Was ist Kavitation in Kreiselpumpen – Definition

Kavitation in Kreiselpumpen

Die wichtigsten Orte , an denen Kavitation auftritt , sind in Pumpen, auf Laufräder oder Propeller . Bei Kreiselpumpen resultiert Kavitation aus einer Verringerung des Saugdrucks , einer Erhöhung der Saugtemperatur oder einer Erhöhung der Durchflussmenge über die für die Pumpe vorgesehene.

Es gibt zwei Grundtypen der Pumpenkavitation :

Saugkavitation

Saugkavitation oder auch klassische Kavitation tritt auf, wenn sich eine Pumpe unter Niederdruck- oder Hochvakuumbedingungen befindet. Wenn die gepumpte Flüssigkeit in das Auge einer Kreiselpumpe gelangt , wird der Druck erheblich reduziert . In einigen Fällen ist der Druckabfall groß genug, um zu bewirken, dass die Flüssigkeit zu Dampf aufblitzt, wenn der lokale Druck unter den Sättigungsdruck für die zu pumpende Flüssigkeit fällt. Am Auge des Laufrads bilden sich Blasen oder Hohlräume, und anschließend bewegen sich die gebildeten Dampfblasen in Bereiche mit höherem Druck, wenn sie sich in Richtung des Pumpenauslasses bewegen . Im Hochdruckbereich wird dieDampfblasen fallen plötzlich an den äußeren Teilen des Laufrads zusammen. Dies kann zu erheblichen Schäden an allen beweglichen Teilen einer Kreiselpumpe führen.

Typische Ursachen für Saugkavitation:

• Die Pumpe läuft zu weit rechts auf der Pumpenkurve
• Schlechte Saugbedingungen ( NPSH-Anforderungen )
• Verstopfung im Rohr auf der Saugseite
• Unangemessenes Rohrleitungsdesign
• Verstopfte Filter oder Siebe

Um diese Art von Kavitation zu vermeiden , muss der im System verfügbare Netto-Positivsaugkopf (NPSHa) höher sein als der erforderliche NPSH der Pumpe. Dieses Problem ist typisch für Saugkavitation und daher wird diese Art der Kavitation auch als unzureichende NPSHa-Kavitation bezeichnet .

Neben dem Pumpenwechsel können Probleme mit der Saugkavitation auch gelöst werden durch:

1. Temperatur senken
2. Reduzierung der Motordrehzahl wenn möglich
3. Vergrößerung des Augendurchmessers des Laufrads
4. Verwendung eines Laufradinduktors.
5. Verwendung von zwei parallelen Pumpen mit geringerer Leistung.
6. Verwendung einer Druckerhöhungspumpe zur Speisung der Hauptpumpe.

Ein Sonderfall der Kavitation tritt auf der Saugseite aufgrund ungeeigneter Rohrleitungen in der Saugleitung auf. Die Verwendung von Einschränkungen, scharfen Ellbogen und andere hydraulische Geräte können turbulize die fließen , dies zu Kavitation Bildung beitragen können.

Entladungskavitation

Entladungs Kavitation tritt auf, wenn der Pumpenabgabedruck ist sehr hoch oder wenn die Entladungsströmung beschränkt und die Pumpe nicht verlassen kann (zB durch geschlossene Auslassventil verursacht). Ein extrem hoher Förderdruck führt dazu, dass der Großteil des gepumpten Fluids in der Pumpe zirkuliert .

Diese Art der Kavitation stammt aus zwei Quellen. Erstens wird diese innere Zirkulation (von Hochdruckzonen in Niederdruckzonen) mit hoher Geschwindigkeit durch das Spiel zwischen dem Laufrad und dem Pumpengehäuse gedrückt, was zur Bildung eines Niederdruckbereichs (aufgrund des Bernoulli-Prinzips ) in welche Kavitation auftreten kann. Zweitens zirkuliert die Flüssigkeit in der Spirale der Pumpe und überhitzt sich schnell.

In beiden Fällen hat Kavitation ähnliche Folgen. Die Implosion von Blasen löst starke Stoßwellen aus, die zu vorzeitigem Verschleiß der Laufradspitzen und des Pumpengehäuses führen. Im Extremfall kann durch Ausstoßkavitation die Laufradwelle brechen.

Typische Ursachen für Entladungskavitation:

• Die Pumpe läuft zu weit links in der Pumpenkurve
• Verstopfung im Rohr auf der Auslassseite
• Verstopfte Filter oder Siebe
• Unangemessenes Rohrleitungsdesign

Kavitationsnummer

Die Kavitationszahl (Ca) oder der Kavitationsparameter ist eine dimensionslose Zahl, die bei Durchflussberechnungen verwendet wird. Es ist üblich, anhand der Kavitationszahl zu charakterisieren, wie nahe der Druck im Flüssigkeitsstrom am Dampfdruck (und damit am Kavitationspotential) liegt.

Die Kavitationszahl kann ausgedrückt werden als:

wo

CA = Kavitationsnummer

p = lokaler Druck (Pa)

p _v = Dampfdruck der Flüssigkeit (Pa)

ρ = Dichte der Flüssigkeit (kg / m ³ )

v = Flüssigkeitsgeschwindigkeit (m / s)

Kavitationsschäden

Kavitation ist in vielen Fällen ein unerwünschtes Ereignis. Bei Kreiselpumpen verursacht Kavitation Schäden an Bauteilen (Erosion des Materials), Vibrationen, Geräusche und einen Wirkungsgradverlust.

Vielleicht das wichtigste durch Kavitation verursachte technische Problem ist die materiellen Schäden , dass Kavitationsblasen verursachen kann , wenn sie zusammenbrechen in der Nähe einer festen Oberfläche. Das Zusammenfallen von Kavitationsblasen ist ein heftiger Prozess, der stark lokalisierte Stoßwellen und Mikrojets erzeugt . Sie zwingen energetische Flüssigkeit in sehr kleine Volumina, wodurch Flecken hoher Temperatur entstehen, und diese intensiven Störungen erzeugen stark lokalisierte und vorübergehende Oberflächenspannungen auf einer festen Oberfläche. Anzeichen von Erosion treten aufgrund der Wasserschlagwirkung der kollabierenden Dampfblasen als Lochfraß auf. Es wurde festgestellt, dass die Kavitationsschadensraten schnell ansteigen mit der Erhöhung des Volumenstroms.

Weichere Materialien können auch durch kurzfristiges Auftreten von Kavitation beschädigt werden . Einzelne Gruben können nach einem einzelnen Blasenkollaps beobachtet werden. Daher werden für Kreiselpumpen härtere Materialien verwendet . Bei den härteren Materialien, die in den meisten Anwendungen verwendet werden, kann die zyklische Beanspruchung aufgrund wiederholter Zusammenbrüche zu einem lokalen Versagen der Oberflächenermüdung führen . Kavitationsschäden an Metallen haben daher normalerweise den Anschein eines Ermüdungsversagens .

Wenn die Kavitationsblasen zusammenfallen, zwingen sie energetische Flüssigkeit in sehr kleine Volumina, wodurch Flecken mit hoher Temperatur erzeugt werden und Stoßwellen emittiert werden, von denen letztere eine Geräuschquelle sind. Obwohl das Zusammenfallen eines kleinen Hohlraums ein Ereignis mit relativ niedriger Energie ist, können stark lokalisierte Zusammenbrüche Metalle wie Stahl im Laufe der Zeit erodieren. Die durch das Zusammenfallen von Hohlräumen verursachte Lochfraßbildung führt zu einem starken Verschleiß der Bauteile und kann die Lebensdauer eines Propellers oder einer Pumpe erheblich verkürzen.

Kavitation wird normalerweise auch begleitet von:

• Lärm. Typisches Geräusch wird durch kollabierende Hohlräume verursacht. Der Geräuschpegel, der durch Kavitation entsteht, ist ein Maß für die Schwere der Kavitation.
• Vibration . Pumpenschwingungen aufgrund von Kavitation sind charakteristisch niederfrequente Schwingungen, die üblicherweise im Bereich von 0 bis 10 Hz auftreten.
• Reduzierung des Pumpenwirkungsgrades . Eine Abnahme des Wirkungsgrades der Pumpe ist ein zuverlässigeres Zeichen für das Auftreten von Kavitation.