Was tun gegen Kavitation einer Kreiselpumpe?

Jan 31, 2026

Kavitation ist ein häufiges Problem beim Betrieb von Kreiselpumpen, die zu einer Zunahme der Vibrationen und Geräusche der Pumpe, einer Leistungsminderung und schweren Schäden an Komponenten führen kann.

In diesem Artikel geht es nicht um professionelles theoretisches Wissen über Kavitation, sondern lediglich um den Versuch, in relativ einfacher Sprache eine detaillierte Einführung in mehrere gängige Arten der Kavitation in Kreiselpumpen, die Gefahren der Kavitation und häufig verwendete Maßnahmen zur Verbesserung der Kavitation vor Ort zu geben.

1. Arten der Kavitation

Je nach Ort des Auftretens kann Kavitation in Schaufelkavitation, Spaltkavitation, grobe Kavitation, Hohlraumkavitation und Rückflusskavitation unterteilt werden.

 

(1) Blattkavitation

 

Bei Kavitation kommt es vor allem an der Vorder- und Rückseite der Schaufeln zur Bildung und zum Platzen von Blasen, auch Schaufelkavitation genannt, die die Hauptform der Kavitation bei Kreiselpumpen darstellt. Wenn die Pumpe zu hoch installiert ist, kann auf der Rückseite des Schaufeleinlasses und -auslasses ein Unterdruckbereich entstehen, selbst wenn die Pumpe unter Auslegungsbedingungen läuft:

 

 

1) Wenn die Pumpe bei hohem Durchfluss betrieben wird, kommt es an der Vorderkante der Schaufeln zu Strömungsablösungen und Wirbeln, wodurch ein Unterdruck entsteht, der an der Vorderseite der Schaufeln zu Kavitation führen kann.

2) Wenn die Pumpe bei geringem Durchfluss betrieben wird, werden auf der Rückseite der Schaufeln Wirbel erzeugt, die eine Niederdruckzone erzeugen und Kavitation auf der Rückseite der Schaufeln verursachen.

 

(2) Spaltkavitation

 

Darunter versteht man die Kavitation, die entsteht, wenn die Flüssigkeit durch einen engen Kanal oder Spalt strömt und zu einer lokalen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und einem Druckabfall auf den Verdampfungsdruck der Strömungskomponenten führt.

Im Spalt zwischen dem verschleißfesten Ring des Kreiselpumpengehäuses und der Außenkante (Abdeckplatte) des Laufrads fließt die Flüssigkeit auf der Auslassseite aufgrund der Druckdifferenz (insbesondere großer Druckdifferenz) auf beiden Seiten des Laufradeinlasses und -auslasses mit hoher Geschwindigkeit zurück, was zu lokalem Druckabfall und Kavitation führt

In dem kleinen Spalt zwischen der Außenkante der Axialpumpenschaufeln und dem Pumpengehäuse kann die hohe Rückströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Spalt unter der Wirkung des Druckunterschieds zwischen der Vorder- und Rückseite der Schaufeln auch einen lokalen Druckabfall verursachen, der zu Kavitation an der entsprechenden Außenkante der Schaufeln im Pumpengehäuse und zur Bildung einer wabenförmigen und rauhen Kavitationszone an der Außenkante des Laufrads und der Schaufeln führt.

 

(3) Grobe Kavitation

 

Unter rauer Kavitation versteht man die Entstehung von Wirbeln stromabwärts von Vorsprüngen, wenn Flüssigkeit durch die unebene Oberfläche rauer Strömungskomponenten im Pumpengehäuse fließt, was zu einem lokalen Druckabfall und zur Kavitation führt.

Während des Gießens und Bearbeitens von Pumpenströmungskomponenten können Oberflächenunebenheiten, Sandlöcher, Luftlöcher usw. zu plötzlichen Änderungen des lokalen Strömungszustands führen und zu Kavitation führen.

 

(4) Hohlraumkavitation

 

Unter Kavitation in einem Hohlraum versteht man die Bildung eines spiralförmigen Wirbelbandes in der Saugkammer am Einlass einer Pumpe aufgrund schlechter Wassereinlassbedingungen oder unzureichender Eintauchtiefe. Wenn der zentrale Druck des Wirbelgürtels auf den Verdampfungsdruck absinkt, kommt es ebenfalls zu Kavitation, begleitet von starken Vibrationen.

 

(5) Rückflusskavitation

 

Im Allgemeinen ist NPSHa die Voraussetzung für KavitationNPSHr, bekannt als Rückflusskavitation. Aufgrund ihres Auftretens bei Betrieb unterhalb des Auslegungsfließpunkts wird sie auch als Low-Flow-Kavitation bezeichnet.

Wenn die Fördermenge zu niedrig oder der Eingangsdruck zu hoch ist, kommt es zum Rückfluss. Wenn der Förderstrom zu niedrig ist, kommt es am Einlass des Laufrads zu internem Rückfluss; Wenn der Eingangsdruck der Pumpe zu hoch ist, kommt es am Auslass des Laufrads zu internem Rückfluss. Interner Rückfluss führt zu einem Anstieg der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit, bis durch die Verdampfung Blasen entstehen, die dann bei höherem Umgebungsdruck platzen. Wenn an der Saugöffnung ein interner Rückfluss auftritt, wird rund um die Saugöffnung der Pumpe ein unregelmäßiges Knistern erzeugt, begleitet von einem hochintensiven Detonationsgeräusch.

 

 

Die Refluxkavitation kann im Allgemeinen durch die folgenden Methoden verbessert werden:

1) Erhöhen Sie die Fördermenge der Pumpe.
2) Installieren Sie einen Bypass zwischen Einlass und Auslass der Pumpe (diese Methode ist für Kunden in praktischen Anwendungen schwer zu akzeptieren).
3) Optimieren Sie die Struktur des Laufrads (reduzieren Sie die Einlassfläche des Laufrads).

 

2. Die Gefahren der Kavitation

(1) Leistungsabfall, Rohrleitungsschaden

 

Kavitation kann die Leistung der Pumpe erheblich beeinträchtigen. Normalerweise nimmt bei Kreiselpumpen die Leistung stark ab, wenn der Einlassdruck um ein bestimmtes Maß abfällt, was auch als Kavitationsbruch bezeichnet wird. Kavitation kann auch zu Instabilität im Inneren der Flüssigkeit führen, was zu Strömungs- und Druckschwankungen führen kann. Mithilfe dieser Schwingungen kann es zu Schäden an der Pumpe und ihren Einlass- und Auslassleitungen kommen.

 

(2) Schwere Schäden an den Überstromkomponenten der Pumpe

 

Kavitation kann zu Schäden an der Oberfläche von Bauteilen führen. Beim Platzen von Blasen erzeugt die umgebende Flüssigkeit einen extrem hohen Staudruck (Spitzendruck) von bis zu 49 MPa. Wenn die hydraulische Stärke der Kavitation die Fähigkeit des Materials übersteigt, diesem Aufprall zu widerstehen, kann es zu lokalem Ermüdungsversagen des Wandmaterials und Ablösung des Oberflächenmaterials kommen. Kavitation tritt gleichzeitig mit chemischer und elektrochemischer Korrosion auf. Die Größe der Löcher, die durch Korrosion und plastische Verformung von Materialien im frühen Stadium der Kavitation entstehen, beträgt etwa 10 μm bis 50 μm, insbesondere bei einigen Materialien mit schlechter Korrosionsbeständigkeit, die bei langfristiger Kavitation wabenartige Strukturen aufweisen können.

 

(3) Erzeugen Sie Vibrationen und Geräusche

 

In dem Moment, in dem die Blase kondensiert, schrumpft und platzt, füllt die Flüssigkeit um die Blase mit hoher Geschwindigkeit den Hohlraum (der durch Kondensation und Platzen der Blase entsteht), erzeugt Druckpulsationen und regt so Vibrationen und Geräusche an. Die Frequenz von Kavitationsgeräuschen liegt im Allgemeinen zwischen 10 kHz und 100 kHz, während die Frequenz von Kavitationsgeräuschen, die durch Rückfluss und Druckpulsation verursacht werden, bei einigen hundert Hz liegt, was das menschliche Ohr besonders empfindlich macht. Gleichzeitig kann Kavitation auch Vibrationen anregen, und die Hauptfrequenz der durch Kavitation erzeugten Vibrationen liegt im Allgemeinen bei etwa 1 kHz.

Kavitation ist nicht nur durch hohe Geräuschpegel gekennzeichnet, sondern auch durch Vibrationsindikatoren wie unzureichende Steifigkeit des Pumpensockels und schlechte Rohrleitungsunterstützung, die zu strukturellen Resonanzen führen können; Nach der Installation der Pumpe wird der Sockel mit Beton gefüllt und die Stützsteifigkeit der Rohrleitung ist ausreichend, was im Allgemeinen keine starken Vibrationserscheinungen verursacht. Bei der Vibrationsmessung am Pumpenkörper dominiert jedoch die hochfrequente Komponente der durch Kavitation erzeugten Vibrationsfrequenz und der Beschleunigungswert der Vibration ist höher als der Vibrationsweg und die Vibrationsgeschwindigkeit.

 

3. Gemeinsame Maßnahmen zur Verbesserung der Kavitationsleistung

(1) Maßnahmen zur Verbesserung der Antikavitationsleistung der Kreiselpumpen selbst

 

1) Verbessern Sie das Sauganschlussdesign der Pumpe

Durch Schleifen des Laufrads kann der Strömungsquerschnitt vergrößert werden;

Erhöhen Sie den Krümmungsradius des Einlassabschnitts der Laufradabdeckplatte, um die schnelle Beschleunigung und den Druckabfall des Flüssigkeitsstroms zu verringern.

Reduzieren Sie die Dicke des Schaufeleinlasses entsprechend und runden Sie den Schaufeleinlass ab (polieren Sie den Schaufelkopf, schärfen Sie ihn, um den Schlagverlust des Einlasses zu verringern und die Empfindlichkeit des Einlasswinkels zu verringern, und die erforderliche Kavitationszugabe kann um etwa 0,5 Meter reduziert werden), wodurch er einer stromlinienförmigen Form nahe kommt und auch die Beschleunigung und der Druckabfall um den Schaufelkopf herum verringert werden.

Verbessern Sie die Oberflächenglätte des Laufrads und des Schaufeleinlasses, um den Widerstandsverlust zu verringern.

Verlängern Sie die Schaufeleinlasskante in Richtung Laufradeinlass, damit der Flüssigkeitsstrom im Voraus Arbeit aufnehmen und den Druck erhöhen kann.

 

2) Fügen Sie ein vorderes Induktionsrad hinzu

Sorgen Sie dafür, dass der Flüssigkeitsstrom vorab im vorderen Induktionsrad arbeitet, um den Druck des Flüssigkeitsstroms zu erhöhen (dieses Schema erfordert strukturelle Änderungen und eine Neukalibrierung verschiedener Konstruktionsparameter).

3) Einführung eines Doppelsauglaufrads

Vergrößern Sie die Einlassfläche des Laufrads und verringern Sie die Einlassflüssigkeitsdurchflussrate (Abnahme der Durchflussrate und Erhöhung des Drucks).

4) Verwendung eines etwas größeren positiven Anstellwinkels

Um den Schaufeleintrittswinkel zu vergrößern, verringern Sie die Biegung am Schaufeleintritt, minimieren Sie die Blockierung der Schaufel und vergrößern Sie so die Eintrittsfläche.

Verbessern Sie die Arbeitsbedingungen bei hohem Durchfluss, um Durchflussverluste zu reduzieren. Der positive Anstellwinkel sollte jedoch nicht zu groß sein, da er sonst die Effizienz beeinträchtigt.

5) Verwendung einer Pumpe mit niedriger -Geschwindigkeit

Je niedriger die Drehzahl, desto kleiner ist NPSHr.

6) Verwendung von Antikavitationsmaterialien

Die Praxis hat gezeigt, dass je höher die Festigkeit, Härte und Zähigkeit eines Materials ist, desto besser ist seine chemische Stabilität und desto größer ist seine Kavitationsbeständigkeit.

 

(2) Maßnahmen zur Erhöhung des Kavitationsspielraums des Geräts

 

1) Erhöhen Sie den Druck des Flüssigkeitsspiegels im Lagertank vor der Pumpe, um die effektive Kavitationszulage zu verbessern.

2) Reduzieren Sie die Einbauhöhe der Pumpe in der Ansaugvorrichtung, insbesondere bei der Förderung von heißem Wasser als Medium, und berücksichtigen Sie den Zusammenhang zwischen Ansaughöhe und Mediumstemperatur.

3) Ersetzen Sie die Absaugvorrichtung durch eine Rückflussvorrichtung.

4) Reduzieren Sie den Strömungsverlust in der Saugleitung vor der Pumpe. Wenn möglich, kürzen Sie die Rohrleitung innerhalb des erforderlichen Bereichs, verwenden Sie einen geeigneten Durchmesser der Saugleitung und eine Filterfiltrationsfläche (falls vorhanden), um die Durchflussrate in der Rohrleitung zu verringern, die Anzahl der Bögen und Ventile zu verringern und die Ventilöffnung so weit wie möglich zu vergrößern.

5) Wenn die Spaltkavitation schwerwiegend ist, kann die Methode des Bohrens von Ausgleichslöchern am Laufrad angewendet werden, um den Leckagedurchfluss zu verringern und den Grad der Kavitation zu mildern. Die Ausgleichslöcher an den Schaufeln wirken sich destruktiv und störend auf den eingespritzten Flüssigkeitsstrom am Laufradeintritt aus. Die Fläche der Ausgleichslöcher sollte nicht kleiner als das Fünffache der lichten Fläche des Dichtungsrings sein, um die Leckage-Durchflussrate zu verringern und dadurch die Auswirkungen auf den Hauptflüssigkeitsstrom zu verringern und die Anti-Kavitations-Fähigkeit der Pumpe zu verbessern.

6) Die Erfahrung hat gezeigt, dass ausgehend vom Mechanismus der Kavitation die Zugabe einer angemessenen Gasmenge zum Sauganschluss die Bedingungen für das Auftreten von Kavitation stören kann. Der Einsatz von Luftnachschub zur Verhinderung von Pumpenkavitation ist jedoch hochtechnisch und nur mit der richtigen Luftnachfüllmenge, -position und -methode können gute Ergebnisse erzielt werden. Andernfalls kommt es zu einer erheblichen Verringerung der Fördermenge, der Förderhöhe und der Effizienz der Pumpe und kann sogar zu einer Unterbrechung des Förderstroms und nachteiligen Folgen während des Betriebs führen.

 

 

Angesichts der Schwierigkeit, die richtige Luftzufuhrmenge und genaue Messung zu steuern, in Kombination mit der Praxis des Autors wird die Verwendung eines Nadelventils empfohlen, mit dem die Durchflussrate für das Luftzufuhrventil angepasst werden kann. Bei der Einstellung vor Ort-kann das Kavitationsgeräusch zur Unterscheidung verwendet werden: Passen Sie das Ansaugvolumen durch das Nadelventil an, bis das Kavitationsgeräusch minimiert ist (einige Systeme können das Geräusch vollständig eliminieren, einige Systeme können das Kavitationsgeräusch jedoch nur reduzieren, nicht vollständig eliminieren), dann stellen Sie das Nadelventil ein wenig zurück, um das Ansaugvolumen zu reduzieren, beobachten Sie den Betrieb für einen bestimmten Zeitraum, bis unter verschiedenen spezifizierten Betriebsbedingungen keine Leistungsstörungen mehr auftreten, und sperren Sie dann die Öffnung des Nadelventils. Diese Methode sollte den Ton niemals auf die niedrigste Stufe absenken! Wenn der Einlassdruck positiv ist, wenn die Pumpe nicht mehr läuft, sollte ein Rückschlagventil installiert werden, um Leckagen zu verhindern.

7) Untersuchungen haben ergeben, dass die Kavitationsleistung der Pumpe abnimmt, wenn das Medium flüchtige Gase und feste Partikel wie Sand enthält. Um sicherzustellen, dass es bei der Pumpe nicht zu Kavitation kommt, sollte die Saughöhe der Pumpe um mindestens 4,2 Meter gegenüber der berechneten Höhe des Reinwassers reduziert werden. Darauf lohnt es sich in der Kommunalwirtschaft zu achten.