De gevolgen van te grote of te kleine pompen

Ingenieurs maken zich vaak zorgen dat ze te conservatief te werk gaan bij het ontwerpen van systemen. Er bestaan ​​veel onzekerheden tijdens het ontwerpproces, waaronder variaties in de werkelijke bedrijfsomstandigheden, veranderingen in vloeistofeigenschappen, veroudering van apparatuur en aanslag in leidingen. Ingenieurs gebruiken ontwerpfactoren om met deze factoren rekening te houden en te voorkomen dat er ondergedimensioneerde componenten worden geselecteerd of aangeschaft. Ze houden ook rekening met de effecten van veroudering op het systeem.

Sommige ingenieurs houden er echter geen rekening mee dat het toepassen van te grote veiligheidsmarges in het ontwerp de slijtage van doorstroomcomponenten juist kan verhogen en de levensduur van het systeem kan verkorten, met name bij het bepalen van de pompgrootte.

Bij de selectie van pompen en leidingsystemen is het primaire doel doorgaans het bereiken van de vereiste druk (opvoerhoogte) en debiet voor de toepassing, of het nu gaat om een ​​koelwatersysteem, een brandstofleiding, een chemische fabriek of een van de vele andere toepassingen. Het vereiste debiet van het systeem wordt gebruikt om de totale dynamische opvoerhoogte van de pomp te bepalen. Deze waarde wordt vervolgens gebruikt om de prestatiecurves van alle beschikbare pomptypes te vergelijken. Te grote of te kleine pompen kunnen ernstige gevolgen hebben voor het systeem, daarom is het gebruik van een nauwkeurig werkingspunt cruciaal in dit proces.

De gevolgen van te grote of te kleine pompen

Als de gekozen pomp te klein is, zal de doorstroomsnelheid in het systeem lager zijn dan nodig. Dit vereist een extra pomp of aanpassingen aan het systeem, zoals het openen van een aftapkraan (waardoor de pomp op een hogere capaciteit kan werken). Een te grote pomp levert een hogere doorstroomsnelheid dan het systeem nodig heeft. Afhankelijk van de toepassing kan dit het gebruik van een smoorklep of het aanpassen van de waaier vereisen om de doorstroom te verminderen. Als het werkingspunt van de pomp eenvoudig kan worden gecorrigeerd door het afstellen van kleppen in het systeem, lijkt dit weinig invloed te hebben op het systeem. De gevolgen van een te grote of te kleine pomp worden echter duidelijker wanneer rekening wordt gehouden met het rendement van de pomp.

Het optimale rendementspunt (BEP) is het ideale werkingspunt voor een pomp, waarbij het maximale percentage van de energie die nodig is om de pomp aan te drijven, wordt overgedragen aan de vloeistof. Wanneer het werkingspunt van een pomp afwijkt van het BEP, gebeuren er verschillende dingen. Het meest voor de hand liggende effect is een verminderd rendement, waardoor de pomp meer aandrijfkracht nodig heeft. Deze energie die niet aan de vloeistof wordt overgedragen, moet op een andere manier worden afgevoerd, bijvoorbeeld in de vorm van warmte of trillingen. Naarmate het rendement van de pomp afneemt, nemen de trillingen en de warmte die door de pomp worden gegenereerd dus toe. In sommige gevallen heeft dit slechts een kleine impact op de pomp, maar hoe verder de pomp van het BEP verwijderd is, hoe groter het effect.

Normen voor centrifugaalpompen (zoals de Hydraulic Institute Standard HI 9.6.3) bevelen doorgaans aan om pompen te gebruiken binnen ongeveer 80% tot 110% van het basisvermogen (BEP) om deze effecten te voorkomen. Het overschrijden van 110% van het BEP kan operators blootstellen aan het risico van cavitatie als gevolg van een lage netto positieve zuighoogte (NPSH), evenals schade door trillingen en hitte. Onder de 80% van het BEP kunnen negatieve effecten optreden zoals vastlopen van de pomp, cavitatie bij lage debieten, interne terugstroming en hoge temperaturen. Het gebruik van dergelijke pompen leidt op de lange termijn tot hoge onderhoudskosten, hoge energiekosten en een kortere levensduur. De vraag rijst dan ook: hoe kunnen ingenieurs ontwerpfactoren effectief gebruiken om te voorkomen dat pompen in het systeem onder- of overgedimensioneerd zijn?

Zorgvuldige bepaling van de algemene ontwerpfactoren

Een belangrijk aandachtspunt is hoeveel ontwerpfactoren de pomp vereist en wanneer die veiligheidsmarge moet worden toegepast. Doorgaans overwegen de volgende partijen om ontwerpfactoren aan het ontwerp toe te voegen: de systeemontwerper bepaalt de systeemafmetingen, de projectmanager beoordeelt het ontwerp en de pompfabrikant adviseert over de pomp. Het is van belang de aannames en randvoorwaarden die worden gebruikt om de systeemgrootte te bepalen, goed te begrijpen om te voorkomen dat onbewust onredelijke ontwerpfactoren worden gedefinieerd.

Houd rekening met de operationele limieten.

Zijn de dimensioneringsberekeningen en de gekozen ontwerpfactoren afgestemd op extreme bedrijfsomstandigheden? Hoewel een effectief ontwerp mogelijk is gemaakt voor de piekdebiet van het systeem, verandert dit het oorspronkelijke werkingspunt? Het is belangrijk om pompen te selecteren met eigenschappen die ervoor zorgen dat ze onder alle omstandigheden hun BEP (Best Before Expectation) benaderen, niet alleen onder extreme bedrijfsomstandigheden. Als de systeemvereisten regelmatig veranderen, moeten opties zoals het toevoegen van een frequentieomvormer (VFD) aan de pomp mogelijk worden overwogen om de pomp binnen het gewenste bereik te houden.

Kies het juiste gereedschap.

Het bepalen van de systeemgrootte, met name voor grote systemen, is een complex proces. Het gebruik van tools die dit proces stroomlijnen, verkleint de kans op fouten. Geautomatiseerde aanpassingstools kunnen modelleermethoden verduidelijken bij het communiceren en rapporteren van informatie aan anderen. Een effectieve geautomatiseerde dimensioneringstool stelt engineers in staat om snel fabrikantinformatie in het ontwerp in te voeren en te controleren of de voorgestelde apparatuur naar verwachting zal functioneren. Deze redundantie voorkomt potentieel kostbare fouten. Bovendien stelt een effectieve geautomatiseerde tool voor dimensionale berekeningen gebruikers in staat om snel verschillende bedrijfsomstandigheden te vergelijken en zelfs meerdere gerelateerde ontwerpscenario's te overwegen bij het uitvoeren van dimensionale berekeningen.

Samenvatting

Het ontwerpen van een systeem dat aan de operationele eisen voldoet, is cruciaal. Echter, als het om systeemontwerp gaat, is groter niet altijd beter. Een effectief ontwerp helpt niet alleen de materiaal- en installatiekosten te verlagen, maar voorkomt ook extra slijtage aan componenten binnen het systeem, zoals pompen.