Pumpentechnik - NPSH Wert einer Anlage

NPSH Wert Allgemein

Der auf den Flüssigkeitsspiegel wirkende Luftdruck, müsste die Pumpe in die Lage versetzen, Wasser aus einer Tiefe von ca. 10 m Tiefe zu fördern. Die tatsächliche erreichbare geodätische Saughöhe ist jedoch erheblich kleiner, aus folgenden Gründen:

Dampfdruck - Flüssigkeiten verdampfen, wenn der von der Temperatur abhängige Dampfdruck pD erreicht wird. An der höchsten Stelle der angesaugten Flüssigkeitssäule kann der Druck nur auf diesen Wert absinken (siehe Dampfdruckwerte).

Strömungsverluste - In der Saugleitung entstehen Verluste H vs durch die Geschwindigkeitserzeugung, Flüssigkeitsreibung, Richtungs- und Querschnittsänderungen.

NPSH Wert - Beim Eintritt der Flüssigkeit in die Schaufelkanäle wird ein weiterer Druckhöhenverlust verursacht. Zur Vermeidung von Dampfbildung muss die Gesamtenergiehöhe im Eintrittsquerschnitt der Pumpe größer sein als die Dampfdruckhöhe des Mediums. Dieser Energieunterschied wird als NPSH Wert bezeichnet (Net Positiv Suction Head) und ist identisch mit dem früheren Begriff Haltedruckhöhe.

Statischer Druck im Behälter - Bei offenen Behältern ist für ps = 0 einzusetzen, da hier nur der Luftdruck wirkt. Bei geschlossenen Behältern ist die absolute Druckhöhe im Behälter anzusetzen (ps + pL). Überdruck ist mit plus (+) zu berücksichtigen und Unterdruck mit minus (-).

Erforderlicher NPSH Wert der Pumpe - Der NPSH Wert der Pumpe ist aus den Unterlagen des Herstellers zu entnehmen. Der Wert nimmt mit steigendem Volumenstrom stark zu sowie mit steigender Drehzahl. Der NPSH der Pumpe sollte mindestens 0,5 m geringer sein als der NPSH Wert der Anlage (siehe folgende Formeln).

Luftdruck - Bei Aufstellorten in größeren Höhe ist der geringere Luftdruck (siehe Tabelle unten) zu berücksichtigen, da dieser erhebliche Auswirkungen auf die Saugfähigkeit hat.

NPSH Wert der Anlage bei Saugbetrieb

Oberer Flüssigkeitsspiegel des Behälters ist tiefer als die Mitte der Pumpenwelle.

NPSH _A = NPSH Wert der Anlage (m)
p _s = Überdruck im Behälter (Pa) (¹
p _L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p _D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/m³)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/s²)
v _E = Strömungsgeschwindigkeit im Behälter (m/s) - vernachlässigbar
H _VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m) (²
H _{S geo} = geodätische Saughöhe (m)

(¹ bei offenem Behälter p _s = 0.
(² H _VS = p _VS / ( ρ * g ) // p _VS Druckverlust Saugleitung (Pa)

Berechnungsprogramm

NPSH Wert der Anlage bei Zulaufbetrieb

Oberer Flüssigkeitsspiegel des Behälters ist höher als die Mitte der Pumpenwelle.

NPSH _A = NPSH Wert der Anlage (m)
p _s = Überdruck im Behälter (Pa) (¹
p _L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p _D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/m³)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/s²)
v _E = Strömungsgeschwindigkeit im Behälter (m/s) - vernachlässigbar
H _VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m) (²
H _{Z geo} = geodätische Zulaufhöhe (m)

(¹ bei offenem Behälter p _s = 0.
(² H _VS = p _VS / ( ρ * g ) // p _VS Druckverlust Saugleitung (Pa)

Berechnungsprogramm

NPSH Auslegungswert der Anlage

Der NPSH Wert der Anlage sollte mindestens 0,5 m höher sein als der NPSH Werte der Pumpe.

NPSH _Anlage = Anlagenwert sieh obige Formel (m)
NPSH _Pumpe = Pumpenwert siehe Pumpendaten (m)
0,5 m = Sicherheitszuschlag

Max. theoretische Saughöhe einer Pumpe

Die maximale Saughöhe einer Pumpe ist hauptsächlich von dem Luftdruck am Aufstellungsort und dem Dampfdruck des Mediums abhängig.

H _saug = Theoretische max. Saughöhe (m)
p _s = Überdruck im Behälter (Pa)
p _L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p _D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/m³)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/s²)
H _VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m)
H _VS = p _VS / ( ρ * g ) // p _VS Druckverlust Saugleitung (Pa)

Dampfdruck und Dichte von Wasser in Abhängigkeit der Temperatur

Temperatur (°C)	Dampfdruck (Pa)	Dichte (kg/m³)
4	810	1000
10	1230	999
20	2340	998
30	4240	996
40	7380	992
50	12340	988
60	19920	983
70	31160	978
90	70110	965
100	101330	958
110	143270	950
120	198540	943

Dampfdruck und Dichte von Wasser mit Frostschutz

p _D = Dampfdruck in Pa - ρ = Dichte in kg/m³
Frostschutzmittel Antifrogen N

	Frostschutzanteil (%)
	30 %		40 %		50 %		60 %
Temperatur °C	p _D	ρ	p _D	ρ	p _D	ρ	p _D	ρ
50	10000	1036	8700	1051	8400	1065	8120	1078
60	15000	1030	13200	1045	13150	1059	13100	1071
70	24000	1024	21400	1039	20600	1052	20300	1064
80	37300	1078	34500	1032	32700	1045	30600	1057
90	57100	1011	53400	1025	49900	1038	45300	1050
100	85000	1004	79700	1018	73700	1031	65500	1043
110	123000	997	115300	1011	106000	1024	93100	1036
120	173200	989	162500	1004	148700	1016	129900	1028
130	238500	979	223700	994	204300	1007	177900	1020

Dampfdruck von verschiedenen Flüssigkeiten

	Temperatur (°C)	Dampfdruck (Pa)
Diesel	20	< 1000
	50	< 11000
Superbenzin		60000
Ethanol	38	16000
Motorenöl	20	< 10

Luftdruck in Abhängigkeit der Höhe

Für die Temperaturabnahme mit der Höhe wird konstant 0,0065 K/m angenommen.

Höhe über NN (m)	Luftdruck (Pa)
0	101325
100	100130
200	98946
400	96612
600	94323
800	92078
1000	89876
1500	84559
2000	79498
2500	74686
3000	70113
3500	65769
4000	61645
5000	54026
6000	47187
8000	35606
10000	26442

Berechnungsprogramm Luftdruck