Hoe werkt een zelfaanzuigende pomp en welk type moet u kiezen?

Hoe werkt een zelfaanzuigende pomp eigenlijk?

A zelfaanzuigende pomp is ontworpen om lucht uit de eigen aanzuigleiding en behuizing te evacueren voordat een normale vloeistofstroom tot stand wordt gebracht - zonder dat handmatig vullen of externe vacuümhulp nodig is. Bij een conventionele centrifugaalpomp zorgt lucht in de aanzuigleiding ervoor dat de waaier gaat draaien zonder dat de vloeistof in beweging komt, een toestand die luchtbinding wordt genoemd en die geen bruikbare druk genereert en de pomp door oververhitting kan beschadigen. Een zelfaanzuigende pomp lost dit op door tussen de bedrijfscycli een vloeistofreservoir in de behuizing vast te houden, dat hij gebruikt om binnenkomende lucht te mengen en te verdrijven tijdens het aanzuigen totdat een volledige vloeistofkolom de zuigleiding vult en het normale pompen begint.

De primingcyclus verloopt via een specifieke fysieke volgorde. Wanneer de pomp start, wordt de vastgehouden vloeistof in de behuizing door de roterende waaier naar buiten geworpen, waardoor een lagedrukzone ontstaat bij het waaieroog. Hierdoor wordt lucht uit de zuigleiding aangezogen. De lucht vermengt zich met de recirculerende vloeistof, vormt een lucht-vloeistofmengsel en wordt via de afvoer afgevoerd. Terwijl lucht geleidelijk uit de zuigleiding wordt geëvacueerd, duwt de atmosferische druk de vloeistof uit de bron omhoog om het gedeeltelijke vacuüm te vullen. Zodra de vloeistof de waaier bereikt en de resterende lucht verdringt, schakelt de pomp over naar de normale hydraulische werking. De gehele aanzuigcyclus duurt doorgaans tussen de 30 seconden en enkele minuten, afhankelijk van de zuighoogte, de buisdiameter en het pompontwerp.

Belangrijke componenten die zelfaanzuiging mogelijk maken

Het zelfaanzuigende vermogen van deze pompen hangt af van specifieke ontwerpkenmerken die ze onderscheiden van standaard centrifugaalpompen. De belangrijkste is de vloeistofretentiekamer: een slakkenhuis- of behuizingsvolume dat groot genoeg is om na het uitschakelen voldoende vloeistof vast te houden om de volgende aanzuigcyclus te starten. Als de behuizing tussen cycli leegloopt, verliest de pomp zijn zelfaanzuigende vermogen en moet deze vóór de volgende start handmatig worden gevuld.

Een terugslagklep op de aanzuiginlaat voorkomt dat vloeistof tijdens het uitschakelen terugstroomt naar de bron, waardoor de vloeistofreserve van de behuizing behouden blijft. Sommige ontwerpen maken gebruik van een interne recirculatiepoort die de afvoervloeistof tijdens het vullen terugleidt naar de waaierinlaat, waardoor de mengefficiëntie van lucht en vloeistof wordt verbeterd en de aanzuigtijd wordt verkort. De waaier zelf heeft doorgaans een open of halfopen ontwerp met bredere doorgangen dan een standaard gesloten waaier, waardoor het lucht-vloeistofmengsel kan worden opgenomen zonder verlies van hydraulisch rendement. De afvoerterugslagklep voorkomt omgekeerde stroming tijdens het uitschakelen en beschermt de pomp tegen tegendrukstoten wanneer het systeem opnieuw opstart.

Soorten zelfaanzuigende pompen en hun werkingsprincipes

Zelfaanzuigende pompen vormen geen enkele technologie, maar een categorie die verschillende afzonderlijke werkingsprincipes omvat, elk geschikt voor verschillende toepassingen, vloeistoftypen en prestatie-eisen. Het begrijpen van de verschillen tussen typen is essentieel bij het selecteren van de juiste pomp voor een specifieke installatie.

Zelfaanzuigende centrifugaalpompen

De meest gebruikte zelfaanzuigende centrifugaalpompen werken volgens het hierboven beschreven vloeistofretentie- en lucht-vloeistofmengprincipe. Ze worden geproduceerd in een breed scala aan formaten, van huishoudelijke eenheden met een fractioneel vermogen tot grote industriële modellen die stromen van meer dan 1.000 m³/u kunnen verwerken. Bouwmaterialen variëren van gietijzer en roestvrij staal tot polypropyleen en PVDF voor chemische toepassingen. Deze pompen zijn geschikt voor schone vloeistoffen, licht verontreinigd water, lichte slurries en vele chemische oplossingen. Hun beperking is dat standaard waaierontwerpen worstelen met zeer stroperige vloeistoffen en slurries met veel vaste stoffen, waarvoor gespecialiseerde waaiergeometrieën nodig zijn.

Zelfaanzuigende afvalpompen

Afvalpompen zijn een subtype van zelfaanzuigende centrifugaalpompen die speciaal zijn ontworpen voor het verwerken van vloeistoffen die vast afval bevatten - vodden, stenen, stokken en bouwafval - zonder verstoppingen. Ze maken gebruik van halfopen waaiers met grote doorgang en royale spelingen tussen de waaierschoepen en het spiraalvormige huis. Afvalpompen zijn essentieel bij het ontwateren van bouwplaatsen, bij gemeentelijke overstromingen en bij landbouwdrainage, waarbij de verpompte vloeistof aanzienlijke zwevende deeltjes bevat. De stroomsnelheden zijn doorgaans hoog, maar de efficiëntie is lager dan die van centrifugaalpompen voor schoon water vanwege het open waaierontwerp en de grotere interne spelingen.

Zelfaanzuigende roterende pompen

Roterende verdringerpompen – inclusief tandwielpompen, lobbenpompen en schottenpompen – zijn inherent zelfaanzuigend omdat hun werkingsprincipe niet afhankelijk is van de vloeistofsnelheid om zuigkracht te genereren. De roterende elementen creëren uitzettende en samentrekkende holtes die vloeistof mechanisch verplaatsen, ongeacht of het vloeistof of gas is. Dit maakt roterende zelfaanzuigende pompen de juiste keuze voor viskeuze vloeistoffen zoals oliën, lijmen, polymeren en voedselproducten waarbij centrifugaalpompen geen voldoende zuigkracht kunnen ontwikkelen. Ze gaan ook toleranter om met meegevoerd gas dan centrifugaalontwerpen.

Zelfaanzuigende peristaltische pompen

Peristaltische pompen verplaatsen vloeistof door geleidelijk een flexibele slang of buis tussen rollen en een ronde behuizing te knijpen. Omdat de vloeistof volledig in de slang zit en nooit in contact komt met het pompmechanisme, zijn peristaltische pompen inherent zelfaanzuigend en geschikt voor schurende slurries, afschuifgevoelige biologische vloeistoffen en zeer corrosieve chemicaliën waarbij andere pomptypen te maken zouden krijgen met snelle slijtage of materiaalcompatibiliteitsproblemen. Ze worden veel gebruikt in chemische doseringen, mijnbouw en farmaceutische toepassingen. De stroomsnelheden zijn lager dan die van centrifugale typen, en het vervangen van slangen is een regelmatige onderhoudsvereiste.

Zelfaanzuigende versus standaard centrifugaalpomp: wanneer moet u ze kiezen?

De keuze tussen een zelfaanzuigende en een standaard centrifugaalpomp komt neer op de installatiegeometrie en operationele vereisten. Standaard centrifugaalpompen moeten onder de vloeistofbron worden geïnstalleerd (overstroomde aanzuiging) of moeten vóór elke start handmatig of door een afzonderlijk vacuümsysteem worden gevuld. Deze beperking is acceptabel in vaste installaties met betrouwbare ondergelopen zuigkracht, zoals pompstations die uit een natte put putten. Het wordt een aanzienlijk operationeel probleem wanneer de pomp boven het vloeistofoppervlak moet worden geïnstalleerd, wanneer de zuigleiding tussen cycli leeg kan lopen, of wanneer een automatische herstart zonder toezicht vereist is.

Kritische selectieparameters uitgelegd

Het selecteren van een zelfaanzuigende pomp vereist het afstemmen van de prestatiekenmerken van de pomp op de hydraulische eisen van het systeem in drie verschillende bedrijfsfasen: de aanzuigcyclus, de overgang naar volledige stroom en continue werking. Elke fase stelt andere eisen aan de pomp, en een pomp die alleen is gedimensioneerd voor een stabiele stroom kan ontoereikend zijn voor de aanzuigomstandigheden van de feitelijke installatie.

Maximale zuighoogte

De zuighoogte is de verticale afstand tussen de hartlijn van de pomp en het vloeistofoppervlak in de brontank of put. Atmosferische druk beperkt de theoretische maximale zuighoogte voor elke pomp tot ongeveer 10,3 meter op zeeniveau, maar praktische limieten zijn aanzienlijk lager vanwege de dampdruk, leidingwrijvingsverliezen en de efficiëntie van het luchtevacuatiemechanisme van de pomp. De meeste zelfaanzuigende centrifugaalpompen hebben een nominale maximale aanzuighoogte van 5 tot 8 meter onder ideale omstandigheden: schoon water, nieuwe aanzuigslang, geen lekkages, werkend op zeeniveau. In echte installaties zijn verlaagde liftwaarden van 3 tot 6 meter realistischere planningscijfers. Specificeer een pomp waarvan de nominale aanzuighoogte uw installatievereiste met minstens 20% overschrijdt om marge te bieden voor leidingveroudering, hoogte-effecten en warmere vloeistoftemperaturen die de dampdruk verhogen.

Stroomsnelheid en totale dynamische opvoerhoogte

Debiet (Q) en totale dynamische opvoerhoogte (TDH) bepalen het werkpunt van de pomp op de prestatiecurve. TDH is de som van de statische hoogte (hoogteverschil tussen bron en afvoer), wrijvingsverliezen in het leidingsysteem en het eventuele drukverschil op het afvoerpunt. De pomp moet zo worden geselecteerd dat het werkpunt (het snijpunt van de pompcurve en de systeemcurve) binnen het voorkeursbedrijfsbereik van de pomp valt, doorgaans tussen 80% en 110% van het best efficiency point (BEP) debiet. Als u aanzienlijk links van de BEP werkt, ontstaat er recirculatie en trillingen; aanzienlijk rechts van de BEP werken veroorzaakt cavitatie, overmatige asbelasting en vroegtijdig falen van de lagers.

Vloeibare eigenschappen

Het soortelijk gewicht, de viscositeit, de temperatuur en het vastestofgehalte van de vloeistof zijn allemaal van invloed op de pompkeuze. Viscositeiten boven ongeveer 50 cSt verminderen de effectieve opvoerhoogte en debiet van centrifugaalpompen en vereisen mogelijk in plaats daarvan een zelfaanzuigend type met positieve verplaatsing. Hogere vloeistoftemperaturen verhogen de dampdruk, waardoor de beschikbare NPSH afneemt en het aanzuigen moeilijker wordt. Specificeer pompen met lagere NPSH-vereisten bij het hanteren van hete vloeistoffen. Voor slurries en vloeistoffen met vaste stoffen specificeert u de maximale grootte en concentratie van vaste stoffen in gewichtspercentage; de pompfabrikant kan dan het juiste waaiertype en behuizingsmateriaal aanbevelen.

Praktische installatievereisten voor betrouwbare zelfaanzuiging

Zelfs een correct gespecificeerde zelfaanzuigende pomp zal niet betrouwbaar aanzuigen als de installatie niet aan de basisvereisten voldoet. De aanzuigleiding moet luchtdicht zijn; elk luchtlek tussen de pomp en de vloeistofbron vernietigt het aanzuigmechanisme doordat atmosferische lucht sneller kan binnendringen dan de pomp deze kan evacueren. Alle zuigleidingverbindingen, kleppakkingen en flenspakkingen moeten in goede staat en lekvrij zijn. Dit is vooral belangrijk voor rubberen slangassemblages waarbij de afdichtingen van de koppelingen verslechteren naarmate ze ouder worden en worden blootgesteld aan UV-straling.

De zuigleiding moet zo kort en recht zijn als praktisch mogelijk is, waarbij de buisdiameter zo groot is dat de zuigsnelheid onder de 1,5 m/s blijft om wrijvingsverliezen te minimaliseren. Vermijd waar mogelijk het plaatsen van schuifafsluiters, scherpe bochten of verloopstukken in de aanzuigleiding; elke fitting voegt weerstand toe die de effectieve aanzuighoogte vergroot die de pomp moet overwinnen tijdens het aanzuigen. Een voetklep aan de onderkant van de aanzuigleiding voorkomt dat vloeistof terugstroomt naar de bron en handhaaft de vloeistofkolom die de pomp nodig heeft om het aanzuigen te ondersteunen. Zonder voetklep of terugslagklep bij de zuiginlaat moet de pomp bij elke herstart de gehele zuigleiding opnieuw evacueren, waardoor de aanzuigtijd wordt verlengd en de slijtage van de luchtbehandelingscomponenten toeneemt.

Veel voorkomende bedieningsproblemen en hoe u deze kunt voorkomen

Door de meest voorkomende oorzaken van defecten aan zelfaanzuigende pompen te begrijpen, kunnen operators en onderhoudsteams problemen voorkomen voordat ze zich voordoen, in plaats van storingen te diagnosticeren nadat ze zich hebben voorgedaan.

• Niet aanzuigen of verlengde aanzuigtijd: Meestal veroorzaakt door een luchtlek in de zuigleiding, een versleten of ontbrekende voetklep waardoor de zuigkolom kan leeglopen, of een zuighoogte die het nominale vermogen van de pomp overschrijdt. Controleer alle aanzuigfittingen en verbindingen met zeepsop terwijl de pomp draait en inspecteer de voetklep op slijtage of vuil dat volledige sluiting verhindert.
• Verlies van prime tijdens bedrijf: Veroorzaakt door luchtinname via een aanzuiglek, cavitatie als gevolg van onvoldoende NPSH, of het niveau van de vloeistofbron dat onder de aanzuiginlaat zakt. Installeer een vloeistofniveauschakelaar om de pomp te stoppen voordat de bron droogloopt en controleer de integriteit van de zuigleiding opnieuw.
• Pomp drooglopen: Bij gebruik zonder vloeistof worden mechanische afdichtingen en rotorslijtringen binnen enkele minuten vernietigd. Installeer een stromingsschakelaar of droogloopbeveiligingsrelais om de pomp automatisch uit te schakelen als de stroming onder een minimumdrempel daalt.
• Verminderde stroom in de loop van de tijd: Een progressieve vermindering van het pompvermogen duidt doorgaans op slijtage van de waaier of de slijtring van het huis, waardoor de interne speling toeneemt en de recirculatieverliezen kunnen toenemen. Controleer de afvoerdruk en het debiet regelmatig ten opzichte van de initiële inbedrijfstellingsbasislijn om geleidelijke prestatieverslechtering te detecteren voordat deze kritiek wordt.
• Lekkage mechanische afdichting: Zelfaanzuigende pompen lopen tijdens elke aanzuigcyclus kortstondig droog, waardoor het oppervlak van de mechanische asafdichting meer wordt belast dan bij continu onder water staande pompen. Gebruik mechanische afdichtingen die geschikt zijn voor intermitterend drooglopen, of specificeer een pomp met een externe spoelaansluiting die de afdichtingskoeling handhaaft tijdens het vullen met behulp van een aparte vloeistoftoevoer.