Kavitation ist eines der gefürchtetsten Probleme bei Elektropumpen. Geräusche und Vibrationen sind Anzeichen dafür, dass Kavitation vorliegt, aber der größte Schaden wird durch den starken mechanischen Aufprall auf das Pumpengehäuse und insbesondere auf das Laufrad verursacht.
Die Physik der Kavitation.
Kavitation ist das Phänomen, bei dem sich in einer Flüssigkeit Dampfzonen bilden, die implodieren und ein charakteristisches Geräusch erzeugen, ähnlich dem von blockierten Zahnrädern. Das Ganze hängt mit einem lokalen Druckabfall der Flüssigkeit zusammen, bis der Dampfdruck erreicht ist. Die Flüssigkeit erfährt eine Phasenumwandlung in Gas, wodurch Blasen entstehen. Dieser Prozess wird als Nukleation bezeichnet. Nachdem sie sich gebildet haben, neigen die Blasen zum Wachsen, aber sobald sie in einen Bereich mit höherem Druck gelangen, implodieren sie und setzen eine große Menge Energie frei.
Hydraulikpumpen und die Gefahr der Kavitation.
Im Inneren der Hydraulikpumpe entspricht der Punkt des niedrigsten Drucks in der Regel den Blattspitzen am Eintritt des Laufrads. Bewegt man sich zum Laufradausgang hin, steigt der Druck an, und hier implodieren die Blasen, weil der Dampfdruck dem hydrostatischen Druck nicht mehr entgegenwirken kann. Die entstehenden Druckwellen werden auf die Laufradwände übertragen und verursachen schwere Schäden. Diese lokalisierten Druckstrahlen sind auch für die widerstandsfähigsten Metalle sehr gefährlich und führen zu sogenannten erosiven Vertiefungen, einer Form von Punktkorrosion, die auch bei geringem Metallverlust zu Perforationen führen kann.
Es gibt jedoch nicht nur Schäden am Laufrad. Die Vibrationen führen zu Verschleiß an Lagern und Dichtungen. Schließlich wirkt sich die Kavitation auch auf die allgemeine Effizienz aus, da Reibung und Turbulenzen die Leistung der Pumpe deutlich verschlechtern.
Wie man die Pumpe richtig auswählt und installiert, um Kavitation zu vermeiden.
Um das Risiko der Kavitation zu vermeiden, muss ein grundlegender Parameter berücksichtigt werden: der NPSH-Wert (Net Positive Suction Head).
Der NPSH-Wert gibt den erforderlichen Mindestansaugdruck an, ausgedrückt in Metern, damit die Pumpe gemäß ihrer Leistungskurve arbeiten kann, ohne Kavitation zu verursachen. Mit anderen Worten, der NPSH-Wert gibt die Energiemenge an, die die Flüssigkeit am Pumpeneinlass (dem Punkt des niedrigsten Drucks) besitzen muss, um die Bildung von Dampfblasen und die daraus resultierende Kavitation zu vermeiden.
Bei einem bestimmten Durchfluss muss der NPSHA-Wert (Available Net Positive Suction Head) höher sein als der NPSHR-Wert (Required Net Positive Suction Head). Darüber hinaus ist es ratsam, stets eine Sicherheitsmarge von 0,5 m oder 1 m einzuhalten, um sicherzustellen, dass die Pumpe mit optimaler Kapazität arbeitet.
Neben dem richtigen NPSH-Wert ist es wichtig, einige Vorsichtsmaßnahmen zu beachten:
- Die Hydraulikpumpe sollte so nah wie möglich am Saugbehälter positioniert werden, oder es kann der Einsatz einer Tauchpumpe in Betracht gezogen werden. Um einen positiven Ansaugdruck zu erzeugen, kann die Pumpe außerdem unterhalb des zu pumpenden Flüssigkeitsspiegels installiert werden.
- Es ist wichtig, die Druckverluste so weit wie möglich zu minimieren, da alle Druckabfälle die Kavitation negativ beeinflussen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Saugverteiler richtig dimensioniert sind, einen ausreichend großen Durchmesser haben und keine Rauheiten oder scharfen Ecken am Einlass aufweisen. Ebenso ist es wichtig, alle Komponenten des Systems zu beachten, z.B. Fußventile oder Rückschlagventile, und Modelle zu wählen, die eine hohe hydraulische Effizienz gewährleisten.
