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Update:  09.06.2020

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Berechnung und Konstruktion von Kreiselpumpen.




Auslegung und Berechnung von Kreiselpumpen.


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NPSH Wert einer Pumpenanlage

NPSH Wert Allgemein

Der auf den FlĂŒssigkeitsspiegel wirkende Luftdruck, mĂŒsste die Pumpe in die Lage versetzen, Wasser aus einer Tiefe von ca. 10 m Tiefe zu fördern. Die tatsĂ€chliche erreichbare geodĂ€tische Saughöhe ist jedoch erheblich kleiner, aus folgenden GrĂŒnden:
Dampfdruck - FlĂŒssigkeiten verdampfen, wenn der von der Temperatur abhĂ€ngige Dampfdruck pD erreicht wird. An der höchsten Stelle der angesaugten FlĂŒssigkeitssĂ€ule kann der Druck nur auf diesen Wert absinken (siehe Dampfdruckwerte).
Strömungsverluste - In der Saugleitung entstehen Verluste H vs durch die Geschwindigkeitserzeugung, FlĂŒssigkeitsreibung, Richtungs- und QuerschnittsĂ€nderungen.
NPSH Wert - Beim Eintritt der FlĂŒssigkeit in die SchaufelkanĂ€le wird ein weiterer Druckhöhenverlust verursacht. Zur Vermeidung von Dampfbildung muss die Gesamtenergiehöhe im Eintrittsquerschnitt der Pumpe grĂ¶ĂŸer sein als die Dampfdruckhöhe des Mediums. Dieser Energieunterschied wird als NPSH Wert bezeichnet (Net Positiv Suction Head) und ist identisch mit dem frĂŒheren Begriff Haltedruckhöhe.
Statischer Druck im BehĂ€lter - Bei offenen BehĂ€ltern ist fĂŒr ps = 0 einzusetzen, da hier nur der Luftdruck wirkt. Bei geschlossenen BehĂ€ltern ist die absolute Druckhöhe im BehĂ€lter anzusetzen (ps + pL). Überdruck ist mit plus (+) zu berĂŒcksichtigen 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 grĂ¶ĂŸeren Höhe ist der geringere Luftdruck (siehe Tabelle unten) zu berĂŒcksichtigen, da dieser erhebliche Auswirkungen auf die SaugfĂ€higkeit hat.


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NPSH Wert der Anlage bei Saugbetrieb

Oberer FlĂŒssigkeitsspiegel des BehĂ€lters ist tiefer als die Mitte der Pumpenwelle.


NPSH-Wert Saugbetrieb Formel
Druckverlust Saugleitung
Pumpe Saugbetrieb
NPSH A = NPSH Wert der Anlage (m)
p s = Überdruck im BehĂ€lter (Pa)   (1
p L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/sÂČ) 
v E = Strömungsgeschwindigkeit im BehÀlter (m/s) - vernachlÀssigbar
H VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m)
H S geo = geodÀtische Saughöhe (m)
p VS = Druckverlust der Saugleitung (Pa)

( 1 bei offenem BehÀlter p s = 0.
NPSH A = NPSH Wert der Anlage (m)
p s = Überdruck im BehĂ€lter (Pa)   (1
p L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/sÂČ) 
v E = Strömungsgeschwindigkeit im BehÀlter (m/s) - vernachlÀssigbar
H VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m)
H S geo = geodÀtische Saughöhe (m)
p VS = Druckverlust der Saugleitung (Pa)

( 1 bei offenem BehÀlter p s = 0.
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NPSH Wert der Anlage bei Zulaufbetrieb

Oberer FlĂŒssigkeitsspiegel des BehĂ€lters ist höher als die Mitte der Pumpenwelle.


NPSH-Wert Zulaufbetrieb Formel
Druckverlust Saugleitung
Pumpe Zulaufbetrieb
NPSH A = NPSH Wert der Anlage (m)
p s = Überdruck im BehĂ€lter (Pa) (1
p L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/sÂČ) 
v E = Strömungsgeschwindigkeit im BehÀlter (m/s) - vernachlÀssigbar
H VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m)
H Z geo = geodÀtische Zulaufhöhe (m)
p VS = Druckverlust der Saugleitung (Pa)

( 1 bei offenem BehÀlter p s = 0.
NPSH A = NPSH Wert der Anlage (m)
p s = Überdruck im BehĂ€lter (Pa) (1
p L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/sÂČ) 
v E = Strömungsgeschwindigkeit im BehÀlter (m/s) - vernachlÀssigbar
H VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m)
H Z geo = geodÀtische Zulaufhöhe (m)
p VS = Druckverlust der Saugleitung (Pa)

( 1 bei offenem BehÀlter p s = 0.
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Berechnungsprogramm fĂŒr NPSH Wert

Zulauf

Berechnung des NPSH Werts einer Pumpenanlage bei Zulauf- und Saugbetrieb.



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NPSH Auslegungswert der Anlage

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


NPSH Auslegungswert Formel
NPSH Anlage = Anlagenwert sieh obige Formel (m)
NPSH Pumpe = Pumpenwert siehe Pumpendaten (m)
0,5 m = Sicherheitszuschlag 
NPSH Anlage = Anlagenwert sieh obige Formel (m)
NPSH Pumpe = Pumpenwert siehe Pumpendaten (m)
0,5 m = Sicherheitszuschlag 
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Max. theoretische Saughöhe einer Pumpe

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


Saughöhe Formel
H saug = Theoretische max. Saughöhe (m)
p s = Überdruck im BehĂ€lter (Pa)
p L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/sÂČ) 
H VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m)  
H VS = p VS / ( ρ * g )  //  p VS Druckverlust Saugleitung (Pa)
H saug = Theoretische max. Saughöhe (m)
p s = Überdruck im BehĂ€lter (Pa)
p L = Luftdruck am Aufstellungsort (Pa)
p D = Dampfdruck des Mediums (Pa)
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/sÂČ) 
H VS = Verlust in der Saugleitung durch Reibung, Armaturen (m)  
H VS = p VS / ( ρ * g )  //  p VS Druckverlust Saugleitung (Pa)
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Stoffwerte

Dampfdruck und Dichte von Wasser in AbhÀngigkeit 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

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Dampfdruck und Dichte von Wasser mit Frostschutz

p D = Dampfdruck in Pa
ρ = Dichte in kg/mÂł
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



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Dampfdruck von verschiedenen FlĂŒssigkeiten


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

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Luftdruck in AbhÀngigkeit der Höhe

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


Höhe ĂŒber 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

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Berechnungsprogramm - Luftdruck in AbhÀngigkeit der Höhe

Höhenformel

Luftdruck in AbhĂ€ngigkeit der Höhe mit BerĂŒcksichtigung der Temperaturabnahme - Barometrische Höhenformel

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