Wat zijn centrifugaalpompen?

Wat zijn centrifugaalpompen?

Centrifugaalpompen zijn een veelvoorkomend type pomp dat gebruikmaakt van de overdracht van rotatie-energie van een waaier om de druk en de stroomsnelheid van een vloeistof te verhogen. Deze pompen worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder watervoorziening, chemische verwerking en industriële markten. Het belangrijkste onderdeel van een centrifugaalpomp is de waaier, een roterende schijf met gebogen schoepen die een lagedrukzone bij de inlaat van de pomp en een hogedrukzone bij de uitlaat creëren.

Centrifugaalpompen staan bekend om hun eenvoudige ontwerp, dat bestaat uit een spiraalvormige behuizing die de waaier herbergt en de vloeistofstroom van de aanzuigpoort naar de afvoerpoort leidt. De waaier is gemonteerd op een as die wordt aangedreven door een elektromotor of andere energiebron. Terwijl de waaier roteert, geeft hij kinetische energie aan de vloeistof, die vervolgens wordt omgezet in drukenergie terwijl de vloeistof door de spiraalvormige behuizing en uit de afvoerpoort stroomt.

Hoe werken centrifugaalpompen?

Centrifugaalpompen werken door de mechanische energie van een roterende waaier om te zetten in kinetische energie, die vervolgens wordt gebruikt om vloeistoffen te pompen. De waaier, een belangrijk onderdeel van de pomp, bestaat uit gebogen schoepen die snel ronddraaien in de pompbehuizing. Terwijl de waaier roteert, creëert het een lagedrukzone in het midden, waardoor vloeistof via de aanzuigpoort in de pomp wordt gezogen.

De vloeistof komt in het oog van de waaier en wordt opgevangen door de roterende schoepen. Terwijl de vloeistof langs de schoepen naar buiten beweegt, krijgt deze snelheid en druk. De centrifugale kracht die wordt gegenereerd door de roterende waaier duwt de vloeistof door de pompbehuizing en in de afvoerpoort, waar deze de pomp verlaat met een hogere druk dan toen deze binnenkwam.

Ontwerp van centrifugaalpompen

Het ontwerp van centrifugaalpompen varieert afhankelijk van de specifieke toepassing en het type vloeistof dat wordt gepompt. De meeste centrifugaalpompen bestaan echter uit twee hoofdcomponenten:

Volute

De volute is een spiraalvormige behuizing die de waaier omringt. De primaire functie is om de vloeistof die uit de waaier komt te verzamelen en naar de afvoerpoort te leiden. De volute is ontworpen om geleidelijk in dwarsdoorsnede toe te nemen, wat helpt om de snelheid van de vloeistof om te zetten in druk.

Verspreider

In sommige centrifugaalpompontwerpen wordt een diffuser gebruikt in plaats van een slakkenhuis. De diffuser is een set stationaire schoepen die de waaier omringen. Terwijl de vloeistof door de diffuser beweegt, sturen de schoepen de stroming en helpen ze de snelheid van de vloeistof om te zetten in druk. Diffusers worden vaak gebruikt in meertraps centrifugaalpompen.

Onderdelen van centrifugaalpompen

Centrifugaalpompen bestaan uit verschillende belangrijke onderdelen die samenwerken om een efficiënte en betrouwbare werking te garanderen:

Waaier

De waaier is het roterende onderdeel van de pomp dat de centrifugale kracht genereert die nodig is om de vloeistof te verplaatsen. Het bestaat uit een set gebogen schoepen die zijn ontworpen om de vloeistof naar binnen te trekken en naar buiten te versnellen. Waaiers kunnen worden gemaakt van verschillende materialen, zoals gietijzer, roestvrij staal of composietmaterialen, afhankelijk van de toepassing en het type vloeistof dat wordt gepompt.

Diffuser of volute behuizing

De diffuser of volute-behuizing is het stationaire onderdeel dat de waaier omringt. De primaire functie is om de vloeistof die uit de waaier komt te verzamelen en naar de afvoerpoort te leiden. De behuizing helpt ook om de snelheid van de vloeistof om te zetten in druk.

As en ashulzen

De as is het roterende onderdeel dat de waaier met de motor verbindt. Het wordt ondersteund door lagers en afgedicht om lekkage te voorkomen. Asbussen worden vaak gebruikt om de as te beschermen tegen slijtage en corrosie, vooral bij het pompen van schurende of corrosieve vloeistoffen.

Lagers

Lagers worden gebruikt om de as te ondersteunen en een soepele rotatie te garanderen. Het kunnen kogellagers of glijlagers zijn, afhankelijk van de toepassing en de belastingsvereisten.

Mechanische afdichtingen

Mechanische afdichtingen worden gebruikt om lekkage langs de as te voorkomen. Ze bestaan uit twee passende oppervlakken, één stationair en één roterend, die bij elkaar worden gehouden door veerdruk. Mechanische afdichtingen worden veel gebruikt in centrifugaalpompen vanwege hun betrouwbaarheid en het vermogen om een breed scala aan vloeistoffen en drukken te verwerken.

Soorten pompen

Er zijn twee hoofdtypen pompen: verdringerpompen en centrifugaalpompen. Verdringerpompen werken door fysiek een vaste hoeveelheid vloeistof te verplaatsen met elke cyclus, terwijl centrifugaalpompen de kinetische energie van een draaiende waaier gebruiken om vloeistof door de pomp te duwen.

Positieve verplaatsingspomp

Positieve verplaatsingspompen zijn een type pomp dat vloeistof verplaatst door herhaaldelijk een vast volume in te sluiten en het mechanisch door het systeem te verplaatsen. Ze worden doorgaans gebruikt voor toepassingen met hoge druk en lage stroming en kunnen viskeuze vloeistoffen verwerken. Voorbeelden van positieve verplaatsingspompen zijn progressieve holtepompen, membraanpompen en luchtmotorpompen.

Centrifugaalpomp

• Enkeltraps centrifugaalpompen: Deze pompen hebben een enkele waaier en zijn het meest geschikt voor toepassingen met lage tot matige druk. Ze worden veel gebruikt in de watervoorziening, irrigatie en industriële markten.
• Meertraps centrifugaalpompen: Deze pompen hebben meerdere waaiers in serie, waarbij elke fase de druk van de vloeistof verhoogt. Meertrapspompen worden gebruikt wanneer hogere drukken vereist zijn, zoals bij ketelwatervoorziening en hogedrukreinigingstoepassingen.
• Axiaal-stroom centrifugaalpompen: Ook bekend als propellerpompen, deze pompen hebben een axiaal ontwerp waarbij de waaier de vloeistof langs de as van de as duwt. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen met hoge stroomsnelheden en lage opvoerhoogtevereisten, zoals overstromingsbeheersing en irrigatie.
• Radiaal-stroom centrifugaalpompen: Bij deze pompen komt de vloeistof axiaal in de waaier en wordt radiaal afgevoerd, loodrecht op de as. Radiaal-flow pompen zijn geschikt voor hogedruktoepassingen en kunnen een breed scala aan vloeistoffen verwerken, waaronder schone vloeistoffen, chemicaliën en heet water.

Voordelen van centrifugaalpompen

1. Simpel ontwerpCentrifugaalpompen hebben minder bewegende onderdelen vergeleken met verdringerpompen. Hierdoor zijn ze eenvoudiger te produceren, bedienen en onderhouden.
2. Hoge efficiëntieCentrifugaalpompen kunnen een hoog rendement bereiken, vooral wanneer ze op hun beste efficiëntiepunt (BEP) werken.
3. Breed scala aan toepassingenCentrifugaalpompen kunnen een breed scala aan vloeistoffen verwerken, waaronder water, chemicaliën en zelfs sommige viskeuze vloeistoffen.
4. Lage kosten:Door hun eenvoudige ontwerp en hoge productievolumes zijn centrifugaalpompen over het algemeen goedkoper dan andere soorten pompen.
5. Vlotte doorstromingCentrifugaalpompen zorgen voor een constante, niet-pulserende stroming, wat essentieel is voor veel toepassingen.

Nadelen van centrifugaalpompen

1. Beperkte zuigkracht:Centrifugaalpompen hebben een beperkte aanzuighoogte. Dit betekent dat ze dicht bij de vloeistofbron moeten worden geplaatst of dat ze moeten worden aangezogen.
2. Lage efficiëntie bij afwijkende ontwerpomstandigheden:Centrifugaalpompen zijn het meest efficiënt wanneer ze op hun beste efficiëntiepunt (BEP) werken. Het rendement daalt aanzienlijk wanneer ze werken met stroomsnelheden of drukken die ver van het BEP liggen.
3. Niet geschikt voor vloeistoffen met een hoge viscositeitCentrifugaalpompen zijn niet geschikt voor het verpompen van vloeistoffen met een hoge viscositeit, omdat de verhoogde vloeistofweerstand de efficiëntie en prestaties van de pomp aanzienlijk kan verminderen.
4. Cavitatie risico:Centrifugaalpompen zijn gevoelig voor cavitatie. Cavitatie treedt op wanneer de druk van de vloeistof daalt tot onder de dampspanning. Hierdoor ontstaan dampbellen die de pomp kunnen beschadigen.

Centrifugaalpompen versus verdringerpompen

Factor	Centrifugale pompen	Verdringerpompen
Operatie principe	Gebruikt kinetische energie om vloeistoffen te verplaatsen door ze radiaal naar buiten te versnellen	Verplaatst vloeistoffen door ze fysiek te verplaatsen met een heen-en-weergaand of roterend mechanisme
Stroomsnelheid	Zorgt voor een continue, stabiele stroming; de stroomsnelheid varieert met de uitlaatdruk	Levert een constant debiet, ongeacht de persdruk
Efficiëntie	Hoge efficiëntie voor vloeistoffen met een lage viscositeit; de efficiëntie neemt af bij toenemende viscositeit	Behoudt een hoge efficiëntie voor zowel vloeistoffen met een lage als hoge viscositeit
Druk	Genereert hoge druk; geschikt voor toepassingen met hoge opvoerhoogte	Genereert hoge druk; ideaal voor hogedruktoepassingen
Vloeistofbehandeling	Geschikt voor schone, laagviskeuze vloeistoffen met weinig vaste stoffen; niet geschikt voor schuifgevoelige vloeistoffen	Kan een breed scala aan vloeistoffen verwerken, waaronder viskeuze, schuifgevoelige en schurende vloeistoffen
Onderhoud	Weinig onderhoud nodig dankzij eenvoudig ontwerp en minder bewegende onderdelen	Hogere onderhoudsvereisten vanwege complexer ontwerp en bewegende onderdelen
Kosten	Lagere initiële kosten en lager energieverbruik voor toepassingen met een lage viscositeit	Hogere initiële kosten, maar energiezuiniger voor toepassingen met een hoge viscositeit
Veelvoorkomende toepassingen	Watervoorziening, irrigatie, koelsystemen, ketelvoeding en algemene industriële toepassingen	Chemische verwerking, olie en gas, voedsel en dranken, farmaceutische producten en meettoepassingen

ANSI versus API-pompen

Factor	ANSI-pompen	API-pompen
Sollicitatie	Algemene industrie, chemische verwerking, waterbehandeling	Olie en gas, petrochemie, raffinaderijen
Ontwerp	Gestandaardiseerde afmetingen en verwisselbare onderdelen	Op maat gemaakt voor specifieke toepassingen
Bedrijfsomstandigheden	Matige temperaturen en druk	Hoge temperaturen, druk en stroomsnelheden
Materialen	Gietijzer, roestvrij staal, nodulair gietijzer	Koolstofstaal, roestvrij staal, duplex, legering 20
Afdichtingskamer	Kleinere, beperkte ruimte voor afdichtingen en spoelplannen	Groter, geschikt voor verschillende afdichtingen en spoelplannen
Efficiëntie	Matige efficiëntie dankzij gestandaardiseerd ontwerp	Hogere efficiëntie door maatwerkontwerp
Onderhoud	Gemakkelijker onderhoud door verwisselbare onderdelen	Complexer onderhoud door maatwerkonderdelen
Kosten	Lagere initiële kosten en kosten voor vervangingsonderdelen	Hogere initiële kosten en kosten voor vervangingsonderdelen

Centrifugaalpomp versus centripetaalpomp

Factor	Centrifugaalpomp	Centripetale pomp
Energieoverdracht	Zet rotatie-energie om in kinetische energie van de vloeistof	Zet kinetische energie van de vloeistof om in drukenergie
Ontwerp van de waaier	Gebogen schoepen die vloeistof vanuit het midden naar buiten duwen	Rechte schoepen die vloeistof naar binnen naar het midden leiden
Vloeistofstroom	Radiale stroming van het midden naar de buitenrand van de waaier	Axiale stroming van de buitenrand naar het midden van de waaier
Drukgeneratie	Genereert druk door de vloeistofsnelheid te verhogen en deze vervolgens om te zetten in druk in de spiraalvormige behuizing of diffuser	Genereert druk door de vloeistofsnelheid direct om te zetten in druk
Toepassingen	Breed scala aan toepassingen, waaronder watervoorziening, chemische verwerking en industriële markten	Beperkte toepassingen, voornamelijk in gespecialiseerde sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart en bepaalde industriële processen
Efficiëntie	Over het algemeen een hogere efficiëntie door de effectieve omzetting van rotatie-energie in vloeistofkinetische energie	Lagere efficiëntie vergeleken met centrifugaalpompen vanwege de directe omzetting van kinetische energie in druk
Onderhoud	Relatief eenvoudig ontwerp, gemakkelijker te onderhouden en te repareren	Complexer ontwerp, waarvoor gespecialiseerd onderhoud en reparatie nodig is
Kosten	Over het algemeen kosteneffectiever vanwege hun wijdverbreide gebruik en eenvoudiger ontwerp	Hogere kosten die samenhangen met hun gespecialiseerde aard en complexe ontwerp

Toepassingen voor centrifugaalpompen

1. Watervoorziening en -behandelingCentrifugaalpompen worden veel gebruikt voor het pompen van water in gemeentelijke waterleidingsystemen, irrigatiesystemen en waterzuiveringsinstallaties.
2. HVAC-systemenCentrifugaalpompen worden gebruikt in verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen om water of andere warmteoverdrachtsvloeistoffen te laten circuleren.
3. Chemische verwerkingCentrifugaalpompen worden gebruikt voor het verpompen van chemicaliën in verschillende verwerkingsindustrieën, zoals de petrochemie, farmaceutische industrie en voedselverwerking.
4. Olie en gas industrieCentrifugaalpompen worden gebruikt voor diverse toepassingen in de olie- en gasindustrie, zoals het transport van ruwe olie, het opvoeren van pijpleidingen en injectiesystemen.
5. StroomopwekkingCentrifugaalpompen worden in energiecentrales gebruikt voor voedingswatersystemen, koelwatercirculatie en condensaattransport.

Operationele factoren van centrifugaalpompen

Stroomsnelheden beperken

Throttling is een veelgebruikte methode om de stroomsnelheid in centrifugaalpompsystemen te regelen. Door de afvoerklep aan te passen, kan de stroomsnelheid worden verlaagd terwijl een constante pompsnelheid wordt gehandhaafd. Dit zorgt voor meer flexibiliteit bij het voldoen aan wisselende vraagvereisten. Throttling kan echter ook leiden tot een hoger energieverbruik en een lagere pompefficiëntie, vooral wanneer er ver van het beste efficiëntiepunt (BEP) van de pomp wordt gewerkt.

Hoofd - Stroomcurven

De head-flow curve is een grafische weergave van de prestaties van een centrifugaalpomp, die de relatie tussen de totale head (druk) en de flow rate illustreert. De vorm van de head-flow curve varieert afhankelijk van het pomptype, waaierontwerp en andere factoren. Een pomp te ver van zijn BEP laten draaien, kan resulteren in een verminderde efficiëntie, verhoogde slijtage en mogelijke schade aan de pompcomponenten.

Viscositeit

De viscositeit van de vloeistof die wordt gepompt is een andere kritische factor in de werking van de centrifugaalpomp. Naarmate de viscositeit van de vloeistof toeneemt, neemt de prestatie van de pomp af vanwege toegenomen wrijvingsverliezen en verminderde stroomsnelheid. Centrifugaalpompen zijn over het algemeen het meest geschikt voor vloeistoffen met een lage tot gemiddelde viscositeit, zoals water, oliën en sommige chemicaliën.

Paardenkracht

De pk-vereisten van een centrifugaalpomp zijn afhankelijk van factoren zoals debiet, opvoerhoogte, vloeistofdichtheid en pomprendement. Het selecteren van een pomp met het juiste pk-vermogen is cruciaal om een efficiënte werking te garanderen en overbelasting van de motor te voorkomen. Extra pk's kunnen nodig zijn bij het pompen van vloeistoffen met een hoge viscositeit of bij gebruik bij hoge stroomsnelheden en druk. De juiste dimensionering en selectie van de pomp en motor kunnen helpen het energieverbruik te optimaliseren en onderhoudskosten gedurende de levensduur van het systeem te verlagen.

Veelgestelde vragen

Waarom kunnen centrifugaalpompen geen lucht verwerken?

Centrifugaalpompen zijn ontworpen om vloeistoffen te pompen, geen gassen. Wanneer er lucht in een centrifugaalpomp komt, kan dit ervoor zorgen dat de pomp zijn aanzuiging verliest en stopt met pompen. Dit komt doordat de lucht de continue vloeistofstroom door de pomp verstoort, waardoor de efficiëntie en prestaties afnemen.

Is een centrifugaalpomp AC of DC?

Centrifugaalpompen kunnen worden aangestuurd door AC (wisselstroom) of DC (gelijkstroom) motoren. De keuze tussen AC en DC hangt af van de specifieke toepassing, beschikbaarheid van de stroombron en regelvereisten. AC-motoren worden vaker gebruikt vanwege hun eenvoud, betrouwbaarheid en lagere kosten, terwijl DC-motoren een betere snelheidsregeling bieden en geschikt zijn voor batterij-aangedreven toepassingen.