Kavitation in Pumpen: Theorie und Berechnung
Überblick über das Kavitationsphänomen
Der Verdampfungsdruck einer Flüssigkeit ist ihr Sättigungsdampfdruck. Er ist temperaturabhängig: Je höher die Temperatur, desto größer der Verdampfungsdruck. Reines Wasser hat bei Raumtemperatur (20 °C) einen Verdampfungsdruck von 233,8 Pa, während dieser bei 100 °C 101296 Pa beträgt. Reines Wasser beginnt also bei Raumtemperatur (20 °C) zu verdampfen, sobald der Druck auf 233,8 Pa sinkt.
Wenn der Druck einer Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur auf ihren Verdampfungsdruck sinkt, bilden sich Blasen – ein Phänomen, das als Kavitation bezeichnet wird. Der Dampf in den Blasen besteht jedoch nicht ausschließlich aus Wasserdampf, sondern enthält auch Gas (hauptsächlich Luft) in Form von gelösten Bestandteilen oder Kristallisationskeimen.
Wenn bei der Kavitation entstehende Blasen hohem Druck ausgesetzt sind, verringert sich ihr Volumen und sie können sogar platzen. Dieses Phänomen, dass Blasen in einer Flüssigkeit aufgrund des Druckanstiegs verschwinden, wird als Kavitationskollaps bezeichnet.
Das Phänomen der Kavitation in der Pumpe
Wenn die Pumpe in Betrieb ist, tritt im Bereich des Überlaufs (üblicherweise hinter dem Einlass des Laufrads) aus unbekannten Gründen Dampf auf. Sinkt der absolute Druck der geförderten Flüssigkeit auf den Verdampfungsdruck bei der jeweiligen Temperatur, verdampft die Flüssigkeit dort und bildet Blasen. Diese Blasen werden von der Flüssigkeit mitgerissen, und sobald sie einen bestimmten hohen Druck erreichen, werden sie durch den umgebenden hohen Flüssigkeitsdruck stark zusammengedrückt und können platzen. Beim Platzen einer Blase füllen Flüssigkeitspartikel den entstandenen Hohlraum mit hoher Geschwindigkeit und stoßen aufeinander, wodurch ein Wasserschlag entsteht. Dieses Phänomen kann an den überströmten Bauteilen Korrosionsschäden verursachen, wenn es an festen Wänden auftritt.
Bei diesem Vorgang handelt es sich um den Kavitationsprozess in der Pumpe.
Einfluss der Pumpenkavitation
Erzeugen Lärm und Vibrationen
Korrosionsschäden an Überstromkomponenten
Leistungsverschlechterung
Grundgleichung der Pumpenkavitation
Die Kavitationszugabe der NPSHr-Pumpe wird auch als notwendige Kavitationszugabe bezeichnet und im Ausland als notwendige Netto-Positive-Förderhöhe.
NPSHa – Die Kavitationszulage des Geräts, auch effektive Kavitationszulage genannt, wird durch die Saugvorrichtung bereitgestellt. Je höher der NPSHa-Wert, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit von Kavitation an der Pumpe. Der NPSHa-Wert sinkt mit zunehmendem Verkehrsaufkommen.
Zusammenhang zwischen NPSHa und NPSHr bei Änderungen des Durchflusses
Berechnungsmethode der Gerätekavitation
hg=Pc/ρg－hc－Pv/ρg－[NPSH]
[NPSH]-Zulässiger Kavitationszuschlag
[NPSH] = (1,1 ~ 1,5) NPSHr
Bei großem Durchfluss sollte ein großer Wert gewählt werden, bei kleinem Durchfluss ein kleiner Wert.
Veröffentlichungsdatum: 22. Januar 2024