ARCHIEF
((,hL
ii-.1
Dr Jr J. BALHAN
Pub1ictie No. 104 van bet NederlanclsChscheepsbOUWkUfldlg Proefatation te VagenIngen
Lb1
v
Schpouwk.ind
11.1
!I
xoo
Delit
ENIGE BEScHOUWiNGEN OVER
RET
CAVITATIE-EROSIEVRAAGSTUK BIJ
SCHEEPSSCHROE YEN
Publicatte
No.
Voorradige publicaties van het
Nederlandsch Scheepsbouwkuzulig Proefstation te Wageningen
Titel
15 International conference of tank superintendents, The Hague 1988, 18 & 14 July- Collected papers and notes
82 Analyse der voortstuwingseomponenten in verband
met bet schaaleffeet bij scheepsmoeIproeven .
38 Open water test series with modern propeller forrn 37
E.H.P. of small seagoing cargo ships with L/B
ratio = 0
88 Formule voor het bepalen van bet GD2 bij
soheeps-sehroeven
41 De nieuwe ca'Qitatietank te Wageningen
42 Open water test series with modern propeller forms
Partil
48 Het ontwerpen van scheepsvormen nit een oogpunt
van weerstand en voorststuwing
43a Ret. ontwerpen van scheepsvormen nit ecu oogpunt
van weerstand en voortstuwing met ontwerp-diagram-men op grote schaal
45 Enige gezichtspuntcn bij bet ontwerpen van scheeps.
sehroeven
54 Hoe groot is de weerstand van stilgezette schroeven bij
vrende schepen
55') Weerstand en voortstuwing van schepen. Beknopte
uitgave
56 Door welke manoeuvres komt het achterschip van can
langs ecu kade gemeerd liggend dubbelsehroefschip het gemakkelijkst los van de wl en wat is daarbij de
invloed van op bet roer aangebrachte horizontale
platen? ...
58 Iavloed Van de naa!diameter-r.
male schroefdiameter
-59 Sleepproefresultaten met zeiljachten
64 Enkele methoden ter bepaling van het ontwikkeld
blad-opperviak bij selieepsscbroeveu met schuin lnekker
66- Enige beschouwingen over het cavitatie- en erosie
vzaagstuk bij seheepssehroeven. Modeine cavitatie-criteria
67 Reduced-pressure-experiments on screw propellers
70 Bepaling van de schroefgegevens van sleepboten met
behuip van -a diagrammen
72 Resultaten van enkele proefnemingen ter bepaling van
de invloed van de nauwkeurigheid van de fabricage
van scheepsschrdeven op haar cavitatie-eigenschappen en haar rendement
78 Eige gegevens voor bet onterpen Van scheepsvormen voor:
Zeegaande vraeht- en passagiersschepen Kustvaartuigen
752) -Resistance, Propuisión and Steering of Ships
70 - Ecu critiache vergelljking van de voornaamste
metho-den van toepassing van ae werveltheorie biJ hat
out-werp van scheepsschroevcn op haar praetisBhc bruik-baarheid
77 Eñkele conStructics ter verbetering van het rendexnent van de voortstuwing
-78 Ecu uitbreiding van de systematische 3- en 4-bladige schroefseries van bet LS.P.
79 Een onderzoek naar de toepassingsmogelijkheden van
profielen met constante drukverdefing voor
scheeps-scbroeven
-80 Methoden voor bet bepalcn van de virtuele spoed ala
hulpmiddel Mj bet corrigeren Van de speed van
scheepsschroeven, die afwijken an de standaard series
82 Onderzoek naar de mogelijkheid in de tunnel ecu juiat
beeld te verkrijgeu van de in werkeliikheid aan de
schroef optredende cavitatieverschijnselen
84a Opzet,. organisatie en werkwijze van bet N.S.P.
841, Meettechniek ij scheepsbouwkundige schaalproeven
85 Ontwerpen van schroeven met groot bladoppervlak met behuip van de Gawn-serie in Bp-8 vorm .
rhntidin,, nn d nnii.
Uitgegeven Mj: De Technisehe Boekhandel H. Stam, Plantage Muidergracht 89-71 te Amsterdam. Te bestellen aldaar of via de Boekhandel.
Uitgegeven Mj: DeTeehnische Boekhandel H. Stam Zijlweg 1, Haarlem. T'e bestellen aldaar of via de Boekhandel.
(Zie vervolg blz. g via do
Auteur Prijs Inclusief pOrto Edited by L. Troost
f
8,50 W. P. A. van Lammeren L.Troost 2,3,-
2,50J. G. Kosung ...
'2 7,50 W. P. A. van Lammeren ,, 0,50 L. Troost 0,50 L.'FMost ,, 2,50 W. P. A. van Lammeren ,, 2,50 W. P. A. van Lammeren,,
20,-W. P. A. Lammeren . ,, 2,50 J. C. Koning . . . - ,, 0,25 W. P. A. van Lammeren ,, 19,50 J. G. Koning ,, 0,50 W; P. A. van Lammeren . ,, 1,50J.A.vanAkenenW.H.C.E.Rasingb
,, 2,50W. P. A. van Lammeren en J. A. van Aken ,,
2,-W. P. A. van Lainmeren ,, 8,50
D. J. Doust en W. P. A. 'an Lammeren . -
,,
1,J. A. van Aken
-W. P. A. van Lammeren
,, 2,50
8,50
J. K. D. van 4cr Kin en S. Kainps ,, 1,50
W. P. A. v. Lammeren, L. Troost en J. G. Koning ,,
40,-.-.-S. Balhan
W. P. A. van Lammeren
,,
3,-.
1,50
W. P. A. van Laxnmeren en 3, A. van Aken. 2
JBaThan 1,50 J A. van Aken 2,50 J. B. van Manen. 1,50 L. Troost W. P. A. van Lammeren . " D. de Groot en F. S. Hoffmann 1,50
i. Inleiding
In de laatste jaren is door het opvoeren vande
scheeps-sneiheid en het aantal omwentelingen van de schroef het .cavitatieprobleem zeer urgent geworden. Wat men onder
cavitatie verstaat, zullen we hier in het kort releveren.
.Vooreen uitgebreidere beschouwing zie [1]. /
Onder cavitatie wordt die toestarid van dc - troming van een .vloeistof verstaan, waarbij. de druk op bepàaide
plaatsen tot de dampspanning dnit en de
vloeistof c deze plaatsen overgaat in damp. -Deze plaatsén van laab ste druk vallenvolgens de wet van BnalloimLi bij8tation-nafre stroming samen met de plaatsen van grootstesnel-heid, welke volgens de wet van KIncu:E9FF zichbevinden
aan de oppervlakte -van vaste lichamen. 'Deze wetten gelden alleen voor een wrijvingsloos, rotatievrij en
on-samendxukbaar medium, aan welke- criteria water,
afge-zien van de grenslaag, zeer goed voldoet..
-x Dc stroming wordt op. de plaatsén, waar de vloeistof
overgaat in damp, gestoor4 en het is teverwachten,
dat-indien dit gebçurt ann de oppervlakte van ecu profiel,
de profieleigensciapPefl, bij voldoende uitbreidin vanbet cavitatiegebied, veranderen. Bij een schroef nit zidh deze verandenng m een stuwkrachts en een askoppelverlagmg, de eerste in gróteEe mate dan de laatste, zodat bet aantäL omwentelingen van de schroefas- moet worden.opgevoerd om geijke stuwkracht, te behouden, - terwiji bet rendement
dan .)n sterke mate afneemt.
-Tevens kan, zOals bekend, cavitatie in vele gevallen
erosie veroorzaken,- -aismede de oorzaak zijn van.-trilligen
en breuk. In deze gevallen is het van het allergrootste
- belang om ca1tatie te vermijden. -
-Allereerst *11 ik U- even bet sneiheids- en
krachten-liagram van eeñschroelbladelernent met dc bijbelnirende .drukverdeling inherinneringbrengefl (fig.
i) Voordrciit, geliouden in de VacantieleergangApril 1952 -van de - Afdëling voor Werktuig- en Seheepsbouw van het
Koninklijk Institüut van Ingenieurs. Publicatie no. 104 van
1ietLNedei1andch Schepsboñwkundig Prbefstatibn te,
Wage-ningen. -
-620.193J6 :532.528 :629.12.037.1 :629.1.037.1
Enige 'beschouwingen over het
cavitatie-erosiëvrãägstiik.
bij scheepsschroeven
1)7 P41. 1J4. W
Ut/UI (LI (I J .
Medewerkeryan de Md. WetenschappellJk Onderoek yan hetNed. ScheepSbOUWkUiidlg Proefsation te Waeningen
-Smmry: Some considerations about 'thecavitation-erosion problem-in connection with ship propellers.
- After a 'short introdu'ction in order to define the: cavitation-erosion problem, the different sorts -of cavitation
peariiat ship propellers and heir possible danger of erosion are discalsed. In connection with this problem
several cavitation-erosion theorids - are put forward and checked with experiments. Furthermore,cavitation:
- erosion tests which were earned out in the cavitation tunnel oithe Netherlands Ship Model Basin, are
discussed,
as well as a possible solution of the cavitation-erosion prodem in the future Fmally the-cavitation erosion re
- search, by means of test pieces of different materials pulsating in water at high frequencies, is mentioned.
- In deze figuur
i.
: ---
--w r = omtreksnellieid van het schraefbladelement op
straal-r; -
-= gemiddelde intreesnellieid van
het water in dc
schroef- op-straal r;
c/2 = geinduceerde snelheid ter plaatse van dc schroef
--- ten gevolge van - de - eindige lëngte van de
schróef
-- bladen; -
-C0!2 component -van Cr12 in axiale richting;
-,'
c,J2 = component van c,,/2 hi tangentiale richting;-V - -= iesultante van w r, -V5 éncrj2;
-d A = liftkraèht werken-de op een bla-delemeat;
d,S.(, = ontbondene van de liftkracht in axiale richting; d T0 = ontbondene van-dc liftkracht in tangentiale
rich-ting;
d W = weerstand werkende op éen bladelement;
d S = stuwkracht van een bladelement met invloed van
- de wrijving; - -
-aT = tangéñtiaalkracht van een bladelernent metinvloed
van de wrijving; - -
-hydrodynamische spoedhoek,. niet gecorrigeerd
voor de geinduceerde snelheden;
-hydrodynamische spoedhoek, wel gecorrigeerd voor de geinduceerde sneiheden.
-Noemen we de druk in ecu - willekeurig punt vanhet
opperviak van een profiel p0 en de snelheid V5, terwiji
we deze in het ongestoor4e veld resp. p en V noemen, en is e de spanning van de verzadigde waterd.amp, dan moet, indien geen; cavitatie mag optreden:
-
-p0?e
-zijn, of:
<
pe
--pV2 4pV2 --
--Volgens dc wet van BERNoUlLI is:
-'zodat we vinden: - - - -
--- -
pVa2_PV2AP pc.
Hieruit is te zien dat, naarmate de scheepssnelheid en
het aantal omwentelingen van de schroef worden opge-.
voerd en dus V groter wordt, de drukverlaging nan de
zuigzijde toeneemt. Tevens volgt hieruit dat de bladdoor-sneden nan de top, welke de grootate omtreksnelheid be-zitten, bet meest ann cavitatiegevaar onderhevig zijn. Dit
inatste blijkt ook uit fig. 1.
d
Fig. Ia. Sneiheids- en krachtendiagrain van een bladelement van de schroef (met invloed van de wrijving).
Pin. lb. Drukverdeiing langs een draagvleugelvormig .profiel..
LANGsDooRsNEDE
In het algemeeñ worth bij schroeven, ontworperi door het Nederlandsch Seheepsbouwkunciig Proefstation,
ge-bruik gemaakt van systematische sehroefserie-diagrammen.
Door het opvoeren van de scheepssnelheiden het aantal
omwentellngen van de schroef is, zoáls ik reeds zei,. de op.
lossing van het cavitatieprobleem zeer urgent geworden. Dit geldt vooral voor schroeven van snelle handeissehepen en oorlogsschepen. Deze schroeven, ontworpen met behuip
van bovengenoemde diagrammen, blijken in de praetijk niet altijd cavitatievrij te zijn Vandaar dat het
Neder-Iandsch Scheepsbouwkundig Proefstation zich de laatste
jaren intensief met dit probleem heeft bezig gehouden. f 2, 3, 4 en 5]. Theoretische vorderingeu op bet gebied
van de schroeftheorie zijn gepaard gegaan met practische resultaten. Het is nu gelukt een, modeme werveitheorie,
geldend voor scheepsschroeven, in een voor practinche
toe-passing geschikte vorm te ontwikkelën [6]. Zij biedtzeer
goede perspectieven voor bet oñtwerpen van
scheeps-schroeven voor snelle vracht-, -pássagiers- en oorlogssche-pen. De resultaten, die met bet hierdoor ontstane
sebroef-type in de cavitatietunnel zijn bereikt, zijn zeer goed te
noemen. Een vergelijking met de overeenkomstige B-serie schroeven toont nan, dat een opmerkelijke verbetering in
-cavitatie-eigenschappen worth bereikt.
Fig. 2 toont het algemeen plan van de cayitatiètunnel
van het Nederlandsch Seheepsbouwktmdig Proefstation.
Voor een beschrijvinghiervan verwijzén wij naar [1 bin.] 154.
Fig. 3 toont bet cavitatiebeeld van een schroef van een snel passagiersschip in de cavitatietunnel. Zoals gebrui-kelijk wáren de bladen van dit schroefmodel van verschil-lende constructie. Het laatste bind, ontworpen met boven-genoemde werveitheorie, vertoont geen cavitatie. Men zou dus geneigd zijn te zeggen, daft bet probleem opgelost is, omdat er geen gevaar voor erosie bestaa indien geen
cavi-tatie optreedt.
Het snelheidsveld in de cavitatietunriel is echter
homo-BOVENAANZICHT d!
250 PK N. 3000
300 PK
N=4200
Fig. 2. Cavitatietumiel van het Ned. Scheepsbouwkundig Proefstation.
AANZICHT VOLGENS PUL P
20.
*10-0 609Insn p,oIoI 387:::::
2uIgzjd.TIl
-I
cav5aH-ganHjh gabledFig. -3. Cavitatiebeeld van een scbroefmodel met verschillende bladen voor een snel pasagiersschip.
geen. Iet sneIhidsveId waarin de schroef achter het schip werkt, is ten gevolge van de scheepsvorrn niet alleen
ra-diaal; maar ook perifriaa1 ongelijkmiig. Men kan de
schroefbladen wel aanpassen aan de radiale ongehjkmatig
heid, maar met ann de periferiale
ongehjkmatigheid 4OHierdoor worden de bladelementen dus over de omtrek
on-derperiodiekvariërende invalshoeken aangestroomd (fig. 4).
Een analyse van een gegeven volgstroomschroef,
wer-kend in een periferiaal ongelijkthatig snelheidsveld, voert- 2°
tot een variatie in effectieve mvalshoeken van +40tot 1° [5]. Geen enkel profiel kan deze variatiè in
invals-hoek ondergaan zonder te caviteren Elke schroef zal dus
achter het schip cavitatie vertonen. De vraag dnngt zich
dan op, of het nog zin heeft voor het homogene veld van de cavitatietunnel cavitatievrije schroeven te ontwerpen. Bij beschoüwing van fig. 4 zien we. echter, dat over een gedeelte van de schroefschijfsector de invaishoek vrijwel constant -is Een schroef, waarvan de bladelementen zijn
aangepast nan deze mvalshoek, is this over dew sector
cavitatievrij. Hefzoéken naar-prOfielen, welke een zo groot mogelijke variatié in iiivalshoek kunnen ondergaan. zonder te caviteren, wil dus zeggen het trachten de schroefschijf-sector, waarover de schroefbladen cavitatievrij
zijn, zo'
groot mogelij'k te maken. Het homogene snelheidsveld in de cavitatietunne! is dan het gemiddelde snelheidsveld-overeenkomend met de zójuist genomde variatie in
in-vaishoek. Zólang- het cavitatie-erosie-probleein, optredend.
wanneer dé schrbef -acEter het chip werkt, nog niet
be-vredigend is opgeinst, hèeft het dus wel degelijk zin een voor een homogeen veld ontworpen cavitatievrijeschroei
te oonstrueren. Want. dan zal de schroef gedurexide zijn
levensduur een körterë periode nan ca'vitatie onderhevig zijn, dan -wanneer de' schrooyer- het hele schroefschijf-- oppervhik zou caviteren .
Bovenstaande inleidende beschouwing is nodig om het probleem van de cacitatie-erosie scberp te kunnen stellen.
a VIies- bellen- en woIkenvitiC
-Indien, zoals behandeld, de- druk op een -bepa id punt
van het profiel daalt beneden de dampsanning, zal de
vloeistof in damp .oan:
We Onderseheiden op het ogenbilk 3 soörteir cavitatie, 20
0° 30° 60° 90°" 120° 150°
-MIDOEL.PUNTSHOEK
Fig. 4. Verandering in' effectieve invaishoek op zekère radius
door de perifeñale ongelijkmatigheid bij èen.eiikelschroefschip,
te weten: vlies-, bellen- en wolkencavitatie. Dc eerste
twee vormen- van cvitatie zijn reeds. enige tijd bekend en voor 'hun ontstaan kUnnen we zeer aannemelijke physi-sche verkiaringen geven. Be laatste vorm heeft natuurlijk we! altijd bestaan, doch paz sinds kort is hij ala een aparte vorm van bellencavitatie gesignaleerd.
Zoals reeds gezegd, bestaat het grootste gevaar - voor
cavitatie bij dè doorsneden nan de bladtop, welke de
grOotste omtreksneheid bezitten. Dew doorsneden zijn in het algemeen zeer dun, d.w.z. de dikte-lengte verhouding ,'
-sf1 is zeer klein en .varieert van-0,03 tot 0,05. We kiezen
voor dew doorsneden profielen welke bij stootyrije in-trede, d.w.z. bij samenvallen var het stuwpunt met de
intredende-kant van het profiel, een zo constant mogelijke
-drukverdeling langs de zuigzijde bezitten, on4er Onder--drukpiek (fig. 5a). Dew profielen hebben door hun kleine
.s/1-veEhouding- uiteraardeen mm of meer scherpe
-4 0,5 q 0 -05 1.5[ 1.0 0.5 p-e -0.5 1.0
6=2o
0 a' po S liel p-e aFig. 5. Schematisehe drukverdelingen langs sikkel- en draag-eleugelvormig profiel met bijbehorend snelheidsveld.
ter de invaishoek, zodat de stootvrije intrede niet
behou-den blijft. Fig. 5b toont deze situatie voor een positieve
invalshoek. Het stuwpunt valt dan op de drukzijde.
Is de.intredende kant niet of zeer weinig afgerond, dan zäl de snelheid viak achter de neus op de zuigzijde onein-dig groot of zeer groot worden en de druk oneindi klein
of 'ecr'k1ein. Dit 'is echter on.m6gelijk; de' vloeistof zál
loslaten, door de wrijVing gaan roteren en so èen
loslatings-wervel vormen (ie fig. -5b). Aangezien de grootste
snel-heid optreedt-in de kern van deze werve1 en niet ter. plaatse
van .het bladopperviak, is de kans zeer gering dat deze
wervel erosie veroorzaakt. In de kern van de wervel, ter plaatse van de grootste sneiheid, zal de laagste druk heer-sen. Wanneér deze druk danit beneden- de dampspanning
v- de vloeistof, zal deze in dampvorm overgaan, doch de ruiinte gevuld met damp wordt door een dunne, Iag
vloeistof van het bladoppervjak geseheiden. Er teedt Iai
een vorin- va cavitatieL-op,- die men vliescavitatie nomt. (Eng. = sheet cavitation).
Indien de intreçlende kant is:afgerond, zoals
bij-de:.ge-bruikelijke draagvleugelvormige profielen (zie fig. 5c), a1,: indie het stuwpuit en de intredenda kant niet sameñ
valleIl, de stroming niet loslaten maar blijven aanliggèn.
Besehouwen wij een vloeistofd..eeltje met, een massa. rn, dat zich met, een sneiheid c langs een cirkelvorthige baau met straal R beweegt,dan is het voor. het blijven'vólgen
'van deze .baan noig, dat de drukgradient in de richting
van de norrnaal gelijiris .aan ofgroter is darrr
--r e2
gR
Hieruit volgt dat 8/D, groter moet zijn, naarmnnte R kleiner is. Bij een draagvleugelvorrnig profiel, hetwêlk een stompe intredende kant heeft, is de waarde van R zo groot,
dat de vloeistof deze druk wel kan opbrengen, zodat de
vloeistof langs het opperviak fliet loslat.
Wel neemt door de stompe neus,- ook bij stootviije
aan-stroming, de sneiheid ann 'dé'i4gzijde van het proflel i
de nabijheid van de neus te en dienovereenkomstig
neemt de dru,k af. Wordt deze laatste kleiñer dan de
dampspanniñg, dan zal- ei cavitatic optreden. Doch deze cavitatie is van een andere aaid dan de zojuist besproken vliescavitatie. De grootste sneiheid, dus de kfeinste thuk
van ,de vloeistof, heerst hier niet op emge afstand van
het bladoppervlak, zoals bij vliescavitatie, doch direct op
het opperviak. De bellen, die hierbij ontstaan, zijn
is-stalionnair 'en kiappen dicht pp het
chroefbladopper-vlak, zodat de mogelijkheid bestaat dat deze vorm van
cavitatie.- aanleiding geft tot materinalvernieling. Deze
vorm van- cavitatie wordt bellencavitatie genoemd'(Eng. = burbling cavitation). '
De Iaatste vorm van cavitatie, welke we bij scheeps-schroeven sinds kort onderscheiden, is de zogenaarude
wolkencavitatie. Het cavitatiebeeld toont seer Ideine
nan-welijks waarneembare blletjes, die door iun compacte
massa op wolkenslierten gelijken. Tot voor kort onder-scheiden we alleen vlies- en bellencavitatie en werd de
laatste vorm ook onder bellencavitatie gerangschikt,
ann-gezien bet beeld in wezen uit zeer kleine belletjes bestaat.
Algemeen werd en wordt ook nu nog aangenomen, dat
bellencavitatie de oorzaak is van erosie en dat het gevaar voor erosie groter is, naarmate de bellen groter zijn. Om
erosie op te ekken werd daarom een bron.zen schroef
bedekt met een materiaal, dat seer slecht bestand was
tegen cavitatie-erosie en deze scbroef enkele dagen aehtereen in. çie cavitatietunnel laten draaien - bij een translatiesneiheid, een aantal omsirentelingen en een druk, waarbij de schroef onderhevig was ann hevige bel-lencavitatie. Doch na afloop van de proef was geen spoor
van eroie t ontdekken. flit was niet de enige proef. Ver-,
scheidene 'pogingen zijn gedaaa om door middel van bel-lencavitatie erosie op te wekken, doeh aRe waren zonder resultaat'. Tijdens een proef, wanrbj ecu sebroef werkte in
-een ongelijkmatig sn,elheidsveld in de cavitatietunnel (dit veid werd opgewekt door een plank met gazen, hierover straks), was. de schroef onderworpen aan wolkencavitatie
en isa enige tijd .duidIijk geërodeerd (fig. 6). Een voor-beeld van deze wolkencavitatie toont fig. 7 (zie bind 1 van fig. 15). Aangezien het beeld niet stabiel is, is het
moei]ijk dit beeld. te fotograferen. Na het opwekken van
wolkencavitatie lukt het nu vrijwel altijd om m de cavi
tatietunnel' binnexi enkele dagen,- yank enkele uren, erosie
op te we.kken.
-'
34 Cavitatie-erosie theorie van Van Iterson proevn
van Knapp en Hollander
.-Verhillende onderzôekers hebben het - wezen en het
orrtstaan van cavitatie, met -hun eventueêl gevaar voor
erosie, onderzocht.
-VAN ITERs0N wijt het ptredeñ van erosis áar het
dièht-klppen, het ,,i.mpld4eren", vnde bellen op bet
materi-aai [7]. Dc potentiële'energie der oppervlaktepanning
op-gehoopt in het opperviak van het. bdlletje (deze energje
is thtevenredig met dit opperv1ak) ontliiadtzich ten
ge-1,5 1.0 0.5 a 0 -0.5 -1.0
volge van deze oppervlaktespanning in het trefvlakje, dat
zich tot een enkel punt samentrekt. In bet punt, waar-.
het belletje zich sluit, wordt theoretisch de drukoneindig
groot. Dit is een natuurkundige onmogelijkheid, doch de
druk wordt groot genoeg om enkele moleculen weg te
slaan en wordt daardoor begrensd. Bij een zelide totaal-inhoud van de belletjes is het opperviak het grootst,
wan-neer deze inhoud verdeeId is over rnicroscopisch kleine
belletjes. Vandaar dat bij wolkencavitatie dc beschadiging
van het materiaal het grootst is.
Het dichtklappen van de belletjes wordt dus verklaard ult de oppervlakte-spanning van de belletjes zeif en niet alleen uit de drukverhoging, welke optreedt aan het einde van de cavitatiezone. Ware dit het geval, dan zou alleen
over deze strook erosie optreden, terwiji dit in
werke-lijkheid over de gehele zone geschiedt. VAN ITERSON
be-rekende ook de tijd die nodig is voor het ixnploderen van
een belletje. Deze tijd is eveneens afhankelijk van de
straai van bet belletje en we! evenredig met r
/.. Bijeen belletje met een straa! van 0,05 mm is de tijdsduur van de implosie 25,4. 10-6 sec. Naarmate flu het
belle-tje groter wordt, wordt ook bovengenoemde tijd groter.
I(wA1' en HOLLANDER zijn er met behuip van ecu ,,high-speed motion camera", welke 20.000 beeldjes per seconde kan opnemen [8}, in geslaagd het ontstaan, bet
dichticlappen en bet opnieuw ontstaan van de bellen op
het opperv!ak van een omwentelingslichaam te
bestude-ren. Uit het maximum aantal beeldjes per seconde dat
KNAPP en HOLI rDtR kunnen opnemen volgt, dat de
kleinste bellen, welke zij konden fotograferen, groter zijn
dan die, welke wij onder de wolkencavitatie
rangschik-ken.
De bellen, die deze twee onderzoekers onderzochten,
had-den een diameter van 7 mm. Zij constateerhad-den, dat na het eerste ontstaan en aangroeien van een bel tot de maximale
diameter en het eerste dichtklappen, de bel drie tot vijf
keer opnieuw ontstaat en weer dichtklapt, alvorens voor
goed te verdwijnen. Dit is in overeenstemrfling met de
gedachte van VAN ITERs0N en verklaart - dus waarom over de gehe!e cavitatiezone. bet opperviak erodeert.
Verder merken KNAPP en HOLLANDER op, dat
materia2i-vernieling door cavitatie afhangt van de maximale grootte van de be!; hoe groter de bel, hoe erger de
materiaalver-nieling. De grootte van de be! wordt bepaald door de
!engte van de zone, waarin de be! groeit en van de vloei-stofsnelheid langs het profiel. Dit houdt in, dat er in cay!-tatie-erosie schaaleffect moet optreden. Bij vergelijking van 2 geijkvormige profielen, heeft het grootste een
lan-gere zone waarover de bellen kunnen aangroeien.
Boven-dien is in de cavitatietunnel de sneiheid !angs het profiel
groter dan bij het profie! op ware grootte; dit staat in verband met de betrokken modeiwetten.
Zowel KNAPP en HorIANDEn als VAN ITERSON scbrijven
cavitatie-erosie dus toe aan het dichtklappen van de be!-!en. VAN ITERsoN op theoretische gronden en KNAPP en
HOLLANDER op grond van waarnemingen merken op, dat
dit dichtklappen een instationnair verschijnsel is, hetgeen
in overeenstemrning is met het feit dat erosie optreedt over de gehele cavitatiezone. Dat de grootte van de bel maatgevend is voor materiaalvernieling volgt bij KNAPP
en HOLLANDER uit theoretische overwegingen. Dit is niet geheel in tegenspraak met VAN ITEESON'S opvatting.
Al-leen merkt de laatste op, dat bij eenzelfde totaal-inhoud
van. de belletjes bet opperv!ak, dus de
opperv!aktespan-ning, bij kleine bellen groter is dan bij grote helen. Dit laatste is door onze zojuist genoemde proeven in de
cavi-tatietunnel bevestigd.
Ware grootte 10 x vergroot
Fig. 6. Erosiebeeld van blad 1 van schroef 1056 in de cavitatie-tunnel.
F. 7.
Wolkencavi-tatie op een schroef
in de cavitatietunnel.
4. Cavitatie.erosie volgens Poulter
In verband met het feit, dat zowel de theorieën als de
waarnemingen van KNAPP en HOLLANDER en van VAN
ITERSON op bijna alle punten overeenstem.rning vertonen,
aithans elkaar op geen enke! punt tegenspreken, terwiji
ze bovendien door onze proeven worden bevestigd, stel ik mu op het standpunt, dat erosie hoofdzakelijk een ge-volgis van het dichtldappen van de bellen, dus een zuiver
mechanisch verschijnsel is
Deze onderstelling shut echter met uit, dat andere
oor-zaken het erosie-verschijnsel bevorderen. P0ULTE.R oa. [9]
onderstelt dat cavitatie-erosie het resultaat is van pene-tratie van ecu vloeistof of een gas in het metaa! en het
daarop vo!gend vrijkomen, waarbij kleine metaaldeeltjes
worden meegesleurd.
-POULrER behandelt in zijn publicatie over dit
onder-werp eerst de inv!oed van de penetratie van gassen in
v!oeistoffen en vaste stoffen.
De penetratie van atomaire waterstof in vloeistoffen en vaste stoffen geschiedt zeer snel verge!eken met the. van moleculaire waterstof, hetgeen met een eenvoudige proef
duideijk gemaakt kan worden.
Indien een driikmanometer wordt verbonden met een
6
spjhers azen
Fig. 8. Opstelling plank voor schroef in de cavitatietunnel.
Fig. 9a. Snellieidsverdellng achter een dubbelschroefschip.
gedompeld bij atmosferisehe iirük, dan zal een gedeelte
van de atomaire waterstof, die ann .het oppervak van het
metaal wordt vrijgemaakt, het staal penetreren tot het binnenopperviak van de bol, waar het wordt veranderd in moleculaire waterstof. De moleculaire waterstof kan niet zo snel door het staal diffunderen als de. atomaire waterstof penetreert en dientengevolge wordt een druk
van duizenden atmosferen ann de binnenzijde van de bol
èpgebouwd. Een gedeelte van de waterstof wordt reeds moleculaire waterstof, voordat zij de wand geheel hèeft gepenetreerd, waardoor een grote waterstofdruk in het
staal wordt opgebouwd.
Een zelfde toestaiid kan worden ontwikkeld in een mas-sieve stalen staaf bij indompeling in zwavelzuur. Indien
zij direct daarna getrokken wordt, is de sterkte slechts
een fractie van de normale. Bij verhitting tot 1000 C, ge-durende voldoende tijd om de waterstof te laten ontsnap-pen, komen de normale eigenschappen terug.
Aangezien de atomaire waterstof de neiging heeft, bij
het verlaten van het netaa1 over te gaan in moleculaire
waterstof, is elke nietige discontinuiteit in het metaal een
gelegenheid tot accumulatie van moleculaire waterstof.
Indien dus atomaire waterstof aanwezig is in een metaal, bèstaat de neiging, dat in dice gesloten caviteit ecu
mole-culaire waterstofdruk gevormd wordt. Aangezien bet tempo
van diffusie van moleculaire watei,stof in staal een vrij kritieke functie is van de druk, betrekkelijk langzaam is
bij drukken beneden 70Ô0 atm. en zeer snel bOven 8750
atm., zal de waterstofdruk in kleine gesloten caviteiten
van staal een zekere waarde bereiken binnen deze grenzen en vrijwel constant blijven. Indien steeds meer atomaire waterstof deze caviteit blijft bereiken, zal de rnolecubthe
waterstofdruk niet meer stijgen, maar zullen moleculen
uitgedreven worden in het omringende staaL
In een bepaald bolvormig gebied rondom de kleine
caviteit zal dus vrijwel dezelfde druk van 7000 atm. heer-sen. Bij breuk zaI het staal. rondom een caviteit een bros karakter hebben.
Na deze uiteenzetting gaat POTJLTER in zijn publicatie over tot. de invloed van de penetratie van water in vaste stoffen. Proeven met glasstaven en glazen. buisjes in water
bij zeer hoge di,ikken, wisselend van 17500 atm. tot 1
atm., geven dezelfde penetratieverschijnselen te zien. Water
is zeer effectief, diaethyl-aether jets minder, aethenol mm-der. Glycerol is weinig en paraffine-olie in het geheel niet
effectief.
Indien cavitatie-erosie het resultaat is van penetratie van een vloeistof in een metaal en het daarop volgend
vrijkomen, daarbij kleine metaaldeeltjes meesleurend,
moet er een directe correlatie zijn tussen de mogelijk.heid van een vloeistof, het metaal te penetreren,- en de mate, waarin erosie optreedt. Eveneens moet er bij een
bepaàl-de vloeistof een bepaàl-derge]ijke correlatie bestaan .tussen bepaàl-de mate van erosie en de poreusheid van het materiaal. Dit
wordt door de proeven met de genoemde vloeistoffen
be-vestigd.
Wolfram-carbid een zeer hard, doch poreus metaal, is een van de matesialen, die het gemakkelijkst te eroderen
zijn door cavitatié. Indien evenwel de erosie het gevoig
zou zijn van. vermoejdheid van bet metaaloppervlak ten
gevolge van het periodiek optreden van krachten, dan zou kwik een meer destructief. karakter moeten hebben dn water, ten gevolge van zijn grotere dichtheid.
Ge-bleken is echter, dat juist het tegenovergestelde het geval is.
Het beurtelings penetreren van een vloeistof in en het
vrijkomen uit een metaal ziju het gevoig van het optreden van drukwisselingen in een vloeistof.
Indien men een metalen voorwerp in *ater laat vibre-ren met een frequentie van 8000/sec. Ioodreeht op het
opperviak, ontstaat cavitatie op bet scheidingsoppervlak als gevoig van een impulswerking en de aanwezigheid van
vrije vloeistofoppervlakken ter plaatse van de porin in bet metaaiopperv]ak. Bij vibratie in de richting van het
oppervlak ontstaat cavitatie op het scbeidingsvlak als
ge-volg van vrije vloeistofoppervlakjes en de sterke turbu-lentie, die ontstaat ala gevolg van de snelle omkeringen
van de bewegingsrichting.
In deze condities wordt water in de poriën geperst als
gevolg van de zeer hoge, tijdelijke drukken, die oniniddel-lijlc ontstaan rondom bet punt, waar de caviteiten samen-kiappen op of nabij het opperviak van het voorwerp. Ge-durende bet Iage-druk-gedeelte van de cyclus vormt zich een onderdruk in de vloeistof, en het metaal' onmiddellijk rondom de porie wordt geijktijdig onderworpen nan een
druk van binnen uit en een trek van enkele honderden athiosferen nan de buitenkant van het opperviak. Onder deze omatandigheden kan men verwachteis,- dat kleine deeltjes van het opperylak worden gespleten en dat
ge-durige herhaling van dit proces aanleiding kan zijn tot
het optreden van ernstige erosie.
-Indien het voorwerp zich echter in rust bevindt, doch
onderworpen wordt .aan ecu alternerende trek- en
druk-kracht parallel nan het opperviak en slechts ecu dunne
waterfilm het opperviak bedekt, ontstaat sterke cavitatie-erosie. Hoewel de omstandigheden in deze conditie
uiter-lijk zeer verschillend zijn, verschilt het proces slechts in zoverre, dat de cyclus op een andere wijze wordt
verkre-gen. De opeenvolgende trek en druk v'eroorzaken een ademen van de metaalporiën, waardoor water in' en uit
de poriën treedt. Buiten bet opperviak ontstaat geen
onderdiuk, omdat geen drukgolf aanwezig is in het water,
dat met het voorwerp in contact is.
-Bovenstaande poefnemingen zijn dus alle zeer geschikt om materialen op cavitatie-erosiebestendigheid te
onder-zoeken.
De door Pomma ontwikkelde thèorie van de cavitatie-erosie kan zOnder meer op de scheepsscbroef worden
toe-gepast. Uit de theorie blijkt, dat het met het oog op het vermijden van erosie van het allergrootste belang is,
schroeven, waarvan kan wordn verwacht, dat zij gehee1
of gedeeltelijk in het cavitatiegebied zullen werken, te vervaardigen van een materiaal, dat zo mm mogelijk
porien vertoont. Hardheid van het materiaal is niet de
eerste vereiste; de eis van afwezigheid van poriën 'is
pri-mair De vraag rijst 'echter, of aan deze eis in de pratijk kan worden voldaan. De giethuid bevat meestal geen. poriën; bovendien is zij zeer hard. De porien bêvinden
zich meestal viak ondèr de giethuid. VAN LAMMaREN merkt dan ook in één van zijn publicaties op [10], dat het van belang is, bij het afwerken van schroeven de giethuid' zoveel mogelijk intact te laten. Hiermede in strijd is echter de eis, dat de bladen zo glad mogelijk afgewerkt dienen te worden in verband met het rendement (kleine wrijving,
gunstige profielkarakteristieken) en de cavitatie-eigen
schappen. Door bet vrij willekeurig trekken van de bladen
na het gieten kan het onder omatandigheden bovendien
wel eens noodzakeijk zijn, een kleine spoedcorrectie nan
te brengen, hetgeen in de meeste gevallen mogelijk is,
doordat de bladen met een kleiI'ie overmaat gevormd en
gegoten worden. Bij deze bew,erking kan de giethuidechter
in gevaar komen en dat is niet gewenst. Volgens 'Vi
LrMaaRE verdient het daarom dé voorkeur, bij cavitatie-gevaarlijke schroeven eventueel een kleine spoedafwijking
toe te laten in plants van de giethuid te beschadigen.
Gezien bovenstaande beschouwingen, waaruit blijkt dat
er een verband is tussen de mogelijkheid van een
vloéi-stof of een gas om'het metaàl te penetrerenen de mate waarin erosie optreedt, aismede een verband tussen de
mate van erosie en de poreusheid van bet materiaal, be-staat de mogelijkheid, dat beide verschijnselen (volgens de theorien van VAN ITERSON en van POULTEB) erosie tot gevolg hebben.
Cavitatie-corrosie volgens Marboe
Op de mogelijkheid, dat chemische werkingen niet
uit-gesloten zijn, wordt o.a. door EVELYN Cnosrian MABBOE
gewezen [11].
-Volgens deze onderzoekster zullen, door het slaan van de caviterende scheepsschroef door het water, in de met
waterdamp gevulde ruimte de moleculen 1120 gesplitst worden in H en 0 atomen. De schroef werkt dus als het ware in een wervelende oplossing van positieve H en
negatieve 0 H-ionen, .w.z. hij is gelijktijdig blootgesteld nan een sterk zuur en een sterke base. Indien deze
onder-stelling juist is, is het niet te verwonderen, dat zo'n ge-combmneerde aanval tot een sterke corrosie aanleiiIing
geeft.
-Ca'vhatie-erosie proeven in de caviiatietunnel De aanleiding tot deze proeven was een zuiver
cavi-tatie-onderzoek. Zoals reeds is cpgemerkt zoeken wij naar profielen, welke een zo groot mogelijke variatie in
invals-Fig. 9b. Snellieidsverdeling achter plank met gazen.
- Fig. 10. Opstelling
plank met gazen voor
schroef in de cavitatie-tunnel.
Iioek kunnen opvangen, zonder te caviteren. Hierbij is gebleken, dat profielen met een zo constant mogelijke
drukverdeling langs de.zuigzijde van het profiel, een jets
grotére invalshoek kunnen verdragen dan de tot nu toe
gebruikte KAmtAN-TRnmz-profielen. Laatstgenoende proflelen zijn opgebouwd nit twee cirkelboen, nan in- en
Fig. ha. Blad 2 van scKoef
1199 met Walchterprofielen aehter plank met gazen in de
cavitatietunnel..
-
ontstaan uit de cirkèl door conforme transformatie metbehuip van de ,transformatieformulé Sian VON KAassAi .enTREFFTZ. Aan enkele van de eerstgenoeinde profielen
heeft WALCILNER metingenjverricht, zodat wij deze helen ook wel' ,,WALCUNER-profielén" nóemen. Dëze
pro-fielen hebben een jets rondere neus dan KAiAN-Tnn1vrz-profielen, vandaar dat grotere variatie in invaishoek
mo-gelijk is.
-Eén van de vragen, die zih bij het,onderzoek voordeden, was: , Kan een WAicuNER-profiel, dat, zcals uit experi-menten bleek, over een groter gebied. van invaishoeken stoot*rij wordt aangestroomd, eveneens de variatie iii in-vaishoek Opvangen, welke optreedt achter êen schip?"
Ten einde dit te onderzoeken, is getraèht in de cavi-tatietunnel het snelheidsveld na te bootsen dat achter
een D.S. sehiphecrst. Het-betrofhier ni. een schroef voOr een D.S. schip. Voor dit dod is voor de schroef (no.1199) een plank gebouwd (zie fig. 8). De bedoeling was een on-gelijkmatiglfeid in het snelheidsveld te weeg te biengen,. - overèenkomeid met het veld achter een scheepsmodel dat, wij met cen stuwbuis van PRANDTL hadden afgetãst (zie
fig. 9a).
In deze figuur is:
-V-v
-=
8v waarm: b nvo1gstroomgtal,
V = scheepssnelheid,
= intreesneiheid van het watd in de schroef.'
Dit is in eersté -opzet, qua absolute sneiheid, vrij aardig geiukt. Dc stroming achter de spijkers en gazen- was
ech-Zeer .merkwaardig en belangrijk is echter het volgende:
na een paar uur draaien bleek, dat-zich op de rugzijden
van de schroèfbladen erosieplekken vertoondèn. Aange-zien nog nooit in de cavitatietu nel erosie was opgewekt is .dit resultaat zeer merkwaardig, vooral wat betyeft de korte tijd waarin deze erosie is ontstaan.
- Hoewel op dat moment nog geen verkiaring
-hiervoor-kon worden gegeven, was het wel erg opvallend, dat op modelschaal zonder obstakel vóór de schroef door ons nog
nooit erosie was. geconstateerd-. In eerste instantie lag het. dus voor de hand-de zeer turbulente stroming vóór de schróef als oOrzaak van ezosie .aan te wijzen.
We hádden tot nu toe 2 aoorten cavitatie onderscheiden,
- ni. bellencavitatie en vliescavtatie. Met vrij grote zeker-heid is aan te nemen dat de cavitatie, welke in dit geval de erosie, heeft veroorzaakt, niet geheel gelijk is aan de
twee bovengenoemde soorten, .angezien deze noit ,in de
cavitatietunnel erosie l'ebbèn .veroorzaakt. . Het meest
komt ze met bellencavit.atie overeen, daar de met damp
- gevulde ruimten op het blad dicht slaan. .De met damp
gevulde ruimte bestaat uit zeer. kleine, nauwelijks
waar-'-néembare bélletjes, die er door hun cómpacte rñassa ala
een wolk uitzien. Besproken is reeds, dat juist deze kleine belletjes het meest gevaarlijk zijn voor erosie. Indien deze
vorm van cvitatie altijd achter ecu schip zou heersen,. zou 'dit betekenen dat elk& scbroef binnen enkele hen:
geërodeerd zou zijn. Aan te nemen is dus dat het normale snelheidsveld achier. de plank, niet geheel overeenkomt
met het selheidsv.eld achier de asbroek . van een
D.S.-schip (zie fig. 9a). 7 .
Allereerst is getracht de turbulentie in het sneiheids-veld achter dc plank met spijkers te nit te doen met be.
houd van de variatie- in de axiale sneiheid. Om dit te
be-reiken zijn de spijkers uit de plank yerwijderd en werci
ann weerszijden van de'.plank een strook gaas aangebracht loodrecht op deze, ter breedte van 7 cm, w.arbij de maas-wijdte van de plank af naar buiten7toe stcedsgroter wordt (zie fig. 10). Bij aanwezigheid van de plank met gazen is.
het snelheidsveld achter de. plank met behuip van een
stuwbuis afgetàst. Dc snelheidsverdeling is te zien in fig. 9b.- Hierin wordt met ,,1,0" de gemiddelde snelheid van 6,45 rn/sec. aangegeven. Deze snelheidsverdeling komt in' grote trekken overeen met die, welke achter. de asbroek
van eeh D.S schip heerst (zie .fig. 9a).
Bij vergelijking van deze twee snelheidsdiagrammen zien.
we hi. dat in hèt laatstgeiioemde diagram (fig. 9a):
firnin. O,O en max. .., 0,60
ter, ten gevolge van dé spijkers, sterk turbulent, hetgeen
'd
niet het geval is achter de asbroek van een D.S. schip. ZO at.
Wel kreeg men een zeer goede mdruk omtrent het cavi- 6
1
-= 287
Fig. llb.Blad 8 van schroef,, 1199 met Kármán-Trefftz-profielen aehter plank met
gazen in de cavitatietunnel.
In figuur 9b is deze verhouding 1,2/0,6 .= 2,00.
Achter deze plank met gazen i wederOm schroef 1199
gedraaid; Deze schroef had 3 versehillende bladen. Van
blad 2 (WALcHNERprOfie1en, in het homogene veld beter
bestand tegen. varintie in invaishoek, door verandering
van de intréesnelheid) en blad 3
(KARMANTaEFETzprofielen) zijnin verschillende standen foto's gernaakt. Het -blijkt dan,- dat de twee laatstgenoemde bladen over
de-zelfde sector cavitatievrij zijn (fig. ha en b). Dit kan warden 'verldaard uit de snelle overgang van; mm; naar 0C2
max.-bet seffieidsveld achter eèn E.S. -schip, waar de
over-gang van ; min. naar
max: jets meer geleidelijk' plantsvindt,, zal hoogstwäarséhijnhijk de sector, waarover liet
WAtcErean-blad cavitatievrij is, giter-zijn (nan de hand van fig. .4 schatten wij deze jector op 2 x 15° = 300).
-..Het. vetwachte grote- voordeel van de tepassing van
KAEMAN-TREFFrz-prouielen boven WacnNER-prOfie1en,
nL dat bij afwij1ing van - d stootvrije intrede bet bind
met KARaIAN-TREFFrzprofie1en vliescavitatie en het blad met WAL.CHNER-prouielen bellencavitatie zou vertonen, is
niet juist gebleken. Nog. steeds bestàat de mogelijkheid, dat ook bellencavitatie eroise veroorzaakt. Waarschijñlijk
mede door de snelle overgang van' mm.
naâr;
max. scheurt ook bij de W4LcUNER-profielen de strorning annde intredende kant van de iuigzijde af, zodat - op beide
bláden vliescavitatie optreedt.
Ten einde te- onderzoeken of het verbeterde sne1heids'
veld achter de plank met gazen wel cavitatie doch geen.
erosie opwekt, is achter de plank met gazen schroef 1056 geplaatst. .Deze schroef is vOor bijna hetzelfdë vermogen, dezelfde omwentelingen en sneiheid ontworpen alsschroef
1199, vandaar -dat. IO56en 1199 zeà' goed met elkàar
-overeenstemmen. De intreesneiheid, het aantal omweñte-lingen en de &uk zijn zo gekozen, dat de slip en het
cavi-van schroef 1056. - llt cavitatiebeeld.
van de 3 bláden
van schroef 10i6 achter de plank stemt overeen met datvan schroef 1199. Indian de ,bladen zich loodrecht op. de plank bevinden, is de cavitatie op blad 1 zuiver , ,wolk-vormig" en heeft men de iridru]i dat deze ,,wolken" voor
een groot gedeelte op het bind dichtslaan. De bladex .2 èñ 3 daarentegen vertonen -op het bladopperviak zuiver
bellencavitatie, terwiji de. ,,wolken" zich van het
bIiid-opperviak- afbewegen en kennelijk niet op de bladeñ dicht
sinan. Na- drie dagen draaien (dus veel langer dan bij. eerstgenoemde schrOêf 1199) bleken de bladen 2 en 3
geen erosie .te vei'tonen, terwijl blad 1 op-dezelfde plek, waar de .,,wolkvormigè". cavitatie zich beyond, iichte erosie vertoonde (zie fig. 6). - .
Ann tenemen is dus, -dat. de wolkencavitatie de oorzaak
-is van de erosie. Mogelijk -is zelfs dat de bellencavitaticop de. blàden 2 en 3 .het. dichtslaa van- de ,,wolken" op het blad-verihindért en dus oak de erosie.
-Het koint in de practijk we! eens voor, at roerstevens en roeren intering vertonen, terwiji deze object.en in een homogene stroming geplaatst, dus zonder schip en schroef ervoor, zeker niet caviteren. De mogelijkheidbestaat, dat
deze intering ontstaat door de wolkvorin ge cavitatie, weJke
dàor de scbroef -wordt opgewekt en Iegen het roer wort - geworpen. Ten einde dt -te onderzoeken is achter de plank met. gazén en hroef 1056 een roer gemonteerd (zie fig. 12). Dit roer is gemaakt van houtwaaromheen een dunne - kopéren plaat is aangebracht. Na .dde uur -draaien .(zie
fig. 13)was het koperen omhulselverriield en- geerodeerd zoals op fig. 14 te zien is.. Naar de bladtop toe neemt de elrculatie af. Ten gevolge van deze fname ontstaaii
aan-de .uittreaan-denaan-de kant werve1draaan-den Ceheel ann aan-de top is
daze afname het - sterkst, vandaar dat daar een topwervel te zienis. Jets meer naar de naaf.toe (van de top tot 0,7
R) is echter ook éen circulatieverandering, gepaard gaande met afgaande wervels, aanweig. Deze weivels zijnmeestai-niet te zien, doch bij deze proef *as van -- 0,7 .1? tot de normale topwervel een strook cavitatie - in bet water zicht-
--baar, die we weèr tot -e -wolkencavitatie - willen rang-
-schikken. Precies op de plants, s'aar deze cavitati&het:.
roar: treft, 'is de materiasivernieling ontstann.
Een proef met dezelfde opstelling is ñog eens gedaan,
- im echter- zonder lànk met gazen - ervoor, terwiji bet
roer van massief brons-. was gemaakt. Ook teen eradeerde -. het roer na betrekkelijk korte .tijd.
Vervolgens- zijii versehillende scbroeven in de cavitatie
tunnel vrijvarend onderzocht, bij een willekeurige slip -en
cavitatiegetal. Alleen werd er op gelet of op het bind
schroef-10
4'
Pig. 12. Opstelling roer achter plank en schroef 1O6 in de
cavitatietunnel.
daad erodeerden deze schroeven aán de drukzijde din ook
binnen enkele dagen draaien in de cavitatietunnel. Asii
de rugzijde was ook we! wo]kencavitatie op te wekken, doch deze cavitatie was van het blad afgericht, zodatop
de rugzijde van de schroefbladen geezi erosie optrad.
Uit a1 deze proeven kunnen de volgende gevolgtrekkingen
worden gemaakt: Ondübbelzinnig is vastgesteld, dat in de
cavitatietunnel erosie alleen optreedt ten gevolge van
wolkencavitatie. Deze erosie treedt dan in korte tijd op.
De wolkencavitatie heeft onder bijzondere
omstandig-heden plaats. De physische verklaring hiervan is nog niet - duidelijk. De wolkencavitatie wordt eehter we! in de hand gewerkt door een verstoring van het sneffieids-.reld (plank met spijkers of gazen voor de schrof en sclfroef voor het
roer). Echter is bet mogelijk ook bij een vrijvarende
schroef, dus geplaatst in een homogeen snelheidsveld, op
de drukzijde van het bind erosie te veroorzaken, door
wolkencavitatie op te wekken.
Deze .opmerkingen werpen een geheel ander licht op de nteringsverschijnselen, welke vaak in de practijk optreden
aan schroeven en roeren. Dikwij]s wordt déze intering
-een gevolg genoemd van electrolytische werking. Gezien
de zeer korte tijd, waarin de erosie ten gevolge van
wolken-cavitatie optreedt, is het echter zeer goed mogelijk, dat
deze intering ontstaat bij het manoeuvreren van bet schip, waarlij slipwaarden optreden, welke de hoek waaronder de bladdoorsneden worden aangestroomd, negatief doen
zijn, zodat wolkencavitatie aan de drukzijde van bet
schroefblad kan optreden.
-Gezien ook het feit, dat elke sehroef in de practijk
caviteert ten gevolge van de periferiale ongelijkmatigheid van het snelheidsveld, waarin de schroef aèhter het schip 'werkt (E.S. zowelals D.S.), doch niet elke schroef erosie
vertoont (d.w.z. dat de optredende cavitatie geen
wolken-cavitatie is,(doch bellen- of vlieswolken-cavitatie), is bet dus
-moge-lijk dat behalve vlies-, ook bellencavitatie geen erosie
ver-oorzaakt; te meer daa in de cavitatietunnel nog nooit erosie is geconstateerd ten gevolge van bellencavtatie.
Een schroef bedekt met lood, hetwelk zeer slecht bestand is tegen cavitatie-erosie, vertoonde na verseheidene dágen draaien in de cavitatietunnel, waarbij liij werd onderwor-pen han hevige beliencavitatie, geen spoor van erosie.
Ret prob!eem is dus nu, naar die profielen te zoeken,
welke geen wolkencavitatie opwekken.
Ms axioma zullen we voor!opig aannemen, dat
depro-fielverhoudingen (s/I max. diktèengte en f/I =we!vin/
!engte) en de profielvorm net de daarmeeovereenkomende sneiheids- en drukverdeling, welke in bet algemeen ver-antwoordelijk zijn voor het a! of niet optreden van cay!-tatie, dit eveneem zijn voor het optreden van wolkencavi-tatie.
Bij nadere beschouwing van de proef met schroef1056
achter de plank met gazen, kunnen we bet volgende
op-merken: blad 1 is ontworpen vôor
a 20%, bind 2 voor
a en blad 3 voor a.+ 20%. Dit houdt in, datvan bind 1
bet bladoppervlak, dus de profielkoorden,het grootst en van blad 3 het kleins-t zijn. Aangezien elk blad dezelfde stuwkracht moet leveren, zijn, uit sterkte-overwegingen, de maximale dikten van de bladdoorsneden van bind 1
het kleinst en van bind 3 het grootst gemaakt.
-De s/l-verhoudingen van de .bladdoorsnedenvan blad 1
zijn dus kleiner dan van bind 2 en bind 3. Ret bind met de Ideinste s/l-verhoudingen vertóonde zuiver
wolkencavi-tatie, terwij! bij de bladen met grotere /I-verhoudingen
dewolkenca-%rjtatje verdrongen wordt door de
bellencavi-tatie.
Een dun profiel, waarbij de intredende kant scherp is, za!, wanneer het niet stootvrij wordt aangestroomd,
lint-geen achter het schip altijd geschiedt, aan de intredende
kant van de zuigzijde een extreme onderdrukpiek verto-nen, de stroming zal daar iosscheuren, een loslatingswervel
vormen en de bekeide vliescavitatje veioorzàken. Uit
theoretische overwegingen is men van mening dat deze vliescavitatie geen erosie veroorzaakt, aangezien de damp
in de kern van' de !oslatngswervel optreedt
en met op
het bladopperviak. Deze mening wordt flu zeer versterkt door bovengenoemde proeven. Wel is het altijdzeer
moci-lijk zuivere vliescavitatie op te wekken. De cavitatiever-schijnselen, die stroomaf*aarts nit bet viles komen, zijn bijna altijd wolkvormig. De mbgelijkheidisvrij groot dat door de. snelle rotatie van de loslatingswerve!
dauipdeel-tjes naar buiten worden geslingerd
en met de stroom
worden meegenomen, terwiji het gevaar voor erosie dan jwst zeer grôot is. De intensiteit
van de rotatie van de
loslatingswervel wordt bepaald door hat zeer snelle toe-nemen van de druk-volgend op de grote onderdrukpiek.
Wordt deze rotatie ml zeer groot, dan zal de lóslatings..
wervel geen ,solitaire wervel" blijven, maar er zullen
dampdeeltjes naa buiten worden geslingerd.
Een 'dikker profiel zal bij niet-stdotvrije aanstroming
eveneens een onderdrukpiék aan de intredende kant van
de zuigzijde vertonen. Echter niet zo extreem, zodat de
stroming niet zal losscheuren en bij overschrijden van de dampspanning in dAmpvorm overgaan (bellencavitatie).
Wolkencavitatie, voor zover dat flu al te beoordelen is,
zal bier niet zo gauw optreden. Wel zal een verstoren van het snelheidsveawojkencavjtatje in de hand blijvenwerken.
Bovenstaancle beschouwing wordt gerechtvaardigd door de proef met schroef 1056 achter de plank met gazers.
Ten einde deze onderstelling met een experiment te
bewijzen is flu achter de plank met gazen - een schroef on-derzocht, waarvan 2 b!aden ontworpen zijn op de normale
manier volgens de werve!theorie: één met dunne
K2ea-MAN-TRaFrrz-profielen en én met-dunne
Waicman-pro-fielen aan de top en 2 bladen met dezelfde bladcontour
en hetzelfde spoedverloop, doch met dikkere profielen (s/I op 0,95 R 0,15). We moesten bier nit
evenwichts-overwegingen een 4-blad &lhroef kiezen. Schroef 611 heeft dus de volgende bladen:
blad 1 met duane KAB*AN-TnanF'rs.profielen
aan de
top;
Fig. 14. Erosiebeeld roer.
b]ad 2 en 4 met dikkere profie1en.
Het cavitatiebeeld van bind 1 en van blad 2 achter de plank met gazen toont fig. 15. Het cavitatiebeeld van blad 3 was practisch gelijk aan dat van blad 1. Op bind
1 vertoont zich op de rugzijde van 0,4 R tot 0,9 R
wol-kencavitatie, welke op het blad dichtslaat, bInd 2
ver-toont van 0,85 R tot de top zuiver bellencavitatie, terwijl de wolkencavitatie zich van het bladopperviak af beweegt
en niet op het bind dichtslaat.
Inderdaad waren na 6 uren draaien van de schroef in
de cavitatietunnei de bladen 1 en 3 geerodeerd op de plant-sen, waar wolkencavitatie was opgetreden terwiji, op de bladen 2 en 4 nog geen erosie was waar te nemen.
Ook bij variatie van de invaishoeken, waaronder de profieldoorsneden van de schroefbladen worden aange-stroomd, bleven de bladen 1. en 3 wolkencavitatie ver-tonen, weike op bet bind dichtsiaat en de bladen 2 en 4
bellencavitatie met afgaande woilcen.
Uit deze prod zijn de volgende conclusies te trekken: Dc profielparameters en de profielvorm, dus de
mel-heids- en drukverdeling langs het profiel zijn
verantwoor-delijk voor het a! of niet optreden van wolkencavitatie, welke op het bind dichtsläat.
Profielen met een dikke kop (de biaden 2 en 4), welke bij afwijking van de stootvrij intrede geen extreme
onder-drukpiek vertonen, hebben een veel geringeré kans om
wollcencavitatie, welke op het blad dichtslaat op te
wek-ken en lopen dus veel minder gevaar te worden geero-deerd dan de dunne profielen, weilce tot au toe ann de bladtop worden gebruikt. Bij deze dunne profielen (de
FIg. 15.
Cavitatie-beeld van de bladen
1 en 2 van schroef
611 achter de plank
met gazen in
de cavitatietunnel.BIad' 2. FIg. 13. Cavitatiebeeld van schroef 1056 met roer achter de plank met gazen in de cavitatietunnel
I,
bladen 1 en 3) doet de prouielvorm Idaarblijkelijk weinig
ter zake
-Met deze proef is dus aangetoond, op welke wijze we wolkencavitatie met het daarrnede gepaar4 gaande erosie-verschijnsel kunnen vermijden of sterk verminderen.
Dat in. allft voorkomende inhomogene stromingsvelden wolkencavitatie-erosie vermeden wordt, door alleen rnaar dikke profielen te gebruiken, is na déze éne proef natuur-lijk nog niet te zeggen.
Te dien einde zullen van sebroef 611 de bladen 2 en 4
met dC dikke profielen, geleidelijk dunner worden gernaakt,
aismede de plaats van de maximale dikten van de
pro-fieldoorsueden worden verlegd. Ná elke verandering zal bet veranderde schroefblad in de cavitatietunnel worden onderzocht. Op deze wijze zijn we na enkele proeven in :staat een globale indruk te verkiijgen omtrent de invloed van de dikte en de vorm van bet profiel op het al of niet optreden van wOlkencavitatie.
Een definitieve op1osing van het probleem hopen we
.echter te verkrjjgen, indien we ann profielen met
ver-chillende s/i--. en f/l-verhoudingei en profielvormen de cavitatieverschijnselen zullen- waarnemen en bovendien drukverdelingsietingen verriebten. Zoals boven is uiteen-gezet, is burners de vorm van de drukverdelingskromme verantwoordelijk voor het al bf niet optreden van
wolken-àavitatie, wèlke op het blad dichtslaat..
Te dien einde zullen in ee.n nieuw te bouwen meetge-deelte van de cbvitatietunnel profielen worden geplaatst,
- welke zich van wand tot wand uitstrekken, zodat een
twee-dimensionale stroining wordt benaderd.
Uit het oogpunt .van schaaleffect zou het echter eveneens
zeer 'venseJijk zijn, de proef met sebroef 611 achter de plank met gazen te herhalen, doch dan op ware gootte,
.dat wil this zeggen aehter een sóhip. Indien bij eeii bepaal-de -sc1e.epsschroef erosie optreedt, dan zoubepaal-den wj bepaal-deze schroet willen vervangen door -eeñ schroef, waarvan. 2
bladen likker zijn dan die van ile eerste schroef. -De uitvoering van deze proef hebben we echter the1 in onze elgep hand, daär hierbij de hulp en. de medewerldng idig- zijn van een rederij, wuike bereid is eën dergelijke Sc!hroefte doen \rervaardigen en achter zijn sciup te on
dzOek'én. Het ivié te wensen dat deze voordracht er
toe zou kunnen bijdragen, dat een derelijk proeTschip
binnen afzienbare tijd werd gevonden.
Bovengenoemde proefiemingen, -dus proeven in de
cavi-tatietuñnel bestaaEde. nit schroefproeven in een ongelijk-iIatig snetheisveld profielmetingen en profielobservaties benevens de mt eer oogpunt van schaaleffect te vernchten
no.
L2
-. "Naam van het materiaal
proefnemingen ann een scheepsschroef op ware grootte,
zullen ons in staat stellen een step nader te komen tot
de oplossing van het cavitatieerosie 'vraagstuk.
. Versneld cavitatie-erosie onderzoek volgens de
magnetostrictieve -methode
Ten einde cavitatie-erosie te voorkomen is bij het reeds
behandelde steeds getracht het optreden van cavitatie,
of aithans van die vorm van cavitatie, welke
verantwoor-delijk wordt gesteld vor erosie, te vermijden.
-Om bet cavitatie-erosie probleem op te lossen is het
echter eveneens wenselijk, dat men- tegelijkertijd near die rnaterialen zoekt, weilce erosie-bestendig of zo goed
mo-gelijk erosie-bestendjg zijn. . .
Een voordracht, weilce in begin 1948 door V
Lnuirn-liEN voor de 'wetenschbppelijke werkers in T.N.O.-ver-- band over het cavitatieT.N.O.-ver--erosie probleem werd gehouden
[10], gaf aanleiding tot de instelling van een cavitatie-erosie werkgroep, die ten doel had - de aantasting van
schroevenbrons ten gevolge van cavitatie-erosie te
bestu-deren en tevens na te gaan, of -dit euvel dor het gebruik van een beter materiaal of door het opbrengen van een
bescherniende Lang te verbelpen zou zijn.
-De weEkgroep bCvatte vertegebwoordigers van de
Tech-nisch.. Physiehe Dienst T.N.O. en T.H., het Kunststoffen instituut, het Centráal Instituut voor MateriaalonderzOek,
afd. Metalen, bet Scheesbouwkundig Proefstation en de
N.y. 's-Hertogenbossche Schroevengieterij M. Lips. Sedert de instelling van deze werkgroep werdén in on-' derlinge samenwrking een aantal proefstukjes onderzocht. van verschillende bronssoorten, al of. niet bedekL met -een
Iaagje ktinsthàrs, plastische yerf of rubber. Het erosie-onderzoek geschiedde door de T.P.D. te Deift, vo1gens
een methode, waarbij de cavitatie-erosie in een veisneld
tempo wordt opgewekt Hiertoe wordt het betrokken
proefstukje in een vloeistof in trffling gebracht.
Om éen intensieve, mechanische trilling op te wekken wordt hef proefstukje bevestigd aan bet uiteinde van een holle, nikkelen buis, die zich in èen, in lengte-richting
aan-gebracht, periodiek wisselend rnagneetveld bevindt; dit
veld is gesuperponeerd op een statisch magneetveld. Hier
-bij wordt dus gebruik gemaalrt van de magnetostrictieve eigenschappen van nikkel, d.i. het effect dat optreedt bij
diverse materialen, waaronder ook nikkel, waarbij het materiaal van lengte verandert bij verandering - van het
niagneetveld. De opstelling -was zodanig, dat de staaf kon worden gekoeld'en dat bet proefstukje zich ca 1 cm
onder-het - wateróppervlak beyond.
AIwijking vang!ad opperviak bij begin; Bij 1. kLein ceEiterpuntje in bet midden: diameter 0,5 -mm. .Bij 4. enige giet-galletjes met. itietingen van en 1 mm2 Bij 7 3 gietgallen op een nj met resp oppervlakten 0,5, 1 0 en 0,5 mm!
-- Bij 10. centerpuntje in et budden opp. = -0,8 thm2
Tabel 1.
opp. afwijking
vóór het
trillen
Per half ilur verdwenen Imateriaal in mg
Totaal gewichts-verlies in eerstè 5 halve uren inmg neen 1 9 4 2 4 2 4 2 1]. 2 5 4 25,7 . ja 3,5 2,8 8,0 7,5 16,2 11,0 82,0 neen 2,6 6,5 6,5 9,3 8,6 83,5 ñeén 9,0 - 5;5 6,3 10,4 8,0 14,1 39,2 neen 2,1 .5,7 14,8 14,8 17,-I - - - -54,5 ja 11,0 11,6 7,8 25,9 :64,5 12 1,0 ja 0,9 25,7 24,0 51,4160,9 171,9 ja 22 2 48 2 49 6 45 7 62 5 228,2 Eieen 17,6 53,5 65,860,258,8 255,4 neen - 26,0 68,8 77,1 75,3 82,0 824,0
8 Al brons op a! brons (argonarc lasmeth) 10 - AL brons op Limabrons (electr.gelast).
.6
Al brons gehamerd ---Al. brons norman! .
-9 Al. brOns op Lirnabrons. (argonare lasmeth.)
1- Limabr6ns, -gehameyd, poreus
4 Limãbrons, p6reus
-7 Limabrons op Limabrons (argonrc Lasmeth) 5 Lim'abrois, gemerd gaf
-Ware grootte
Fig. 16. Enkele van de door de T.P.D. onderzochte
proef-stukjes (geptbliceerd met toestemming van het C.LM.O., dat
- de foto vervaardigde).
De kwaliteit van bet materiaal werd bij deze proeven boordeeld naar de gewichtsafnaine van bet pFoefstukje
ña een zekere tijd. Met deze methOde werd bet
cavitatie-proces zodani versnèld, dat reed na een half utir
duide-1jk waarneembare en meetbstre erosie optrad.
Ren tiental -verschillende materialeii, genoemd in tabel
1,. zijn op dez manier onderzocht '). - -.
'Dé volgorde yan de materialen itr dezç tabel koint over-ecu met het gewichtsverlies n'a2 1/2 iiur trillen. De cijfers
in de 'eeste kolom komen o'een met de
ljfersaange-èven op de proefstukjes en even tevens de volgorde
áan, waarin de proefstukjes zijn onderzOcht.
De naam ,,Limabrons" is en hándelsnaam en is eigen-IiJk mangaanmessing, het heeftde samenstelling welke is
angegeven in tabel 2.
Tabel2.
1).De hierna vpigende gegevens zijn ontleencLaan de vo4gende
rapportei:
--rapport no. 48/1716/vdH/M/O/620 T.P.D., T.N0. en r.H. raort-iiq. M-49-5 C.J.M.0 .
-rapport flO.: 49/1279/dJM 'r.?.D., P.N.o. en
rapport no. 51.49181 C.J.M.O (
-tapport no. 50f129Ra/M/T/O/1287 T.P.D., T.N.O. en..De samenstelling van aluminium-brons is gegeven in
tabel 3.
Tabel 3.
Fig. 16 laat. de proefstukjes zien, nadat ze onderwor-pen zijn geweest aan bovengenoemde trilingen. TJit deze figuur en uit tabel 11 is te concluderen, dat aluminium-brons aanmerkelijk beter bestand is tegen cavitatie-erosie dan Iliangaanmessing. Wat de treksterkte en rek betreft,
zou aluminium-brons met nikkel zeer zeker kunnen worden
gebruikt voor scheepsschroeven. Het doorslaggevende
be-zwaar is echter, dat dit maternal na het gieten erg nan vervorming onderhevig is, zodat de betreffende schroef zeer moeilijk nan de maat te gietén is. Giettechnische
moeilijkheden maken dit materiaal dus voor
scheepsschroe-yen ongeschikt. Dit is althans op het ogenblik de stami
van zaken in Nederland.
-Naar aanleiding van deze opmerkirig decide it
RIT-saiu&, directeur van het Metaalinstituut T.N.O., ona mede, dat men in het buitenland genoemde legering wel toepast
voor het gieten van scheepssehroeven tot een dinmeter
van 3 m, terwiji de verbetering van de giettechniek goeTde vorderingen maak't. Hierbij -moet men echter beden1en dat schroeven voor handeisschepen, ass iersschepezi en
grote oorlogsschepen bijna altijd een grotere diameter heb-ben dan 3 m; variërend tussen 4 en 6,5 m. Bovendien is
rnij niet bekend in hoeverre de sehroeven met kicinere
diameter dab 3 m van aluminium-brons - met nikkel aan de maat waren gegoten. -
-2oals reeds werd vermeld, zijn -versehillende
proefstuk-jes bedekt met een beschermende lang, teneinde na te. gaan in hoeverre deze lang werkelijk een besclierrning
vormt. - - -. - - -- . -.
In tabel 4 is aangegeven welke 1gen zijn aangebracht;
Tabel 4. 1 Ylastic Iakkea. -2. Máeostan verf
-3 çsjte yen
-. 4 Araldiet 5 Poiyphemylchloride-acetaat6 Rubber op staal rubber - ..
-7 Geco-neoprene yen (rubberachtig) - - . -
-Geen van deze lagen heeft ann de verwachting vol4aan. Bij de eerste 5 lagen i de kracht, welke nodig is ow de. laag. te verwijderen,. kleiner dn. ,1ie voor bet opw6kkn
van erosie. Vooral. .4e drie eerste pro1ucten waren zeer slechL Aihoewel de kunstharse beter bestn4 warehtegen
erosie dan de drie eerstgenoemde zijrt ze toh altijd nog
slechter dan onbedekt limabrons. . ,-- .,--Ie bedekkingen van beide laatste proefstukjes zijn vnij
goed tegen eavitatie-rosie bestand. Onder-de 'wicroscoop bleek, dat en kloofjes -in de geco-neopreiie -erfIaag waren gékometi en op enkele verapreide plaatsen een- kuiltje. De diepte van de kloofjes bleek rus 45 -rhinuten trifien nog
kleiner te zijn dan de diktè
afl de verflb. Door
de rubberachtige. eigenschaphn van dzé vàf is onder
de microscoop met uij te maken of de scheuren, waardodr d
optreden,1fnog v1 dieper. in de,yerflaag
Kunsthars '1
2
3
4
5
6
7
8
10
Bestanddeel .. Hoeveelheid in % - -oper . .- 59,20: Zink -. . 37,58. iJzer 0,05 Aluminium 1,25 .. Mailguan 0,92 -Tin - 0,40 Bestanddeel Hoeveelheid in % Koper 81,50 Aluminium 10,13 Nikkel 8,72 IJzer 4,55 Lood 0,10Het prob1çem, dat zich echter bij deze beide laatste proefstukjes voordoet, is de hechting van de bedekking
aan het materiaal. De geco-neoprene verflaag bet aan de
zijkanten van het brons los. Het is mqgelijk, dat dit ge-deeltelijk eén gevoig is van het op- en afschroeven van
het proefstukje, waarbij de geco-neoprene verf aan de
zij-kant aan schuifspanningen onderhevig was. Bij de rub-berlaag was de hechting zeer slecht. De laag sat na het
trillen volkomen los.
Samenvattende kunnen we du constateren:
De plasticiakken, macostan- en corrosit verf, alsmede de beproefde kunstharsen voldoen slecht, geco-neoprene verf en rubber voldoen behoorlijk goed.
Een afzonderlijk probleem vormt de hechting van de beide laatste op het brons. Het is dus wenselijk dit pro-bleem nader te bestuderen. In dit verband kan worden
opgemerkt, dat prof. VAN Rossuai, directeur van het
Rub-berinstituut T.N.O., in samenwerking met de N.y. Lips'
Seheepsschroevengieterij bezig is dit probleem nader te
onderzoeken. Mocht dit oiderzoek resultaat opleveren,
dan zullen te zijner tijd van die kant wel nadere gegevens worden bekend gemaakt.
Slotbeschouwing
Langs twee wegen is tegelijkertijd getraeht een stap
nader te komen tot dc oplossing van het cavitatie-erosie vraagstuk.
Het onderzoek naar materialen of beschermendé lagen,
welke beter bestand zijn tegen cavitatie-erosie dan het tot nu toe gebruikt materiaal, heeft voorlopig nog niet
het gewenste resultaat gehad. Vandaar dat het Ned.
Scheepsbouwkundi Proefstation zichop het ogenbilk toe-. legt op de verdere oplossing van het vraagstuk der cavi-tatie-erosie langs hydrodynarnische weg, gezien ook het
felt, dat dit meer op ons terrein ligt. Dé bespreking van
het cavitatie-erosie onderzoek volgens de magnetostric-tieve methode is dan ook volledigheidshalve geschied.
Wat betreft het cavitatie-erosje onderzoek in de
cavi-tatietunnel, kan samenvattende het volgende worden
ge-zegd:
-Ult dit onderzoek is gebleken, dat er naast vlies- en
be4leneavitatie nog een derde vorm bestaat, ni. wolken-cavitatie. Deze vorin van cavitatie is in de cavitatietunnel verantwoordeijk voor het optreden van erosie terwtjl dit waarscbijnlljk eveneens het géval is bij de schroef aehter
het schip. Het a! of met optreden van wolkencavitatie is, evenals de twee andere vormen van cavitatie,
afhan-kelijk van de .profielvorm en de profielparameters.
Proeven in de cavitatietunnel, bestaande uit
schroef-proeven in een ongeijkmatig snelheidsveld,
profie!metin-gen en profielobservaties, bénevens de uit een oogpunt van schaaleffect te verrichten proefnemingen met een
scheepsschroef op ware grootte, zullen ons in staat stellen
een stap nader te komen tot de oplossing van het
cavi-tatie-erosie vaagstuk.
Literatuur
W. P. A. yaw TwRwEw, L. TRoosT enJ. G. Kowiwo. ,,Weerstand en voortstuwing van schepen". Dc
techni-sche boekhandel H. Stam..
W. P. A. yaw LAMMEREN. ,,Enige beschouwingen over het cavitatie- en erosievraagstuk bij scheepsschroeven,
moderne cavitatje-criterja". Schip en Werf, 1948, no.
10 en 11.
J. Baz.aaw. ,,Een critische vergeijking van de
voor-naamste methoden van toepassing van de werveitheorie bij het ontwerp van scheepsschroeven op hair practiáche
bruikbaarheid". Schip en Werf, 1948, no. 9, 10 en 11.
14
(4] J. BALEAN. ,,Een ondersoek nan,- de toepassinsioge. !ijkheden van profielen met constante drukverdeing voor scheepsschroeven." De Ingenieur, 1949, no. 17.
L5] J. D. VAN MANEN. ,,Onderzoek naar de mogelijkheid
in de tunnel een juist beeld te verkrijgen van de in
werkelijkhejd aan de schroef optredende èavitatiever-schijnselen". De Ingenieur, 1949, no. 23.
J. BALHAN en J. D. AN MAraw. ,,Het ontwerpen van cavitatievrije scheepsschroeven". Schip en We,-!, 1950, no. 2, 3 en 4.
F. K. Ta. yaw ITRSON. ,,Cavitatie". De Ingenieur, 1940, no. 19 blz. W. 15.
R. T. en A. HOLIANDER. ,,Laboratory
investi-gation of the mechanism of cavitation". Transaètjons
of the American Society of Mechanical Engineers, 1948
vol. 70.
Th. G. POULTER. ,,The mechanism of cavitation erosion".
Armour Research Foundation of Illinois Institute of
Technology.
W. P. A. VAN LAMMEREN. ,,De stand van bet
cavitatie-erosle vraagstuk bij scheepsschroeven". T.N.O.-Nieuws,
1948, no. 2.
E. C. MARBOE. ,,Gas evolution from supersaturated II.
quids". The Pennsylvania State College, Chemical and Engineering News, Volume 27, no. 31, 1949.
Beraadslaging
VRAAG: U hebt gesproken over de magnetostrictieve methode ez daarbij behandeld de erosie-bestendigheid van een gehamerd broñzen proefstukje. Zijn er a! proeven met stalen proefstukjes uitgevoerd?
- AI'TWOORD: Het onderzoek volgens de
magnetostric-tieve methode heb ik slechts volledigheidshalve behandekL
Dit onderzoek werd gedaan door de cavitatie-erosie werk-groep en ik heb alleen de rnsultaten vermeld. Aangezien de voorlopige proeven geen resu!taat hadden, hebben wij het onderzoek stopgezet en ik mag dan ook aannemen,. dat er
geen proeven, zoals U bedelt, zijn gedaan.
VRAAG: De wolkencavitatie. vindt p!aats met zeer
kleine belletjes en de, proeven wezen aan, dat dit de erosie teweeg bracht. Maar U heeft er ook over gesproken, dat als de belletjes groter worden, de iinplosiekrachten ook groter
worden en dit zou er dna p wijzen, dat juist de grote
belletjes eTosie geven. Uw verkiaring is mu- dan oók niet helemaal duidelijk.
ANTWOORD: De implosiekracht is bepaald door de
potentiële energie, die zich opgehoopt heeft in de opper-vlakte van een belletje en is ér direct evenredig made. Hoe groter de opperv!akte, hoe groter de implosie-energi is.
Als wij echter een bepaalde hoeveelheid waterdamp heb-ben (deze wordt bepaald door de mate wanrin de maximale
onderdruk afwijkt van de cavitatiegrens), is de
oppervlakte-spanning hét grootst, wanneér deze waterdamp verdeeld is over zoveel mogelijk belletjes. Hebben wij dus gelijke ann-tallen grote en kleine belletjes, dan geven de grote meer gevaar voor erosie, maar aangezien wij een bepaalde hoe-veelheid damp hebben, die vèrdeeld kan worden over grote
of k!eine belletjes, is het gevaar voorerosie zo groot mogeijk als wij die damp verdelen over een zo groot mogélijk aantal belletjes.
Gezien het feit, dat elke schroef in de practijk caviteert ten gevolge van de periferiale ongelijkmatigheid van bet
snelheidsveld, waarn de schroef achter het scbip werkt
(E.S. zowel als D.S.), doch niet elke schroef erosie vertoont
(d.w.z., dat de optredende cayitatie geen wolken-cavitatie is, doch belien- of vlie-eavitatie), is het dus mogeijk, dat
behalve vlies-, ook bellen-cavitatie geen erosie veroorzaakt;
te meer, daar in de cavitatietunnel nog nooit erosie is
