Gebäudetechnik
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Kavitation
 
Die Kavitation ist ein Vorgang, der in strömenden Medien auftreten kann. In einer turbulenten Strömung z.B. herrscht in den Wirbeln ein schneller Wechsel von Druckabfall und -anstieg. Vollzieht sich der Vorgang im Grenzgebiet des Verdampfungsdruckes, z.B. beim Ansaugen, dann kann ein schlagartiges Entstehen und wieder Kondensieren von Dampfbläschen eintreten. Man nennt diese Erscheinung Kavitation (Kavernen- oder Hohlraumbildung). Dabei entstehen ratternde Geräusche. Legt man das Ohr an eine Pumpe oder Rohrleitung, in der Kavitation herrscht, glaubt man, kleine Steinchen würden im Förderstrom des Wassers mitgerissen.

Für die Fluidtechnik hat die Strömungskavitation besondere Bedeutung. Sie tritt hauptsächlich in Querschnittsverengungen, Querschnittserweiterungen oder plötzlichen Umlenkungen der Strömungsrichtung auf. An Querschnittsverengungen sinkt der statische Druck aufgrund der Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit und damit der Umwandlung statischen Drucks in dynamischen Druck (Strömungsenergie). Hinter Querschnittserweiterungen treten meist Wirbel auf, in deren Zentrum wegen der hohen Umfangsge-
schwindigkeit der Flüssigkeit der statische Druck auf den kritischen Wert absinken kann. Ein ähnlicher Effekt tritt hinter plötzlichen Umlenkungen auf.


Man unterscheidet Dampf- und Gaskavitationen, je nachdem, ob sich in den Kavitationsblasen Flüssigkeits-
dampf oder ein Gas, z. B. Luft befindet, das in der Flüssigkeit gelöst war. Beispielsweise löst Wasser nur geringe Mengen an Luft. Deshalb wird bei Kavitation in Wasser im Allgemeinen Dampfkavitation vorliegen. Mineralöl dagegen löst wesentlich größere Mengen Luft (ca. 9 Vol.% unter Normalbedingungen Bunsenkoeffizient). Bei Kavitation in Mineralöl kann man deshalb von einer Mischform aus Dampf- und Gaskavitation ausgehen.

Entstehungsformen der Kavitation:

Strömungskavitation

Schwingungskavitation

Siedekavitation

Wesentliche Auswirkungen der Kavitation sind:


Mechanischer Verschleiß,

Ungelöstes Gas im Hydrauliksystem

Laute Geräusche hoher Frequenz

Örtliche hohe Temperaturen in der Flüssigkeit und

Veränderung der Widerstandscharakteristik hydraulischer Widerstände

Durch die mechanische Schlagwirkung bei der Kondensation der Bläschen werden mit der Zeit erhebliche Materialzerstörungen verursacht (bei Druckansstieg brechen diese Blasen sofort wieder in sich zusammen und das mit einer "Urgewalt" von einigen Tausend bar Druck), die sich gegebenenfalls durch Korrosion über freiwerdende Gase verstärken. Kavitation muss im Pumpenbetrieb vermieden werden, weil ein Rückgang des Förderstromes, starke Geräusche und vor allem Materialzerstörung die schädlichen Folgen sind.


Kavitation wird häufig in Pumpen, aber auch in Regelventilen kurz
vor dem Schließen beobachtet. Um der zerstörerischen
Kraft der Kavitation entgegen zu wirken, kann abhängig von der Art des Fluids, eine
gezielte Werkstoffabstimmung eine Minderung des Phänomens schaffen.
Grundsätzlich sorgt ein kleineres Druckgefälle (Delta p) innerhalb der kritischen
Bereiche für eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und wirkt
dadurch der Kavitation entgegen. Zu prüfen ist auch, ob eine Pumpe in einem Bereich mit höherem statischen Druck angeordnet werden kann.