Net Positive Suction Head (NPSH).

Was ist der NPSH-Wert?

Im allgemeinen Sprachgebrauch spricht man vom Saugverhalten einer Pumpe. Dabei wird die Flüssigkeit nicht angesaugt, sondern sie fließt von selbst von einem hohen zu einem niedrigeren Druckniveau.

Das „Saugen“ der Pumpe entspricht der Erzeugung eines Unterdrucks am Pumpen-Eingang, wodurch die Flüssigkeit z.B. durch den atmosphärischen Druck in die Pumpe gedrückt wird.

Könnte eine Pumpe absolutes Vakuum erzeugen, dann könnte sie, aufgrund des auf den Flüssigkeitsspiegel wirkenden Luftdruckes pb, auf Meereshöhe eine Wassersäule von 10,33 m anheben. 

Der NPSHerfoderlich-Wert wird üblicherweise in mWS angegeben.

Höhe über Meeresspiegel [m] Barometrischer Druck pb [bar] Wassersäule [mWS]
null 1,013 10,33
500 0,935 9,73
1000 0,899 9,16
2000 0,795 8,10

Der NPSHerfoderlich-Wert einer Pumpe ist der Mindestdruck, der an der Saugseite der Pumpe erforderlich ist, um Kavitation zu verhindern.

NPSHerfoderlich wird in erster Näherung von der Geschwindigkeit bestimmt, mit der das Medium der zurückweichenden Spindelflanke folgen muss. Experimente führten jedoch zum Zusammenhang, dass der NPSHerforderlich einer Schraubenspindelpumpe ausschließlich abhängig von der Pumpenbaugröße (Förderschraubendurchmesser), der Drehzahl und der Viskosität des Fördermediums ist.

Somit ist das Saugverhalten einer Schraubenpumpe beschrieben durch die Drehzahl und die Axialgeschwindigkeit der Flanke, welche wiederum direkt abhängig von der Steigung der Schraube ist.

Schraubenspindelpumpen haben im Vergleich zu anderen Pumpentypen ein sehr gutes Saugverhalten. Dieses kann z.B. die Arbeit als Entleerungspumpe von Tanks etc. vereinfachen, da mitgeführte Luft und andere Gase ohne Dampfsperre eingelassen werden.

Was ist Kavitation?
Kavitation tritt an beliebiger Stelle in einer Pumpe auf, wenn der Druck dort niedriger als der Dampfdruck der Flüssigkeit ist. Fällt der Druck im Pumpeneintritt unter den Dampfdruck der Flüssigkeit, bilden sich kleine Dampfblasen. Diese Blasen platzen (implodieren), sobald der Druck wieder ansteigt, was Schockwellen verursacht. Implosionen können zu Materialablösungen und somit zu Schäden am Gehäuse und den Schrauben führen. Kavitation vermindert zudem den Förderstrom, was die Pumpenleistung herabsetzt. Außerdem verursacht Kavitation höhere Geräusche und Vibrationen, wodurch wiederum Lager, Wellenabdichtungen und Schweißstellen beschädigt werden können.

Die NPSH-Werte "erforderlich" versus "verfügbar".
Im Zusammenhang mit NPSH-Berechnungen sind zwei Werte besonders wichtig:

NPSHerforderlich: von der Pumpe benötigte Druckhöhe. Der NPSHerforderlich der Pumpe ist aus den Unterlagen des Herstellers bzw. dem Pumpenauslegungsprogramm zu entnehmen.

NPSHverfügbar: Die verfügbare Druckhöhe der Anlage. Dieser ist anlagenspezifisch und muss für jede Anlage individuell berechnet werden.

Der NPSH-Wert der Anlage (NPSHverfügbar) sollte mindestens 0,5 m höher sein als der NPSH-Wert der Pumpe (NPSHerforderlich).

Legende:
Hb – Absolutdruck.
HVS – Strömungsverluste. In der Saugleitung entstehen Verluste durch die Geschwindigkeitserzeugung, Flüssigkeitsreibung, Richtungs- und Querschnittsänderungen.
Hmax  – maximal zul. geodätische Saughöhe. Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des saugseitigen Flüssigkeitsspiegels (Mindest-Tankniveau) und der Mitte des Pumpeneintrittquerschnittes.
HS – Sicherheitsfaktor. Dieser ist situationsabhängig und variiert üblicherweise zwischen 0,5 m und 1 m. Für stark gashaltige Flüssigkeiten sind bis zu 2 m Sicherheit zu berücksichtigen.
HD – Dampfdruck der Flüssigkeit. Flüssigkeiten verdampfen, wenn der von der Temperatur abhängige Dampfdruck erreicht wird. An der höchsten Stelle der angesaugten Flüssigkeitssäule kann der Druck nur auf diesen Wert absinken.

 

17.09.2020

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