Wenn sich in einer Flüssigkeit
an bestimmten Stellen der Anlage Dampfblasen bilden,
dann spricht man von Kavitation (Hohlraumbildung). Die
Dampfblasen entstehen, wenn der statische Druck in einer Flüssigkeitanlage,
die Temperatur und der Dampfdruck nicht zueinander passen. Nach dem Ansteigen
des statischen Druckes über den Dampfdruck in der Strömungsrichtung,
kommt es zu einer Implosion der Dampfblasen. |
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Eine
Implosion ist im Gegensatz
zur Explosion ein Zusammenbrechen nach innen.
So kann z. B. das schlagartige Zusammenfallen eines Behälters
(z. B. Ausdehnungsgefäß), der in den Unterdruckbereich
kommt, aufgrund des äußeren Luftdrucks mit lautem Knall
stattfinden. Dabei fliegen alle Metallsplitter zunächst in
den Innenraum und danach explosionsartig nach außen.
Auch in einer Umwälzpumpe
kann es aufgrund einer Kavitation zu
einer schlagartige Kondensation der entstandenen
Dampfblasen (Mikroblasen aus Luft und Dampf)
kommen. Diese Hohlraumbildung führt zum Abtrag
des Materials an den betroffenen Stellen. Durch
die Implosionen kann es auch zu einer Leistungsminderung
in der Förderhöhe, zu unruhigen Laufeigenschaften, zum
Abfall des Wirkungsgrades und zu Geräuschen kommen. Die gleichen
Effekte können auch an Schiffsschrauben und Hochleistungsventilatoren
auftreten.
Kleine Explosionen verursachen durch Ausdehnung
und Zusammenfall (Implosion) kleiner Luft-/Dampfbläschen
in den Bereichen eines höheren Druckes (z. B. am Pumpenausgang)
Druckschläge, die einen Abrieb bzw. eine Zerstörung
des umliegenden Materials verursachen. Geräusche in der Pumpe
oder in der Rohrleitung können auf Kavitation hinweisen.
Kavitation in einer Kreiselpumpe wird durch den
Zulaufdruck (NPSH-Wert > Net Positive Suction
Head) definiert. Dieser gibt die Zulaufhöhe an der Saugseite
der Pumpe an, den jede Pumpe je nach Bauart benötigt, um
kavitationsfrei zu arbeiten. Gemeint ist der Druck, der benötigt
wird, um die Verdampfung der Flüssigkeit zu verhindern und
im flüssigen Zustand zu halten. Der Dampfdruck ist in einer
Dampfdrucktafel aufgeführt. |
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| Vermeidung von Kavitation |
Kavitation in einer Kreiselpumpe
wird vermieden, wenn die Flüssigkeit mit einer bestimmten Zulaufhöhe
zugeführt wird. Diese Mindestzulaufhöhe ist abhängig von
der Temperatur und dem Druck in der Förderflüssigkeit. |
| Weitere Möglichkeiten zur Vermeidung
von Kavitation: |
- Erhöhung des statischen Druckes
- Senkung der Medientemperatur (Reduzieren
des Dampfdruckes PD)
- Auswahl einer Pumpe mit geringerer
Haltedruckhöhe (Mindestzulaufhöhe, NPSH)
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| Erosionskorrosion
- Kavitationkorrosion |
Eine Erosionskorrosion
(punktuelle bzw. kleinflächige Abtragungen) entsteht durch Kavitation
und Implosionen an Engstellen (z. B. Rohrbögen,
unentgratete Rohre, eingedrücke verengte Rohrquerschnitte) oder in
Armaturen und Pumpen in Verbindung mit hohen Fließgeschwindigkeiten
von Flüssigkeiten. Eine Erosion kann auch durch
feste Stoffe (z. B. Sand, Rost) infolge eines Abriebes
hervorgerufen werden. > mehr |
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| 1. Druck auf der Saugseite |
| 2. Druckverlauf |
| 3. Atmosphärendruck |
| 4. Saugstutzen der Pumpe |
| 5. Dampfdruck |
| 6. Druckstutzen der Pumpe |
| 7. Vakuum |
| 8. NPSH |
| 9. NPSHerf |
| Quelle: GRUNDFOS GmbH
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Durch eine
sehr hohe Fließgeschwindigkeit
mit gleichzeitiger Druckminderung, so z. B. in Rohrverengungen
(nicht entgratetes Rohr, schlecht hergestellte Rohrabzweigungen),
können Mikroblasen entstehen. Derartige Bedingungen
gibt es auch am Pumpenlaufrad und in den Armaturen. Aber
auch in den neuartigen Fittings von Steck- und Presssystemen
findet man die Querschnittsverengungen. |
Diese
Mikroblasen aus Luft und Dampf, deren
Bildung sich in nicht entlüftetem Wasser steigert,
können aufgrund des Phänomens der Hohlraumbildung
implodieren. Diese Kavitation führt zum Abtrag es
Materials an diesen Stellen. |
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Quelle:
CALEFFI ARMATUREN GmbH |
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Besonders bei Anlagen
mit hohen Flüssigkeitstemperaturen (thermischen
Solaranlagen, Anlagen mit Warmluftgeräten oder Konvektoren)
ist es wichtig, dass der Anschluss des Ausdehnungsgefäßes
an der Saugseite der Pumpe angeordnet
ist, damit der Nullpunkt
der Anlage in diesem Bereich liegt. Eine Kavitation kann aber auch, z.
B. in selbstgebauten Solaranlagen, durch zu hohe Fließgeschwindigkeiten
auftreten, wenn die Rohr- und Armaturenquerschnitte zu klein gewählt
bzw. nicht richtig berechnet wurden. |
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Die
Haltedruckhöhe (HH bzw.
NPSH > Net Positive Suction
Head) ist ist von der Bauart der Pumpe und wird von den Herstellern
als Kurve im Kennliniendiagramm der Pumpe dargestellt. Ein wichtiger
Faktor ist die Pumpendrehzahl.
| Bei
unveränderter Bauform ergeben sich |
| Hohe
Drehzahl > |
Hohe Haltedruckhöhe |
| Niedrige
Drehzahl > |
Niedrige Haltedruckhöhe |
| hohe
Temperatur > |
Hohe Haltedruckhöhe |
Um Unsicherheiten bei der
Auslegung des Betriebspunktes zu berücksichtigen, sind diese Werte
mit einem Sicherheitszuschlag von 0,5 m bei der Auswahl der Pumpe einzurechnen.
Für die Haltedruckhöhe HH darf bei der Haltedruckhöhe
HH eine Mindestkavitation eingerechnet werden:
- Die Förderhöhe der
Pumpe im Nennpunkt um 3 % reduziert
|
- Keine die Funktion und Lebensdauer
beeinträchtigende Werkstoffzerstörungen auftreten
lässt.
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Bei der zulässigen
Kavitation können immer noch Kavitationsgeräusche auftreten,
die aber zum Teil als störend empfunden werden. Je höher die
Temperatur, desto gößer die Gefahr der Kavitation.
Durch einem Zuschlag von
ca. 1 bis 5 m auf die errechnete Mindestzulaufhöhe, kann die Restkavitation
beseitigt werden. Dieser Zuschlag ist abhängig von der Drehzahl
und vom Betriebspunkt der Pumpe.
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Der NPSH-Wert
gibt die (Netto)energiehöhe im Eintrittsquerschnitt der Pumpe an.
Also die absoluten Energiehöhe abzüglich der Verdampfungsdruckhöhe.
Dabei ist die Verdampfungsdruckhöhe mit dem Verdampfungsdruck zu
berechnen, der zu der im Eintrittsquerschnitt der Pumpe vorhandenen Temperatur
gehört. |
| Der vorhandenem NPSH-Wert
(NPSH-Wert der Anlage) ergibt sich aus dem vorhandenen Förderstrom
und der geförderten Flüssigkeit in einer Anlage. Die erforderliche
NPSH ist der kleinste Wert, bei dem eine bestimmtes Kavitationverhalten
eingehalten wird und es nicht zu Kavitationsabrieb, Dampfblasenausbreitungen,
Schwingungen, Geräuschen und zum Abfall der Förderhöhen
kommt. |
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pe
Druck im Eintrittsquerschnitt der Anlage |
pb
Luftdruck |
pD
Dampfdruck des Fördermediums vor dem Eintrittsquerschnitt
der Pumpe |
| r
Dichte des Fördermediums vor dem Eintrittsquerschnitt der
Pumpe
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g
Örtliche Fallbeschleunigung |
ze
geodätische Höhendifferenz zwischen Eintrittsquerschnitt
der Anlage und Bezugsniveau; das negative Vorzeichen gilt, wenn
das Bezugniveau oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt |
Hv
Verlusthöhe, resultierend aus den Druckverlust der saugseitigen
Anlage |
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Ein
Druck ist der gemessene statische Druck
von Gasen und Flüssigkeiten
in Rohrleitungen oder Druckbehältern
gegenüber der Atmosphäre (Pa, mbar, bar). |
Ruhedruck > Statischer
Druck, wenn kein Medium fliesst.
Ruhedruck = Füllhöhe über den jeweiligen Messpunkt
+ Vordruck im Membran-ausdehnungsgefäss.
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Fliessdruck >
Dynamischer Druck wenn ein Medium fliesst.
Fliessdruck = dynamischer Druck - Druckverlust.
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Differenzdruck
> Erzeugter Druck durch die Kreiselpumpe zur Überwindung
der Summe aller Widerstände in einer Anlage. Gemessen zwischen
Saug- und Druckseite der Kreiselpumpe. Durch die Abnahme des Pumpendrucks
aufgrund der Verluste entlang der Rohrleitungen, der Armaturen des
Kessels und der Verbraucher, herrscht an jeder Anlagenstelle ein
anderer Betriebsdruck. |
Betriebsdruck
> Druck, der beim Betrieb einer Anlage oder einzelner Teilabschnitte
herrscht bzw. entstehen kann.
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Zulässiger
Betriebsdruck > Aus Gründen der Sicherheit festgelegter
Höchstwert des Betriebsdruckes.
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Pumpendruck
> Druck, der an der Druckseite der Kreiselpumpe bei Betrieb erzeugt
wird. Dieser Wert kann anlagenbedingt vom Differenzdruck abweichen. |
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