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HYDRAULIK UND HYDROMECHANIK – ÜBUNGSTEIL P A = ρ ·g ·Q ·H η P ·η M . In der Praxis treten für die Bemessung noch Sicherheitszuschläge hinzu, die bis 7,5 kW Antriebsleistung etwa 20 %, von 7,5 kW bis 40 kW etwa 15 % und ab 40 kW etwa 10 % ausmachen [KSB]. 4.9.3 Zulässige Saughöhe Um sicherzustellen, dass das Fördermedium an der Stelle in der Pumpe, an der der niedrigste absolute Druck herrscht, nicht verdampft, muss der vorhandene Druck an dieser Stelle um ein bestimmtes Maß über dem Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit liegen. Die entsprechende Stelle ist der Laufradeintrittspunkt einer Kreiselpumpe, und die erforderliche Mindestdruckhöhe wird als NPSH- Wert (Net Positive Suction Head) bezeichnet. Der deutsche Ausdruck „Haltedruckhöhe“ besitzt dieselbe physikalische Bedeutung, ist jedoch in Deutschland definitionsgemäß auf den Mittelpunkt des Pumpensaugstutzens bezogen. Da der Druck am Laufradeintrittspunkt dann noch von der Aufstellung der Pumpe (horizontal, vertikal oder schräg) bzw. von der Höhenlage des Laufradeintrittspunktes und des Saugstutzenmittelpunktes zueinander abhängt, wird im praktischen Gebrauch nur mehr der NPSH-Wert verwendet. Der NPSH vorh -Wert der Anlage ergibt sich aus p S NPSH vorh = p S ρ ·g + v S 2 2g + z S − p D ρ ·g ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ρ ·g ⎦ = m absolute Druckhöhe am Mittelpunkt des Eintrittsquerschnittes des Saugstutzens 2 ⎡v S ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ 2g ⎦ = m mittlere Geschwindigkeitshöhe am Saugstutzeneintrittsquerschnitt [z S ] = m geodätischer Höhenunterschied zwischen dem Mittelpunkt des Eintrittsquerschnittes des Saugstutzens und dem Laufradeintrittspunkt. Der achsenparallele Abstand der beiden Punkte ist ein Konstruktionsmaß und daher vom Pumpenhersteller anzugeben; z S ; ergibt sich daraus je nach Orientierung der Pumpe. z S ist negativ, wenn der Laufradeintrittspunkt darüber liegt; bei horizontaler Aufstellung der Pumpe ist zumeist z S = 0. ⎡ p D ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ρ ·g ⎦ = m Sättigungsdampfdruckhöhe des Fördermediums; von der Temperatur abhängig Bemerkenswert ist, dass die Geschwindigkeitshöhe beim Saugstutzeneintritt in der Haltedruckhöhe definitionsgemäß inkludiert ist. Der NPSH erf -Wert der Pumpe nimmt im Allgemeinen mit der Fördermenge zu und ist als Kennlinie vom Pumpenhersteller (inklusive des z S -Wertes) anzugeben. Sinkt der absolute Druck in der Saugleitung oder in der Pumpe bis zum Laufradeintritt unter den von der herrschenden Temperatur abhängigen Sättigungsdampfdruck, verdampfen Teile der Flüssigkeit und gehen in den gasförmigen Zustand in Form von Blasen über. Steigt der Druck in der Flüssigkeit beim Durchtritt durch die Pumpe wieder über den Sättigungsdampfdruck an (das ist i. a. bereits kurz nach dem Laufradeintritt der Fall), zerfallen die Dampfblasen schlagartig mit Schallgeschwindigkeit. Dieses als Kavitation bezeichnete Verhalten erzeugt Vibrationen, ein laut knatterndes Geräusch und örtlich scharf begrenzte Wasserschläge, die zur Zerstörung insbesondere des Laufrades führen können. Ausreichende Sicherheit gegen Kavitation liegt dann vor, wenn Pumpenbemessung S. 60
HYDRAULIK UND HYDROMECHANIK – ÜBUNGSTEIL NPSH vorh > NPSH erf . Abbildung 4-5: Typische Kennlinien einer Hochdruck-Kreiselpumpe mit verschiedenen Laufrädern und einer Druckstufe (links) bzw. zwei Druckstufen (rechts) 46.) Eine Kreiselpumpe fördert aus einem Brunnen Wasser (t = 15 °C, Förderstrom = Q) durch eine Rohrleitung (d) in einen Hochbehälter. Die Saugleitung enthält einen Saugkorb mit Fußventil (ζ Sk ) und zwei 90°-Krümmer (ζ Kr ). Die 180 m lange Druckleitung enthält ein Ventil (ζ V ) und vier 90°-Krümmer. Bestimme: a) die Fördergeschwindigkeit, b) die Geschwindigkeitshöhe, c) die Verlusthöhe der Saugleitung, d) die Verlusthöhe der Druckleitung, e) die Verlusthöhe der gesamten Leitung, f) die geodätische Förderhöhe, g) die manometrische Förderhöhe, h) die Pumpen-Antriebsleistung mit gegebenem Wirkungsgrad η. i) Prüfe, ob die geodätische Saughöhe unter der höchstzulässigen Saughöhe bleibt! Q = 50 m 3 /h geod. Höhendifferenz saugseitig: H S = 4,5 m ζ Sk = 4,6 d = 0,1 m l S = 8,0 m ζ V = 2,7 k = 1×10 −3 m geod. Höhendifferenz druckseitig: H D = 22,0 m ζ Kr = 0,4 t = 15 °C l D = 180 m η = 0,8 Luftdruck p a = 0,99 bar NPSH erf = 1,24 m z S = 0 Pumpenbemessung S. 61
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