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Was ist Pumpenkavitation, und wie vermeidet man sie?

16. Mai 2021

Merriam-Webster definiert Kavitation als „die Bildung von Teilvakuen in einer Flüssigkeit durch einen sich schnell bewegenden Volumenkörper (z. B. Propeller) oder durch hochintensive Schallwellen. Außerdem Lochfraß und Abnutzungserscheinungen an festen Oberflächen (wie Metall oder Beton) infolge des Kollapses dieser Vakuen in der umgebenden Flüssigkeit“.  

Kavitation ist ein sehr häufiges Problem bei Pumpen, insbesondere bei Kreiselpumpen, da dieser Zustand direkt mit der Funktion des Pumpenlaufrades in Zusammenhang steht. Wie Sie vielleicht bereits wissen, kommt bei Kreiselpumpen ein Laufrad zum Einsatz, um die Flüssigkeiten durch Fliehkraft vom Einlass zum Ausgang zu bewegen. 

Ein Laufrad ist ein Rotor, der eine Fliehkraft erzeugt, den Druck erhöht und einen Durchfluss in einer Pumpe erzeugt. Umgekehrt ist ein Propeller ein Flügelventilator, der Druck erzeugt, indem er gegen eine Flüssigkeit drückt. Beide bewegen Flüssigkeit, aber für einen anderen Zweck. Beide sind jedoch mit der gleichen Problematik behaftet und können denselben Schaden erleiden.

Kavitation in Kreiselpumpen

Wodurch wird Pumpenkavitation verursacht?

Kavitation in Kreiselpumpen ist in der Regel auf eine unzureichende NPSH-Energie (Net Positive Suction Head, Haltedruckhöhe) auf der Ansaugseite der Pumpe zurückzuführen. Die Haltedruckhöhe ist die Energie, die benötigt wird, um die Flüssigkeit in die Pumpe zu drücken. Eine unzureichende Haltedruckhöhe kann das Ergebnis einer Reihe von Bedingungen sein: eine zu schnell laufende Pumpe, ein Saugschlauch mit zu kleinem Durchmesser oder eine Pumpe, die zu weit oder zu hoch von der Flüssigkeitsquelle entfernt platziert ist.

Bringen Sie Ihre Kreiselpumpe in eine dieser Situationen, und es passiert Folgendes. Durch die Rotation erzeugt das Pumpenlaufrad auf einer Seite der Flügel einen niedrigen Druck und auf der anderen Seite einen hohen Druck. Die Wissenschaft sagt uns, dass bei der Bewegung einer Flüssigkeit mit beliebiger Geschwindigkeit und der anschließenden Druckänderung das Potenzial besteht, dass die Flüssigkeit unter ihren Dampfdruck abfällt.

Wenn der Druck der Flüssigkeit unter den Dampfdruck fällt, entstehen Dampfblasen, da die Flüssigkeit bei einer nicht normalen Temperatur kocht. Wasser kann dann bei 21 ºC (70 ºF) kochen.

Woher wissen Sie, dass Sie mit Pumpenkavitation konfrontiert sind?

Wenn die kochende Flüssigkeit die Ausgangsseite des Laufrads verlässt, führt der dann wieder höhere Druck auf dieser Seite dazu, dass die Dampfblasen zusammen fallen. Dieses Implodieren ist fast wie eine kleine Explosion, die die Pumpleistung der Maschine reduziert und zu Schäden an der Pumpenhydraulik, insbesondere am Laufrad, führen kann. Die kollabierenden Dampfblasen verursachen übermäßige Schwingungen , die wiederum dazu führen, dass rotierende Teile, wie z. B. das Laufrad, mit nicht rotierenden Teilen, wie z. B. den Verschleißplatten oder Verschleißringen, in Kontakt kommen.

Übermäßige Schwingungen können auch zu einem vorzeitigen Ausfall von mechanischen Dichtungen und Lagern führen. In diesen Fällen kann die Energie, die beim Platzen der Dampfblasen freigesetzt wird, dazu führen, dass Metallteile brechen und mit anderen beweglichen Teilen kollidieren. Der Schaden tritt in der Regel am Laufrad auf und kann von Lochfraß über Rissbildung bis hin zu Absplitterungen reichen. Das beschädigte Laufrad führt dann zu noch umfangreicheren und teureren Schäden an der Pumpe.

Wenn Sie mit einem Kavitationsproblem konfrontiert werden, beginnt dieses in der Regel mit Geräuschen, die sich wie das Fördern von Steinen anhören, obwohl diese gar nicht vorhanden sind, Schwingungen, verringerter Leistung oder einer Kombination aus allen drei Möglichkeiten. Bei den ersten Anzeichen einer der oben genannten Probleme sollten Sie Ihre Pumpe sofort ausschalten.

Was können Sie bei Pumpenkavitation tun, und wie können Sie diese vermeiden?

Verringern Sie die Motordrehzahl, sodass weniger Durchfluss erzeugt wird. Beim Reduzieren der Drehzahl wird weniger Volumen in die Pumpe geleitet, wodurch die Geschwindigkeit auf ein akzeptables Niveau reduziert wird, bei dem die Kavitationsbildung effektiv gestoppt wird. Oft genug führt dieser akzeptable reduzierte Volumenstrom zu einem höheren Pumpvolumen, da wir somit die Kavitation aktiv vermeiden.

Überprüfen Sie alle Spezifikationen Ihrer Pumpe erneut und vergleichen Sie sie mit Ihren Anwendungsanforderungen. Befindet sich die Pumpe in einem zu großen Abstand zur Flüssigkeitsquelle? Sind Ihre Rohrdurchmesser korrekt? Läuft die Pumpe zu schnell? Kurz gesagt, stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Pumpe nicht überfordern.

Was ist der beste Ratschlag, den wir Ihnen unter Einbeziehung aller oben genannten Punkte geben können?Holen Sie sich professionelle Hilfe bei der Auswahl einer Pumpe. Auf diese Weise können Sie sicher sein, dass die von Ihnen verwendete Ausrüstung den Anforderungen Ihrer Anwendung entspricht.

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Andreas Neufeld, unser Product Marketing Manager für Pumpen, begann seine Karriere im Bereich Pumpen im technischen Service, wo er Anwendungsfälle mit Kunden erarbeitete, und ist nun für das Pumpen-Portfolio für die Region Nordamerika verantwortlich.  

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