Verfügbare NPSH berechnen (Saugbedingungen prüfen)

Berechnen Sie die verfügbare NPSH am Pumpeneintritt und vergleichen Sie sie mit der NPSHr des Herstellers. Der Wasserdampfdruck ergibt sich aus der Temperatur.

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Hinweis zur Vorbemessung: Dies ist eine vorläufige Berechnung. Sie ermittelt die verfügbare NPSH (NPSHa) am Eintritt einer Kreiselpumpe bei stationärer Strömung und vergleicht sie mit der vom Hersteller angegebenen NPSHr. Die Verlusthöhe der Saugleitung geben Sie ein. Gelöste Gase, Temperaturänderungen und Füllstandsschwankungen, Beschleunigungshöhen bei Hubkolbenpumpen und instationäre Vorgänge bleiben unberücksichtigt. Pumpenauswahl und Auslegung der Saugleitung müssen durch eine qualifizierte Ingenieurfachkraft anhand von Herstellerdaten und der maßgeblichen Norm erfolgen.

Formeln

Bedingung: NPSH_a ≥ NPSH_r + m
Größte Saughöhe: z_{max} = (p_0 − p_b) / (ρ · g) − h_k − NPSH_r − m

Weitere Formeln, die von Ihrer Auswahl abhängen, werden im Rechner angezeigt.

Annahmen

Die verfügbare NPSH ist der Betrag, um den die gesamte absolute Energiehöhe am Pumpeneintritt aus Druckhöhe und Geschwindigkeitshöhe die Dampfdruckhöhe übersteigt. Die Energiegleichung von der Flüssigkeitsoberfläche bis zum Pumpeneintritt berücksichtigt die Geschwindigkeitshöhe bereits. Sie wird daher nicht erneut addiert.
Der Wasserdampfdruck wird mit der Sättigungsdruckgleichung aus IAPWS-IF97 ermittelt (20 °C: 2,339 kPa, 50 °C: 12,35 kPa, 80 °C: 47,41 kPa, 100 °C: 101,42 kPa). Die Dichte folgt der Korrelation nach Kell (1975). Der Bereich beträgt 0 bis 100 °C.
Die Verlusthöhe der Saugleitung geben Sie ein. Sie wächst mit dem Quadrat des Volumenstroms. Verwenden Sie daher den Wert beim höchsten Volumenstrom. Ein verschmutztes Sieb erhöht sie.
NPSHr wird vom Pumpenhersteller durch Versuche bestimmt und verändert sich mit dem Volumenstrom. Der veröffentlichte Wert kennzeichnet üblicherweise einen Abfall der Förderhöhe um 3 %. An diesem Punkt hat die Kavitation bereits begonnen. Deshalb wird ein Zuschlag eingehalten.
Dieser Rechner empfiehlt keine Größe für den Sicherheitszuschlag. Die Vorgabe von 0,5 m ist nur ein Beispiel. ANSI/HI 9.6.1 und Herstellerempfehlungen können für die Anwendung zusätzlich ein Verhältnis NPSHa/NPSHr verlangen. Dieses Werkzeug vergleicht nur den eingegebenen Zuschlag in Metern.
Heißes Wasser, leichtflüchtige Flüssigkeiten, Flüssigkeiten mit gelöstem Gas und große Höhenlagen verringern die NPSH deutlich. Bei Hubkolbenpumpen und Membranpumpen muss zusätzlich die Beschleunigungshöhe abgezogen werden. Dies ist hier nicht erfasst.
Die Normfallbeschleunigung wird mit 9,80665 m/s² angesetzt.

Was ist NPSH?

NPSH steht für net positive suction head. Fällt der Flüssigkeitsdruck am Pumpeneintritt auf den Dampfdruck, verdampft die Flüssigkeit schlagartig. Die Blasen fallen im Laufrad zusammen und verursachen Geräusche, Schwingungen und Erosion. Das ist Kavitation. Die verfügbare NPSH (NPSHa) stellt die Anlage bereit. Die erforderliche NPSH (NPSHr) benötigt die Pumpe. Die Regel lautet: NPSHa muss NPSHr um einen Zuschlag übersteigen.

Formel

NPSHa = (p0 − pv) / (ρ × g) ± z − hL. Dabei ist p0 der Absolutdruck auf der Flüssigkeitsoberfläche, pv der Dampfdruck bei Fördertemperatur, z der senkrechte Abstand zwischen Flüssigkeitsspiegel und Pumpenachse und hL die gesamte Verlusthöhe der Saugleitung. Addieren Sie z bei einem Spiegel oberhalb der Pumpe und ziehen Sie z bei einem Spiegel unterhalb ab.

Beispiel

Wasser mit 20 °C befindet sich in einem zur Atmosphäre offenen Behälter. Der Spiegel liegt 3 Meter unterhalb der Pumpenachse. Die Verlusthöhe der Saugleitung beträgt 0,8 Meter. Bei einem Dampfdruck von 2,339 kPa beträgt die Differenz der Druckhöhen 10,11 Meter. Damit gilt NPSHa = 10,11 − 3 − 0,8 = 6,31 Meter. Benötigt die Pumpe 3 Meter, verbleiben 3,3 Meter Reserve. Bei Wasser mit 80 °C in derselben Anlage läge der Dampfdruck bei 47,4 kPa und NPSHa würde auf etwa 1,9 Meter sinken.

Grenzen

Dies ist eine Vorprüfung. Lesen Sie NPSHr bei Betriebsvolumenstrom aus der Herstellerkennlinie ab. Die Verlusthöhe der Saugleitung muss separat ermittelt und eingegeben werden. Heißes Wasser, leichtflüchtige Flüssigkeiten, Höhenlage und ein verschmutztes Sieb verschlechtern die Bedingungen. Hubkolbenpumpen, gelöste Gase und instationäre Vorgänge bleiben unberücksichtigt.

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