Monat: Dezember 2025

Kavitation: eine Gefahr für Pumpen

Das Sachverständigenbüro Dr. Hövelmann & Rinsche hat regelmäßig mit Schäden an Pumpen zu tun, die durch Kavitation verursacht worden sind.

Wie entsteht Kavitation?

Kavitation an einem Pumpen-LaufradKavitation entsteht in einer Pumpe, wenn der Druck örtlich niedriger ist als der Dampfdruck des Fördermediums. Dann bilden sich an diesen Stellen kleine Dampfblasen, weil das Fördermedium wegen des niedrigen Drucks verdampft.

 

Sobald die gebildeten Dampfblasen aber in Zonen höherer Drücke gelangen (nämlich durch die Strömung), kondensiert der Dampf schlagartig. Dann kollabieren die Dampfblasen bzw. implodieren sie. Dabei treten extreme Druckspitzen auf, die dann an den betreffenden Orten zu Materialabträgen führen.

 

Das in der Abbildung zu sehende Schadensbild an einem Pumpen-Laufrad ist für Kavitation typisch. Zu erkennen ist das an den punktförmigen Grübchen bzw. kraterförmigen Materialabträgen. Weiterhin sind bereits großflächige Bereiche durch extremen Materialschwund geschädigt worden.

Der NPSH hilft Kavitation zu vermeiden

Um Schäden an Pumpen durch Kavitation zu vermeiden, geben die Pumpen-Hersteller den so genannten „NPSH“ (Net Positive Suction Head) an. Hiermit ist ein bestimmter Mindestdruck an der Saugseite einer Pumpe gemeint, der nicht unterschritten werden darf. Die Überschreitung des NPSH sorgt dafür, dass innerhalb der Pumpe keine Drücke entstehen, die den Dampfdruck des Fördermediums erreichen.

Es sind zwei NPSH-Werte miteinander zu vergleichen

Um das Auftreten, das Ausmaß oder die Auswirkungen von Kavitation in einer Pumpe zu beurteilen, sind dabei zwei NPSH-Werte zu vergleichen. Dies sind der für die Pumpe erforderliche NPSHR-Wert (NPSHR mit „R“ für required) und der von der Anlage vorhandene NPSHA-Wert (NPSHA mit „A“ für available).

 

Kennfelder einer Pumpe mit NPSH3Für die Auswahl von Pumpen bieten deren Hersteller eine Reihe von Kennlinien und Kennfeldern an, zum Beispiel zu den Wirkungsgraden oder zu den Verhältnissen Förderhöhen / Fördermengen. Eine für die Pumpenauswahl bezeichnende Kennlinie ist dabei auch diejenige für den NPSHR, die in Abhängigkeit der Fördermenge dargestellt wird.

 

In der nebenstehenden Abbildung ist ein Beispiel dargestellt für die Kennfelder einer Pumpe, die von den Pumpenherstellern zur Verfügung gestellt werden.

 

Das mittlere Kennfeld beinhaltet die Kennlinien für den NPSH-Wert, wobei hier der so genannte „NPSH3“ dargestellt ist, was ein Kavitationskriterium beinhaltet (kavitationsbedingter Förderhöhenabfall um 3 %).

 

So kann man, wenn man den die Anlage kennzeichnenden NPSHA kennt, eine geeignete Pumpe für den jeweils vorliegenden Anwendungsfall auswählen, um Kavitation zu vermeiden.

 

Zu beachten ist, dass der NPSHR-Wert nicht nur für eine bestimmte Drehzahl oder einen bestimmten Pumpentyp bzw. für eine bestimmte Pumpenbauart gilt. Er gilt speziell auch immer nur für den Typ des Laufrads, das in der Pumpe eingebaut ist. Ändert man das Laufrad, ergeben sich vollkommen neue Bedingungen. Das betrifft insbesondere die Charakteristik in Bezug auf den NPSHR-Wert.

Wie war dieser Schaden entstanden?

Nun, die Pumpe war zunächst mit einem Mehrkanalrad ausgestattet worden. Dieses besitzt vorzugsweise einen relativ großen Wirkungsgrad. Es eignet sich aber nur für Fördermedien, die keine zopfbildenden Faserstoffe enthalten. Allerdings war Schmutzwasser zu fördern, das eben solche Stoffe enthält. Die Folge waren andauernde Pumpenausfälle durch Verzopfung. Daher wurde die Pumpe mit einem Freistromrad ausgerüstet, das weniger anfällig ist für Verzopfungen. Hierdurch kamen aber sämtliche Druckverhältnisse innerhalb der Pumpe durcheinander. Der NPSH passte nicht mehr zur Anlage, es kam zu Kavitation.

Besonders gefährdet: Kolbenpumpen

Kavitation an einer KolbenpumpeEin weiterer begutachteter Schaden betraf als Dickstoffpumpen eingesetzte Kolbenpumpen. Kavitation entsteht hier im Speziellen, wenn es während des Ansaughubs zu einem Druckabfall kommt. Dieser lässt den Druck mitunter unter den Dampfdruck des Mediums absinken.

Wichtig ist die Beschaffenheit des Dickstoffs

Die Beschaffenheit des zu fördernden Dickstoffs kann unter Umständen die Kavitationsneigung befördern. Ein Beispiel hier ist, wenn der Dickstoff „zu dick“ ist (hohe TS-Gehalte, niedrige Fließfähigkeit). Denn ein zu hoch eingedicktes, schlecht fließfähiges Medium führt zwar nicht direkt zur Kavitation. Es schafft aber die Bedingungen, unter denen Kavitation bei Kolbenpumpen besonders leicht entstehen kann. Wegen der höheren Viskosität kann beim Ansaughub einer Kolbenpumpe der Dickstoff nämlich womöglich nicht schnell genug nachströmen. In diesem Fall vermag der Druck im Zylinder abzufallen und das womöglich bis unterhalb der Dampfdruckgrenze.

Auch Luft spielt eine Rolle für Kavitation

Weiterhin gilt Luft als ein Verstärker der Kavitationsneigung bei Kolbenpumpen. Luft ist ein kompressibles Gas, wodurch zunächst ein instabiler Saugdruck entstehen kann. Besonders wirken sich aber so genannte „Höhlenschläge“ oder „Hohlhübe“ aus. Sie verursachen extreme Druckspitzen. Hierbei handelt es sich um eingesaugte Luft, die beim Druckhub komprimiert wird. Die Pumpe „zieht ins Leere“ und komprimiert zunächst Gas statt Flüssigkeit. Der Druckhub ist dann kein normaler Förderhub mehr, sondern ein Hohlhub. Sobald das Ventil dann öffnet oder das Gas vollständig komprimiert ist, gibt es einen impulsartigen Druckstoß, der sich im gesamten System fortpflanzt.

 

Für Anfragen zur Begutachtung von Schäden durch Kavitation besuchen Sie bitte die Website des Sachverständigen- und Gutachterbüros Dr. Hövelmann & Rinsche.

Schäden durch Fettabscheider

Die Sachverständigen und Gutachter von Dr. Hövelmann & Rinsche haben sich dann und wann auch mit Fettabscheidern auseinanderzusetzen. Nämlich immer dann, wenn Fettabscheider Schäden verursacht haben. Hier berichten wir von zwei typischen Schadenfällen, bei denen Fettabscheider jeweils eine Rolle gespielt haben.

Wozu dienen Fettabscheider?

Fettabscheider dienen dazu, das Abwasser zum Beispiel aus gewerblichen Küchen, Metzgereien oder Lebensmittelbetrieben vor der Einleitung in die städtischen Kanalisationen von mitgeführtem Fett zu befreien. Das funktioniert nach dem Schwerkraftprinzip, das darauf beruht, dass Fette und Öle eine geringere Dichte als Wasser haben. Deshalb vermögen sie in einem strömungsberuhigten Abscheider nach oben in Richtung der Wasseroberfläche aufzutreiben. In einem Fettabscheider wird das fetthaltige Abwasser deshalb in einen Abscheiderraum geführt, in dem das Fett Zeit hat, oben auf der Wasseroberfläche aufzuschwimmen. Das (weitestgehend fettfreie) Wasser unterhalb der aufschwimmenden Fettschicht kann dann abgeleitet werden.

Fettabscheider verursacht Wasserschaden

Korrodierte Tauchwand in einem Fettabscheider

Die Tauchwand am Ablauf korrodierte

Im vorliegenden Fall verursachte ein Fettabscheider einen Wasserschaden. Dieser hatte seinen Ablauf oben. Damit aufschwimmendes Fett nicht hier hinein gelangen konnte, war der Ablauf über eine Tauchwand geschützt. Diese Tauchwand korrodierte allerdings mit der Zeit. Es entstand eine Öffnung in der Tauchwand. Und so kam es, dass immer wieder Fett in den Ablauf gelangte.

Warum kam es zum Wasserschaden?

Nun, der Fettabscheider befand sich in einem Kellergeschoss. Und von hier aus musste das aus dem Fettabscheider abfließende Abwasser mit einer Hebeanlage fortgepumpt werden. Da aber der Ablauf aus dem Fettabscheider jetzt auch jede Menge Fett enthielt, gelangte Fett auch in die Hebeanlage. Dort erkaltete es, verfestigte sich und legte den Betrieb der Hebeanlage lahm.

Der Fettabscheider lief über

Das immer noch zum Fettabscheider nachlaufende Abwasser aus der gewerblichen Küche ließ dann – da der Ablauf ja wegen der ausgefallenen Hebeanlage gestört war – den Fettabscheider überlaufen. Das übergelaufene Wasser verursachte dann den Wasserschaden. Dieser war nicht unerheblich, da das Schadwasser fetthaltig war.

Hebeanlage nicht geeignet für Fettabscheider

Blick in eine Hebeanlage nach einem Fettabscheider

Fett vermag Korrosion auszulösen

Auch in diesem Fall war einem Fettabscheider eine Hebeanlage nachgeschaltet. Allerdings war diese Hebeanlage gänzlich ungeeignet hierfür. Denn wie sich aus der nebenstehenden Abbildung, die einen Blick in die geöffnete Hebeanlage zeigt, ergibt, waren die beiden in der Hebeanlage eingebauten Pumpen bereits korrodiert. Das liegt daran, dass Fette in Abwassersystemen generell korrosionsfördernd sind. Zum Beispiel können sie durch Bakterien hydrolysiert werden. Sie zerfallen damit u.a. in freie Fettsäuren, die chemisch aktiv sind und schon für leichte Korrosion sorgen können. Weiterhin fördern Fette die Ausbildung von anaeroben Zonen (Sauerstoffarmut), weil sie sich an Rohrwänden ablagern und dort Biofilme bilden. Wegen der anaeroben Bedingungen kommt es zur Sulfatatmung bestimmter Bakterien. Diese nutzen dann Sulfate im Abwasser als Energiequelle und produzieren dabei Schwefelwasserstoff. Und der Schwefelwasserstoff wird letztendlich in Schwefelsäure umgewandelt, die hochkorrosiv ist. Diesen Vorgang nennt man übrigens „biogene Schwefelsäurekorrosion“. Da der Ablauf eines Fettabscheiders nicht fettfrei ist bzw. Restfette enthält, gelangt auch Fett in gewissen Mengen in an Fettabscheider angeschlossene Hebeanlagen. Dort kann das Restfett zu Korrosion führen.

Füllstandsmessung mittels Staudruckverfahren

In der Abbildung ist zu sehen, dass ein nach unten offenes Tauchrohr in der Hebeanlage eingebaut ist. Dieses Tauchrohr ist ein Teil der Füllstandsmessung, die den Füllstand im Behälter erfassen soll. Die Erfassung des Füllstandes erfolgt dabei im so genannten „Staudruckverfahren“. Dabei handelt es sich um ein pneumatisches Verfahren. Steigt der Füllstand in der Hebeanlage an, taucht das Tauchrohr ins Wasser ein bzw. steigt das Wasser in das Tauchrohr auf. Dabei wird die Luft im Tauchrohr und somit auch in dem Druckluftschlauch komprimiert, wobei ihr Druck zunimmt. Dies erfasst die (über einen Druckluftschlauch) mit dem Tauchrohr verbundene Steuerung und schaltet eine Pumpe ein. Durch das Einschalten einer Pumpe fällt der Wasserstand in der Hebeanlage wieder ab. Da der Stand des Abwassers im Tauchrohr abfällt, lässt auch der Druck im Druckluftschlauch nach, was die Steuerung ebenfalls registriert. Auf diese Weise wird die Pumpe entsprechend wieder abgeschaltet.

Die Füllstandsmessung der Hebeanlage fiel aus

Nun wurde bereits ausgeführt, dass sich auch immer ein bisschen Fett in der Hebeanlage einfindet. Und wenn das Fett dort erkaltet und sich verfestigt, besteht die Gefahr, dass es sich vor das offene Ende des Tauchrohres setzt. Damit wird das Staudruckverfahren beeinflusst. Es gibt dann keine keine Druckänderungen mehr im Druckluftschlauch und es werden dadurch keine Signale an die Steuerung übertragen. Die Pumpen werden nicht eingeschaltet. Und so kam es auch hier dazu, dass der Fettabscheider überlief, was wieder zu einem entsprechenden Schaden geführt hat.

 

Für Anfragen zur Begutachtung von Schäden wegen Fettabscheidern besuchen Sie bitte die Website des Sachverständigen- und Gutachterbüros Dr. Hövelmann & Rinsche.