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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