Wat zijn zelfaanzuigende pompen en hoe kiest u de juiste voor uw systeem?

Zelfaanzuigende pompen vertegenwoordigen een van de praktisch meest waardevolle innovaties in de vloeistofbehandelingstechniek. In tegenstelling tot standaard centrifugaalpompen waarbij het pomphuis en de zuigleiding vóór het opstarten volledig met vloeistof moeten worden gevuld, kunnen zelfaanzuigende pompen lucht uit hun eigen zuigleiding evacueren en zichzelf automatisch aanzuigen – zelfs als de pomp boven de vloeistofbron is geïnstalleerd. Deze mogelijkheid elimineert de noodzaak van handmatige vulprocedures, voetkleppen of externe vacuümsystemen, waardoor de complexiteit van de installatie, de onderhoudsvereisten en het risico op droogloopschade aanzienlijk worden verminderd in toepassingen waarbij de vloeistoftoevoer intermitterend is of de pomp na langere perioden van inactiviteit draait. Van gemeentelijke rioolwaterzuiverings- en industriële processystemen tot lenspompen op zee en landbouwirrigatie: zelfaanzuigende pompen leveren operationele betrouwbaarheid in omstandigheden waarin conventionele pompen uitvallen of constante tussenkomst van de operator vereisen.

Hoe zelfaanzuigende pompen werken

Het fundamentele werkingsprincipe van een zelfaanzuigende pomp is gebaseerd op het vermogen om lucht te mengen met resterende vloeistof die in het pomphuis wordt vastgehouden, waardoor een omgeving met verminderde druk ontstaat bij de waaierinlaat die vloeistof door de zuigleiding zuigt. Wanneer een zelfaanzuigende pomp start met lucht in de zuigleiding, roteert de waaier in de vloeistof die is achtergebleven uit de vorige bedrijfscyclus. Deze rotatie genereert een centrifugale werking die de vloeistof naar buiten slingert en tegelijkertijd lucht uit de aanzuiginlaat in het rotoroog zuigt. De lucht en de vloeistof vermengen zich in de waaierdoorgangen en worden afgevoerd naar een scheidingskamer, waar de zwaardere vloeistof terugvalt naar de waaier, terwijl de lichtere lucht door de afvoer wordt verdreven. Deze recirculatiecyclus gaat door, waarbij geleidelijk lucht uit de zuigleiding wordt geëvacueerd en de druk bij de pompinlaat wordt verlaagd totdat de atmosferische druk die op het vloeistofoppervlak in de toevoerbron inwerkt, vloeistof door de zuigleiding en in de pomp duwt. Eenmaal volledig gevuld met vloeistof, gaat de pomp naadloos over naar normaal centrifugaalpompen.

De aanzuigtijd – de tijd die nodig is om de aanzuigleiding te evacueren en een volledige vloeistofstroom tot stand te brengen – hangt af van verschillende factoren, waaronder de hoogte van de aanzuighoogte, de lengte en diameter van de aanzuigleiding, het volume aan lucht dat moet worden geëvacueerd en de ontwerpefficiëntie van de pomp bij luchtbehandeling. Een goed ontworpen zelfaanzuigende pomp die werkt op typische zuighoogtes van 4–6 meter zal onder normale omstandigheden binnen 30–90 seconden volledig aanzuigen. De maximale praktische zuighoogte voor zelfaanzuigende centrifugaalpompen is over het algemeen beperkt tot 7 à 8 meter vanwege de fysieke beperkingen van de atmosferische druk, hoewel sommige zelfaanzuigende ontwerpen met positieve verplaatsing kunnen werken bij grotere zuighoogten.

Belangrijkste soorten zelfaanzuigende pompen

Het zelfaanzuigende vermogen is opgenomen in verschillende typen pomptechnologie, die elk een andere mechanische benadering van luchtevacuatie gebruiken en geschikt zijn voor verschillende toepassingsvereisten op het gebied van stroomsnelheid, druk, vloeistoftype en verwerking van vaste stoffen.

Zelfaanzuigende centrifugaalpompen

Zelfaanzuigende centrifugaalpompen zijn het meest gebruikte type in industriële, gemeentelijke en agrarische toepassingen. Ze zijn voorzien van een groot spiraalvormig huis met een geïntegreerd vloeistofreservoir dat een volume aanzuigvloeistof vasthoudt wanneer de pomp wordt uitgeschakeld. Het hierboven beschreven recirculatieprincipe gebruikt deze vastgehouden vloeistof om de zuigleiding geleidelijk te evacueren. De meeste zelfaanzuigende centrifugaalpompen gebruiken een halfopen of gesloten waaier, waarbij halfopen waaiers een betere tolerantie bieden voor vaste stoffen en vezelachtige materialen. Deze pompen zijn verkrijgbaar in een breed scala aan maten en materialen – van kleine roestvrijstalen units voor voedselverwerking tot grote gietijzeren pompen voor rioolwater en industrieel afvalwater – en kunnen stromen verwerken van enkele liters per minuut tot duizenden kubieke meters per uur, afhankelijk van de grootte en configuratie.

Zelfaanzuigende afvalpompen

Afvalpompen zijn een gespecialiseerde subset van zelfaanzuigende centrifugaalpompen die speciaal zijn ontworpen voor het verwerken van vloeistoffen die grote vaste deeltjes, vuil, vodden en vezelachtige materialen bevatten die de standaard pompwaaiers zouden verstoppen. Ze zijn voorzien van brede waaierschoepspelingen, grote poortopeningen en robuuste behuizingsontwerpen die vaste deeltjes met een diameter tot 50-75 mm doorlaten zonder verstoppingen te veroorzaken. Zelfaanzuigende afvalpompen worden op grote schaal gebruikt bij het ontwateren van bouwplaatsen, het omleiden van rioolwater, het reageren op overstromingen en mijnbouwactiviteiten waarbij de verpompte vloeistof altijd een aanzienlijke belasting van vaste stoffen bevat. De waaiers zijn doorgaans halfopen of vortex-ontwerpen die enige hydraulische efficiëntie opofferen in ruil voor het vermogen om vaste stoffen door te laten, waardoor deze pompen echt praktisch zijn in veldomstandigheden.

Zelfaanzuigende regeneratieve turbinepompen

Regeneratieve turbinepompen - ook wel perifere pompen of zijkanaalpompen genoemd - gebruiken een ander hydraulisch mechanisme dan centrifugaalpompen, waarbij een getande waaier roteert in een ringvormig kanaal met nauwe tolerantie dat meerdere energie-impulsen per omwenteling aan de vloeistof geeft. Dit ontwerp genereert aanzienlijk hogere opvoerdruk dan centrifugaalpompen van vergelijkbare grootte en snelheid, waardoor regeneratieve turbinepompen zeer geschikt zijn voor toepassingen met hoge druk en laag debiet, zoals ketelvoeding, stoomcondensaatretour en chemische injectie. De smalle spelingen in regeneratieve turbinepompen zorgen ervoor dat ze intolerant zijn voor vaste stoffen of schuurmiddelen, maar geven ze van nature goede zelfaanzuigende eigenschappen, omdat de nauwe spelingen tussen waaier en behuizing helpen de vloeistoffilm in stand te houden die nodig is voor het aanzuigen, zelfs na langere perioden van inactiviteit.

Zelfaanzuigende verdringerpompen

Verschillende typen verdringerpompen zijn inherent zelfaanzuigend dankzij hun bedieningsmechanisme. Flexibele waaierpompen, peristaltische (slang)pompen, membraanpompen en lobbenpompen creëren allemaal discrete volumes die uitzetten bij de inlaat en samentrekken bij de uitlaat, waardoor een zuigkracht ontstaat die zowel vloeistof als lucht kan aanzuigen zonder dat er in eerste instantie vloeistof aanwezig hoeft te zijn. Deze pompen kunnen een zuighoogte bereiken die aanzienlijk groter is dan zelfaanzuigende centrifugaalpompen (sommige membraanpompen zijn geschikt voor zuighoogten tot 9 meter of meer) en kunnen zonder schade drooglopen in het geval van flexibele waaier- of membraanontwerpen. Ze worden vooral gewaardeerd bij doseer-, doseer- en overdrachtstoepassingen waarbij nauwkeurige stroomregeling en chemische compatibiliteit prioriteiten zijn naast zelfaanzuigende prestaties.

Prestatievergelijking van zelfaanzuigende pomptypen

Om het meest geschikte zelfaanzuigende pomptype te selecteren, is inzicht nodig in het prestatiebereik en de beperkingen van elke technologie. De onderstaande tabel geeft een vergelijkend overzicht van de belangrijkste parameters die de hoofdtypen onderscheiden.

Belangrijkste toepassingen waarbij zelfaanzuigende pompen essentieel zijn

Zelfaanzuigende pompen zijn niet simpelweg een handig alternatief voor standaardpompen; in veel toepassingen is hun aanzuigvermogen eerder een echte operationele noodzaak dan een voorkeur. Verschillende industrieën zijn afhankelijk van zelfaanzuigende prestaties als een fundamentele vereiste.

Ontwatering van bouwplaatsen

Bij bouwputten, greppels en funderingsputten accumuleren grondwater en regenwater dat voortdurend moet worden verwijderd om veilige en werkbare omstandigheden te behouden. Ontwateringspompen op bouwplaatsen worden routinematig verplaatst tussen locaties, snel opgesteld en bediend door personeel dat geen pompspecialist is. Zelfaanzuigende afvalpompen zijn in deze context het standaardhulpmiddel omdat ze boven het waterniveau kunnen worden geplaatst, kunnen worden gestart zonder vulprocedures, het onvermijdelijke vuil en slib in het water op de locatie kunnen verwerken en met minimale inspanning kunnen worden verplaatst. Door een motor aangedreven zelfaanzuigende centrifugaalpompen hebben de voorkeur voor afgelegen locaties zonder stroomvoorziening, terwijl elektrische zelfaanzuigende pompen geschikt zijn voor locaties met net- of generatorstroom.

Landbouwirrigatie en wateroverdracht

Irrigatiesystemen die putten uit rivieren, vijvers of open reservoirs zijn vaak afhankelijk van zelfaanzuigende centrifugaalpompen die boven het wateroppervlak zijn geïnstalleerd. Seizoensgebonden fluctuaties in het waterpeil zorgen ervoor dat de aanzuighoogte het hele jaar door varieert en dat de pomp na stilstandsperioden automatisch opnieuw moet aanzuigen zonder handmatige tussenkomst. Zelfaanzuigende pompen elimineren de noodzaak van voetkleppen (veerbelaste terugslagkleppen geïnstalleerd aan de onderkant van de aanzuigleiding om terugstroming te voorkomen en het aanzuigen te behouden) die gevoelig zijn voor verstopping door vuil en regelmatige inspectie en vervanging vereisen in veldomstandigheden.

Zee- en lenspompen

Lenspompen op schepen moeten in staat zijn water te verwijderen dat zich op de laagste punten van de romp heeft verzameld, vaak met de pomp ruim boven het lenswaterniveau gemonteerd. Zelfaanzuigend vermogen is in deze context een absolute vereiste; een lenspomp die zichzelf niet automatisch kan aanzuigen, biedt geen bescherming als zich water ophoopt terwijl het vaartuig onbeheerd is. Flexibele waaierpompen en membraanpompen worden veel gebruikt in lenstoepassingen op zee, omdat hun zelfaanzuigende prestaties inherent zijn aan hun bedieningsmechanisme, hun compacte formaat past bij de ruimtebeperkingen van maritieme installaties en ze af en toe vast vuil kunnen verwerken dat in het lenswater wordt aangetroffen.

Gemeentelijk en industrieel afvalwater

Rioleringspompstations en industriële afvalwateroverdrachtsystemen maken vaak gebruik van zelfaanzuigende pompen in bovengrondse configuraties als alternatief voor dompelpompinstallaties in natte putten. Bovengrondse zelfaanzuigende installaties bieden aanzienlijke onderhoudsvoordelen: de pomp en motor zijn volledig toegankelijk voor inspectie, onderhoud en vervanging zonder de toegangsprocedures voor besloten ruimtes die nodig zijn voor toegang tot natte putten. Zelfaanzuigende rioolwaterpompen zijn speciaal ontworpen met een grote diameter voor de doorgang van vaste stoffen en een niet-verstoppingswaaiergeometrie om het volledige scala aan materialen in ruw rioolwater te kunnen verwerken, inclusief vodden, doekjes en vezelige vaste stoffen die chronische verstoppingsproblemen veroorzaken bij pompen met nauwe spelingen.

Kritieke factoren waarmee u rekening moet houden bij het selecteren van een zelfaanzuigende pomp

Bij het kiezen van de juiste zelfaanzuigende pomp moet een reeks onderling afhankelijke toepassingsparameters worden geëvalueerd. Als u een van deze factoren over het hoofd ziet, kan dit ertoe leiden dat een pomp niet betrouwbaar aanzuigt, onvoldoende debiet of druk levert, voortijdig mechanisch defect raakt of overmatig onderhoud vereist.

• Zuighoogte en netto positieve zuigkop beschikbaar (NPSHa): Bereken de werkelijke aanzuighoogte onder de slechtst denkbare bedrijfsomstandigheden (doorgaans het laagst verwachte vloeistofniveau) en bevestig dat deze binnen het nominale vermogen van de pomp valt. Controleer of NPSHa de NPSHr (vereist) van de pomp met voldoende marge overschrijdt, doorgaans minimaal 0,5–1,0 meter, om cavitatie tijdens normaal bedrijf te voorkomen.
• Vereiste stroomsnelheid en opvoerhoogte: Definieer het ontwerpdebiet en de totale dynamische opvoerhoogte (de som van de statische opvoerhoogte, wrijvingsverliezen in het leidingsysteem en eventuele drukvereisten op het afleverpunt) onder de bedrijfsomstandigheden. Selecteer een pomp waarvan de prestatiecurve dit werkpunt snijdt binnen het aanbevolen bedrijfsbereik, idealiter dichtbij het beste efficiëntiepunt (BEP) van de pomp.
• Vloeistofeigenschappen: De viscositeit, dichtheid, temperatuur, pH, chemische samenstelling, het gehalte aan vaste stoffen en de schurende werking van de verpompte vloeistof hebben allemaal invloed op de materiaalkeuze, het waaiertype, de afdichtingsspecificatie en het vermogen van de pomp om de aanzuigvloeistof vast te houden. Vloeistoffen in de buurt van hun kookpunt bij de pompinlaat vormen bijzonder uitdagende omstandigheden voor zelfaanzuiging vanwege dampvorming die het aanzuigmechanisme verstoort.
• Vereisten voor het hanteren van vaste stoffen: Specificeer de maximale verwachte deeltjesgrootte en concentratie in de verpompte vloeistof en bevestig dat de nominale diameter van de doorgang voor vaste stoffen van de pomp deze overschrijdt. Voor vezelachtige of draderige vaste stoffen verdient een vortex- of halfopen waaierontwerp met grote spelingen de voorkeur boven een gesloten waaier, ongeacht de efficiëntievermindering die daarmee gepaard gaat.
• Risico en bescherming tegen drooglopen: Als er een realistische mogelijkheid bestaat dat de pomp droogloopt – als gevolg van een onderbreking van de toevoer, een storing in het besturingssysteem of een bedieningsfout – selecteer dan een pomptype met inherente drooglooptolerantie, zoals een membraan- of peristaltische pomp, of specificeer droogloopbeveiligingsapparatuur, waaronder flowsensoren, niveauschakelaars of op thermistor gebaseerde motorbeveiliging.
• Stroombron en installatieomgeving: Overweeg of elektrische motoraandrijving, dieselmotoraandrijving, pneumatische aandrijving of hydraulische aandrijving het beste past bij de beschikbaarheid van stroom, de explosiegevarenclassificatie en de draagbaarheidsvereisten van de installatie. Controleer bij buiteninstallaties of de beschermingsklasse van de motor geschikt is voor de omgevingsomstandigheden en overweeg de noodzaak van vorstbescherming in koude klimaten waar achtergebleven aanzuigvloeistof zou kunnen bevriezen tijdens uitschakelperioden.

Installatierichtlijnen voor betrouwbare zelfaanzuigende pompprestaties

Voor betrouwbare zelfaanzuigende prestaties is een correcte installatie net zo belangrijk als de juiste pompkeuze. Een goed gespecificeerde pomp die met ontwerpfouten is geïnstalleerd, levert voortdurend slecht aanzuiggedrag en voortijdige mechanische slijtage op, terwijl een correct geïnstalleerde pomp betrouwbaar werkt met minimaal onderhoud gedurende de volledige ontwerplevensduur.

• Houd de zuigleiding zo kort en direct mogelijk: Elke extra meter zuigleidinglengte en elke elleboog of fitting voegt wrijvingsweerstand toe en vergroot het luchtvolume dat moet worden geëvacueerd tijdens het aanzuigen. Een korte zuigleiding met een grote diameter en minimale bochten minimaliseert de aanzuigtijd en vermindert het risico op mislukte aanzuiging bij maximale zuighoogte.
• Zorg ervoor dat de zuigleiding voortdurend omhoog loopt richting de pomp: Elk laag punt in de aanzuigleiding waar lucht zich kan ophopen, zal een luchtzak vormen die de pomp herhaaldelijk moet evacueren, waardoor de aanzuigtijd aanzienlijk wordt verlengd of het aanzuigen mislukt. De aanzuigleiding moet continu stijgen van de vloeistofbron naar de pompinlaat, zonder hoge of lage plekken waar lucht kan worden vastgehouden.
• Elimineer luchtlekken in het aanzuigsysteem: Elk luchtlek tussen de pompinlaat en de vloeistofbron – door een losse verbinding, een beschadigde pakking of een gebarsten fitting – zal tijdens de aanzuigcyclus voortdurend naar binnen worden gezogen, waardoor wordt voorkomen dat de pomp voldoende vacuüm ontwikkelt om de vloeistof op te tillen. Alle zuigleidingverbindingen moeten vóór de inbedrijfstelling onder druk worden getest op dichtheid.
• Zorg voor voldoende onderdompeling van de aanzuiginlaat: De inlaat van de zuigleiding moet voldoende ondergedompeld zijn om het meesleuren van lucht door wervelvorming aan het vloeistofoppervlak te voorkomen. De minimale onderdompelingsdiepte hangt af van de stroomsnelheid bij de inlaat (hogere snelheden vereisen een grotere onderdompeling) en moet worden berekend of ontleend aan gepubliceerde richtlijnen voor de leidingmaat en het debiet in kwestie.
• Vul het pomphuis bij de eerste inbedrijfstelling met aanzuigvloeistof: Hoewel zelfaanzuigende pompen vloeistof vasthouden tussen uitschakelingen na de eerste werking, moet het pomphuis vóór de allereerste start handmatig met schone vloeistof worden gevuld. Het starten van een volledig droge zelfaanzuigende pomp beschadigt de mechanische afdichting en waaier door wrijvingswarmte en moet altijd worden vermeden.

Veelvoorkomende problemen en probleemoplossing voor problemen met zelfaanzuigende pompen

Zelfs correct geselecteerde en geïnstalleerde zelfaanzuigende pompen ondervinden af en toe operationele problemen. Het herkennen van de symptomen en hun waarschijnlijke oorzaken maakt een snelle diagnose en correctie mogelijk voordat kleine problemen uitgroeien tot kostbare mislukkingen.

Het niet aanzuigen (waarbij de pomp draait maar geen vloeistof aanzuigt) is de meest voorkomende klacht en wordt meestal veroorzaakt door een klein aantal hoofdoorzaken: luchtlekken in het aanzuigsysteem die de ontwikkeling van vacuüm verhinderen, een overmatige zuighoogte boven het nominale vermogen van de pomp, een verstopte aanzuigleiding of zeef die het stroomgebied verkleint, onvoldoende vastgehouden vloeistof in het pomphuis bij het opstarten, of versleten waaierspelingen die de luchtbehandelingsefficiëntie van de pomp verminderen. Een systematische controle van elk van deze factoren in volgorde, te beginnen met de meest toegankelijke en meest voorkomende oorzaak, zal in de meeste gevallen de oorzaak identificeren zonder dat gespecialiseerde diagnostische apparatuur nodig is. Verlies van aanzuiging tijdens bedrijf (waarbij de pomp aanvankelijk aanzuigt maar vervolgens stroom verliest) wordt meestal veroorzaakt door het meesleuren van lucht via een aanzuiglek, een draaikolk die lucht aanzuigt bij de aanzuiginlaat vanwege onvoldoende onderdompeling, of de vloeistoftemperatuur die de dampdruk bij de pompinlaat benadert, waardoor dampbellen ontstaan ​​die de vloeistofkolom in de aanzuigleiding breken.