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Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 5. Vorlesung Strömungstechnik II PEU Kavitation • Allgemeine Beschreibung des Phänomens • Bernoulli Diagramm • Wirkungen • NPSH bei Pumpen

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5. Vorlesung Strömungstechnik II PEU

Kavitation

• Allgemeine Beschreibung des Phänomens • Bernoulli Diagramm • Wirkungen • NPSH bei Pumpen

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Bernoulli Diagramm

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Bernoulli Diagramm

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Druckverlauf durch eine Querschnittsverengung

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Blasenimplosion

aus: Bohl/Elmendorf: Strömungsmaschinen I, 2004

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Implosionsdrücke

aus: Bohl/Elmendorf: Strömungsmaschinen I, 2004

R0/RE 6 10 20 30 pi [bar] 1800 3900 11100 20300

Für kaltes Wasser, p0=1bar, pi=Druck in der kollabierten Restblase, R0=maximaler Radius der Dampfblase, RE=Endradius der kollabierten Blase.

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Spezifische Halteenergie oder Haltedruckhöhe und NPSH-Wert

aus: Bezugspunkt s für die Haltedruckhöhe und Bezugspunkt s´ für den NPSH-Wert (aus KSB: Kreiselpumpenlexikon, 1974)

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Bernoullische Gleichung mit Verlusten und Energiezufuhr

YPumpe/Ventilator

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spezifische Haltenergie der Anlage

2

cppY

2SDS

HA

Haltedruckhöhe der Anlage

g2

c

g

ppH

2SDS

HA

NPSH-Wert (Net Positiv Suction Head)

g2

c

g

ppNPSH

2'SD'S

A

NPSHNPSHA

Je kleiner der NPSH-Wert einer bestimmten Pumpenart ist, desto besser ist also ihre Saugfähigkeit. Der die Kavitation begrenzende Druck im Saugstutzen der Pumpe wird von den Verhältnissen der gesamten Anlage, wie den angeschlossenenRohrleitungen beeinflusst!

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NPSH-Verlauf beim Absenken des Eintrittsdrucks und konstantem Durchsatz sowie konstanter Drehzahl.

aus: Käppeli, Strömungslehre und Strömungsmaschinen, 2002.

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Ermittlung des NPSH-Wertes (Absenken des Eintrittsdrucks)

aus: Bohl/Elmendorf: Strömungsmaschinen I, 2004.

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Pumpencharakteristik für 2 Drehzahlen und Verlauf des NPSH-Wertes

aus: Käppeli, Strömungslehre und Strömungsmaschinen, 2002.

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Beispielaufgabe: Pumpe in offenem Saugbetrieb

NPSHPumpe=3,8 m Wasser 16° C PD=0,01816 barq_v=14 l/s =999 kg/m3

p0=1018 hPa

Druckverlust in der Rohrleitung ∆pV=14,7 kPa HV=∆pV/( g)=1,5 m

gesucht: zulässige geodätische Höhe des Saugmundes der Pumpe

g2

c

g

ppNPSH

2sDS

Vs

2s

0S pzg2

cpp

VsD0VsD0 Hz

g

pp

g

pgzppNPSH

PumpeAnlage

PumpeVD0

NPSH

s

NPSHNPSH

m9,4

8,35,181,9999

1816101800

NPSHHg

ppz

Anlage

↑ je kleiner der Pumpewert, desto günstiger

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NPSH – vereinfachte „Eselsbrücke“

Net Positive Suction HeadNetto-Energiehöhe am Eintritt

= absolute Energiehöhe abzüglich der Verdampfungsdruckhöhe

(10m – NPSH = Haltedruckhöhe)

Eine Pumpe kann maximal aus der „Tiefe“ (10m-NPSH) ansaugen.oder

Eine Pumpe kann maximal um (10m – NPSH) in die Höhe gehängt werden.

Ein niedriger NPSH Wert ist eine positive Eigenschaft einer Pumpe!

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http://www.nature.com/nature/journal/v413/n6855/full/413477a0.html

http://www.youtube.com/watch?v=eKPrGxB1Kzc

„Pistol Shrimp“(Hinweis von N. Stenzel)

Strahl

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„Pistol Shrimp“ – Kavitationsblasen kollabieren mit einem Lichtblitz

Fortbewegung mit einer Schubkraft:(Kavitation als Nebeneffekt)

AdcccmF

technische Daten: Kollabieren der Blasen mit Lichtblitz5000 K (4700 °C) (Berechnung???)97 km/h = 27 m/sca. 190 dB in einem Meter Abstand

instationärer Effekt: kürzer als eine Millisekunde

dB194bar1p

m/Kg1000,s/m27c,s101t,m104cm4s

ppds

tc

322

21s

s

2

1