NPSH und Kavitation bei Pumpen
Berechnung des NPSH, Kavitationsvermeidung und Auslegung der Pumpensaugseite.
Übersicht
Positive Netto-Saughöhe (NPSH) bestimmt, ob eine Pumpe ohne Kavitation betrieben werden kann — die Bildung und der Kollaps von Dampfblasen, die Laufräder beschädigen und die Leistung mindern. Jede Kreiselpumpe verfügt über eine vom Hersteller gelieferte erforderliche NPSH (NPSHr)-Kennlinie. Das System muss eine verfügbare NPSH (NPSHa) bereitstellen, die an allen Betriebspunkten die NPSHr mit ausreichendem Sicherheitsabstand übersteigt.
Kavitation tritt auf, wenn der lokale statische Druck am Pumpeneintritt unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt. Das schlagartige Verdampfen stört die Strömung, erzeugt Geräusche und greift Metalloberflächen an. Eine ordnungsgemäße Saugrohrleitungsgestaltung und erhöhte Quelltanks sind die wichtigsten Mittel zu ihrer Verhinderung.
Wichtige Formeln
Verfügbare NPSH (Absolutdruck-Form):
NPSH-Sicherheitsfaktor (dimensionslose Sicherheitsprüfung):
Dampfdruck-Säule:
Variablen
| Symbol | Beschreibung | Typical Unit |
|---|---|---|
| Absolute pressure at pump suction | Pa | |
| Vapor pressure of liquid at pumping temperature | Pa | |
| Liquid density | kg/m³ | |
| Gravitational acceleration (9.81) | m/s² | |
| Static suction head (+) or suction lift (−) | m | |
| Friction head loss in suction piping | m | |
| NPSHr | Required NPSH (from pump curve) | m |
Dampfdruck von Wasser
Genaue -Werte sind für NPSHa-Berechnungen unerlässlich. Der Dampfdruck von Wasser steigt mit der Temperatur steil an:
Temperatur (°C) | Dampfdruck (kPa abs) |
|---|---|
| 10 | 1.23 |
| 20 | 2.34 |
| 30 | 4.25 |
| 40 | 7.38 |
| 50 | 12.35 |
| 60 | 19.94 |
| 70 | 31.19 |
| 80 | 47.39 |
| 90 | 70.14 |
| 100 | 101.33 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Wasserdampfdruck über der Temperatur
Typische NPSH-Sicherheitsabstand-Richtlinien
Dienstart | Min. NPSHa / NPSHr |
|---|---|
| Allgemeiner Wasserdienst | 1.1 |
| Heißwasser / Kondensat | 1.3 |
| Kohlenwasserstoffe nahe dem Siedepunkt | 1.5 |
| Speisewasser für Dampfkessel | 2 |
| Anwendungen mit geringer Saughöhe | 1.5 |
| Drehzahlgeregelte / breite Betriebsbereiche | 1.5 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Rechner — NPSHa-Schätzung
NPSH verfügbar
NPSH-Marge und Einheitenkonverter
Quellkonzepte erhalten
Die Quellseite unterscheidet Saughöhe, Flüssigdampfhöhe, netto positiver Saughöhe, verfügbares NPSH und erforderliches NPSH. Für einen offenen Saugbehälter trägt der atmosphärische Druck eine positive Druckhöhe bei, der Dampfdruck subtrahiert die Dampfhöhe, der statische Flüssigkeitsstand addiert oder subtrahiert die Höhenhöhe, und die Reibung im Saugrohr subtrahiert den Verlust. Flüssigkeiten mit gelöstem Gas können kavitieren oder Gas freisetzen, bevor die reine Flüssigkeits-Dampfdruckgrenze erreicht wird, daher benötigen heißes Wasser, Kohlenwasserstoffe und gasreiche Flüssigkeiten eine zusätzliche Marge.
Beispiel - Wasser aus einem offenen Tank pumpen
Für eine Pumpe, die Wasser aus einem offenen Tank auf Meereshöhe fördert, liefert der atmosphärische Druck etwa 10.3 m Wassersäule. Das verfügbare NPSH wird durch die Flüssigdampfdruckhöhe, Saughöhe reduziert oder durch überflutete Saughöhe erhöht, und durch Saugrohrreibungsverluste.
Als Beispiel hat Wasser bei 20 °C einen Dampfdruck von etwa 2.3 kPa, was ungefähr 0.24 m Wasserdampfhöhe entspricht. Bei einem offenen Tank, Pumpenmittellinie 3 m unter der Wasseroberfläche, und 0.5 m Saugreibungsverlust:
Wenn dieselbe Pumpe mit 3 m Saughöhe anstelle einer überfluteten Saugung installiert würde, wäre der Höhenterm negativ und das verfügbare NPSH würde auf etwa 6.56 m sinken.
NPSH und Flüssigkeiten mit gelöstem Gas
Flüssigkeiten, die gelöste Luft oder andere Gase enthalten, können Gas freisetzen, wenn der Druck fällt, selbst bevor der reine Flüssigdampfdruck erreicht wird. Diese Gasfreisetzung kann die Pumpenleistung verringern, lautstarken Betrieb verursachen und Kavitationssymptome nachahmen. Heißes Wasser, Kondensat, Kohlenwasserstoffe und Prozessflüssigkeiten nahe ihres Siedepunkts sollten daher mit einer zusätzlichen NPSH-Marge und konservativer Saugleitung ausgelegt werden.
Entgasung, Unterkühlung der Flüssigkeit, Erhöhung des Tankstandes, Druckbeaufschlagung des Sauggefäßes, Verringerung der Geschwindigkeit in der Saugleitung und Reduzierung von Fittings im Saugstrang sind gängige Methoden zur Verbesserung der NPSHa für gasreiche Flüssigkeiten.
Wiederhergestellte Originalquellentabellen
Die folgenden Tabellen wurden von der Originalquellenseite wiederhergestellt, um vollständige Referenzdaten zu erhalten.
Saughöhe und Reduzierung der Saughöhe für Wasser und Temperatur
oC (oC) | kN/m2, kPa (kN/m2, kPa) | m (m) | m (m) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0.6 | 0 | 10.3 |
| 5 | 0.9 | 0 | 10.2 |
| 10 | 1.2 | 0 | 10.2 |
| 15 | 1.7 | 0 | 10.2 |
| 20 | 2.3 | 0.1 | 10.1 |
| 25 | 3.2 | 0.2 | 10 |
| 30 | 4.3 | 0.3 | 9.9 |
| 35 | 5.6 | 0.4 | 9.8 |
| 40 | 7.7 | 0.7 | 9.5 |
| 45 | 9.6 | 0.8 | 9.4 |
| 50 | 12.5 | 1.1 | 9.1 |
| 55 | 15.7 | 1.5 | 8.7 |
| 60 | 20 | 1.9 | 8.3 |
| 65 | 25 | 2.3 | 7.8 |
| 70 | 32.1 | 3.1 | 7.1 |
| 75 | 38.6 | 3.8 | 6.4 |
| 80 | 47.5 | 4.7 | 5.5 |
| 85 | 57.8 | 5.8 | 4.4 |
| 90 | 70 | 7 | 3.2 |
| 95 | 84.5 | 8.5 | 1.7 |
| 100 | 101.33 | 10.2 | 0 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Reduzierung der Saughöhe für Wasser in Abhängigkeit von der Höhe
Höhe(m) | Reduzierung der Saughöhe (m) |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 250 | 0.3 |
| 500 | 0.6 |
| 750 | 0.89 |
| 1000 | 1.16 |
| 1250 | 1.44 |
| 1500 | 1.71 |
| 1750 | 1.97 |
| 2000 | 2.22 |
| 2250 | 2.47 |
| 2500 | 2.71 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Saughöhen beim Pumpen von Kohlenwasserstoffen
Fluid | Temperatur(oC) | abs. Dampfdruck (kPa) |
|---|---|---|
| Ethanol | 20 | 5.9 |
| Ethanol | 65 | 58.2 |
| Methylacetat | 20 | 22.8 |
| Methyl Acetate | 55 | 93.9 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Originalquellenbilder
Die folgenden Originalquellenbilder werden beibehalten, um visuelle Referenzmaterialien nicht zu verlieren. Wenn ein Bild Diagramm- oder Tabellendaten enthält, werden seine extrahierten Werte in den Seitentabellen, Rechnern oder interaktiven Diagrammen dargestellt; verbleibende Bilder werden als visuelle Quellenreferenzen beibehalten.
Pumpensystemkurve - Interaktive Darstellung
Pumpensystemkurve und bester Wirkungsbereich
Technische Anmerkungen
- Verwenden Sie immer absolute Drücke. Ein häufiger Fehler ist das Vermischen von Relativ- und Absolutwerten. Atmosphärendruck ≈ 101,3 kPa abs auf Meereshöhe.
- Heiße Flüssigkeiten sind das größte Risiko. Der Dampfdruck von Wasser bei 80 °C beträgt ~47 kPa – fast die Hälfte des atmosphärischen Drucks – was in offenen Systemen sehr wenig NPSHa-Spielraum lässt.
- Schließen Sie die Beschleunigungshöhe ein für Hubkolben- (Verdrängerpumpen); der pulsierende Fluss fügt einen zusätzlichen Saugseitigen Druckabfall hinzu, der durch stationäre Reibung nicht erfasst wird.
- Rohrdimensionierung ist wichtig. Unterspezifizierte Saugleitungen erhöhen die Geschwindigkeitshöhe und den Reibungsverlust, beides reduziert NPSHa.
- Höhenlage der Quelle relativ zur Pumpe () wird von der Flüssigkeitsoberfläche zur Pumpenmittellinie gemessen; eine überflutete Anordnung (+) ist zuverlässiger als Saughöhe (−).
- Viskose oder schwere Flüssigkeiten erhöhen den Reibungsverlust und können die NPSHr-Kurve verschieben; konsultieren Sie den Pumpenhersteller für Korrekturfaktoren.
- Eintauchanforderungen am Sauganschluss verhindern das Wirbeln und Lufteinschluss, was effektiv NPSHa reduziert, auch wenn der statische Pegel ausreichend aussieht.