Zusammenfassung
Kavitationsschäden an Kreiselpumpen lassen sich quantitativ abschätzen, wenn die Blasenfeldlänge aus einer Messung oder Rechnung bekannt ist. Auch aus Flüssigkeits-oder Körperschallmessungen können die Erosionsrate, Implosionsdruck und Kavitationsschwell-wert in konsistenter Weise- wenn auch mit großer Streuung — vorausberechnet werden. Beobachtet man in kritischen Anwendungsfällen die Blasenfeldlänge, mißt Flüssigkeits- oder Körperschall und untermauert den Befund mit Farberosionsversuchen, läßt sich das Schadensrisiko recht umfassend beurteilen. An die hundert Messungen in Anlagen aller Art, an den verschiedensten Pumpentypen verschiedener Hersteller, sichern die empirischen Korrelationen für die Schadensprognose in statistisch relevanter Weise ab. Anhand von drei Anlagemessungen und einem Prüfstandsversuch werden die Anwendung der entwickelten Methoden in der Praxis erläutert und deren Grenzen aufgezeigt.
Abstract
The cavitation damage in centrifugal pumps can be estimated quantitatively if the cavity length is measured or calculated. Erosion rate, implosion pressure and erosion inception can be derived also from fluid- or solid-borne noise measurements in a consistent manner — albeit with a large scatter. Measuring cavity length, fluid- or solid-borne noise and carrying out paint erosion tests al-low a sound assessment of the risk of cavitation damage in critical cases. Nearly one hundred measurements in various installations, in completely different pump types from different manufacturers corroborate the empirical damage correlations in a statistically relevant manner. Three measurements in plants and one experiment on the test bed demonstrate the application of the methods developed in real life and show their limitations.
Abbreviations
- α :
-
Schallgeschwindigkeit im Wasser
- α L :
-
Schallgeschwindigkeit im Gehäusematerial α L=√E/ρ p
- c 0 :
-
Absolut-Geschwindigkeit am Laufradeintritt
- C 1 – C5 :
-
Konstanten (Tafel 1)
- CNL :
-
Kavitationsschalldruck
- CV :
-
Körperschall als Effektivwert der Beschleunigung
- CV*:
-
Dimensionslose Körperschall-Beschleunigung CV* = CV/(u 21 /D 1)
- D 1 :
-
Laufradeintrittsdruchmesser
- E :
-
Elastizitätsmodul
- E B :
-
Schaufeldicke
- E R :
-
Maximale Erosionsrate (an der tiefsten Stelle des Abtrags)
- F cor :
-
Korrosionsfaktor
- F mat :
-
Materialfaktor
- g :
-
Fallbeschleunigung
- h :
-
Gehäusewandstärke am Ort des Beschleunigungsaufnehmers
- h D :
-
Deckelwandstärke
- l ac :
-
Akustische Intensität
- I R :
-
Bezugswert für Leistungsdichte
- L Dam :
-
Schadenslänge
- L cav :
-
Blasenfeldlänge
- L erf (h):
-
Erforderliche Laufradlebensdauer
- L Ra (h):
-
Rechnerische Laufradlebensdauer
- n :
-
Drehzahl
- NL :
-
Flüssigkeitsschall als Effektivwert
- NL 0 :
-
Grundschallpegel (als Schalldruck)
- NPSH :
-
Haitedruckhöhe der Pumpe bezogen auf Pumpenmitte (z.B. mit 0% H-Ab fall)
- NPSHA :
-
Haitedruckhöhe in der Anlage bezogen auf Pumpenmitte
- P ER :
-
Spezifische Erosionsleistung P ER = U R E R
- P i :
-
Implosionsdruck
- P 0 :
-
Statischer Druck am Laufradeintritt
- p sat :
-
Sättigungsdruck
- q*:
-
auf Bestpunkt bezogener Förderstrom
- Q :
-
Förderstrom
- R m :
-
Zugfestigkeit
- r 2 :
-
Abstand Druckaufnehmer zu Laufschaufeleintrittskanten
- r H :
-
Hallradius
- S :
-
Schallabsorbierende Oberfläche des Einlaufgehäuses
- U R :
-
Werkstoffarbeit pro Volumeneinheit bei Sprödbruch (“ultimate resilience”)
- u 1 :
-
Umfangsgeschwindigkeit am Laufradeintritt
- Z La :
-
Schaufelzahl
- W :
-
Wahrscheinlichkeit
- α(ppm):
-
Gasgehalt
- α T :
-
Gesamt-Absorptionskoeffizient
- ɛ:
-
Relative Erosionsrate nach Gl. (18)
- θ u :
-
Ähnlichkeitsparameter für Kavitationserosion
- ρ :
-
Dichte des Wassers
- ρ″:
-
Dichte des Sattdampfes
- ρ p :
-
Dichte des Gehäusematerials
- σ, σ u1 :
-
Kavitationsbeiwert σ ul = 2g NPSH/u 21
- σ Anl :
-
Kavitationsbeiwert für visuellen Kavitationsbeginn
- σ Anl :
-
Kavitationsbeiwert in der Anlage
- τ :
-
Relative Betriebsdauer, die ein bestimmtes Lastspektrum beschreibt (Στ = 1,0)
- ER:
-
Erosion
- 0%, 3%:
-
bei kavitationsbedingtem Förderhöhenabfall von 0 bzw. 3%
- 0:
-
vor Schaufeleintritt
- R :
-
Bezugswert
- ⋆:
-
Dimensionsloser Schalldruck NL* = 2NL/σu 21 (Analog für NL 0 und CNL*)
Literatur
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Güiich, J.F. Möglichkeiten und Grenzen der Vorausberechnung von Kavitationsschäden in Kreiselpumpen. Forsch Ing-Wes 63, 27–39 (1997). https://doi.org/10.1007/PL00010748
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DOI: https://doi.org/10.1007/PL00010748