Kavitation ist die Bildung und der anschließende Zusammenbruch von Dampf in einer Flüssigkeit. Kavitation tritt in Kreiselpumpen auf und kann schwere Schäden verursachen und den Betrieb unterbrechen. Der Schaden entsteht durch Blasen, die kollabieren und Energie freisetzen. Die Schwere des Schadens hängt von der gepumpten Flüssigkeit sowie der Temperatur ab. Beispielsweise verursacht Wasserkavitation mehr Schäden als Ölkavitation, und Kaltwasserkavitation verursacht mehr Schäden als Heißwasserkavitation. Es gibt zwei Arten von Kavitation:Klassische Kavitation Und Rezirkulationskavitation.
Darstellung der Bildung und des Zerfalls von Dampfblasen, wenn sich Flüssigkeit durch das Pumpenlaufrad bewegt.
Klassische Kavitation
Klassische Kavitation tritt auf, wenn der Flüssigkeitsstand am Laufradeinlass (Saugöffnung) so niedrig ist, dass ein Teil der Flüssigkeit verdampft, bevor sie in die Pumpe gelangt, und Dampfblasen bildet. Wenn die Dampfblasen in die Laufraddurchgänge und schließlich in die Spirale gelangen, steigt der Druck und die Blasen platzen. Die Ursache für klassische Kavitation ist ein niedriger Saugdruck angesichts der Saugtemperatur und der Durchflussrate durch die Pumpe.
- Wenn die Flüssigkeitsquelle für die Pumpe ein Tank ist, kann ein niedriger Tankpegel manchmal zu einem niedrigen Saugdruck und damit zu Kavitation führen.
- Die Betriebsbedingungen sollten analysiert werden, um andere Ursachen für einen niedrigen Saugdruck zu ermitteln. Dazu können teilweise geschlossene Ventile, verstopfte Filter oder Siebe oder andere Betriebsprobleme vor der Pumpe gehören.
- Bedenken Sie, dass die Saugtemperatur den Dampfdruck einer Flüssigkeit bestimmt. Bei steigender Temperatur bilden sich bei einem bestimmten Druck leichter Dampfblasen, und an der Saugöffnung können höhere Drücke erforderlich sein, um Kavitation zu verhindern.
- Wenn die Durchflussrate einer Pumpe zunimmt, steigt auch der Druck, der erforderlich ist, um Kavitation an der Saugöffnung zu verhindern. Dieser Druck wird als verfügbarer positiver Saugdruck (NPSHA) bezeichnet. Der NSPHA muss höher sein als der vom Hersteller angegebene erforderliche positive Saugdruck (NPSH3, früher bekannt als NPSHR). Da NPSH3 dynamisch ist und sich mit der Durchflussrate ändert, ist er im Allgemeinen neben der hydraulischen Kurve der Pumpe für den Gesamtdruck (TDH) eingezeichnet.
Ein Beispiel für Hydraulikkurven. Die obere Linie zeigt den TDH. Die untere Linie ist NPSH3. „NPSH3 plus Mindestreserve“ zeigt den gewünschten Mindest-NPSHA, wenn man bedenkt, dass die Pumpe bereits kavitieren würde, wenn NPSHA NPSH3 überschreitet.
Klassisches Kavitationsbeispiel
Ziehen Sie zur Veranschaulichung dieses Beispiels die hydraulische Abbildung oben zu Rate. Angenommen, eine Pumpe läuft bei BEP, erzeugt einen Durchfluss von 50 gpm und der Druck an der Saugöffnung ist etwas höher als der Druck, der erforderlich ist, um Kavitation zu verhindern. Daraus ergibt sich ein Punkt auf der NPSHA-Kurve direkt unterhalb des oben dargestellten BEP-Zeichens. An diesem Punkt ist der NPSHA größer als der NPSH3 und es tritt keine Kavitation auf. Anschließend wird der Pumpendurchfluss auf 75 gpm erhöht, was zu einem Durchfluss nahe dem Ende der Hydraulikkurve (rechts) führt. Auch wenn der Druck am Saugmessgerät konstant bleibt, sinkt der NPSHA aufgrund dynamischer Drücke innerhalb der Pumpe, wodurch der NPSHA unter den NPSH3 fällt und Kavitation entsteht. Um dies zu verhindern, erhöhen Sie entweder den Saugdruck der Pumpe, senken Sie die Temperatur an der Saugöffnung oder verringern Sie den Durchfluss.
Rezirkulationskavitation
Rezirkulationskavitation tritt auf, weil die Durchflussrate durch die Pumpe für den Pumpenbetrieb nicht ideal ist. Der Durchfluss ist zu hoch oder zu niedrig. Das Erhöhen des Systemdrucks behebt die Rezirkulationskavitation nicht. Die einzige Lösung besteht darin, die Pumpe innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs (AOR) zu betreiben. Für eine optimale Pumpenzuverlässigkeit sollte die Pumpe innerhalb des bevorzugten Betriebsbereichs (POR) betrieben werden, der die Energieeffizienz optimiert, Vibrationen minimiert und Schäden an der Pumpe aufgrund hydraulischer Bedingungen der Pumpe minimiert.
Rückflusskavitation kann weiter unterteilt werden in Saug-Rückflusskavitation und Druck-Rückflusskavitation, aber die Schäden, die sie verursachen, und die Lösungen zu ihrer Behebung sind ähnlich. In beiden Fällen erzeugen Strömungsumkehrungen an der Saug- oder Druckseite des Laufrads Wirbel in den Laufraddurchgängen, wodurch lokale Niederdruckstellen in der Flüssigkeit entstehen, die Kavitation verursachen.
Der AOR wird vom Pumpenhersteller definiert und sollte vom OEM bei jedem Kauf angegeben werden. Der AOR wird durch eine obere und eine untere Durchflussgrenze definiert. Die obere Durchflussgrenze ist normalerweise das Ende der Pumpenkurve (die rechte Seite der Kurve, die höchste Durchflussrate, die auf der Kurve angegeben ist). In einigen Fällen kann diese jedoch über Werte unterhalb des Kurvenendes hinaus verlängert oder auf diese begrenzt werden. Die untere Grenze des AOR wird auch als minimaler kontinuierlicher stabiler Durchfluss (MCSF) bezeichnet. Ein Betrieb unterhalb des MCSF ist die häufigste Ursache für Rückflusskavitation und kann bei schwerer Unterschreitung kurzfristig zum Ausfall führen.
Der POR hat auch eine obere und eine untere Durchflussgrenze, diese werden jedoch nicht immer vom OEM der Pumpe beim Kauf angegeben. Normalerweise kann der OEM diese Informationen auf Anfrage weitergeben oder Sie können versuchen, sie selbst zu berechnen. Bei den meisten Kreiselpumpen, die mit angemessener Pumpgeschwindigkeit, Durchfluss und Förderhöhe arbeiten, liegt die untere POR-Grenze bei 70 % der BEP-Durchflussrate. Die obere POR-Grenze liegt bei 120 % der BEP-Durchflussrate. Bei Pumpenkonstruktionen mit höheren Wellendrehzahlen oder hohen Durchflüssen mit relativ niedriger TDH kann der Bereich auf 80–120 % oder 85–115 % der BEP-Durchflussrate beschränkt sein. Bei den restriktivsten Pumpenkonstruktionen mit sehr hohen Wellendrehzahlen oder einer Kombination aus sehr hohen Durchflussraten und sehr geringer TDH kann der Bereich auf 90–110 % der BEP-Durchflussrate beschränkt sein.
Sie meinen, das ist zu viel? Dann bitten Sie ruhig einen Augury Reliability Service Manager um Hilfe. Wir helfen Ihnen gerne dabei, die richtigen Durchflussraten zu ermitteln, um eine gute Pumpenzuverlässigkeit zu gewährleisten.
PS.
Kavitation ist nicht dasselbe wie eingeschlossene Luft- oder Gasblasen, die natürlicherweise in einer Flüssigkeit vorhanden sind. Wenn beispielsweise der Füllstand eines Tanks ohne Wirbelverhinderung sehr niedrig ist, können sich im Tank Wirbel bilden und Luft oder Gas in die Flüssigkeit ziehen. Die Flüssigkeit kann diese Gase in die Pumpe befördern und so Durchfluss- und Druckschwankungen verursachen. Diese können die Pumpe oder die Lager beschädigen. Bei dieser Art von Problem handelt es sich jedoch nicht um Kavitation.
Kavitation klingt wie das Pumpen von Kies. Das Kiesgeräusch ist eigentlich das „Plopp“ der Kavitationsblasen, wenn diese implodieren.
Nicht jede Kavitation ist schlecht, und einige Pumpen sind für den Betrieb mit Kavitation ausgelegt. Diese Fälle sind jedoch selten und sollten vermieden werden, es sei denn, Sie wissen, dass Ihre Pumpen dafür ausgelegt sind.