NPSH einfach erklärt: Formel, Beispiel & Tipps gegen Kavitation

Was ist der NPSH-Wert und warum ist er so wichtig?

Wer sich mit Pumpentechnik beschäftigt, stößt früher oder später auf den Begriff NPSH. Doch was steckt dahinter, warum ist dieser Wert so wichtig – und wie wird er berechnet?

NPSH – kurz erklärt

NPSH steht für Net Positive Suction Head, zu Deutsch: „Nettopositive Saughöhe oder Haltedruckhöhe“. Es beschreibt die Energiehöhe am Eintritt einer Pumpe, bezogen auf die Flüssigkeitssäule in Metern. Vereinfacht gesagt: Der NPSH-Wert gibt an, ob genügend Druck (Energiehöhe) am Pumpeneingang vorhanden ist, damit die Flüssigkeit nicht verdampft.

Das ist entscheidend, denn sobald der Druck am Pumpeneintrittsstutzen unter den Dampfdruck des Fördermediums fällt, beginnt die Flüssigkeit im Pumpeneingang zu sieden und es entstehen Dampfblasen. Diese implodieren, sobald die Pumpe den Druck wieder erhöht – ein Effekt, der als Kavitation bezeichnet wird. Kavitation erzeugt starke Geräusche, Leistungsverluste und führt in aller Regel auch zu schweren Schäden an der Pumpe.

NPSHA vs. NPSHR – der Unterschied

NPSHA („Available“ = verfügbar): Dieser Wert beschreibt den tatsächlich vorhandenen Zulaufdruck in der Anlage. Er hängt von der Aufstellung der Pumpe, der Flüssigkeit, der Temperatur und den Druckverlusten in der Saugleitung ab.
NPSHR („Required“ = erforderlich): Dieser Wert wird vom Pumpenhersteller angegeben. Er gibt an, wie viel Zulaufdruck die Pumpe mindestens benötigt, um ohne Kavitation zu arbeiten.

Die einfache Regel lautet: NPSHA > NPSHR + Sicherheitszuschlag (0,5–1 m bei kleinen Anlagen, ≥ 1–3 m bei kritischen Medien/Temperaturen/Langzeitbetrieb.)

Wie wird der NPSHA berechnet?

Der verfügbare NPSH-Wert (NPSHA) ergibt sich aus dem Gleichgewicht verschiedener Drücke und Höhen im System. Vereinfacht sieht die Berechnung so aus:

${NPSH}_{vorh.} = \frac{p_{e} + p_{b} - p_{D}}{ρ \cdot g} + \frac{{v_{e}}^{2}}{2 g} - H_{VS} \pm H_{Sgeo}$

Bedeutung der einzelnen Größen:

p_e – Überdruck im Zulaufbehälter (Relativdruck) (Pa)
p_b – Luftdruck am Aufstellungsort (Absolutdruck) (Pa)
p_D – Dampfdruck der Flüssigkeit bei Betriebstemperatur (Pa)
ρ – Dichte der Flüssigkeit (kg/m³)
g – Erdbeschleunigung (m/s², Standardwert 9,81 m/s²)
v_e² – Strömungsgeschwindigkeit am Pumpeneintritt (m/s)
H_VS – Druckverlust in der Saugleitung (m)
H_Sgeo – Geodätische Saughöhe zwischen Flüssigkeitsspiegel und Pumpeneintritt (m)
- + bei Zulauf (Tank oberhalb der Pumpe)
- − bei Saugbetrieb (Tank unterhalb der Pumpe)

Das Ergebnis wird in Metern Förderhöhe angegeben.

Berechnungsbeispiel

Größe	Wert	Einheit	Beschreibung
NPSH_erf.	1,3	m	NPSH-Wert der Pumpe
p_e	0	N/m²	Überdruck im Behälter
p_b	~95200	N/m²	Luftdruck (491 m ü.N.)
p_D	48300	N/m²	Dampfdruck Medium (~20°C)
ρ	905	kg/m³	Dichte Medium
g	9,81	m/s²	Erdbeschleunigung
v_e	0,05	m/s	Strömungsgeschwindigkeit
H_VS	0,1	m	Druckverluste Saugleitung
H_Sgeo	0,73	m	Höhendifferenz Flüssigkeitsspiegel – Mitte Saugstutzen
${NPSH}_{vorh.} = \frac{0 \frac{N}{m^{2}} + 95200 \frac{N}{m^{2}} - 48300 \frac{N}{m^{2}}}{905 \frac{kg}{m^{3}} \cdot 9,81 \frac{m}{s^{2}}} + \frac{{(0,05 \frac{m}{s})}^{2}}{2 \cdot 9.81 \frac{m}{s^{2}}} - 0,1 m + 0,73 m$
NPSH_vorh.	= 5,91 m	NPSH-Wert der Anlage
NPSH_vorh. ≥ NPSH_erf. + 0,5 m NPSH_vorh. - NPSH_erf. - 0,5 m = 4,11 m (= 0,365 bar)

Wenn der Hersteller für diese Pumpe einen NPSHR-Wert von 1,3 m angibt, liegt man hier deutlich über dem erforderlichen Wert – die Pumpe arbeitet sicher ohne Kavitation.

Fazit

NPSHA = verfügbarer Zulaufdruck (hängt von der Anlage ab)
NPSHR = erforderlicher Zulaufdruck (vom Hersteller angegeben)
Wichtig: NPSHA muss immer größer sein als NPSHR.

Wer diese Zusammenhänge versteht, kann Pumpenanlagen sicher auslegen und vermeiden, dass Kavitation die Lebensdauer und Effizienz einer Pumpe beeinträchtigt.