικες μπορεί να είναι τόσο σοβαρή, ώστε να απαιτείται αντικατάστασή τους μετά από λίγες ώρες λειτουργίας.
Ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας, είναι δυνατόν η πίεση να μειωθεί σε τέτοιο βαθμό, ώστε να επέλθει «ατμοποίηση» του νερού και να διακοπεί η συνέχεια της ροής του, οπότε σχηματίζονται φυσαλίδες μέσα στο υγρό και κοντά στη ράχη του πτερυγίου. Αποτέλεσμα αυτής της κατάστασης είναι η μείωση της απόδοσης της έλικας ή, κατά την αύξηση των στροφών, μη αντίστοιχη αύξηση της ώσης και η εμφάνιση ενίοτε συριγμών ή κραδασμών.
Η σπηλαίωση επηρεάζεται από τους παρακάτω παράγοντες:
- Σχήμα διατομής πτερυγίου, το οποίο επηρεάζει την κατανομή ταχύτητας και πίεσης γύρω από αυτό.
- Βάθος λειτουργίας της έλικας. Η αύξηση του βάθους, στο οποίο λειτουργεί η έλικα, επιφέρει αύξηση της πίεσης του περιβάλλοντος, επομένως μειώνει τις συνθήκες εμφάνισης σπηλαίωσης.
- Ταχύτητα πτερυγίου. Η υψηλή ταχύτητα, η οποία προκαλείται από τον μεγάλο αριθμό στροφών σε συνδυασμό με την ακτίνα περιφοράς, ευνοεί τη σπηλαίωση.
- Η αύξηση της ανεπτυγμένης επιφάνειας δημιουργεί δυσμενείς συνθήκες σπηλαίωσης.
Συνήθως η σπηλαίωση εμφανίζεται στα άκρα των πτερυγίων, κοντά στην οδηγό ακμή και στην όψη αναρρόφησης. Ορισμένες φορές έχουμε σπηλαίωση και κοντά στη ρίζα των πτερυγίων.
Πηγή: Οι πληροφορίες για το παραπάνω άρθρο αντλήθηκαν από το βιβλίο «Στοιχεία Ναυπηγίας» του Εμμ. Ν. Ζωγραφάκη (Εκπαιδευτική Έκδοση Ιδρύματος Ευγενίδου, Αθήνα 2024).
Photo credit: iStock / Denys Yelmanov
