Kavitation – eine Einführung

Kavitation ist ein häufig auftretendes Problem in Pumpen und Regelventilen, das zu erheblichem Verschleiß und Schäden führt. Unter den falschen Bedingungen verkürzt Kavitation die Lebensdauer der Komponenten drastisch.

Was ist Kavitation?

Kavitation kann auftreten, wenn der lokale statische Druck in einer Flüssigkeit ein Niveau erreicht, das unter dem Dampfdruck der Flüssigkeit bei der aktuellen Temperatur liegt. Nach der Bernoulli-Gleichung kann dies geschehen, wenn eine Flüssigkeit in einem Regelventil oder um ein Pumpenlaufrad herum beschleunigt wird.

Die Verdampfung selbst verursacht den Schaden nicht – der Schaden entsteht, wenn der Dampf fast unmittelbar nach der Verdampfung zusammenbricht, wenn die Geschwindigkeit abnimmt und der Druck steigt.

Vermeidung von Kavitation

Kavitation kann im Allgemeinen vermieden werden, indem

• der Abstand (Druckunterschied) zwischen dem tatsächlichen lokalen statischen Druck in der Flüssigkeit – und dem Dampfdruck der Flüssigkeit bei der tatsächlichen Temperatur

vergrößert wird:

• Umgestaltung von Bauteilen, die hohe Geschwindigkeiten und niedrige statische Drücke auslösen
• Erhöhung des gesamten oder lokalen statischen Drucks im System
• Senkung der Temperatur des Fluids

Umgestaltung von Bauteilen, die hohe Geschwindigkeiten und niedrige statische Drücke auslösen

Kavitation und Schäden können vermieden werden, indem spezielle Bauteile verwendet werden, die für die tatsächlichen rauen Bedingungen ausgelegt sind.

• Bedingungen mit großen Druckverlusten können – mit Einschränkungen – durch mehrstufige Regelventile bewältigt werden
• Herausfordernde Förderbedingungen mit Flüssigkeitstemperaturen nahe der Verdampfungstemperatur können mit speziellen Pumpen bewältigt werden – die nach anderen Prinzipien als Kreiselpumpen arbeiten

Erhöhung des Gesamt- oder Ortsdrucks im System

Durch die Erhöhung des Gesamt- oder Ortsdrucks im System wird der Abstand zwischen dem statischen Druck und dem Verdampfungsdruck vergrößert und Verdampfung und Kavitation können vermieden werden.

Das Verhältnis zwischen statischem Druck und Verdampfungsdruck – ein Hinweis auf die Möglichkeit der Verdampfung – wird oft durch die Kavitationszahl ausgedrückt.

Leider ist es nicht immer möglich, den gesamten statischen Druck aufgrund von Systemklassifizierungen oder anderen Einschränkungen zu erhöhen. Der lokale statische Druck in Komponenten kann durch Absenken (Anheben) der Komponente im System erhöht werden. Regelventile und Pumpen sollten im Allgemeinen im untersten Teil eines Systems positioniert werden, um die statische Förderhöhe zu maximieren.

Dies ist eine übliche Lösung für Kesselspeisepumpen, die heißes Kondensat (Wasser mit einer Temperatur von fast 100 °C) aus Kondensatbehältern in Dampfanlagen erhalten.

Senkung der Flüssigkeitstemperatur

Der Dampfdruck hängt von der Flüssigkeitstemperatur ab. Der Dampfdruck für Wasser – unsere häufigste Flüssigkeit – ist unten angegeben:

Hinweis! – Beachten Sie, dass der Verdampfungsdruck – und mögliche Kavitation – mit der Wassertemperatur drastisch ansteigt.

Kavitation kann vermieden werden, indem die Komponenten an der kältesten Stelle des Systems angebracht werden. Beispiel: Es ist üblich, Pumpen und modulierende Ventile in Heizungsanlagen in den „kalten“ Rücklaufleitungen vor Heizungen und Wärmetauschern zu platzieren.