NPSHA berechnen: Beispiele, NPSHR-Vergleich und Reserve

Ein japanischer Pumpenlieferant schickt Ihnen ein Datenblatt mit einem Wert, der als 必要NPSH (hitsuyo NPSH, „erforderlicher NPSH“) bezeichnet ist. Im Anfrageformular sollen Sie gleichzeitig den NPSH eintragen, den Ihre Anlage liefern kann. Dafür müssen Sie den NPSHA für Ihren Behälter, Ihre Rohrleitung und Ihr Medium selbst berechnen und entscheiden, wie viel Reserve ausreicht.

Dieser Beitrag erklärt, was NPSH bedeutet, und zeigt, wie Sie den NPSHA berechnen. Drei Beispiele folgen: Zulaufbetrieb, Saugbetrieb und ein unter Druck stehender Behälter mit gesättigtem Wasser. Danach geht es um die Reserve zwischen NPSHA und NPSHR, um die Richtlinie ANSI/HI 9.6.1 des Hydraulic Institute und um die Fragen, die Sie dem Lieferanten stellen sollten.

Was ist der NPSH-Wert?

NPSH steht für „Net Positive Suction Head“. Der Wert gibt als Flüssigkeitshöhe in Metern an, wie weit der Gesamtdruck der in die Pumpe eintretenden Flüssigkeit über dem Dampfdruck bei dieser Temperatur liegt. Im Gesamtdruck stecken sowohl der statische Druck als auch die Geschwindigkeitshöhe.

NPSH ist also eine Höhe und kein Druck in Pa. Er bedeutet auch nicht einfach die Aufstellhöhe der Pumpe. Man beurteilt damit, ob die Saugseite verhindert, dass die Flüssigkeit in der Pumpe zu verdampfen beginnt.

Warum der Saugdruck wichtig ist: Kavitation

Eine Pumpe erhöht den Druck auf der Druckseite, doch am Laufradeintritt sinkt der Druck örtlich ab. Erreicht er dort den Dampfdruck der Flüssigkeit, bilden sich Dampfblasen. Diese können in Bereichen höheren Drucks stromabwärts wieder zusammenfallen.

Das ist Kavitation. Bei fortgeschrittener Kavitation treten Geräusche, Schwingungen, Leistungsabfall und Schäden an Pumpenteilen auf.

Von außen angesaugte Luft hat eine andere Ursache. Untersuchen Sie beide Probleme deshalb getrennt.

NPSHA und NPSHR

Bei der Pumpenauswahl vergleichen Sie zwei Werte:

• NPSHA (NPSH der Anlage, „available“): Das ist der Wert, den die Anlage einschließlich Behälter und Saugleitung der Pumpe tatsächlich bereitstellt. Sie berechnen ihn aus Füllstand, Druck, Temperatur und Förderstrom. Dieselbe Pumpe sieht deshalb bei jeder Änderung der Betriebsbedingungen einen anderen NPSHA. Japanische Unterlagen sprechen von „yuko suikomi head“.
• NPSHR (NPSH der Pumpe, „required“): Das ist der Wert, den der Hersteller als Bedarf der Pumpe für die zugesagte Leistung nennt. Er gilt für einen bestimmten Förderstrom, eine bestimmte Drehzahl und ein bestimmtes Medium. In japanischen Unterlagen heißt er „hitsuyo suikomi head“, im Englischen auch NPSHreq. Lesen Sie ihn aus der Kennlinie und der Spezifikation des Herstellers ab.

Der NPSHR ist keine feste Zahl pro Pumpe, sondern ändert sich mit Förderstrom und Drehzahl. Wer nur den Bemessungspunkt prüft, verliert die nötige Reserve womöglich bei größeren Förderströmen nach dem Anfahren oder in anderen Betriebspunkten.

Die Richtung ist eindeutig: Ein höherer NPSHA und ein niedrigerer NPSHR erleichtern es, Reserve auf der Saugseite zu schaffen. Die Differenz allein legt aber weder die Förderleistung noch den Mindestförderstrom fest. Bewerten Sie sie deshalb zusammen mit dem Betriebsbereich der Pumpe.

Begriffe in der DIN-Welt und das Kavitationskriterium

Laut KSB verwendet DIN EN ISO 17769-1 den Begriff „Haltedruckhöhe“ als Synonym für den NPSH-Wert, in der Praxis spricht man aber nur vom NPSH-Wert. Außerdem weist KSB darauf hin, dass man bei der Angabe des NPSHR immer das zugehörige Kavitationskriterium nennen muss.

Das ist bei japanischen Datenblättern wichtig, weil dort oft nur eine Zahl steht. Fragen Sie nach, ob der Wert dem Kriterium „3 % Förderhöhenabfall“ entspricht (siehe unten) oder ein anderes Kriterium meint.

Was NPSH3 bedeutet

NPSH3 ist ein Prüfwert: der NPSH, bei dem die Kavitation die Gesamtförderhöhe der Pumpe um 3 % absinken lässt. Bei mehrstufigen Pumpen bezieht sich der Abfall von 3 % auf die Förderhöhe der ersten Stufe und nicht auf 3 % des Enddrucks der ganzen Pumpe. Als Normquelle dafür nennen Zweitquellen die ISO 9906; den Normtext selbst haben wir nicht geprüft.

Die folgende Abbildung zeigt das Prinzip: Die Saugbedingungen werden verändert, während Förderstrom und Drehzahl konstant bleiben.

Manche Hersteller geben den NPSHR als NPSH3 an. Gehen Sie aber nicht davon aus, dass beide Werte immer gleich sind. In einem Beitrag vom 18. März 2025 erläutert das Hydraulic Institute, dass die Ausgabe 2024 von ANSI/HI 9.6.1 die NPSH-Reserve auf den vom Hersteller genannten NPSHR bezieht. Dieser NPSHR muss mindestens so groß sein wie der geprüfte NPSH3.

NPSHA berechnen

Bei einem großen Behälter berechnen Sie den NPSHA aus dem Druck auf der Flüssigkeitsoberfläche, dem Höhenunterschied zur Pumpe und den Verlusten der Saugleitung. Das Verfahren setzt eine stationäre, einphasige Flüssigkeitsströmung voraus. Die Geschwindigkeit an der Behälteroberfläche wird vernachlässigt, und unterwegs wird keine weitere Energie zugeführt, etwa durch eine Vorpumpe.

Setzen Sie in die Formel absolute Drücke ein. Rechnen Sie den Druck mit der Dichte der Flüssigkeit bei Betriebstemperatur in eine Höhe um. Gehen Sie von einem Überdruck aus, addieren Sie zuerst den örtlichen Atmosphärendruck und ziehen dann den Dampfdruck ab.

Je nach Ausgangspunkt gibt es zwei Formen der Formel:

Vorzeichen der Höhe und NPSH-Bezugsebene

Die Höhe z ist positiv, wenn die Flüssigkeitsoberfläche über der Bezugsebene liegt, und negativ, wenn sie darunter liegt. Deshalb kehrt sich das Vorzeichen zwischen Zulaufbetrieb (japanisch „oshikomi“) und Saugbetrieb (japanisch „suiage“) um.

Die Beispiele gehen von einer waagerechten Pumpe aus, bei der die Bezugsebene durch die Laufradmitte verläuft. Bei senkrechten Pumpen und anderen Bauarten gilt ein anderer Bezug. Gleichen Sie Ihre Zeichnung deshalb mit der NPSH-Bezugsebene ab, die der Hersteller vorgibt. Setzen Sie nicht die Aufstellhöhe über dem Hallenboden oder die Höhe bis zum Behälterboden als Höhenunterschied ein.

Was zur Verlusthöhe gehört

Zur Verlusthöhe gehört mehr als die Rohrreibung gerader Strecken. Berücksichtigen Sie auch Einlauf, Krümmer, Armaturen und Schmutzfänger. Diese Verluste ändern sich mit Förderstrom und Viskosität. Übernehmen Sie deshalb den Wert des Normalbetriebs nicht für jeden Betriebspunkt.

Ein kleinerer Innendurchmesser erhöht Geschwindigkeit und Verlust, daher spielt die Wanddickenreihe („Schedule“) eine Rolle. Rechnen Sie Geschwindigkeit und Verlust mit dem tatsächlichen Innendurchmesser des verbauten Rohrs und nicht mit der Nennweite.

Wenn Sie zwischen Druck und Höhe umrechnen, trennen Sie die übliche Umrechnung in „Meter Wassersäule“ von der Höhe der tatsächlichen Flüssigkeit bei Betriebstemperatur. Die Endrechnung sollte mit der realen Dichte erfolgen.

Rechenbeispiele für den NPSHA

Alle drei Beispiele verwenden angenommene Bedingungen zur Veranschaulichung. Die Stoffwerte für Wasser stammen aus der Industrieformulierung IAPWS-IF97, mit der Normfallbeschleunigung g = 9,80665 m/s².

Beispiel 1: Zulaufbetrieb (oshikomi)

Beim Zulaufbetrieb, japanisch „oshikomi“, liegt der Flüssigkeitsstand des Vorlagebehälters über der Bezugsebene der Pumpe. Die Höhe erhöht also den NPSHA. In diesem Beispiel versorgt ein offener Behälter die Pumpe mit Wasser von 60 °C, und der niedrigste Betriebsstand liegt 3 m über der Bezugsebene.

Der Oberflächendruck beträgt 101,325 kPa absolut, die Verlusthöhe der Saugleitung 1 m. Wasser von 60 °C hat einen Dampfdruck von etwa 19,946 kPa und eine Dichte von etwa 983,2 kg/m³.

Der Druckanteil beträgt rund 8,44 m. Addiert man die 3 m Höhe und zieht den Verlust von 1 m ab, ergeben sich etwa 10,44 m. Das ist der NPSHA, den die Anlage liefert. Vergleichen Sie ihn getrennt mit dem NPSHR der Kandidatenpumpe bei diesem Förderstrom plus der nötigen Reserve.

Die wirksame Höhe ergibt sich aus der Differenz zwischen der Bezugsebene und dem Flüssigkeitsstand, der im Betrieb absinkt, und nicht aus der Aufstellhöhe des Behälters. Bewerten Sie nur den Normalstand, ist die tatsächliche Reserve kleiner als berechnet, sobald die Pumpe bei niedrigem Stand weiterläuft.

Schaltet eine Niedrigstand-Verriegelung die Pumpe ab, berücksichtigen Sie den Schaltpunkt und das Absinken des Standes bis zum tatsächlichen Stillstand. Wirbelbildung und Lufteintrag an der Oberfläche sind eigene Probleme, die der NPSHA-Wert allein nicht löst.

Die Temperatur hat großen Einfluss. Bei gleichem Atmosphärendruck steigt der Dampfdruck von Wasser bei 80 °C auf etwa 47,415 kPa. Mit einer Dichte von etwa 971,8 kg/m³ und sonst unveränderten Bedingungen sinkt der NPSHA auf etwa 7,66 m.

Schützt ein Schmutzfänger den Eintritt vor Fremdkörpern, bewerten Sie seinen Verlust im verstopften Zustand und nicht nur direkt nach der Reinigung. Wählen Sie die Maschenweite, indem Sie Abscheideleistung und Druckverlust gegeneinander abwägen.

Beispiel 2: Saugbetrieb (suiage)

Beim Saugbetrieb, japanisch „suiage“, liegt der Flüssigkeitsstand im Behälter unter der Bezugsebene der Pumpe, daher ist der Höhenterm negativ. Das Beispiel behält Wasser von 60 °C, Atmosphärendruck und 1 m Verlust bei, aber der niedrigste Stand liegt 3 m unter der Bezugsebene.

Zieht man von den 8,44 m des Druckanteils die Saughöhe von 3 m und den Leitungsverlust von 1 m ab, bleiben etwa 4,44 m. Weil der Höhenunterschied von +3 m auf −3 m wechselt, liegt der NPSHA um 6 m niedriger als in Beispiel 1.

Es genügt nicht, nur die theoretische Wassersäule zu betrachten, die der Atmosphärendruck tragen kann, und daraus zu schließen, die Pumpe könne bis zu dieser Höhe ansaugen. In der Praxis müssen Sie Dampfdruck und Leitungsverlust abziehen und trotzdem den NPSHR der Pumpe plus Reserve übrig lassen.

Eine längere Saugleitung oder ein größerer Förderstrom erhöht den Verlust und zehrt an der Reserve. Wählen Sie Leitungsführung und Nennweite unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Druckverlust.

Auch wenn der NPSHA rechnerisch ausreicht, fördert die Pumpe möglicherweise nicht ordnungsgemäß, wenn sie die Füllung (japanisch „yobimizu“) verliert oder Luft zieht. Ein Saugbetrieb setzt außerdem eine dichte Saugleitung und das in der Betriebsanleitung vorgesehene Verfahren zum Füllen und Entlüften der Saugleitung voraus.

Wenn Sie den Saugdruck messen, achten Sie auf den Unterschied zwischen der Unterdruckskala eines Manovakuummeters (japanisch „rensei-kei“) und dem absoluten Druck. Ziehen Sie den Dampfdruck nicht direkt von einem negativen Überdruckwert ab. Addieren Sie zuerst den Atmosphärendruck und rechnen Sie so auf den absoluten Druck um.

Beispiel 3: Behälter unter Druck mit gesättigtem Wasser (Sattwasser)

In einem geschlossenen Behälter kann der Oberflächendruck über dem Atmosphärendruck oder nahe am Vakuum liegen. Die Formel bleibt gleich: Bilden Sie die Differenz aus dem absoluten Oberflächendruck und dem Dampfdruck bei der Flüssigkeitstemperatur.

Im Beispiel steht der Behälter unter 0,5 MPa Überdruck und enthält bei diesem Druck gesättigtes Wasser (Sattwasser). Der niedrigste Stand liegt 3 m über der Bezugsebene. Bei einem Umgebungsdruck von 0,101325 MPa beträgt der absolute Oberflächendruck 0,601325 MPa. Japanische Spezifikationen kennzeichnen Überdruck oft mit einem nachgestellten „G“, etwa MPaG oder kPaG; das entspricht hierzulande der Angabe in bar(ü).

Unter diesen Bedingungen hat Sattwasser etwa 158,9 °C, und sein Dampfdruck entspricht mit 0,601325 MPa dem absoluten Oberflächendruck. Der Druckterm wird null, der NPSHA ergibt sich also nur aus dem Höhenunterschied minus der Verlusthöhe.

Ein hoher Behälterdruck kommt nicht vollständig dem NPSHA zugute. Im Sättigungszustand steigt mit dem Druck auch die Temperatur, und der Dampfdruckterm wächst um denselben Betrag und hebt den Druckanteil auf.

Anders ist es, wenn Sie bei konstanter Flüssigkeitstemperatur mit einem Inertgas aufdrücken: Dann vergrößert sich der Abstand zum Dampfdruck tatsächlich. Dieser Weg verändert aber Druckbehälter und Prozessbedingungen. Vor einer Umsetzung sind Auslegungsbedingungen und Sicherheit zu prüfen, in Deutschland etwa im Rahmen der Betriebssicherheitsverordnung.

Achten Sie bei Systemen mit siedender Flüssigkeit außerdem auf Nachverdampfen bei plötzlichem Druckabfall und auf Wärmezu- oder -abfuhr in der Saugleitung. Dass sich Oberflächendruck und Dampfdruck im stationären Betrieb aufheben, sagt nichts über instationären Betrieb oder Zweiphasenströmung.

Auch bei Vakuumbehältern rechnen Sie mit absoluten Drücken, und ein niedrigerer Oberflächendruck senkt den NPSHA. Betrachten Sie die Einrichtung, die das Vakuum erzeugt, und die Pumpe, die die Flüssigkeit fördert, als zwei getrennte Funktionen.

Die drei Beispiele im Vergleich

Die Tabelle zeigt, wie sich die einzelnen Terme der Formel in den drei Beispielen verhalten.

NPSHA aus einem Messwert am Saugstutzen gegenprüfen

Um den NPSHA aus einem am Pumpeneintritt gemessenen Druck zu bestimmen, addieren Sie zum angezeigten statischen Druck die Geschwindigkeitshöhe. Anders als bei der Rechnung ab Behälteroberfläche ziehen Sie den Leitungsverlust bis zur Messstelle nicht noch einmal ab.

Angenommen, das Wasser hat 60 °C, ein Manometer auf Höhe der Bezugsebene zeigt −20 kPa (Überdruck), und die Eintrittsgeschwindigkeit beträgt 2 m/s. Bei einem Atmosphärendruck von 101,325 kPa liegt der absolute Eintrittsdruck bei 81,325 kPa. Davon ziehen Sie den Dampfdruck von 19,946 kPa ab.

Auch bei negativem Überdruck ist der absolute Druck positiv, und der NPSHA beträgt etwa 6,57 m. Ein Unterdruckwert allein sagt nicht, ob die Pumpe betrieben werden kann. Vergleichen Sie diesen Wert mit dem NPSHR des Herstellers und mit der geforderten Reserve.

Liegt das Manometer über der Bezugsebene, addieren Sie seine Höhe, liegt es darunter, ziehen Sie sie ab. Den Verlust zwischen Messstelle und Pumpeneintritt ziehen Sie nur ab, wenn Sie stromaufwärts vom Eintritt messen. Verluste vor der Messstelle sind bereits im Messwert enthalten.

NPSHA und NPSHR: So denken Sie über die Reserve

Die Grundregel lautet: Der NPSHA muss den NPSHR übersteigen, mit zusätzlicher Reserve, die zur Anwendung passt. Das Hydraulic Institute nennt die Differenz der beiden Werte die NPSH-Reserve (NPSH margin). Das Institut ist ein US-Verband; seine Richtlinie kann in internationalen Projekten dennoch als Vorgabe auftauchen.

Was ANSI/HI 9.6.1 abdeckt

ANSI/HI 9.6.1, Rotodynamic Pumps Guideline for NPSH Margin, ist die Richtlinie des Hydraulic Institute zu diesem Thema. Die Ausgabe 2024 ersetzt die Ausgabe 2017. Die veröffentlichten Zusammenfassungen des Instituts bestätigen folgende Punkte:

• Die Ausgabe 2024 bestimmt die Reserve aus dem vom Hersteller gelieferten NPSHR statt aus NPSH3, unter anderem weil nicht jeder Hersteller NPSH3 veröffentlicht. Der NPSHR muss mindestens so groß sein wie der geprüfte NPSH3.
• Empfohlene Reserven hängen vom Marktsegment und von der Anwendung ab. Die Richtlinie nennt außerdem Einflussfaktoren wie Medium (Temperatur, gelöstes Gas, Feststoffe), Pumpenbauart, Drehzahl, Verschleiß, Betriebsbereich, Eintrittsbedingungen, instationäre Vorgänge, Rezirkulation und Parallelbetrieb.
• Eine Pumpe im bevorzugten Betriebsbereich (preferred operating region, POR) um den Bestpunkt braucht weniger Reserve als eine im weiteren zulässigen Betriebsbereich (allowable operating region, AOR).
• Verwenden Sie in der Systemanalyse den niedrigsten NPSHA und prüfen Sie NPSHA und NPSHR über den gesamten Betriebsbereich.

Die konkreten Reservewerte stehen in der Norm selbst, die kostenpflichtig ist. Dieser Beitrag zitiert sie nicht. Holen Sie sich den anwendbaren Wert aus der Norm oder bestätigen Sie ihn beim Pumpenlieferanten.

Reserve als Differenz oder als Verhältnis

Sie können die Reserve als Differenz (NPSHA − NPSHR, in Metern) oder als Verhältnis (NPSHA ÷ NPSHR) angeben. Eine Reserve in Metern und eine Reserve als Verhältnis sind unterschiedliche Kriterien. Klären Sie deshalb, welche Basis der Hersteller oder Ihre Projektspezifikation verwendet. Klären Sie auch, ob der Bezug NPSHR oder NPSH3 ist.

Legen Sie nicht für alle Pumpen eine feste Reserve in Metern fest. Vereinbaren Sie sie mit dem Hersteller anhand von Medium, Betriebsbereich und geforderter Zuverlässigkeit.

Den ungünstigsten Fall im Betriebsbereich finden

Prüfen Sie nicht nur einen Normalbetriebspunkt. Stellen Sie die Kombinationen aus Füllstand, Temperatur, Druck und Förderstrom zusammen, die tatsächlich auftreten. Niedrigster Stand, höchste Temperatur, niedrigster Oberflächendruck und größter Leitungsverlust senken jeweils den NPSHA.

Nicht jeder Extremwert tritt gleichzeitig auf. Leiten Sie die realistischen Kombinationen aus Prozess und Steuerung ab. Wenn Sie den Betrieb in Normalbetrieb, Anfahren, Abfahren, Reinigung und Umschalten der Zulaufquelle aufteilen, finden Sie leichter Zustände, die sonst übersehen werden.

Weitere Bedingungen verändern das Bild:

• Mehrere Pumpen an einer gemeinsamen Saugleitung: Der Gesamtförderstrom in der gemeinsamen Leitung ändert sich, wenn Pumpen zu- und abgeschaltet werden. Ordnen Sie den Förderstromanteil jeder Pumpe dem Verlust in der Sammelleitung zu.
• Betrieb mit höherer Drehzahl: Der NPSHR der Pumpe ändert sich mit dem Förderstrom, übernehmen Sie also nicht den Wert für die ursprüngliche Drehzahl. Bewerten Sie Leistung und Saugbedingungen gemeinsam.
• Viskose Flüssigkeiten: Saugverlust und Pumpenleistung ändern sich, die Auswahldaten für Wasser sind womöglich nicht direkt übertragbar. Geben Sie Temperatur und Stoffwerte der Flüssigkeit in der Spezifikation an.
• Andere Flüssigkeiten als Wasser, Gemische: Verwenden Sie nicht die Dampfdruck- und Dichtetabellen von Wasser. Legen Sie Zusammensetzung, Konzentration und Betriebstemperatur fest und verknüpfen Sie die Stoffdaten des Lieferanten und die Einsatzgrenzen des Herstellers mit Ihrem Berechnungsblatt.
• Gelöstes oder mitgeführtes Gas: Eine NPSH-Rechnung für eine einphasige Flüssigkeit erklärt das Verhalten der Pumpe unter Umständen nicht. Nehmen Sie Gasquellen und Gasabscheidung in die Spezifikation auf und verwechseln Sie Kavitation nicht mit Gaseintrag.

Wenn die Reserve zu klein ist

Vergleichen Sie Optionen wie die Pumpe tiefer zu setzen, den Flüssigkeitsstand höher zu halten und die Verluste der Saugleitung zu senken. Eine Änderung von Flüssigkeitstemperatur oder Behälterdruck wirkt auch auf den Prozess. Wählen Sie deshalb nach den Anlagenbedingungen und nicht danach, welche Option den Zahlenwert am stärksten erhöht.

Vermeiden Sie Notlösungen vor Ort wie den Schmutzfänger zu entfernen, Schutzeinstellungen abzusenken oder das Saugventil zu drosseln. Arbeiten Sie an Verbesserungen, die zur eigentlichen Ursache und zu den Betriebsbedingungen des Herstellers passen, und halten Sie dabei den nötigen Schutz und den Mindestförderstrom ein.

Wenn Messung und Rechnung nicht übereinstimmen

Gehen Sie die Prüfungen in dieser Reihenfolge durch:

1. Alles zum selben Zeitpunkt erfassen: Nullpunkt und Einbauhöhe der Manometer, Flüssigkeitstemperatur, Förderstrom und Behälterstand. Wer den niedrigsten Stand eines Zeitpunkts mit dem Normaldruck eines anderen mischt, rechnet mit einem Zustand, den es nie gab.
2. Beide Verfahren auf derselben Bezugsebene vergleichen: den Wert aus dem statischen Eintrittsdruck und den Wert ab Behälteroberfläche abzüglich Verluste. Stimmen Geschwindigkeitshöhe, Höhenkorrektur und Druckeinheiten überein, beschreiben beide Verfahren dieselbe Saugbedingung.
3. Bleibt die Abweichung groß, prüfen Sie Punkt für Punkt: Armaturenstellung, Verstopfung des Schmutzfängers, tatsächlichen Rohrinnendurchmesser und Messfehler der Instrumente. Legen Sie sich nicht auf eine Ursache fest, während die Pumpe weiterläuft. Halten Sie bei Störungen für Abschaltung oder Absperrung die Verfahren Ihrer Anlage ein.
4. Normalwerte festhalten: Notieren Sie nach der Inspektion die normalen Drücke und Differenzdrücke, damit Sie spätere Änderungen bei gleichem Förderstrom und gleicher Temperatur vergleichen können.

Wenn Sie bestehende Rohrleitungen ändern, prüfen Sie, ob Rost oder Ablagerungen den Querschnitt verengt haben, und ob sich der Innendurchmesser nach einem Rohrtausch geändert hat. Korrosion und Innenflächenbehandlung wirken sich ebenfalls auf die Instandhaltung der Saugleitung aus.

Checkliste und Anfragevorlage

Nutzen Sie die folgenden Punkte, wenn Sie ein NPSH-Berechnungsblatt aufbauen oder ein Pumpenangebot eines japanischen Lieferanten prüfen. Unklare Bedingungen in der Angebotsphase sollten als offene Punkte auf der Liste bleiben und nicht einfach durch eine große Reserve abgedeckt werden. Wenn Sie Punkte wie die maximale Flüssigkeitstemperatur und den zulässigen Differenzdruck des Schmutzfängers festlegen, vermeiden Sie sowohl überdimensionierte Anlagen als auch zu wenig Reserve.

Checkliste für das NPSH-Berechnungsblatt

• Eine Zeile pro Betriebszustand (Normalbetrieb, Anfahren, Abfahren, Reinigung, Umschalten, maximaler Förderstrom), mit Förderstrom, Stand, Temperatur, Druck, Verlust und NPSHA in derselben Zeile
• NPSHR und geforderte Reserve für denselben Zustand rechts neben dem NPSHA eingetragen
• Drücke auf absolut umgerechnet; Überdrücke mit dem örtlichen Atmosphärendruck korrigiert
• Dampfdruck und Dichte der tatsächlichen Flüssigkeit bei der Temperatur jedes Betriebszustands, einschließlich des Maximums
• Höhe ab dem niedrigsten Betriebsstand (einschließlich der Standabsenkung bis zum Abschalten bei Niedrigstand) bis zur NPSH-Bezugsebene des Herstellers
• Verlusthöhe einschließlich Einlauf, Krümmern, Armaturen und verstopftem Schmutzfänger, für jeden Förderstrom mit dem tatsächlichen Rohrinnendurchmesser berechnet
• Kennlinie passend zu tatsächlicher Drehzahl, Laufrad und Flüssigkeit, nicht nur zum Typennamen
• Basis der Reserve festgehalten: Differenz oder Verhältnis, und NPSHR oder NPSH3 als Bezug
• Prüfverfahren (aus der anwendbaren Norm oder Richtlinie) und Betriebsbedingungen am Aufstellort beide in der Spezifikation beschrieben; liefert der Lieferant NPSH3-Prüfergebnisse, die Bedingungen für deren Verwendung als erforderlicher NPSH und die zu addierende Reserve ausdrücklich genannt
• Druck- und Standschwankungen direkt nach dem Umschalten gegen den geplanten Bereich geprüft, stationäres und instationäres Verhalten getrennt bewertet
• Auswahlbedingungen in Betriebsverfahren und Abschaltpunkte übernommen
• Minimaler NPSHA und maximaler NPSHR als Paare im gleichen Betriebspunkt festgehalten, nicht nur als getrennte Extremwerte
• Alarmgrenzen für Niedrigstand und Hochtemperatur auf die Berechnungszeile zurückgeführt, die sie schützen, damit sie bei Änderung von Leitung oder Flüssigkeit überprüft werden können

Fragen an den Pumpenlieferanten

• Ist der genannte 必要NPSH (NPSHR) der geprüfte NPSH3 oder ein Wert, in dem schon eine Reserve steckt, und welches Kavitationskriterium liegt zugrunde?
• Können Sie die NPSHR-Kennlinie über den gesamten Förderstrombereich bei unserer tatsächlichen Drehzahl und unserem Laufraddurchmesser liefern?
• Welche Reserve empfehlen Sie für diese Anwendung und diesen Betriebsbereich, und auf welcher Basis (Differenz oder Verhältnis, welche Norm oder Ausgabe)?
• Wo liegt die NPSH-Bezugsebene dieser Pumpe (Laufradmitte, Saugstutzen oder ein anderer Punkt), und welche Höhe hat sie in der Maßzeichnung?
• Wie groß ist der Mindest-Dauerförderstrom, und steigt der NPSHR bei kleinem Förderstrom?
• Bei Saugbetrieb: Welches Verfahren zum Füllen und Entlüften sehen Sie vor, und welche Dichtheit verlangen Sie für die Saugleitung?
• Bei anderen Flüssigkeiten als Wasser: Welche Stoffdaten haben Sie verwendet, und gibt es Einsatzgrenzen für Viskosität, gelöstes Gas oder Feststoffe?

Vorlage für die Anfrage per E-Mail

Die Korrespondenz mit japanischen Lieferanten läuft meist auf Englisch, deshalb steht die Vorlage auf Englisch. Passen Sie die Angaben in eckigen Klammern vor dem Versand an.

Wo dieser Leitfaden nicht gilt

• Die Rechnungen setzen eine stationäre, einphasige Flüssigkeitsströmung voraus. Instationäre Vorgänge wie plötzlicher Druckabfall, Nachverdampfen und Zweiphasenströmung müssen Sie gesondert bewerten.
• Die drei Beispiele verwenden angenommene Werte für Wasser. Reale Projekte brauchen die Stoffwerte der tatsächlichen Flüssigkeit, die tatsächlichen Leitungsverluste und die Daten des Herstellers.
• Dieser Beitrag nennt keine empfohlenen Reservewerte. Sie hängen von Anwendung, Pumpe und der geltenden Norm oder Projektspezifikation ab, und der Pumpenlieferant oder der verantwortliche Ingenieur legt sie fest.
• Bei senkrechten und anderen Pumpenbauarten gelten andere Bezugsebenen. Verwenden Sie immer die Bezugsebene, die der Hersteller vorgibt.
• Das Aufdrücken eines Behälters mit Inertgas erfordert die Prüfung von Auslegungsbedingungen und Sicherheit der Anlage, und eine Änderung von Flüssigkeitstemperatur oder Behälterdruck wirkt auf den Prozess. Dieser Beitrag beschreibt, was zu prüfen ist, nicht wie solche Änderungen durchzuführen sind.

FAQ

Was berechne ich, NPSHA oder NPSHR?

Den NPSHA berechnen Sie für Ihre Anlage aus Stand, Druck, Temperatur und Leitungsverlust. Den NPSHR entnehmen Sie den Daten des Herstellers. Vergleichen Sie beide bei gleichem Förderstrom und gleicher Drehzahl und addieren Sie die Reserve, die die Anwendung verlangt.

Sind NPSHR und NPSH3 dasselbe?

Nicht unbedingt. NPSH3 ist der Prüfwert bei 3 % Förderhöhenabfall, während der NPSHR der Wert ist, den der Hersteller für die zugesagte Leistung nennt. Manche Unterlagen geben beide als dieselbe Zahl an. Prüfen Sie aber die Abnahmekriterien der Spezifikation, bevor Sie sie gleichsetzen.

Läuft die Pumpe, wenn der NPSHA positiv ist?

Ein positiver Wert genügt nicht. Der NPSHA muss im jeweiligen Betriebspunkt den NPSHR plus die geforderte Reserve übersteigen. Außerdem muss die Pumpe weitere Bedingungen erfüllen, etwa Mindestförderstrom, Befüllung und Luftfreiheit.

Vergrößert das Aufdrücken eines Behälters mit Sattwasser die NPSH-Reserve?

Nicht, wenn das Wasser beim neuen Druck gesättigt bleibt: Oberflächendruck und Dampfdruck heben sich weiterhin auf. Bei konstanter Temperatur und Aufdrücken verhält es sich anders. Legen Sie die genaue Kombination aus Temperatur und Druck fest, bevor Sie bewerten.

Wie viel NPSH-Reserve reicht aus?

Das hängt von Flüssigkeit, Pumpe, Betriebsbereich und der geforderten Zuverlässigkeit ab. Verwenden Sie die Reserve, die der Hersteller vorgibt, und die anwendbare Richtlinie, etwa ANSI/HI 9.6.1, und prüfen Sie, ob sie auch im ungünstigsten Betriebszustand eingehalten wird.

Quellen

• Grundlagen der Pumpenkavitation (Gesamtdruck und Dampfdruck, Förderhöhenabfall, Bezug auf die erste Stufe): Ebara Corporation, „Basic Knowledge of Pump Cavitation, Part 1“ (japanisch)
• NPSH-Bezugspunkt, Formeln, Verluste und Prüfkriterium: KSB, „NPSH“, Centrifugal Pump Lexicon (englisch)
• Begriff Haltedruckhöhe in DIN EN ISO 17769-1 und Pflicht zur Angabe des Kavitationskriteriums: KSB, „NPSH“, Kreiselpumpenlexikon
• Ausgabe 2024 von ANSI/HI 9.6.1 und NPSHR-basierte Reserve: Hydraulic Institute, „Understanding the 2024 Updates to ANSI/HI 9.6.1“ (englisch)
• NPSH3, POR und AOR: Hydraulic Institute, „Reliability Basics: Understanding NPSH, POR, and AOR“ (englisch)
• Atmosphärendruck, Höhe, Verluste und Dampfdruck: Grundfos, Kursunterlage „Pump Hydraulics“ (englisch)
• Stoffwerte von Sattwasser: IAPWS, Industrial Formulation 1997 (IAPWS-IF97)