Funktion einer Zentrifugalpumpe unter Vakuum

Zunächst ein wenig Theorie.

NPSH — „Net Positive Suction Head“, auch als Kavitationsreserve bezeichnet — ist der wichtigste Parameter zur Bewertung der Saugfähigkeit einer Pumpe. NPSH definiert den Mindestdruck am Pumpeneinlass, der für einen kavitationsfreien Betrieb erforderlich ist.

Es gibt zwei NPSH-Werte: NPSHr („required“) — die erforderliche Kavitationsreserve, also der Mindestdruck, der am Saugstutzen der Pumpe vorhanden sein muss. NPSHr wird für jede Pumpe durch Werkstests ermittelt und in Diagrammen und Tabellen angegeben (siehe Abb. 1). Beachten Sie, dass diese Daten für eine Flüssigkeitstemperatur von +20°C angegeben werden.

Abb. 1

Vergleich der NPSH-Werte für Pumpen mit 1500 und 3000 U/min.

NPSHa („available“) — der verfügbare Zulaufdruck im System, in dem die Pumpe betrieben wird. Da Pumpen innerhalb eines Systems arbeiten (Heizung, Wasserversorgung, Abwasser, Alkoholproduktion, Lebensmittelindustrie usw.), hängt die Pumpenleistung weitgehend von der Rohrleitungsführung, der Systemkonfiguration, den Absperrarmaturen, der Automatisierung und nicht nur von der Konstruktion oder dem Hersteller der Pumpe ab.

NPSHa (System) muss immer größer sein als NPSHr (Pumpe)

NPSHa > NPSHr

Diese Bedingung muss für einen ordnungsgemäßen und kavitationsfreien Pumpenbetrieb erfüllt sein.

Betrachten wir ein Beispiel für den Pumpenbetrieb bei der Förderung einer Flüssigkeit aus einem Behälter unter Vakuum. Dies kann beispielsweise ein chemischer Reaktor oder eine Destillations-/Fermentationskolonne sein, aus der Schlempe abgeführt wird.

Das Grundschema eines solchen Prozesses ist in Abb. 2 dargestellt.

Die technische Umsetzung ist in Abb. 3 dargestellt.

Abb. 2

Abb. 3

NPSHa für ein unter Vakuum betriebenes System wird nach folgender Formel berechnet:

NPSHa = P + Lh − (Vp + Hf)

P — Druck über der Flüssigkeitsoberfläche in einem geschlossenen Behälter (Überdruck);

da der Behälter unter Vakuum steht, nehmen wir an: P = 0 (absolutes Vakuum, obwohl der absolute Druck in realen Systemen niemals exakt null ist)

Lh — maximale statische Förderhöhe (Höhenunterschied des Flüssigkeitsspiegels über der Pumpe);

Vp — Dampfdruck der Flüssigkeit bei maximaler Betriebstemperatur;

Hf — Druckverluste in der Saugleitung bei dem für die Pumpe erforderlichen Durchfluss;

Aus dieser Formel lässt sich schließen, dass zur Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe die Förderhöhe (Lh) erhöht, der Dampfdruck (Vp) verringert — da er temperaturabhängig ist, ist kühlere Flüssigkeit vorteilhaft — und die Reibungsverluste in der Rohrleitung reduziert werden müssen (größerer Durchmesser der Saugleitung, Einbau größer dimensionierter Absperrarmaturen).

Wie in Abb. 1 gezeigt, ist es vorzuziehen, Pumpen mit 1500 U/min anstelle von 3000 U/min zu verwenden.