Kavitatsioon

Kavitatsioonist kahjustatud sõukruvi labade pinnad

Kavitatsioon (ladina keeles cavus 'õõnes', 'tühi') on gaasi, auru või nende segu sisaldavate tühemike (kavitatsioonimullide ehk kavernide) moodustumine voolavas vedelikus.

Kavitatsioonimullid tekivad kohas, kus staatiline rõhk langeb vedeliku küllastusrõhuni antud temperatuuril. Kui rõhu langemist põhjustab vedeliku voolamiskiiruse kohalik suurenemine, siis nimetatakse seda hüdrodünaamiliseks kavitatsiooniks.

Kavitatsioonimullid moodustuvad üksikutena, kogumitena ja/või pinda osaliselt või täielikult katvate aladena. Rõhu suurenemisel üle küllastusrõhu tühemikus olev aur kondenseerub, gaas lahustub vedelikus ja tulemusena tekib vaakuum, mis mõne mikrosekundi jooksul täitub ümbritseva vedelikuga, tekitades hüdraulilise löögi, ja põhjustab sellega väikesel pinnal rõhuimpulsi, mis on kordi suurem kui metallide tugevuspiir. Hüdraulilise löögi tagajärjel tekib müra, vibratsioon ja mehhanismide tööpinna erosioon.

Hüdrodünaamilise kavitatsiooni mõjuga tuleb arvestada hüdrauliliste labamehhanismide tööratastel, sisepõlemismootorite veesärkides ja laeva sõukruvide labadel. Sõukruvide puhul põhjustab kavitatsiooni tekitatud erosioon labade pinnal mikropragude tekke, materjali kildhaaval murenemise ja sügavate, kuni laba läbivate defektide tekkimise (mõnel juhul ka laba murdumise) ja selle tulemusena tõukejõu ja kasuteguri vähenemise.

Mehhanismide ja seadmete projekteerimisel arvestatakse kavitatsiooni tekkevõimalustega ja püütakse tehniliste lahendustega seda vältida. Veolaevade sõukruvid projekteeritakse tööks kavitatsioonieelsetel- või kavitatsiooni üleminekurežiimidel. Sõukruvide kavitatsioon on vältimatu laeva kiirusel üle 50 sõlme (mõningatel andmetel ka üle 40 sõlme) ja on teada juhtumeid, kui kiirlaevade sõukruvid on vaid mõnetunnise tööga muutunud kasutuskõlbmatuks.

Kiirlaevadel kasutatakse 1960. aastate lõpus USA-s väljatöötatud nn. ülekavitatsioonilisi sõukruvisid, mis töötavad tingimustes, kus sõukruvi kogu labapind on täielikult ja stabiilselt kaetud kavitatsioonitühimikuga ning erosiooni ei teki, sest rõhk kogu laba imipinna ulatuses on alaliselt võrdne küllastusrõhuga. Ülekavitatsiooniliste sõukruvide puuduseks on madal kasutegur kiirustel alla 40 sõlme.

Eristatakse ka akustilist kavitatsiooni, mille puhul vedelikku läbib akustilise kiirguriga tekitatud akustiline laine (heli kiirgusrõhul amplituudiga, mis ületab teatava piirväärtuse). Akustilist kavitatsiooni kasutatakse vedelikus tahkete komponentide purustamiseks ja dispergeerimiseks, vedelike emulgeerimiseks, pindade puhastamiseks; akustilistilisele kavitatsioonile rajanevad paljud ultraheli rakendused.

Autor: Jüri Kask

Allikad

• Heino Punab. Laeva jõuseadmed. Tallinn 2008
• MerLe
• Большая Советская Энциклопедия. Москва 1970-1978