Voorkoming van waterslag in pompstations.

Hallo en welkom bij Controlling Water, een plek waar we praten over afsluiters, water, meters en interessante inzichten over de waterindustrie. In elke aflevering gaan we in gesprek met professionals uit de sector die gespecialiseerd zijn in alles wat te maken heeft met afsluiters, meters en best practices in de waterindustrie. Vandaag zijn we hier met Colin Kirkland van Bermad Water Technologies, een van de ingenieurs in Australië.

Met meer dan 30 jaar ervaring in de sector is Colin vandaag bij ons om meer te vertellen over waterslag. Deze keer gaan we het hebben over het voorkomen van waterslag in pompstations. Welkom terug, Colin. Het is altijd fijn om je hier te hebben.

Goed om hier te zijn. Dank u.

Ik weet dat dit een wat lange vraag is, maar kun je eerst uitleggen waarom waterslag optreedt, vooral in een pompstation?

Ja. In eerdere afleveringen hebben we besproken wat waterslag eigenlijk is, en natuurlijk is het een snelle drukstijging die wordt veroorzaakt door een zeer plotselinge verandering in stroming. Dit is precies wat een pompstation elke dag doet. We zien dus dat we veel pompstations hebben waar pompen kunnen starten en dagen- of wekenlang kunnen draaien, of we hebben pompen die 20, 30, 40 keer per dag starten.

Het netto-effect is dat je bij een pompstation, wanneer je een pomp start, een verandering in stroming veroorzaakt. Wanneer je die pomp uitzet, veroorzaak je een snelle verandering in stroming. Dus die omstandigheden met gecontroleerde opstart en gecontroleerde afbouw komen voor, of je het nu wilt of niet. Het hangt ervan af hoe je dat regelt, wat het uiteindelijke resultaat zal zijn.

Pompstations zijn waarschijnlijk een van de grootste veroorzakers van waterslag in alle sectoren, of je nu in de mijnbouw, watersector, irrigatie of wat dan ook zit. Het belangrijkste hier is echt te begrijpen wat het ontwerp van een pompstation inhoudt, en ervoor te zorgen dat het effectief werkt onder normale bedrijfsomstandigheden, maar ook onder ongecontroleerde omstandigheden.

Met andere woorden, in het geval van stroomuitval of in ongecontroleerde situaties. Dus pompstations zijn zonder twijfel de grootste veroorzakers van waterslag die ik in vele jaren ben tegengekomen.

En hoe minimaliseren ontwerpers deze situatie doorgaans?

Oké. Dus als we een pompstation zelf zouden ontwerpen, als we denken aan typische pompen, dan hebben we misschien een elektromotor, een koppeling en een pomp. En wanneer ze deze pompen ontwerpen, ontwerpen ze over het algemeen een pomp die voldoende debiet en energie kan leveren om het water te transporteren naar waar het moet zijn. En de meeste mensen die zo’n pompset samenstellen en een elektromotor overwegen, denken ook na over verschillende manieren om die motor te kunnen starten en stoppen.

Er zijn veel processen die al heel lang bestaan. Er is wat we DOL noemen, wat staat voor direct online, en direct online betekent in feite dat wanneer iemand op de startknop drukt, de pomp direct start en meteen draait, en als je hem stopt, stopt hij ook direct. Geen regeling, heel slecht voor waterslag.

En dan heb je zaken als ster-driehoekschakelaars. Een ster-driehoekschakelaar is een soort gefaseerde opstelling en zal het starten over een gecontroleerde periode laten verlopen. Meestal is het afremmen ook niet goed geregeld. Maar tegenwoordig is er veel werk verricht aan het regelen van het starten van pompen. Er zijn veel dingen zoals softstarters of frequentieregelaars, ook wel drives genoemd. Dit zijn elektrische producten die het mogelijk maken om de motor langzaam en gecontroleerd op te laten toeren.

En omgekeerd, wanneer ze worden uitgeschakeld, laten ze de motor ook gecontroleerd afremmen. Wat de meeste mensen bekijken bij het ontwerpen van een pompstation, is dat ze meestal niet naar waterslag kijken. Dat is iets secundairs. Waar ze naar kijken, is dat ze willen dat de pomp zo efficiënt mogelijk werkt. En ze weten: als ik de pomp heel snel start, vraagt dat veel vermogen. Ik heb 30% meer vermogen nodig om de pomp te starten. Maar als ik het met een drive doe en rustig op laat toeren, heb ik minder vermogen nodig. Dus de motor kan kleiner zijn, de infrastructuur is kleiner en het is efficiënter. Er zijn dus veel goede manieren om deze motoren effectief te starten en te stoppen.

Waar wij altijd naar kijken vanuit het oogpunt van waterslag, is: hoe start en stop je de pomp? En we kunnen zien wat de netto-effecten zijn op waterslag, maar meestal wordt daar niet vanuit dat perspectief naar gekeken. Ze kijken puur naar: laten we het laten werken en laten we het efficiënt laten werken.

Tegenwoordig zullen de meeste ontwerpers bij het ontwerpen van een pompstation een van de startprocedures toepassen om die pompen te starten, of dat nu met een drive, een softstarter of DOL is. Het belangrijkste is dat wij vanuit het oogpunt van waterslag iets willen dat geleidelijk op- en afregelt, dus zacht voor het systeem is. Sommige van deze systemen kunnen helpen bij het voorkomen van waterslag, maar zeker niet allemaal.

Goed om te weten. Goed om te weten. Colin, ik wil even terugkomen op iets wat je eerder zei. Je gaf aan dat in veel gevallen het ontwerp het risico op waterslag kan minimaliseren.

Ja.

Ik vermoed echter dat er omstandigheden zijn waarin deze ontwerpwijziging mogelijk niet werkt. Wat zijn enkele van deze omstandigheden?

Oké. Als we het hebben over die basisstartapparaten waar we het over hadden – direct online, zeer snelle start, snelle stop, heeft eigenlijk helemaal geen invloed op waterslag.

Rechts.

Directe ster-driehoekstarters hebben een klein effect omdat ze zorgen voor een iets geleidelijkere toename van het toerental van de pompen, wat niet zo slecht is, maar softstarters kunnen echt een goed effect hebben.

Een softstarter of een frequentieregelaar kan langzaam opbouwen en geleidelijk debiet en druk in de leiding brengen, wat positief is. Maar het algemene idee van de operator is – als ik die pomp in 60 seconden op laat toeren, is de aanname dat het debiet geleidelijk zal toenemen gedurende die 60 seconden, en dat is niet altijd het geval.

Wanneer een pomp zijn snelheid begint te verhogen, begint hij druk op te bouwen. Het debiet komt echter pas op gang zodra je de statische opvoerhoogte hebt overwonnen. Om het simpel te houden: stel je voor dat ik water een heuvel op pomp, de heuvel ligt een kilometer verderop en is 50 meter hoog. Totdat de pomp 51 meter aan energie genereert, heeft hij nog niet alle statische energie overwonnen waartegen hij werkt, en begint het water pas te stromen.

Als de pomp in 60 seconden op toeren komt, maar daarvan 50 seconden nodig heeft om die 51 meter te bereiken, is er nog geen debiet getransporteerd; hij is alleen maar op toeren gekomen zonder resultaat. En ineens, bam, gaat hij open. Dus feitelijk heb ik maar vijf seconden overdracht gehad, wat eigenlijk nutteloos is.

Ja.

Dus, om je vraag te beantwoorden: als de statische drukhoogte waar we het over hebben – met andere woorden, die 15 meter – heel dicht bij de bedrijfsdrukhoogte ligt, laten we zeggen 60 meter, dan is het onwaarschijnlijk dat dit een gunstig effect zal hebben op waterslag, omdat het de stroming niet geleidelijk zal opvoeren. En nog belangrijker, het zal de stroming ook niet geleidelijk afbouwen.

Zodra je na 10 seconden begint af te bouwen, stopt de stroming direct. Samengevat: als de statische drukhoogte heel dicht bij de bedrijfsdrukhoogte ligt, is het eigenlijk niet effectief tegen waterslag en zal de aandrijving weinig tot niets doen.

Goed om te weten. Dus onder deze omstandigheden, waarbij de drukken erg vergelijkbaar zijn, wat kun je doen om hetzelfde resultaat te bereiken? Ik weet zeker dat je in de loop der jaren, met jouw ervaring, mogelijk enkele oplossingen hebt gevonden.

Ja Sarah, dat doen we. We hebben een zeer goede oplossing, namelijk het Bermad model 740 Pompregelafsluiter. Deze bestaat al zolang ik bij de organisatie werk en is echt een referentieproduct dat al vele, vele jaren betrouwbaar functioneert.

Wat dit product eigenlijk doet, is dat het – ongeacht de opvoersnelheid van de pomp – zorgt voor een geleidelijke toename van het debiet wanneer we het water de heuvel op pompen. De Pompregelafsluiter, oftewel het Bermad model 740, is een solenoid ventiel. Dat betekent dat wanneer ik de pomp start, ik de solenoid bekrachtig, en zodra er voldoende druk is opgebouwd, opent de afsluiter zich op een zeer langzaam en gecontroleerd tempo, waardoor er minder water door de leiding stroomt. Het is precies alsof een operator zegt: ik heb een schuifafsluiter, en ik begin met die afsluiter dicht. Wanneer ik de pomp start, laat ik de operator de schuifafsluiter heel langzaam openen, zodat het water langzaam en geleidelijk in de leiding komt. Dat is ideaal voor het opstarten van een pomp en de Bermad afsluiter doet dat uitstekend, eenvoudig en betrouwbaar.

Wat ook heel belangrijk is: de meeste waterslag ontstaat wanneer de pomp wordt uitgeschakeld. Dus als ik operator was en men zegt tegen mij: zorg dat je de pomp veilig uitschakelt, dan zou ik de pomp laten draaien en de schuifafsluiter langzaam sluiten over één of twee minuten. Ik zou het debiet steeds verder verminderen. Zodra het debiet is teruggebracht tot 10% van de ontwerpwaarde, schakel ik de pomp uit. Dan is er nauwelijks verandering in het debiet en ontstaat er geen waterslag. Dat is precies wat de Bermad afsluiter ook doet.

Wanneer het signaal komt om de pomp te stoppen, blijft de pomp draaien, maar wordt de solenoid spanningsloos gemaakt en zegt de afsluiter: ik ga nu langzaam en gecontroleerd lineair sluiten. Zodra ik voor 90% gesloten ben, schakelt een microschakelaar de pomp automatisch uit.

Hou daarvan.

Het is dus een heel eenvoudig ogende afsluiter, die in werkelijkheid enorm effectief is in het geleidelijk verhogen en verlagen van het debiet, ongeacht het ontwerp. Bij toepassingen zoals pompen en hoge gebouwen, of in mijnen waar over grote afstanden wordt getransporteerd, of in watervoorziening of irrigatie, is pompbesturing een bijzonder effectief hulpmiddel. En het netto-effect, omdat het een hydraulische afsluiter met dubbele kamer is, is het ook een terugslagklep. Dat is belangrijk, want elke pomp heeft doorgaans een terugslagklep om te voorkomen dat er een omgekeerde stroming ontstaat wanneer de pomp wordt uitgeschakeld. Deze functie is ook geïntegreerd in de dubbele kamer van onze afsluiter. Het is dus een langzaam openende, langzaam sluitende afsluiter en een terugslagklep in één functie.

Wauw. Laten we even een korte pauze nemen.

Je luistert naar Controlling Water, de Bermad-podcast. Jouw primaire bron van inzicht over alles wat met watertechnologie, afsluiters en meters te maken heeft. Voor meer informatie over de producten of onderwerpen die in deze aflevering zijn besproken, en voor een breed scala aan bronnen en artikelen die jou als waterprofessional ondersteunen, ga naar https://www.bermad.com.au.

Nu terug naar de uitzending.

Colin, voor zover ik weet hebben de meeste pompstations altijd een terugslagklep op de perszijde van de pomp. Betekent dit dat je de bestaande terugslagklep kunt verwijderen?

Ja. Het is een belangrijke vraag, Sarah, omdat je geen terugslagkleppen in serie wilt hebben. Omdat onze pompregelafsluiter al een terugslagklep is, voeg je in feite een tweede product toe zonder echt voordeel.

Het probleem kan zijn dat als je terugslagkleppen hebt die met verschillende snelheden sluiten, er zich druk kan opbouwen tussen de twee tijdens het sluiten. Dit kan leiden tot stoten en waterslagproblemen, wat niet wenselijk is.

Dus, om je vraag te beantwoorden: we gebruiken liever geen tweede terugslagklep wanneer we de pompregelafsluiter gebruiken, omdat die die functie al vervult. Het is dus goed om die te elimineren. Dat is weer iets minder waar je je zorgen over hoeft te maken wat betreft drukverlies, onderhoud, enzovoort.

Klinkt goed. En kan de afsluiter naast alleen aan-uit en terugslagklepfuncties ook andere functies uitvoeren?

Ja, de afsluiter is dus een membraangestuurde regelafsluiter. Hoe het werkt: door water toe te voeren aan de bovenste kamer van de afsluiter sluit deze, en door het water weg te nemen opent hij. We kunnen veel extra functies in één en dezelfde afsluiter integreren.

Om een paar voorbeelden te geven: stel dat de pomp draait en een waterdistributienet voedt, en er breekt brand uit. In die brandtoestand nemen meerdere brandweerwagens extra water uit de hoofdleiding. Als je te veel water uit de hoofdleiding haalt en de pomp het einde van zijn curve of capaciteit bereikt, geldt: hoe meer water je pompt, hoe meer energie de motor verbruikt. Als je een kritiek niveau bereikt en toch steeds meer debiet wilt leveren, wordt er steeds meer energie gevraagd. Ga je te ver, dan schakelt de motor uit. Dat is rampzalig bij brand, want dan is er plotseling geen waterdruk meer.

In veel gevallen kunnen we daarom een debietregelingsfunctie bieden. Als we bijvoorbeeld weten dat het kritieke debiet van deze pomp 100 liter per seconde is, laten we hem tot dat niveau werken. Maar als de vraag in het veld groter wordt dan de capaciteit van de pomp, zorg ik ervoor dat de pomp niet uitschakelt – dat is de debietregelingsfunctie.

Soms, afhankelijk van de pompcurve – of die nu steil of vlak is – kunnen we ook een drukhoudfunctie toepassen. Die heeft een vergelijkbaar effect als debietregeling en houdt de pomp op de juiste curve. Want het is heel belangrijk dat de pomp efficiënt werkt en niet in een cavitatiezone terechtkomt. Als een afsluiter caviteert, kan dat leiden tot voortijdige uitval en veel slijtage in de pomp en andere onderdelen.

Door deze extra functies toe te voegen, kunnen we dat dus ook begrenzen. Er kan zelfs een functie zijn waarbij je water levert aan een distributiereservoir, en misschien wordt een deel van die watertoevoer afgesloten om een kleiner reservoir te vullen. Dan lever je ineens de helft van het debiet en loopt de druk te hoog op – dat is een probleem. Dan kunnen we een drukreducerende functie toevoegen. Die extra functies kunnen we bij installatie toevoegen of later alsnog inbouwen. Het systeem is dus heel veelzijdig. Samengevat: het belangrijkste is dat het een terugslagklep is, een waterslagbeveiligende afsluiter door langzaam te openen en te sluiten, en dat hij debiet kan regelen, druk kan handhaven of reduceren als dat nodig is. Het is eigenlijk een soort Zwitsers zakmes met allerlei handige functies.

Klinkt zo. Daar hou ik van.

Dus als iemand overweegt een pompregelafsluiter te gebruiken, veroorzaakt dit dan extra drukverlies bij het pompstation? Ik ga ervan uit dat pomprendement cruciaal is in elk ontwerp.

Absoluut. Ja, helemaal Sarah. Dus we weten dat wanneer je een pomp ontwerpt en naar een netwerk kijkt, je probeert een pomp te kiezen die echt efficiënt is en weinig energie verbruikt, zodat je alles behoorlijk efficiënt en milieuvriendelijk kunt houden. Als ik iets in de stromingsrichting plaats dat een hoge drukval veroorzaakt, betekent dit ineens dat ik een grotere pomp met een grotere motor nodig heb, en dat is niet efficiënt.

Daarom ontwerpen we de afsluiter altijd passend bij de persleiding van het pomphuis, maar zorgen we ervoor dat de drukval nauwelijks merkbaar is. Het Bermad Y-patroon ontwerp is uitermate efficiënt in het realiseren van een lage drukval. Het is dus echt gemaakt voor een pompbesturingstoepassing om ervoor te zorgen dat er vrijwel geen, of slechts een minimale drukval optreedt.

En zo blijkt dat de pompregelafsluiter een flexibel en efficiënt ontwerp is dat het effect van waterslag bij elke pompstart kan verminderen. Wat gebeurt er als er een stroomstoring optreedt bij het pompstation?

Oké. Oké. Dus, eh, wat we hebben uitgelegd is wat de afsluiter daadwerkelijk kan doen, of wat het proces kan doen, onder normale gecontroleerde omstandigheden. Als de stroom uitvalt, alles uit staat, sluit de afsluiter en wil je eigenlijk niet weten wat er daarna gebeurt. Dus nu hebben we het over waterslag onder ongecontroleerde omstandigheden. Misschien is dat een onderwerp voor de volgende podcast. Wat denk jij, Sarah?

Klinkt alsof het Colin is.

Dat was het voor deze aflevering over het voorkomen van waterslag in pompstations, terugslagkleppen en de ontwerpen die zijn toegepast om waterslag te minimaliseren.

Bedankt voor het luisteren en we kijken uit naar de volgende aflevering. Wil je meer leren over de watersector, waaronder producten, tips, installaties, bediening en onderhoudstechnieken? Ga dan naar https://www.bermad.com.au en abonneer je op onze branche-nieuwsbrief. Je sluit je aan bij meer dan 3000 vakgenoten en leert van het ervaren Bermad-team van specialisten.

Bedankt voor het luisteren naar deze aflevering van Controlling Water. Voor meer afleveringen, bronnen en instructies ga je vandaag nog naar https://www.bermad.com.au.