Eén van de meeste besproken onderwerpen in de pomptechniek is ongetwijfeld NPSH (net positive suction head), “netto positieve zuighoogte” in het Nederlands. Niet ten onrechte, want de meeste schade/storingen treden op als gevolg van een verkeerde berekening van NPSH.
De “NPSH-beschikbaar” is een maat voor de druk die beschikbaar is aan de zuigzijde van de pomp. Een juiste berekening van deze waarde is belangrijk om te voorkomen dat de vloeistof overgaat in dampvorm, met alle schades die daar vaak uit resulteren. Deze schades kunnen bestaan uit hydraulische gevolgen, zoals reductie in capaciteit/opvoerhoogte en mechanische schade aan de pomp.
De “NPSH benodigd” geeft het intrededrukverlies aan (drukverlies vanaf de intrede van de vloeistof in de pomp tot aan het punt van de laagste druk in de pomp).
Voor een goed ontwerp van een leidingssyteem èn de uiteindelijke goede werking van een pomp, kunnen we niet om NPSH heen. In de praktijk bestaat nog redelijk wat onbegrip over NPSH.
Binnen deze “Pump Talk” wordt getracht zowel de praktische als theoretische kanten van NPSH te verduidelijken, waar nodig met wiskundige onderbouwing. Tevens wordt de relatie met cavitatie besproken en een calculatie van een praktijkvoorbeeld uitgewerkt.
Cavitatie en NPSH:
Er worden per jaar aanzienlijke bedragen uitgetrokken voor de reparatie van centrifugaal- en verdringerpompen (plunjerpompen) met schade die het gevolg is van cavitatie.
Cavitatie wordt meestal omschreven als het ontstaan van dampbellen (in de waaier) met twee belangrijke gevolgen:
- er ontstaan drukstoten die het materiaal beschadigen
- de opbrengst van de pomp gaat achteruit omdat de damp meer ruimte inneemt dan de vloei
Zolang de “NPSH-beschikbaar” > “NPSH-benodigd” treedt cavitatie in principe niet op. Helaas is het niet altijd zo zwart-wit als in deze stelregel.
Een verklaring geven voor het optreden van cavitatie is lastig omdat het optreedt in een zeer korte periode, op een zeer klein oppervlakte en met een zeer hoge druk (1.000 tot 10.000 bar). Daarbij komt nog de hoge frequentie (ca. 2500 Hz).
De wet van Bernoulli verschaft ons meer inzicht: als de interne druk H daalt, de snelheid van de vloeistof moet stijgen. De natuurkundige limiet wordt uiteindelijk bepaald door de dampdruk van de vloeistof, die hoofdzakelijk zal afhangen van de temperatuur. Als de druk beneden deze dampdruk komt, in ieder punt binnen de vloeistof, vormen er zich dampbellen. De dampbellen worden door de vloeistof verplaatst naar een positie met lagere snelheid en dus een hogere druk. De implosie van deze dampbellen gaat gepaard met zeer grote krachten in een kort tijdsbestek, wat bovendien een zeer klein oppervlak bestrijkt. Het resultaat van deze krachten is dat het pomponderdeel telkens belast wordt met wisselende krachten, hetgeen kan leiden tot vermoeidheidsverschijnselen en breuken. Het vormen en uiteindelijk imploderen van dampbellen wordt cavitatie genoemd.
