Kreiselpumpen, Kavitation und NPSH: Fragen und Lösungen

Fragen zu Kreiselpumpen, Kavitation und NPSH

* Eine hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeit, durch die sie erhöht werden kann, und der Pumpenkopf: Dies bezeichnet man als ...

* Welche Leistung ist für eine variable Pumpe erforderlich, die nicht vom Dampfdruck abhängt?

* Zum Herunterpumpen in einer Kolbenpumpe hängt der Kolben nur von der Wirkung eines Pumpensystems ab.

* Eine Funktion des Gehäuses einer Kreiselpumpe ist es, die Geschwindigkeit des Rotors in nutzbaren Druck umzuwandeln.

* Die Energieübertragung zwischen einer Flüssigkeit und der Pumpe sowie der zugeführten Energie bezeichnet man als Wirkungsgrad der Pumpe.

* Im Allgemeinen lässt sich bei Kreiselpumpen anhand der Kennlinien erkennen, dass die Förderhöhe mit zunehmendem Volumenstrom abnimmt.

* Bei Kolbenpumpen befinden sich Saug- und Druckventile je nach Hersteller entweder im Gehäuse oder im Kolben.

* Um eine Strömung zu erzeugen, verbindet man eine Kreiselpumpe mit einem mechanischen Impuls.

* Aussage: Das in Abbildung 1 dargestellte System ist mit einer Pumpe NB-40-200 ausgestattet, deren Betriebskennlinien in Abbildung 2 dargestellt sind (Kennlinie für Wasser bei 30 °C). Diese Pumpe fördert Wasser bei 70 °C (absoluter Dampfdruck laut Tabelle 1). Der gewünschte Volumenstrom des Systems beträgt 56 m³/h. Unter der Annahme, dass L1 = 7 m (Abbildung 1) beträgt, der atmosphärische Druck 10 m WS ist und die Druckverluste auf der Saugstrecke vernachlässigt werden, ist zu bestimmen, ob die Pumpe unter den beschriebenen Bedingungen kavitiert oder nicht. Warum? Die Pumpe kavitiert, weil der absolute Dampfdruck der geförderten Flüssigkeit (bei Fördertemperatur von 70 °C) größer ist als der absolute Saugdruck (NPSHd) der Pumpe. Dies führt zur Verdampfung und es steht nicht genug Flüssigkeit zur Verfügung.

* Erklärung: Es handelt sich um eine Kreiselpumpe NB-100-250, die mit einer Drehzahl von 1750 U/min und einem Laufrad von 211 mm betrieben wird; ihre Kennlinie ist in Abb. dargestellt. Ohne Installation des Systems ist die gegebene Kennlinie H = Q/5 bekannt. Für die Auslegung des Betriebssystems gelten folgende Anforderungen:

Volumenstrom mindestens 140 m³/h, Druck mindestens 16 mWS, NPSHd mindestens 2 mWS.

* Man kann sagen, dass die Pumpe kavitiert, wenn das System in diesem Zustand betrieben wird. Falsch. Die Kennlinie des Systems schneidet die Pumpenkennlinie (Laufrad 211 mm) nicht im Punkt, an dem Q = 100 m³/h ist. An diesem Punkt ist der NPSHr der Pumpe kleiner als 2 mWS (Wert des NPSHd).

* Erklärung: Es handelt sich um eine Kreiselpumpe NB-100-250, die mit einer Drehzahl von 1750 U/min und einem Laufrad von 211 mm betrieben wird; ihre Kennlinie ist in Abb. dargestellt. Ohne Installation des Systems ist die gegebene Kennlinie H = Q/5 bekannt. Für die Auslegung des Betriebssystems gelten folgende Anforderungen:

Volumenstrom mindestens 140 m³/h, Druck mindestens 16 mWS, NPSHd mindestens 2 mWS.

* Man kann sagen, dass die Pumpe in diesem System mit ihrem maximalen Wirkungsgrad betrieben wird. Falsch. Die Systemkennlinie schneidet die Pumpenkennlinie (Laufrad 211 mm) nicht im Punkt, an dem Q = 100 m³/h ist. An diesem Punkt beträgt der Wirkungsgrad der Pumpe 69 %.

* Erklärung: Es handelt sich um eine Kreiselpumpe NB-100-250, die mit einer Drehzahl von 1750 U/min und einem Laufrad von 211 mm betrieben wird; ihre Kennlinie ist in Abb. dargestellt. Ohne Installation des Systems ist die gegebene Kennlinie H = Q/5 bekannt. Für die Auslegung des Betriebssystems gelten folgende Anforderungen:

Volumenstrom mindestens 140 m³/h, Druck mindestens 16 mWS, NPSHd mindestens 2 mWS.

* Man kann sagen, dass ein 10-kW-Motor für diese Pumpe ausreichend (mit Reserve) ist. Wahr. Die Systemkennlinie schneidet die Pumpenkennlinie (Laufrad 211 mm) nicht im Punkt, an dem Q = 100 m³/h ist. An diesem Punkt beträgt die benötigte Antriebsleistung des Motors etwa 8 kW.

* Man kann sagen, dass der höchste Druck in dieser Pumpe auftritt, wenn ein Druckventil vollständig geöffnet ist. Falsch. Der höchste Druck der Pumpe tritt bei einem Volumenstrom von 40 m³/h auf.

* Erklärung: Es handelt sich um eine Kreiselpumpe NB-100-250, die mit einer Drehzahl von 1750 U/min und einem Laufrad von 211 mm betrieben wird; ihre Kennlinie ist in Abb. dargestellt. Ohne Installation des Systems ist die gegebene Kennlinie H = Q/5 bekannt. Für die Auslegung des Betriebssystems gelten folgende Anforderungen:

Volumenstrom mindestens 140 m³/h, Druck mindestens 16 mWS, NPSHd mindestens 2 mWS.

* Man kann sagen, dass das System sowohl den Volumenstrom als auch den Druck erfüllt. Falsch. Die Pumpe erfüllt den Druck, da sie mit einem Systemdruck von 20 mWS betrieben wird (das System benötigt jedoch nur 16 mWS). Die Pumpe erfüllt jedoch nicht den Volumenstrom des Systems, da sie 100 m³/h liefert, das System jedoch 140 m³/h benötigt.

* Definition und Beschreibung des Vorgangs der Kavitation in einer Kreiselpumpe: Kavitation ist ein physikalisches Phänomen, das in Kreiselpumpen auftritt, wenn die Flüssigkeit am Saugeingang einen reduzierten Druck hat, der gleich oder kleiner als ihr Dampfdruck ist (Flüssigkeit ↔ Dampf).
Dabei bilden sich Dampfblasen, die mit der Flüssigkeit durch das Laufrad transportiert werden, bis sie wieder auf Bereiche mit höherem Druck treffen und implodieren (Dampf ↔ Flüssigkeit). Dieses Phänomen tritt im Inneren der Pumpe auf, wenn NPSHd (System) kleiner oder gleich NPSHr (Pumpe) ist. Kavitation verursacht Lärm, Schäden und beeinträchtigt die Leistung der Hydraulikpumpen.

* Aussage: Betrachten Sie das dargestellte System und nennen Sie mindestens zwei Variablen, die den NPSHd (verfügbar) nicht beeinflussen, und begründen Sie, warum diese Variablen keinen Einfluss auf den NPSHd-Wert haben.

Variablen, die den NPSHd-Wert nicht beeinflussen, sind solche, die nicht mit dem Saugsystem der Pumpe gekoppelt sind; daher würde eine Änderung dieser Größen den im Saugsystem verfügbaren Druck nicht verändern. Diese Variablen sind:

Pv – Dampfdruck des Fördermediums: Es handelt sich um eine Eigenschaft der Flüssigkeit und nicht um eine Größe, die mit dem Saugsystem der Pumpe gekoppelt ist.
Pdruck – Diese Variable ändert den Betriebspunkt der Pumpe, daher beeinflusst sie den NPSHr nicht.
Drehzahl: 1640 U/min – Diese Variable ändert ebenfalls den Betriebspunkt der Pumpe, daher beeinflusst sie den NPSHr nicht.

* Definieren Sie den NPSHr (erforderlich) einer Kreiselpumpe und erklären Sie, wie er sich in Bezug auf den NPSHd (verfügbar) im System verhält. NPSH steht für Net Positive Suction Head (Nettosaughöhe).

NPSHd (verfügbar): Der am Pumpeneingang (Saugseite des Laufrads) vorhandene absolute Druck. Er muss größer sein als der Dampfdruck der geförderten Flüssigkeit; sein Wert hängt von den Eigenschaften des Systems und der Flüssigkeit ab.

NPSHr (erforderlich): Der minimal erforderliche absolute Druck am Saugeingang der Pumpe (Laufradeintritt), der unter den Förderbedingungen höher sein muss als der Dampfdruck der geförderten Flüssigkeit, damit keine Kavitation auftritt. Er hängt von den Eigenschaften der Pumpe ab und sollte vom Hersteller angegeben werden (entlang einer Kennlinie der Pumpe).