Mit dem Kavitationsprinzip beginnen
KSB definiert Kavitation als die Entstehung und das plötzliche Kollabieren von Hohlräumen, etwa Dampfblasen, in einer Fluidströmung. Es unterscheidet zwischen Dampfkavitation und Gaskavitation. Dampfkavitation entsteht, wenn der statische Druck im Fluid unter den zur Fluidtemperatur gehörenden Dampfdruck fällt, KSB fügt hinzu, dass dies ohne äußere Wärmezufuhr geschieht und dass kleine Keime, oft mikroskopisch kleine Dampfbläschen, ebenfalls eine Voraussetzung sind. Bei der Gaskavitation bilden sich Blasen, weil gelöste Gase ausgasen, wenn der Druck unter den Sättigungsdruck dieser Gase fällt. Da dieser Sättigungsdruck oft höher ist als der Dampfdruck, kann Gaskavitation bei Drücken oberhalb des Dampfdrucks auftreten.
KSB erläutert, dass der statische Druck beim Durchströmen des Laufrads gegenüber dem Druck vor dem Laufrad abfällt, besonders am Eintritt in den Schaufelkanal. Wie groß dieser Abfall ist, hängt von der Drehzahl, der Dichte und Viskosität des Fluids, der Eintrittsgeometrie des Laufrads, dem Betriebspunkt und dem Geschwindigkeitsprofil der Zuströmung ab. Mehrere dieser Faktoren gehören zur Pumpe selbst und ihrem Betriebszustand, weshalb sich die Pumpenseite des NPSH-Vergleichs nicht allein aus der Anlage ablesen lässt.
Zwei Größen, die zu vergleichen sind
KSB stellt fest, dass für die Beurteilung von Wahrscheinlichkeit, Ausmaß und Auswirkung der Kavitation zwei Werte verglichen werden müssen: der von der Pumpe benötigte NPSH, NPSHR, und der in der Anlage verfügbare NPSH, NPSHA. Es sind nicht zwei Namen für eine Zahl. NPSHA beschreibt, was die Anlage bereitstellt, bezogen auf die Mitte des Saugstutzens, die Seite von KSB stellt die Definition als Formeln dar und merkt an, dass der Höhenverlust Eintrittsverluste und Druckabfälle an Armaturen und Formstücken einschließt. Bei Pumpen ohne üblichen Saugstutzen, etwa eingeschweißten Inline-Pumpen oder Tauchpumpen mit Einlaufdüse, muss die Lage des Bezugspunkts festgelegt und angegeben werden.
NPSHR ist die Pumpenseite des Vergleichs. KSB legt fest, dass die definierende Summe für eine gegebene Pumpe und Anwendung einen Mindestwert nicht unterschreiten darf und dass Kavitation nicht ausgeschlossen werden kann, wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist. Entscheidend ist: Ein NPSHR-Wert hat nur zusammen mit seinem Kavitationskriterium eine Bedeutung. KSB führt mehrere auf: beginnende Kavitation (NPSHi), ein bestimmtes Ausmaß der Kavitationszone auf den Schaufeln, den Beginn des Förderhöhenabfalls (NPSH0) und einen kavitationsbedingten Förderhöhenabfall von 3 Prozent (NPSH3). Der Nachweis von NPSHi erfordert anspruchsvolle und teure Versuche, weshalb man sich üblicherweise darauf geeinigt hat, NPSHR als NPSH3 zu verwenden.
Dieser letzte Punkt verdient Sorgfalt. NPSH3 ist ein definiertes Förderhöhenabfall-Kriterium, nämlich ein Abfall der Förderhöhe um 3 Prozent, und der Wert ist keine Schwelle, unterhalb der keine Kavitation auftritt. Die Kriterienliste von KSB selbst zeigt, dass Blasen früher auftreten können (NPSHi). KSB zeigt außerdem, dass diese Werte mit dem Betriebspunkt variieren, sodass eine einzelne Zahl für einen angegebenen Zustand gilt, nicht für die Pumpe im Allgemeinen.
Warum die Temperatur in die Betrachtung gehört
KSB weist darauf hin, dass zwischen Dampfdruck und Temperatur ein Zusammenhang besteht, sodass derselbe Saugdruck bei veränderter Flüssigkeitstemperatur einen anderen Abstand zum Dampfdruck hat. KSB sagt, dass der Druck vor dem Laufrad den Dampfdruck um einen festgelegten Mindestabstand übersteigen muss, um Kavitation zu vermeiden oder auf ein akzeptables Maß zu begrenzen. Die Seiten nennen nicht einen für alle Flüssigkeiten und Pumpen gültigen Abstand, der Abstand ist an die Pumpe, die Anwendung und das gewählte Kavitationskriterium gebunden.
NPSHR wird weitgehend durch Versuche ermittelt. KSB weist ausdrücklich auf die Bedeutung von Versuchen bei der Umrechnung zwischen Drehzahlen, ähnlichen Pumpengrößen oder Fluiden hin. Ein Wert aus einer anderen Versuchsbedingung sollte daher nicht stillschweigend als anlagenspezifische Anforderung behandelt werden.
Die Grenzen der Erklärung im Blick behalten
Dieser Artikel erklärt, was verglichen werden muss. Er berechnet nicht den verfügbaren NPSH irgendeiner Anlage und legt keinen zulässigen Betriebspunkt fest. KSB beschreibt zwar Symptome wie erhöhte Geräusche, unruhigen Lauf sowie Einbrüche bei Förderhöhe und Wirkungsgrad als Hinweise darauf, dass Kavitation stattfindet, sagt aber auch, dass nicht bei jedem Kavitationsbetrieb Materialschäden auftreten. Die Quellen stützen daher keine Diagnose von Kavitation anhand einer einzelnen Geräusch- oder Schwingungsbeobachtung. Erforderlich sind Pumpendaten, Flüssigkeitsbedingungen und eine freigegebene technische Bewertung. Beim Festhalten oder Besprechen eines Ergebnisses sollten NPSHA und NPSHR als die getrennten Größen geschrieben werden, die sie sind, und zwar mit Angabe des NPSHR-Kriteriums.