空泡對隧道型船舶船體剝蝕的原因及防范措施

彭馳

摘 要：本文對漓江旅游船舶隧道部分空泡現(xiàn)象的成因以及其對船舶船體外板的剝蝕現(xiàn)象進(jìn)行分析，并根據(jù)漓江旅游船舶的特點提出相應(yīng)的保護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：船舶 空泡現(xiàn)象 剝蝕

1.引言

由于廣西桂林漓江水域灘多水淺的特殊性，桂林漓江旅游船舶在設(shè)計建造上一直采用隧道船型。但由于這一船型的特殊性，在隧道部分會產(chǎn)生大量空泡，對船體外板進(jìn)行剝蝕，減少船體外板的使用壽命，嚴(yán)重影響船舶航行的安全性能。隨著漓江旅游船舶的發(fā)展，船型越來越大，主機(jī)轉(zhuǎn)速不斷提高，空泡剝蝕問題越發(fā)嚴(yán)重。因此，我們對待空泡現(xiàn)象這一問題，要更加注意和重視。

2.空泡產(chǎn)生的基本原理

水流在流經(jīng)船體外板時，使外板壓力降低形成吸力面，若某處的壓力降至臨界值一下時，導(dǎo)致爆發(fā)式的汽化，水汽通過界面，進(jìn)入氣核并使之膨脹，形成氣泡，稱為空泡。一般認(rèn)為，壓力的臨界值即為該溫度時水的汽化壓力pv（或稱飽和蒸汽壓力）。

現(xiàn)以槳葉某半徑處切面的運動說明產(chǎn)生空泡的情況。參閱圖1，A處的水水以流速V0流向葉切面。在葉背上取一點B，由伯努利方程確定A、B兩點處壓力及速度之間的關(guān)系，即

結(jié)合圖1，式中ρ為該深度下水的密度，V0為A點處的流速；p0為A點處的水壓，與A點處的水深有關(guān)，Vb為B點處的流速；pb為B點處的壓力，當(dāng)螺旋槳B點處的pb小于該溫度時水的汽化壓力pv，空泡產(chǎn)生。即

3.旅游船舶空泡產(chǎn)生及剝蝕的主要原因

由桂林漓江旅游客船目前主流的船舶要素（表1）我們可以了解到，桂林旅游船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速高，螺旋槳吃水淺，隧道頂線高出水面，導(dǎo)致水流通過隧道，極易產(chǎn)生空泡。

下面結(jié)合船舶型線圖（圖2，圖 3），分析空泡產(chǎn)生的過程及剝蝕的主要原因。

當(dāng)船舶在前進(jìn)過程中，螺旋槳工作帶動水流流經(jīng)隧道。在這一過程中，我們在隧道上取A、B、C三點。由于A、B兩處水溫相同，故A、B兩處該溫度時水的汽化壓力pv相同。當(dāng)水流經(jīng)過B處流向A處時，水流速度不斷增大，水體與水面水面的距離不斷減小，導(dǎo)致A處水壓減小，由空泡誕生的條件

可以得知在水體由B處流向A處的過程中空泡的產(chǎn)生會越發(fā)的明顯。隨著空泡產(chǎn)生的增多，由于水流的擾動，斜流及伴流的不均勻性和船體的不平整性，空泡在隨水流移動的過程中很容易破滅，釋放出來的能量會對船體外部造成一個沖擊，當(dāng)一個地方反復(fù)遭到?jīng)_擊時，船體外板便會受損，產(chǎn)生剝蝕現(xiàn)象。

而由A處流向C處的過程中，由于水體脫離螺旋槳的推動，逐漸不滿足空泡生成的條件，附著在外板上的大量空泡隨水流流向C處的過程中大量破滅，形成剝蝕現(xiàn)象的重災(zāi)區(qū)。

4.應(yīng)對空泡剝蝕的防范措施

4.1 從空泡產(chǎn)生的原因采取防范措施

①優(yōu)化螺旋槳的設(shè)計。空泡的產(chǎn)生離不開螺旋槳的工作，通過對螺旋槳設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，增加螺旋槳的盤面比等方法，提升螺旋槳的推進(jìn)效率，降低螺旋槳在與推進(jìn)方向無關(guān)的方向上對水體的推動，從而在提供相同推力情況下減少水體經(jīng)過板面的速度，達(dá)到減少空泡生成的目的。②采用其他先進(jìn)推進(jìn)方式。為應(yīng)對漓江航道的特殊性，旅游客船在采用隧道船型、螺旋槳推進(jìn)器推進(jìn)時，不可避免地會出現(xiàn)空泡的現(xiàn)象?，F(xiàn)通過拋棄舊式的螺旋槳推進(jìn)方式，采取新型的直翼推進(jìn)方式，從源頭上避免了空泡對船體外板的腐蝕。

4.2從空泡對船體的剝蝕方面采取防范措施

①合理設(shè)計隧道型線。目前漓江旅游船舶隧道部分所采用的型線在螺旋槳后部船體外部上易形成空泡破滅區(qū)，通過優(yōu)化型線設(shè)計，采用更加流線型的設(shè)計，使空泡隨水流離開船體，減少空泡在船體外板上的破滅。②提高施工工藝水平。從船體的裝配、焊接、除銹、油漆等方面下手，提升隧道部分船體的加工精度，使船體表面光順平整，以避免水流的局部突變，從而減少空泡對船體的剝蝕。③隧道外板局部加強(qiáng)與保護(hù)。根據(jù)《漓江旅游客船法定檢驗規(guī)定》（2011）的要求，目前桂林漓江旅游船舶隧道部分外板厚度普遍為4mm，空泡剝蝕現(xiàn)象對船體外板的使用壽命影響較大。在船體隧道部分采用加厚的板材，并定期采取除銹后油漆等保護(hù)措施，以延長船體外板的使用壽命。

5.結(jié)束語

隨著全國旅游業(yè)的高速發(fā)展，桂林旅游事業(yè)也進(jìn)入了發(fā)展的高峰期。作為桂林旅游的優(yōu)勢項目，漓江旅游客船對船舶航行安全的要求也越來越高，而如何減少空泡現(xiàn)象對船體外板的剝蝕，提升船舶航行安全，成為了技術(shù)上的重點和難點。本文以現(xiàn)有典型的漓江旅游船舶為例，分析了空泡對隧道型船舶船體剝蝕的原因，總結(jié)了應(yīng)對空泡剝蝕的一系列防范措施，為類似隧道型船舶的建造與改良提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛振邦，劉應(yīng)中.船舶原理[M].上海交通大學(xué)出版社，2004.

[2]漓江旅游客船法定檢驗規(guī)定.中華人民共和國海事局，2011.