NPSH-Rechner (Kavitation)
Berechnen Sie die vorhandene Haltedruckhöhe NPSH_vorh am Saugstutzen einer Kreiselpumpe und weisen Sie den Kavitationsschutz nach. Aus Umgebungs- bzw. Behälterdruck, Dampfdruck der Förderflüssigkeit, geodätischer Saughöhe und Saugleitungsverlusten ergibt sich NPSH_vorh; der Vergleich mit dem erforderlichen NPSH_erf aus dem Pumpendatenblatt zuzüglich einer Sicherheitsreserve wird live mit Ampel bewertet, live mit jeder Eingabe.
Berechnung
Modell: stationärer Betriebspunkt, blasenfreie Flüssigkeit, absoluter Umgebungsdruck p_amb. NPSH_erf ist dem Pumpendatenblatt (kennfeldabhängig, meist bei 3 % Förderhöhenabfall) zu entnehmen; H_v,s ist die vorab bestimmte Verlusthöhe der Saugleitung. Dimensionierungswerkzeug für den Maschinenbau, kein Ersatz für die Auslegung des Pumpenherstellers.
Ergebnisse
Berechnung läuft …
Berechnung im Browser, Eingaben nur beim Export oder Speichern an unseren Server.
Formeln und Grundlagen
Energiebilanz der Saugseite
Die vorhandene Haltedruckhöhe folgt aus der Energiebilanz der Saugseite bis zum Pumpeneintritt:
Dabei ist p_amb der absolute Umgebungs- bzw. Behälterdruck, p_D der Dampfdruck der Förderflüssigkeit bei Fördertemperatur, ρ die Dichte, g = 9,81 m/s², H_z die geodätische Saughöhe (Pumpe über dem Flüssigkeitsspiegel positiv, Zulauf mit negativem Vorzeichen) und H_v,s die Verlusthöhe der Saugleitung. Der Term (p_amb − p_D)/(ρ·g) ist die Druckhöhe, die nach Abzug von Dampfdruck, Höhenlage und Reibung als NPSH_vorh am Laufradeintritt verbleibt.
Dampfdruck und Temperatur
Der Dampfdruck p_D wächst stark mit der Temperatur: für Wasser steigt er von rund 611 Pa bei 0 °C über 2339 Pa bei 20 °C auf 101325 Pa bei 100 °C. Der Rechner hinterlegt dazu eine kleine Wasser-Dampfdrucktabelle (0 … 100 °C, publizierte Sättigungswerte, linear interpoliert) und erlaubt alternativ die direkte Eingabe von p_D für andere Medien. Heiße oder leicht siedende Medien verkleinern die Druckhöhe erheblich, weshalb Saughöhe und Saugleitung dann besonders kritisch werden.
Kavitationskriterium und Ampel
Kavitationsfrei ist der Betriebspunkt, wenn gilt:
NPSH_erf ist der vom Pumpenhersteller im Datenblatt (kennfeldabhängig, meist bei 3 % Förderhöhenabfall) angegebene Wert. Die Ampel bewertet: grün bei erfüllter Reserve (Standard 0,5 m), gelb wenn NPSH_vorh zwar über NPSH_erf liegt, die Reserve aber unterschritten wird, und rot bei NPSH_vorh < NPSH_erf, also drohender Kavitation. Sinkt NPSH_vorh unter null, ist bereits die Druckhöhe aufgebraucht und die Saughöhe physikalisch nicht mehr darstellbar.
Rechenbeispiel
Eine Kreiselpumpe fördert Wasser von 20 °C (Dampfdruck p_D = 2340 Pa) bei Atmosphärendruck p_amb = 101300 Pa und einer Dichte ρ = 998 kg/m³. Die Pumpe steht 3 m über dem offenen Saugbehälter (H_z = 3 m), die Saugleitung verursacht H_v,s = 0,5 m Verlusthöhe. Aus dem Datenblatt ist NPSH_erf = 4 m.
Die Druckhöhe beträgt (p_amb − p_D)/(ρ·g) = (101300 − 2340)/(998·9,81) = 10,108 m. Nach Abzug von Saughöhe und Saugverlust bleibt NPSH_vorh = 10,108 − 3 − 0,5 = 6,608 m.
Der Vergleich ergibt eine Reserve von NPSH_vorh − NPSH_erf = 6,608 − 4 = 2,608 m, deutlich über der geforderten 0,5 m. Der Betriebspunkt ist damit kavitationssicher (Ampel grün). Würde die Pumpe höher aufgestellt oder das Medium heißer, sänke NPSH_vorh rasch in den gelben oder roten Bereich.
Häufige Fragen
Was bedeutet NPSH und der Unterschied zwischen NPSH_vorh und NPSH_erf?
NPSH steht für Net Positive Suction Head, die Haltedruckhöhe am Saugstutzen. NPSH_vorh (verfügbar) ergibt sich aus der Anlage: Umgebungsdruck, Dampfdruck, Saughöhe und Saugleitungsverluste. NPSH_erf (erforderlich) ist eine Pumpeneigenschaft aus dem Datenblatt. Kavitationsfrei ist der Betrieb nur, wenn NPSH_vorh mit Reserve über NPSH_erf liegt.
Wie geht die Saughöhe H_z in die Rechnung ein?
H_z ist die geodätische Höhendifferenz zwischen Flüssigkeitsspiegel und Pumpensaugstutzen. Steht die Pumpe über dem Spiegel (Saugbetrieb), ist H_z positiv und verringert NPSH_vorh. Liegt der Spiegel über der Pumpe (Zulaufbetrieb), ist H_z negativ einzugeben und vergrößert NPSH_vorh. Zulaufbetrieb ist deshalb bei heißen oder leicht siedenden Medien üblich.
Warum ist heißes Wasser besonders kavitationsgefährdet?
Weil der Dampfdruck p_D stark mit der Temperatur steigt: von rund 2340 Pa bei 20 °C auf über 100000 Pa bei 100 °C. Dadurch schrumpft die Druckhöhe (p_amb − p_D)/(ρ·g) drastisch, im Grenzfall siedet die Flüssigkeit bereits am Eintritt. Bei Kesselspeise- oder Heißwasserpumpen wird deshalb fast immer mit Zulauf und geringen Saugverlusten gearbeitet.
Welche Sicherheitsreserve ist sinnvoll?
Übliche Werte liegen bei 0,5 m bis 1 m über NPSH_erf, bei kritischen oder schwankenden Betriebspunkten auch mehr. Der Grund: NPSH_erf aus dem Datenblatt gilt meist bei 3 % Förderhöhenabfall, beginnende Kavitation setzt aber früher ein. Der Rechner arbeitet mit einer einstellbaren Reserve (Standard 0,5 m) und bewertet gelb, sobald sie unterschritten wird.
Woher kommt die Saugleitungsverlusthöhe H_v,s?
H_v,s ist die Summe aller Reibungs- und Einzelverluste der Saugleitung vom Behälter bis zum Pumpeneintritt, ausgedrückt als Höhe. Sie lässt sich mit einem Druckverlust-Rechner (Darcy-Weisbach für gerade Rohre plus ζ-Werte für Krümmer, Ventile, Fußventil) bestimmen und hier als fertige Verlusthöhe eintragen. Ein zu enger oder verwinkelter Saugstrang ist eine häufige Kavitationsursache.
Verwandte Tools
Pumpenleistung & Förderhöhe
Pro-ExportAnlagenförderhöhe, hydraulische Leistung sowie Wellen- und Motorleistung von Kreiselpumpen berechnen.
Druckverlust in Rohrleitungen
Pro-ExportDruckverlust in Rohrleitungen nach Darcy-Weisbach berechnen: Reibung, Rohrreibungszahl und Einzelwiderstände.
Spezifische Drehzahl n_q
Nachweis gratisSpezifische Drehzahl n_q und Laufradbauart aus Förderstrom, Förderhöhe und Drehzahl bestimmen.
Affinitätsgesetze (Pumpe)
Nachweis gratisFörderstrom, Förderhöhe und Leistung von Kreiselpumpen bei geänderter Drehzahl oder Laufraddurchmesser umrechnen.