Næste gang du finder dig selv flydende bryst dybt i vandet, kan du prøve denne lille demonstration af kavitation i aktion, mens du venter på, at alle holder op med at grine og trække dig ud af vandet.
Hold håndfladen lodret, og før den hurtigt frem og tilbage gennem vandet. Du vil se en strøm af bobler danne modsat kørselsretningen.
Disse bobler er det, der kaldes kavitation. I tilfælde af både og skibe henviser kavitation til en lomme eller et hulrum af luft, der dannes på bagsiden af en prop eller løbehjulblad.
Hvad er kavitation? Hvad er dens årsager?
Den mest enkle definition af kavitation er; en handling, der får et tomrum til at opstå på grund af lavere tryk.
Som definitionen ovenfor siger, er kavitationstilstanden forårsaget af en lavtrykssituation. Når du bevægede din hånd frem og tilbage gennem vandet, fik du trykket bag din hånd til at falde. Det var her boblerne dannede sig. En prop med for meget tonehøjde eller for meget skafthastighed vil medføre, at der dannes lommer på bagsiden af knivene eller endda ved spidserne.
Årsagen til, at disse hulrum dannes, er kogning af væsken. Dette koger ikke fra varme, men koger fra vakuum.
Fysikeksperter fortæller os, at en væske koger, hvis den opvarmes til en bestemt temperatur, eller hvis væskens tryk reduceres. I tilfælde af kavitation er årsagen lavere tryk.
Denne koldtkogende teknik er god til mange industrielle anvendelser, men den ønskes ikke i nærheden af rekvisitter eller pumpehjul. De kollapsende bobler er fyldt med meget lavt tryk vanddamp, og når de kollapser, er der skader på mange overflader.
Kavitation er et træk på effektiviteten på grund af den øgede friktion. Boblerne klæber til overflader og øger i det væsentlige tykkelsen af propbladene, og der kræves mere kraft for at øge eller opretholde hastigheden.
Endnu værre kan kavitation forårsage vibrationer på grund af ujævn propbelastning og skade eller ødelægge udstyr. Endnu værre end vibrationsskader er grop.
Pitting sker, når boblerne kollapser, og alle kræfter er fokuseret på et lille sted på bladoverfladen. Beskadigelse fra vibrationer er meget mærkbar og normalt forebygges med ændringer i driftsstil. Skader fra gruvning kan ske på et meget subtilt niveau, og de fleste af de berørte komponenter er ude af syne i den daglige drift.
En stigning i magten forårsaget af en dårligt justeret guvernør kan være nok til at starte mindre kavitation nær propspidserne og sandsynligvis ville de fleste besætninger ikke bemærke. Kun ved træk ville skaden på drevkomponenter bemærkes. Pitting øger overfladearealet, hvilket forårsager korrosion og få anti-fouling belægninger kan modstå kræfter fra kollapsende bobler, der kan spise i hærdet stål.
Det samme sæt betingelser og den deraf følgende skade kan også ske inden i ting som pumpehus og thrustertunneler. Kavitation er faktisk meget nemmere at fremstille i et lukket miljø end i en åben situation som en prop og skaft.
I et lukket område er der langt mindre væskevolumen at haste ind og komprimere de vakuumbobler, der dannes. Kavitation inden i pumper er en førende årsag til fiasko. Drejning af en centrifugal pumpe får for hurtigt væsken i et pumpekammer til at koge på grund af manglende tryk. Dette er endnu mere et problem, hvis du pumper en varm væske som kølevæske eller tung fyringsolie.
I en varm flydende situation anvender du to energikilder, der får væsken til at koge. Den første, varme, er ekstern og er den bedre forståede form for kogning. Det andet er det mekaniske vakuum forårsaget af løbehjulet. Den tekniske betegnelse for denne anden kraft er Net Positive Suction Head eller NPSH.