Kavitation ist ein schädlicher Zustand, der häufig in Kreiselpumpen auftritt. Kavitation kann die Pumpenleistung verringern, Vibrationen und Lärm verursachen und zu schweren Schäden am Laufrad, Pumpengehäuse, der Welle und anderen Innenteilen der Pumpe führen. Kavitation tritt auf, wenn der Druck der Flüssigkeit in der Pumpe unter den Verdampfungsdruck fällt, wodurch sich im Niederdruckbereich Dampfblasen bilden. Diese Dampfblasen kollabieren oder „implodieren“ heftig, wenn sie in den Hochdruckbereich gelangen. Dies kann zu mechanischen Schäden im Inneren der Pumpe führen, Schwachstellen erzeugen, die anfällig für Erosion und Korrosion sind, und die Pumpenleistung beeinträchtigen.

Das Verständnis und die Umsetzung von Strategien zur Minderung der Kavitation ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Betriebsintegrität und Lebensdauer des Pumpen mit geteiltem Gehäuse .

Arten von Kavitation in Pumpen

Um Kavitation in einer Pumpe zu reduzieren oder zu verhindern, ist es wichtig, die verschiedenen Arten von Kavitation zu verstehen, die auftreten können. Zu diesen Arten gehören:

1. Verdampfungskavitation. Auch bekannt als „klassische Kavitation“ oder „Net Positive Suction Head Available (NPSHa)-Kavitation“, ist dies die häufigste Art von Kavitation. Geteiltes Gehäuse Pumpen erhöhen die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, wenn sie durch die Saugöffnung des Laufrads strömt. Die Geschwindigkeitssteigerung entspricht einer Verringerung des Flüssigkeitsdrucks. Der Druckabfall kann dazu führen, dass ein Teil der Flüssigkeit siedet (verdampft) und Dampfblasen bildet, die heftig kollabieren und winzige Stoßwellen erzeugen, wenn sie den Hochdruckbereich erreichen.

2. Turbulente Kavitation. Komponenten wie Bögen, Ventile, Filter usw. im Rohrleitungssystem sind möglicherweise nicht für die Menge oder Art der gepumpten Flüssigkeit geeignet, was zu Wirbeln, Turbulenzen und Druckunterschieden in der gesamten Flüssigkeit führen kann. Wenn diese Phänomene am Einlass der Pumpe auftreten, können sie das Innere der Pumpe direkt erodieren oder dazu führen, dass die Flüssigkeit verdampft.

3. Kavitation durch Schaufelblattsyndrom. Diese Art von Kavitation, auch als „Schaufelblattpasssyndrom“ bekannt, tritt auf, wenn der Laufraddurchmesser zu groß oder die Innenbeschichtung des Pumpengehäuses zu dick bzw. der Innendurchmesser des Pumpengehäuses zu klein ist. Eine dieser Bedingungen oder beide verringern den Raum (Abstand) innerhalb des Pumpengehäuses unter ein akzeptables Maß. Die Verringerung des Abstands innerhalb des Pumpengehäuses führt zu einer Erhöhung der Flüssigkeitsdurchflussrate, was zu einem Druckabfall führt. Der Druckabfall kann dazu führen, dass die Flüssigkeit verdampft und Kavitationsblasen entstehen.

4. Interne Rückflusskavitation. Wenn eine mittig geteilte Pumpe Flüssigkeit nicht mit der erforderlichen Durchflussrate fördern kann, zirkuliert ein Teil oder die gesamte Flüssigkeit um das Laufrad. Die umlaufende Flüssigkeit fließt durch Bereiche mit niedrigem und hohem Druck, wodurch Wärme und hohe Geschwindigkeit erzeugt werden und sich Verdampfungsblasen bilden. Eine häufige Ursache für interne Rückflusskavitation ist der Betrieb der Pumpe mit geschlossenem Pumpenauslassventil (oder mit niedriger Durchflussrate).

5. Kavitation durch Lufteinschluss. Durch ein defektes Ventil oder eine lose Armatur kann Luft in die Pumpe gelangen. Sobald sie sich in der Pumpe befindet, bewegt sich die Luft mit der Flüssigkeit. Die Bewegung der Flüssigkeit und der Luft kann Blasen bilden, die „explodieren“, wenn sie dem erhöhten Druck des Pumpenlaufrads ausgesetzt werden.

Faktoren, die zur Kavitation beitragen - NPSH, NPSHa und NPSHr

NPSH ist ein Schlüsselfaktor zur Vermeidung von Kavitation in Pumpen mit geteiltem Gehäuse. NPSH ist die Differenz zwischen dem tatsächlichen Saugdruck und dem Dampfdruck der Flüssigkeit, gemessen am Pumpeneinlass. Die NPSH-Werte müssen hoch sein, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit in der Pumpe verdampft.

NPSHa ist der tatsächliche NPSH unter den Betriebsbedingungen der Pumpe. Der erforderliche Netto-Saugdruck (NPSHr) ist der vom Pumpenhersteller angegebene Mindest-NPSH, um Kavitation zu vermeiden. NPSHa ist eine Funktion der Saugrohre, der Installation und der Betriebsdetails der Pumpe. NPSHr ist eine Funktion des Pumpendesigns und sein Wert wird durch Pumpentests ermittelt. NPSHr stellt den verfügbaren Druck unter Testbedingungen dar und wird normalerweise als 3 %-iger Abfall des Pumpendrucks (oder des Drucks des Laufrads der ersten Stufe bei mehrstufigen Pumpen) gemessen, um Kavitation zu erkennen. NPSHa sollte immer größer als NPSHr sein, um Kavitation zu vermeiden.

Strategien zur Reduzierung der Kavitation - Erhöhen Sie den NPSHa-Wert, um Kavitation zu verhindern

Um Kavitation zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass NPSHa größer als NPSHr ist. Dies kann erreicht werden durch:

1. Absenken der Höhe der Split-Coil-Pumpe im Verhältnis zum Saugbehälter/Sumpf. Der Flüssigkeitsstand im Saugbehälter/Sumpf kann erhöht oder die Pumpe tiefer montiert werden. Dadurch erhöht sich der NPSHa am Pumpeneinlass.

2. Erhöhen Sie den Durchmesser der Saugleitung. Dadurch verringert sich die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bei konstanter Durchflussrate, was wiederum Saugdruckverluste in Leitungen und Armaturen verringert.

2. Reduzieren Sie Druckverluste in Armaturen. Reduzieren Sie die Anzahl der Verbindungen in der Saugleitung der Pumpe. Verwenden Sie Armaturen wie Winkelstücke mit großem Radius, Ventile mit vollem Durchgang und konische Reduzierstücke, um Saugdruckverluste durch Armaturen zu reduzieren.

3. Vermeiden Sie nach Möglichkeit den Einbau von Sieben und Filtern in der Pumpensaugleitung, da diese bei Kreiselpumpen häufig Kavitation verursachen. Wenn dies nicht vermieden werden kann, stellen Sie sicher, dass Siebe und Filter in der Pumpensaugleitung regelmäßig überprüft und gereinigt werden.

5. Kühlen Sie die gepumpte Flüssigkeit, um ihren Dampfdruck zu senken.

Verstehen Sie den NPSH-Rand, um Kavitation zu verhindern

Der NPSH-Spielraum ist die Differenz zwischen NPSHa und NPSHr. Ein größerer NPSH-Spielraum verringert das Risiko von Kavitation, da er einen Sicherheitsfaktor bietet, der verhindert, dass NPSHa aufgrund schwankender Betriebsbedingungen unter den normalen Betriebswert fällt. Zu den Faktoren, die den NPSH-Spielraum beeinflussen, gehören Flüssigkeitseigenschaften, Pumpendrehzahl und Saugbedingungen.

Aufrechterhaltung des Mindestpumpendurchflusses

Um Kavitation zu reduzieren, muss sichergestellt werden, dass eine Kreiselpumpe über dem angegebenen Mindestdurchfluss arbeitet. Der Betrieb einer Pumpe mit geteiltem Gehäuse unterhalb ihres optimalen Durchflussbereichs (zulässiger Betriebsbereich) erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Niederdruckbereich entsteht, der Kavitation verursachen kann.

Überlegungen zum Laufraddesign zur Reduzierung der Kavitation

Die Konstruktion des Laufrads spielt eine wichtige Rolle dabei, ob eine Kreiselpumpe anfällig für Kavitation ist. Größere Laufräder mit weniger Schaufelblättern sorgen tendenziell für eine geringere Flüssigkeitsbeschleunigung, was das Risiko von Kavitation verringert. Darüber hinaus helfen Laufräder mit größeren Einlassdurchmessern oder konischen Schaufelblättern dabei, den Flüssigkeitsfluss gleichmäßiger zu steuern und Turbulenzen und Blasenbildung zu minimieren. Die Verwendung von Materialien, die Kavitationsschäden widerstehen, kann die Lebensdauer des Laufrads und der Pumpe verlängern.

Verwendung von Anti-Kavitationsgeräten

Antikavitationsvorrichtungen wie Strömungskonditionierungszubehör oder Kavitationsunterdrückungsauskleidungen können Kavitation wirksam eindämmen. Diese Vorrichtungen funktionieren, indem sie die Fluiddynamik um das Laufrad herum regeln, eine gleichmäßigere Strömung gewährleisten und die Turbulenzen und Niederdruckbereiche reduzieren, die Kavitation verursachen.

Die Bedeutung der richtigen Pumpengröße zur Vermeidung von Kavitation

Die Auswahl des richtigen Pumpentyps und die Festlegung der richtigen Größe für eine bestimmte Anwendung sind entscheidend, um Kavitation zu vermeiden. Eine überdimensionierte Pumpe arbeitet bei niedrigeren Durchflussraten möglicherweise nicht so effizient, was zu einem erhöhten Kavitationsrisiko führt, während eine unterdimensionierte Pumpe möglicherweise härter arbeiten muss, um die Durchflussanforderungen zu erfüllen, was ebenfalls die Wahrscheinlichkeit von Kavitation erhöht. Die richtige Pumpenauswahl umfasst eine detaillierte Analyse der maximalen, normalen und minimalen Durchflussanforderungen, der Flüssigkeitseigenschaften und des Systemlayouts, um sicherzustellen, dass die Pumpe innerhalb des angegebenen Betriebsbereichs arbeitet. Eine genaue Dimensionierung verhindert Kavitation und erhöht die Effizienz und Zuverlässigkeit der Pumpe während ihrer gesamten Lebensdauer.