Wat zijn centrifugaalpompen?
Centrifugaalpompen worden vaak ingezet voor het transporteren van vloeistoffen met een lage viscositeit, zoals water. Deze pompen zijn bijzonder geschikt voor het verplaatsen van grote hoeveelheden vloeistoffen met een lage viscositeit.
Dankzij hun hoge capaciteit, eenvoudige onderhoud en robuuste constructie worden centrifugaalpompen wereldwijd veelvuldig toegepast in industriële omgevingen.
Radiale centrifugaalpomp met spiraalvormige behuizing
Onderdelen van een centrifugaalpomp
Centrifugaalpompen zijn relatief eenvoudig van ontwerp en bevatten weinig onderdelen. Enkele van de meest voorkomende onderdelen worden hieronder opgesomd.
Spiraalvormige behuizing en diffuser
Een spiraalvormige behuizing of diffuser wordt gebruikt om kinetische energie om te zetten in drukenergie.
Spiraalvormige behuizing met waaier (a)
Een waaier roteert en geeft kinetische energie aan de omringende vloeistof door wrijving. Terwijl de waaier roteert, beweegt de vloeistof naar de buitenrand van de waaier en wordt de kinetische energie omgezet in drukenergie.
Compressiepakking en mechanische afdichtingen
De afdichting van de pomp wordt bereikt met behulp van compressiepakking (ook wel pakking genoemd) of een mechanische afdichting. Pakking is een zeer oud ontwerp (enkele duizenden jaren) terwijl mechanische afdichtingen een relatief recente ontwikkeling zijn.
Pakkingen zijn de goedkopere van de twee opties, hoewel ze verschillende nadelen hebben in vergelijking met een mechanische afdichting. Deze omvatten:
- Klierpakking drukt fysiek tegen de as en creëert langzaam een groef op de as die later mogelijk gerepareerd moet worden.
- Contact tussen de klier en de as creëert wrijving die zich manifesteert als warmte. Deze warmte moet worden verwijderd om schade aan de as en klier te voorkomen.
- Wrijving tussen de klier en de as betekent dat de pompmotor meer stroom nodig heeft voor dezelfde hoeveelheid werk; dit leidt tot een algemene daling van de efficiëntie.
- Pakkingen moeten periodiek worden aangespannen om de juiste lekkagesnelheid te behouden.
- De levensduur van pakkingen is over het algemeen veel korter in vergelijking met een mechanische afdichting.
Naast het bovenstaande kan ook een lantaarnring nodig zijn om de pakking te koelen.
Mechanische afdichtingen hebben niet dezelfde problemen als pakkingen, hoewel ze duurder zijn en gevoelig voor lekkage als de primaire afdichtingsvlakken niet volledig schoon zijn.
Slijtringen
Slijtringen worden gebruikt om de ruimte tussen de waaier en de behuizing af te dichten. Slijtringen die op de waaier zijn geïnstalleerd, worden 'waaierslijtringen' genoemd, terwijl slijtringen die op de behuizing zijn geïnstalleerd, 'behuizingslijtringen' worden genoemd.
Als er geen slijtringen waren geïnstalleerd, zou de procesvloeistof in relatief grote hoeveelheden van de perszijde naar de zuigzijde van de pomp kunnen stromen, wat leidt tot een daling van de pompefficiëntie (tot wel 4%). Het is mogelijk om een pomp zonder slijtringen te gebruiken, maar resulterende schade aan de waaier en behuizing zal optreden en de kosten van het vervangen van een waaier of behuizing zijn veel hoger dan de kosten van het vervangen van de slijtringen.
Wrijving van een waaier tegen de behuizing kan ook leiden tot een proces dat 'vastlopen' wordt genoemd, wat betekent dat de twee metalen microgelast zijn. In ernstige gevallen kan vastlopen ertoe leiden dat de pomp volledig vastloopt.
Geniet je van dit artikel? Bekijk dan zeker onze Centrifugaalpomp Videocursus! De cursus bevat een quiz, handboek, en je ontvangt een certificaat wanneer je de cursus voltooit. Veel plezier!
Hoe werken centrifugaalpompen
De onderstaande video is een fragment uit onze Introductie tot Centrifugaalpompen Online Videocursus.
Vloeistof wordt aangezogen via de zuigpoort (midden in de behuizing) en afgevoerd via de perspoort (bovenaan de behuizing).
Nadat de vloeistof door de zuigpoort is gegaan, passeert deze een waaier en wordt radiaal weg van het oog van de waaier (midden van de waaier) afgevoerd. De vloeistof stroomt weg van het oog van de waaier door centripetale kracht, hoewel deze stroming bijna altijd wordt toegeschreven aan centrifugale kracht, wat onjuist is omdat centrifugale kracht eigenlijk een denkbeeldige (niet echte) kracht is.
De waaier heeft schotten gescheiden door kanalen, de vloeistof stroomt door deze kanalen. Elk kanaal heeft een toenemende stroompadoppervlakte. Naarmate het stroompadoppervlak groter wordt, neemt de snelheid van de vloeistof af en de druk toe. De relatie tussen oppervlakte, snelheid en druk wordt beschreven door de Wet van Bernoulli.
Door de unieke vorm van de spiraalvormige behuizing ondergaat de vloeistof een verdere snelheidsafname en drukverhoging. De vloeistof wordt vervolgens afgevoerd via de perspoort.
Classificatie op basis van stroming
Centrifugaalpompen worden geclassificeerd als radiaal, axiaal of gemengd stromend.
Radiaal stromende pompen voeren vloeistof loodrecht op de hoofdpompas af (90 graden ten opzichte van de oriëntatie van de hoofdpompas); dit type pomp is ideaal voor veel druk- en stroomtoepassingen.
Radiaal stromende centrifugaalpomp
Gemengd stromende pompen voeren vloeistof af onder een hoek van meer dan 90 graden ten opzichte van de pompas.
Gemengd stromende centrifugaalpomp
Axiaal stromende pompen worden gebruikt voor toepassingen met lage druk en hoge stroom. Bijna geen radiale kracht wordt op de vloeistof uitgeoefend, maar de pomp wordt nog steeds als centrifugaal geclassificeerd omdat een klein deel van de vloeistofbeweging radiaal is.
Axiaal stromende centrifugaalpomp
Classificatie op basis van waaier
Waaierontwerpen zijn beschikbaar in drie veelvoorkomende ontwerpen: gesloten, halfopen en open.
Open, halfopen en gesloten waaiers
Gesloten – gesloten waaiers hebben twee schotten. De schoepen van de waaier zijn volledig ingesloten tussen de twee schotten. Dit type waaier is zeer efficiënt voor het verpompen van vloeistoffen met lage viscositeit en weinig vaste stoffen (water, zeewater, etc.). De gesloten waaier heeft de grootste mechanische sterkte van alle waaierontwerpen vanwege de ondersteuning van de schoepen door de schotten.
Halfopen/Halfgesloten – dit type waaier staat ook bekend als een 'gedeeltelijk open' of 'gedeeltelijk gesloten' waaier. Halfopen waaiers hebben slechts één schot. Dit type waaier wordt gebruikt voor het verpompen van vloeistoffen met een matige hoeveelheid vaste stoffen. Halfopen waaiers zijn niet zo efficiënt als volledig gesloten waaiers omdat de verpompte vloeistof niet direct langs de schoepen wordt geleid.
Open – open waaiers hebben geen schotten. Dit type waaier is ideaal voor het verpompen van vloeistoffen met hoge viscositeit (mits ze niet schuimen bij agitatie) en vloeistoffen met veel vaste stoffen. Typische toepassingen voor dit type waaier zijn onder andere rioolwater en papierpulp. Soms wordt het midden van de waaier ook uitgerust met een gekarteld mes om vaste stoffen te hakken terwijl ze in het oog van de waaier worden gezogen.
Classificatie op basis van trap
Centrifugaalpompen kunnen enkeltraps of meertraps zijn.
Een enkeltraps waaier is een pomp met slechts één waaier. Enkeltraps pompen gebruiken meestal een spiraalvormige behuizing, hoewel een diffuser kan worden gebruikt als de ruimte beperkt is.
Een meertraps pomp is een pomp met meer dan één waaier. Meertraps pompen gebruiken meestal diffusers omdat het installeren van een spiraalvormige behuizing voor elke waaier onpraktisch is vanwege ruimteoverwegingen.
Meertraps pompen worden aangeduid met het aantal waaiers dat op een gemeenschappelijke as is geïnstalleerd, bijvoorbeeld een vijftraps pomp is een meertraps pomp met vijf waaiers (hieronder weergegeven).
Meertraps pompen maken het mogelijk dat de verpompte vloeistof door meerdere waaiers en diffusers wordt geleid voordat deze wordt afgevoerd; dit maakt het mogelijk om de druk geleidelijk te verhogen bij elke pomptrap.
Classificatie op basis van zuigtype
Waaierontwerpen kunnen enkelvoudige zuiging of dubbele zuiging hebben.
Enkelvoudige zuiging waaiers hebben slechts één zuiginlaat.
Dubbele zuiging waaiers hebben twee zuiginlaten.
Enkelvoudige en dubbele zuiging
Tussen lagers of overhangend
Centrifugaalpompwaaiers kunnen aan één uiteinde in een cantileveropstelling worden ondersteund, of aan beide uiteinden.
Waaiers die slechts aan één uiteinde worden ondersteund, worden overhangende pompen genoemd, omdat de waaier 'hangt' binnen de behuizing.
Waaiers die aan beide zijden worden ondersteund, worden tussen lagers pompen genoemd, omdat de waaier(s) tussen de aslagers is geïnstalleerd. Grote centrifugaalpompen en meertraps centrifugaalpompen zijn bijna altijd tussen lagers pompen.
Pompcurves
Pompcurves worden gebruikt om de optimale pompcondities te vinden op basis van bepaalde kenmerken, zoals de te verpompen vloeistof, de gewenste druk en de gewenste stroom. De gewenste kenmerken hangen af van de vereisten; sommige pompen hebben veel voorwaarden waaraan moet worden voldaan voordat ze in gebruik worden genomen.
Twee van de belangrijkste kenmerken van een pompcurve zijn de afsluithoogte en de pompuitloop.
De afsluithoogte vertegenwoordigt de maximale hoeveelheid statische hoogte die door de pomp kan worden gegenereerd.
De uitloop waarde is de maximale toelaatbare stroming door de pomp zonder dat de pomp schade oploopt.
Pompcurve
Afsluithoogte – is de maximale hoeveelheid statische hoogte (soms 'totale hoogte' genoemd) die door de pomp kan worden gegenereerd bij een bepaalde snelheid. Zodra de afsluithoogte is bereikt, is er geen stroming.
Voorbeeld
Stel je voor dat je een vloeistof door een 10 meter lange verticaal georiënteerde pijp pompt. Je kent de afsluithoogte niet, dus begin je gaten in de verticale pijp te boren totdat er water uit stroomt. Je boort op 10 meter hoogte, dan op 9 meter hoogte en er stroomt water uit wanneer je op 8 meter hoogte boort. Je snijdt vervolgens de bovenste 1 meter van de verticale pijp af en ziet dat het waterniveau zich op ongeveer 8,5 meter bevindt. Je ziet dat er geen stroming is. Het waterniveau dat je ziet, vertegenwoordigt de afsluithoogte.
In ons voorbeeld kan de 'hoogte' worden geclassificeerd als de 'pershoogte', dit is de drukhoogte die de vloeistof van de pompperspijp naar de uiteindelijke uitlaat tilt.
De 'statische hoogte' (ook wel 'totale hoogte' genoemd) is het verschil in verticale hoogte van de bovenkant van de te verpompen vloeistof tot het hoogste punt waar de vloeistof wordt afgevoerd.
De afsluithoogte is de totale hoogte waarde wanneer er geen stroming plaatsvindt.
Totale drukhoogte (statische hoogte)
Uitloop – is de maximale toelaatbare stroming door de pomp zonder de pomp te beschadigen. Hoge stroomsnelheden leiden vaak tot cavitatie, wat niet gewenst is.
Cavitatie
Cavitatie treedt op als gevolg van drukvariaties die de vloeistof ondervindt terwijl deze door de pompwaaier stroomt. Ingesloten dampbellen vormen en imploderen door deze plotselinge drukverandering. Hoewel cavitatie op kleine schaal onbeduidend is, is het zeer schadelijk voor de pomp wanneer het duizenden keren per seconde wordt herhaald.
Effect van drukverandering op een dampbel (cavitatie)
Cavitatie laat de pomp vaak klinken alsof er knikkers in de pomphuis worden geschud. Als cavitatie wordt vermoed, moeten er corrigerende maatregelen worden genomen om de cavitatie zo snel mogelijk te verminderen of te stoppen.
Gasbinding
De te verpompen vloeistof kan worden beschouwd als een essentieel onderdeel van de pomp. Zonder vloeistof zal de pomp niet correct werken. Gasbinding verwijst naar een situatie waarin te weinig vloeistof aanwezig is in de pomp en er geen negatieve zuigdruk kan worden verkregen. Als er geen negatieve zuigdruk kan worden verkregen, kan er geen vloeistof in de pomp worden gezogen en zal er geen stroming plaatsvinden.
Opmerking: Positieve verdringerpompen hebben geen last van gasbinding omdat deze typen pompen zelfaanzuigend zijn (kunnen lucht pompen).
Priming
Pompen die lucht kunnen pompen worden 'zelfaanzuigend' genoemd. In tegenstelling tot positieve verdringerpompen kan een centrifugaalpomp geen lucht pompen en is daarom niet zelfaanzuigend. Het is normaal gesproken een vereiste dat er een drukhoogte beschikbaar is wanneer de pomp wordt gestart, dit betekent vaak dat de pomp onder het niveau van de te verpompen vloeistof wordt geïnstalleerd (de vloeistof wordt door de zwaartekracht in de pomp gezogen). Een andere manier om de pomp te primen is door een extra pomp te gebruiken om de hoofdcentrifugaalpomp te voeden totdat er zuiging wordt verkregen.
Pomp geïnstalleerd onder de te verpompen vloeistof
3D Model Details
Dit 3D-model toont alle belangrijke onderdelen die bij een typische centrifugaalpomp horen, waaronder:
- Waaier
- Spiraalvormige behuizing
- As
- Mechanische afdichting
- Zuig- en perspoorten
- Assleutel
- Lager
- Moeren en bouten
- Slijtringen
- Compressiepakking
- Lantaarnring
Dit is een 3D-model van een centrifugaalpomp.
3D Model Annotaties
Pers/Uitlaat
Vloeistof wordt via deze aansluiting afgevoerd.
Zuig/Inlaat
Vloeistof wordt via deze aansluiting in de waaier gezogen.
Slijtring
Een waaierslijtring is geïnstalleerd om de speling tussen de behuizing en de waaier te verkleinen. Het verkleinen van de speling vermindert de hoeveelheid lekkage van de pers- naar de zuigzijde van de waaier; dit verbetert uiteindelijk de efficiëntie van de pomp.
Waaier
Vloeistof stroomt in het oog van de waaier en vervolgens radiaal naar buiten. Terwijl de vloeistof door de waaierschoepen naar buiten beweegt, wordt de kinetische energie omgezet in drukenergie. Er zijn drie soorten centrifugaalwaaiers, namelijk de gesloten, gedeeltelijk gesloten en open typen; het type dat wordt gebruikt, hangt af van welke vloeistof wordt verpompt.
Spiraalvormige behuizing
Centrifugaalpompbehuizingen zijn van het diffuser- of spiraaltype. Enkeltraps pompen (één waaier) maken bijna altijd gebruik van spiraalvormige behuizingen, terwijl meertraps pompen (>1 waaier) meestal diffuserbehuizingen gebruiken.
Compressiepakking
Compressiepakking dicht de ruimte tussen de as en de behuizing af. Compressiepakking wordt meestal eenvoudigweg 'pakking' genoemd. Een alternatief voor compressiepakking is de mechanische afdichting.
Stopbus
Het gebied waar de pakking en lantaarnring zijn geïnstalleerd, staat bekend als de 'stopbus'. De pakking wordt letterlijk in deze ruimte 'gestopt'. In dit model is de annotatiemarker boven de stopbus geplaatst.
Lantaarnring
Lantaarnringen worden gebruikt om koelvloeistof naar de pakking te verdelen. De vloeistof koelt en smeert de pakking, wat helpt om oververhitting te voorkomen.
Klierdrukker
Een klierdrukker wordt gebruikt om de pakking samen te drukken, maar het is belangrijk dat er een lekkagesnelheid door de pakking wordt gehandhaafd. De lekkagesnelheid moet worden gemeten in druppels per minuut en de klierdrukker moet worden aangepast als de lekkagesnelheid buitensporig wordt.
Kogellagers
Lagers dragen de axiale en radiale belastingen die door de pomp worden gegenereerd wanneer deze stilstaat en in bedrijf is. Het type lager dat wordt gebruikt, hangt af van veel factoren, hoewel kogellagers als een geschikt lager voor veel toepassingen worden beschouwd. Kogellagers zijn een type antifrictielager.
Gerelateerde online technische cursussen
Introductie tot Centrifugaalpompen
Hoe meertraps centrifugaalpompen werken
Hoe handpompen werken (hydraulische waterpomp)
Aanvullende bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_pump
https://www.powerzone.com/resources/glossary/centrifugal-pump
https://www.introtopumps.com/pumps-101/what-is-a-centrifugal-pump