Was ist Pumpenkavitation und wie lässt sie sich vermeiden?

Haben Sie schon einmal gehört, dass eine Pumpe seltsame Geräusche macht, oder ist Ihnen aufgefallen, dass ihre Leistung nachlässt? Dies könnten Anzeichen für eine Kavitation der Pumpe sein.

Pumpenkavitation tritt auf, wenn sich Dampfblasen in einer Pumpe bilden und platzen, was zu Schäden und einer verringerten Effizienz führt.

Was ist Dampfdruck?

Der Dampfdruck ist der Druck, den ein Dampf im thermodynamischen Gleichgewicht mit seinen kondensierten Phasen bei einer bestimmten Temperatur ausübt. Bei Flüssigkeiten gibt er die Tendenz zur Verdampfung an. Ein höherer Dampfdruck bedeutet, dass eine Substanz flüchtiger ist.

Was ist Pumpenkavitation?

Pumpenkavitation ist ein Phänomen, das auftritt, wenn der Druck in einer Flüssigkeit unter ihren Dampfdruck fällt, wodurch sich Dampfblasen bilden. Dies geschieht typischerweise bei Kreiselpumpen und Verdrängerpumpen. Wenn diese Blasen in Bereiche mit höherem Druck gelangen, kollabieren sie heftig und erzeugen Stoßwellen.

Arten von Kavitation in Pumpen

Verdampfungskavitation

Verdampfungskavitation, auch als klassische Kavitation bekannt, tritt auf, wenn der Druck am Pumpeneinlass unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt. Dies führt dazu, dass sich Dampfblasen in der Nähe des Laufradauges bilden. Wenn diese Blasen in Bereiche mit höherem Druck gelangen, kollabieren sie heftig, was möglicherweise das Laufrad beschädigt und die Pumpeneffizienz verringert.

Turbulenz-Kavitation

Turbulenzkavitation entsteht durch Strömungsstörungen im Pumpeneinlass. Scharfe Biegungen, Verstopfungen oder falsche Rohrleitungskonfigurationen können Wirbel und Niederdruckbereiche erzeugen, in denen sich Dampfblasen bilden. Diese Art von Kavitation tritt häufig in der Nähe des Pumpeneinlasses auf und kann zur Erosion der Vorderkanten des Laufrads führen.

Vane-Syndrom Kavitation

Kavitation beim Schaufelradsyndrom tritt auf, wenn der Abstand zwischen dem Außendurchmesser des Laufrads und der Gehäusezunge des Pumpengehäuses zu klein ist. Dieser enge Spalt beschleunigt den Flüssigkeitsfluss und erzeugt Niederdruckzonen, in denen sich Kavitationsblasen bilden. Dies betrifft typischerweise die Schaufelspitzen des Laufrads und das Pumpengehäuse in der Nähe des Auslassbereichs.

Interne Rezirkulationskavitation

Interne Rückflusskavitation tritt auf, wenn eine Pumpe mit geringer Durchflussrate weit entfernt von ihrem besten Wirkungsgrad arbeitet. Flüssigkeit zirkuliert innerhalb der Pumpe und erzeugt Niederdruckbereiche, in denen sich Kavitationsblasen bilden. Diese Art kann sowohl das Laufrad als auch das Pumpengehäuse beschädigen, insbesondere in den Bereichen zwischen der Laufradrückwand und dem Gehäuse.

Luftansaugung Kavitation

Luftansaugkavitation entsteht, wenn Luft in das Pumpensystem eindringt. Dies kann durch Lecks in der Saugleitung, unzureichende Abdichtung oder Wirbelbildung im Saugbehälter passieren. Die mitgerissene Luft bildet Blasen, die bei höherem Druck in der Pumpe platzen und Schäden verursachen, die denen anderer Arten von Kavitation ähneln.

Häufige Ursachen für Pumpenkavitation

Unzureichende verfügbare Netto-Saughöhe (NPSHa)

Ein unzureichender NPSHa ist eine der Hauptursachen für Pumpenkavitation. Wenn die verfügbare Saughöhe unter das erforderliche Niveau fällt, bilden sich Dampfblasen in der Flüssigkeit. Diese Blasen kollabieren, wenn sie in Zonen mit höherem Druck gelangen, und verursachen Schäden am Pumpenlaufrad und anderen Komponenten.

Probleme mit der Saugleitung

Verstopfungen, Einschränkungen oder übermäßige Reibungsverluste in der Saugleitung können zu Kavitation führen. Diese Probleme reduzieren den Druck am Pumpeneinlass und können ihn unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fallen lassen.

Flüchtige Flüssigkeiten und Dampfdruck

Das Pumpen flüchtiger Flüssigkeiten in der Nähe ihres Dampfdrucks erhöht das Risiko von Kavitation. Wenn sich die Flüssigkeit ihrem Dampfdruck nähert, wird sie anfälliger für Blasenbildung.

Betrieb ab dem Best Efficiency Point (BEP)

Wenn eine Kreiselpumpe zu weit von ihrem BEP-Durchfluss entfernt betrieben wird, kann Kavitation auftreten. Dies tritt häufig auf, wenn die Pumpe mit Durchflussraten betrieben wird, die deutlich höher oder niedriger als vorgesehen sind.

Eingeschlossene Luft oder Gas

Das Vorhandensein von mitgerissener Luft oder Gas in der gepumpten Flüssigkeit kann zu kavitationsähnlichen Effekten führen. Diese Gasblasen können platzen und Schäden verursachen, die der Implosion von Dampfblasen ähneln.

Anzeichen von Pumpenkavitation

Physische Schäden an Pumpenkomponenten

Kavitation führt zu starker Erosion der Pumpenkomponenten. Das Laufrad weist häufig Lochfraß und Materialverlust auf und scheint über seine tatsächliche Lebensdauer hinaus abgenutzt zu sein. Pumpengehäuse und Dichtungen können aufgrund der starken Stoßwellen, die durch kollabierende Dampfblasen entstehen, ebenfalls Anzeichen von Schäden aufweisen.

Ungewöhnliche Geräusche und Vibrationen

Übermäßiger Lärm und Vibrationen sind deutliche Anzeichen für Kavitation. Das Geräusch ähnelt Kies oder Murmeln, die durch die Pumpe zirkulieren. Die Vibrationspegel nehmen deutlich zu, was möglicherweise zu Fehlausrichtungen und weiteren mechanischen Problemen führt.

Reduzierter Auslassdruck und Durchfluss

Ein deutlicher Abfall des Förderdrucks und der Durchflussrate deutet auf Kavitation hin. Das Vorhandensein von Dampfblasen in der Flüssigkeit verringert den Wirkungsgrad der Pumpe und führt zu einer Leistungsminderung. Dieser Effekt ist insbesondere bei Kreiselpumpen spürbar.

Häufige Dichtungs- und Lagerfehler

Kavitation beschleunigt den Verschleiß von Dichtungen und Lagern. Die starken Stoßwellen und Vibrationen führen zum vorzeitigen Ausfall dieser Komponenten.

Instabiler Stromverbrauch

Ein unregelmäßiger Stromverbrauch ist ein weiterer Hinweis auf Kavitation. Der Motorstrom und die Leistungsaufnahme schwanken, da die Pumpe versucht, ihre Leistung aufrechtzuerhalten. Diese Instabilität kann zu erhöhtem Energieverbrauch und möglichen Motorschäden führen.

So verhindern Sie Pumpenkavitation

Richtige Pumpenauswahl mit ausreichender NPSHA-Marge

• Stellen Sie sicher, dass die Pumpe über einen ausreichenden NPSHA-Spielraum (Net Positive Suction Head Available) über dem erforderlichen NPSH verfügt.
• Konsultieren Sie die Leistungskurven und Richtlinien der Pumpenhersteller, um eine Pumpe auszuwählen, die in ihrem vorgesehenen Anwendungsbereich effizient arbeitet.
• Berücksichtigen Sie bei der Auswahl Faktoren wie Durchflussrate, Druckhöhe und Flüssigkeitseigenschaften.

Optimierung des Systemdesigns

• Erhöhen Sie den Durchmesser des Saugrohrs, um die Flüssigkeitsgeschwindigkeit und den Druckabfall zu verringern.
• Minimieren Sie Armaturen und Ventile in der Saugleitung, um Reibungsverluste zu verringern.
• Beseitigen Sie hohe Stellen in Rohrleitungen, an denen sich Dampf ansammeln kann.
• Sorgen Sie für eine ausreichende Eintauchung der Saugquelle, um Wirbelbildung und Lufteinschlüsse zu verhindern.
• Eine ordnungsgemäße Rohrleitungskonstruktion mit allmählichen Übergängen und glatten Strömungswegen trägt dazu bei, eine laminare Strömung und eine gleichmäßige Druckverteilung aufrechtzuerhalten.

Betrieb von Pumpen nahe ihrem Bestpunkt

• Betreiben Sie Kreiselpumpen in der Nähe ihres Best Efficiency Point (BEP) und innerhalb des vom Hersteller angegebenen zulässigen Betriebsbereichs.
• Vermeiden Sie einen Betrieb zu weit rechts auf der Pumpenkennlinie, da dies den erforderlichen NPSH-Wert erhöhen kann.
• Verwenden Sie bei Bedarf Antriebe mit variabler Drehzahl, um die Pumpenleistung an den Systembedarf anzupassen und gleichzeitig eine optimale Effizienz aufrechtzuerhalten.

Aufrechterhaltung eines ausreichenden Saugdrucks und einer niedrigen Flüssigkeitstemperatur

• Halten Sie den Saugdruck mit ausreichender Sicherheitsmarge über dem Dampfdruck der Flüssigkeit.
• Erwägen Sie bei Bedarf die Verwendung von Druckerhöhungspumpen oder das Anheben der Saugquelle.
• Kontrollieren Sie die Flüssigkeitstemperatur, da höhere Temperaturen den Dampfdruck und das Kavitationsrisiko erhöhen.
• Sorgen Sie für ein ordnungsgemäßes Eintauchen und halten Sie den Flüssigkeitsstand in den Saugbehältern konstant.

Kontrolle der mitgerissenen Luft und ordnungsgemäße Entlüftung

• Installieren Sie an hoch gelegenen Punkten im System Entlüftungsventile, um eingeschlossene Luft zu entfernen.
• Um eine Ansammlung von Luft zu verhindern, müssen Entlüftungssysteme ordnungsgemäß konstruiert und gewartet werden.
• Verwenden Sie Siebe oder Filter, um Ablagerungen zu entfernen, die zu lokalen Druckabfällen führen könnten.
• Sorgen Sie für dichte Dichtungen und Anschlüsse, um ein Eindringen von Luft zu verhindern, insbesondere auf der Saugseite der Pumpe.

Regelmäßige Überwachung und Wartung

• Implementieren Sie ein Routineinspektions- und Wartungsprogramm für Pumpen und Saugseitenkomponenten.
• Achten Sie auf Anzeichen von Kavitation, wie etwa Lärm, Vibrationen oder unregelmäßigen Stromverbrauch.
• Überprüfen und reinigen Sie regelmäßig Filter, Siebe und Ventile.
• Führen Sie regelmäßige Durchfluss- und Drucktests durch, um die Pumpenleistung zu überprüfen.

FAQs

Welches Geräusch macht eine Pumpe, wenn sie kavitiert?

Eine Kavitationspumpe erzeugt ein lautes, charakteristisches Geräusch. Es klingt oft wie Kies oder Murmeln, die durch das System zirkulieren. Das Geräusch wird als Knurren, Rumpeln oder Kies beschrieben. Dieses Geräusch wird durch die schnelle Bildung und den Zusammenbruch von Dampfblasen verursacht.

Was ist Pumpenkavitation aufgrund geringen Durchflusses?

Kavitation bei niedrigem Durchfluss tritt auf, wenn nicht genügend Flüssigkeit in die Pumpe gelangt. Sie wird durch niedrigen Druck oder hohe Vakuumbedingungen am Pumpeneinlass verursacht. Dadurch wird die Pumpe „ausgehungert“, was zur Blasenbildung in der Nähe des Laufradauges führt. Diese Blasen implodieren und beschädigen mit der Zeit das Laufrad.

Abschließend

Pumpenkavitation ist ein ernstes Problem, das Geräte beschädigen und die Effizienz verringern kann. Um die Pumpenleistung aufrechtzuerhalten, sind das Verständnis der Ursachen, das Erkennen von Symptomen und die Umsetzung vorbeugender Maßnahmen von entscheidender Bedeutung.

Regelmäßige Wartung, die richtige Pumpenauswahl und eine optimierte Systemkonstruktion sind der Schlüssel zur Vermeidung von Kavitation. Um eine optimale Systemleistung sicherzustellen, wenden Sie sich an einen Pumpenspezialisten.