Wenn Luft härter als Gestein ist: Wasserpumpen vor Kavitation schützen
Spektakuläres Kavitationsbild an einer Schmutzwasserpumpe: Der Schaden geht über den normalen Verschleiß durch Abrasion hinaus. Wichtig sind die richtigen Betriebsbedingungen. (Bildquelle: Tsurumi (Europe) GmbH)
Ein aktuelles Thema der Japaner, das übrigens alle Hersteller (und deren Kunden) betrifft, ist die Kavitation. So bezeichnen Fachleute ein physikalisches Phänomen, bei dem Dampfblasen in einer Flüssigkeit unter Druck platzen - und dabei zerstörerische Kräfte freisetzen können.
Druckverluste vermeiden
Typische Schadensbilder sind Erosion, Verschleiß und Lochfraß am Pumpenlaufrad. Vibrationen und ungewöhnliche Geräusche, meist eine Art Klopfen oder Rattern, können erste Hinweise sein. Ein Leistungsverlust und, sofern feststellbar, ungewöhnliches Material (Abtrag aus der Pumpe) im Wasser sind ebenfalls Hinweise.
Dampfblasen entstehen durch einen Druckabfall, der das Wasser lokal zum Sieden bringt. Gelangen sie im Förderverlauf in Bereiche höheren Drucks, implodieren sie. Die Schäden können verheerend sein - weitaus größer als bei Abrasion durch Sedimente.
Temperatur im Blick halten
Tsurumi weist darauf hin, dass die Kavitation als Naturgesetz nicht aufgehoben werden kann. Pumpenbetreiber können jedoch Vorkehrungen treffen, um das Risiko weitgehend zu minimieren. Der Verweis auf die technischen Handbücher ist obligatorisch: Jeder Hersteller gibt nicht ohne Grund Betriebsgrenzen für seine Pumpen an, die eingehalten werden sollten.
Grundsätzlich sollte eine Pumpe immer in dem Leistungsbereich eingesetzt werden, der dem Einsatzzweck entspricht. Die Hersteller sprechen von der Auslegung der Pumpe. Für die Betriebsparameter ist vor allem die Dimensionierung der Fördermenge und der Förderhöhe von Bedeutung.
Ein entscheidender Faktor ist die Strömungsgeschwindigkeit, die durch den Durchmesser und die Länge der Rohrleitung beeinflusst wird. Dabei gilt: Je höher die Geschwindigkeit an einer Stelle ist, desto niedriger ist der Druck dort (Bernoulli-Effekt). Fällt dieser unter die Dampfdruckgrenze, also den Übergang von der flüssigen in die gasförmige Phase, setzt der Kavitationsprozess ein. Hohe Fließgeschwindigkeiten sind daher zu vermeiden.
Auslegung ist (fast) alles
In der Praxis bedeutet dies, dass es keine Engpässe im System geben sollte. Diese können jedoch trotz guter hydraulischer Abstimmung durch Verstopfungen entstehen. Enge Kurvenradien oder abrupte Querschnittsänderungen sind Engpässen gleichzusetzen, da sie ebenfalls zu Druckverlusten führen. Die Temperatur des Fördermediums ist ein wichtiger begleitender Faktor mit exponentiell stark ansteigender Auswirkung. Je höher die Temperatur, desto größer ist der Dampfdruck, sodass bereits ein vergleichsweise geringer lokaler Druckabfall zur Kavitation führen kann.
Als Faustformel: Ein kühles Fördermedium mit niedriger Fließgeschwindigkeit bei großem Rohrleitungsdurchmesser verringert das Risiko eines Pumpenausfalls durch Kavitation. Die Experten der Hersteller kennen weitere Einflussgrößen und nennen die für das Projekt am besten geeignete Pumpe. Das ist auch nötig, denn das Angebot beispielsweise von Tsurumi ist riesig: Allein in Deutschland sind rund 500 Modelle für Klar-, Schmutz- und Abwasser bis 30 m³/min oder 216 m Förderhöhe auf Lager.
Quelle: Tsurumi (Europe) GmbH
