Verschillende uitvoeringen van centrifugaalpompen met vertikale as

Deze pagina is een bewerking van een artikel dat in 1907 in het tijdschrift De Ingenieur heeft gestaan.^[1] De heer Eeuwens was werktuigbouwkundig ingenieur bij Machinefabriek „Jaffa” en heeft in die functie ook mee ontworpen aan de bemalingsinstallatie van het Woudagemaal.

Het type centrifugaalpomp waar het artikel over gaat (met verticale as) werd ook door professor Dijxhoorn geadviseerd voor het gemaalontwerp uit 1904, dit omdat ze een goede efficiëntie hebben bij een lage opvoerhoogte.

Verschillende uitvoeringen en beproevingsresultaten van centrifugaalpompen met vertikale asopstelling.

Voordracht, gehouden in de Vergadering der afdeeling voor Werktuig- en Scheepsbouw van 20 April 1907, door het lid Chr. Eeuwens.

Introductie

In een vergadering dezer Afdeeling, nog niet lang geleden, wees ik in een voordracht over centrifugaalpompen^[2] op het feit, dat ook bij lagen opvoer met centrifugaalpompen — vooral bij vertikale asopstelling — bevredigende resultaten zijn te verkrijgen. Na dien tijd werden door de machinefabriek „Jaffa” der firma Louis Smulders & Co. te Utrecht verschillende dezer pompen geplaatst. Enkele dezer pompen en de uitkomsten der daarmede gehouden proefnemingen wil ik hier bespreken.

Stoomgemaal van het waterschap „De Zuidpolder” bij Franeker

In Januari 1905 werd door de eigenaren van 24, ten Zuiden van Franeker gelegen, particuliere polders en boezemlanden besloten, tot het oprichten van een waterschap, omvattende 2050 H.A. Vastgesteld werd, dat het bemalingswerktuig 100 M³. per minuut zou uitslaan bij 1,200 M. opvoer; deze opvoer kon dalen tot 0,400 M. en stijgen tot 1,600 M.

Volgens het plan der firma Louis Smulders & Co. (figuren 1a, 1b, 1c en 1d) werd een en ander uitgevoerd.

Fig. 1a: Langsdoorsnede door machine en pomp.
Fig. 1b:dwarsdoorsnede.
Fig. 1c: Plattegrond.
Fig. 1d: Langsdoorsnede door stoomketel en schoorsteen.
Fig. 1e: Situatie.

Tot de keuze van dat plan kwam het polderbestuur na een onderlinge vergelijking der aanleg, exploitatie- en onder houdskosten van 5 ontwerpen, volgens ommestaand staatje, hetwelk mij in dezen vorm door den ontwerper en uitvoerder der bemaling, den heer S. Bakker, opzichter van den Provincialen Waterstaat in Friesland, welwillend werd medegedeeld. (Ontwerp a is van de firma L . Smulders).

Overzicht van de verschillende ontwerpen
Ontwerp	Stichtingskosten			Rente en aflossing (ƒ/jaar)	Kolenverbruik (ƒ/jaar bij 1400 maaluren)	Totaal (ƒ/jaar)	Machinetype	Ketel
Ontwerp	Gebouw	Werktuigen enz.	Totaal	Rente en aflossing (ƒ/jaar)	Kolenverbruik (ƒ/jaar bij 1400 maaluren)	Totaal (ƒ/jaar)	Machinetype	Ketel
a	7.980	14.400	22.380	1.342,80	770	2.112,80	1 cil. mach. met vier bosschuiven.	30 M². 8 atm.
b	14.400	9.750	24.150	1.449,00	1.220	2.669,00	2 cil. schuifmachine.	34 M². 8 atm.
c	10.650	13.400	24.050	1.443,00	1.070	2.513,00	1 cil. Gorliss-machine.	36 M². 7 atm.
d	13.860	12.700	26.560	1.593,60	1.008	2.601,60	1 cil. schuifmachine.	38 M². 8 atm.
e	14.250	11.290	25.540	1.532,40	750	2.282,40	2 cil. schuifmachine.	36 M². 9 atm.

Het pompwerktuig, in de figuren 1 voorgesteld, is als volgt ingericht.

Pompas en machine-as zijn direct aan elkaar gekoppeld en staan vertikaal. Het slakkenhuis hangt aan vier U-balken N.P. 30 (figuur 2), welke in de zijmuren van het gebouw rusten. Door de gelijkmatige ronddraaiende beweging van den waaier, vrij van stooten en schokken, is deze bevestiging volkomen betrouwbaar en zijn er bij de werking hoegenaamd geen trillingen in de balkijzers waar te nemen. Een voordeel van deze ophanging is, dat geen steunen of balkijzers den toevoerstroom aan den onderkant der pomp in den weg staan. Gebeurt het verder, dat om de een of andere reden het pomplichaam later moet worden weggenomen, dan kan dit — zonder dat de machine behoeft gedemonteerd te worden — na plaatsing der schotbalken aan de polderzijde, zonder eenig bezwaar geschieden; de ruimte tusschen den buitenmuur en de schotbalken is voldoende groot, om dit stuk dáár omhoog te werken. Hiervan werd bij de opstelling reeds partij getrokken, want door misgieting van het slakkenhuis werden eerst machine met ketel en pijpleidingen volledig afgesteld en de pomp drie maanden later.

Pomp- en machineas zijn door middel van flenzen in de naaf van het vliegwiel aan elkaar gekoppeld (figuur 3). Het vliegwiel is uit één stuk. De machineas kan dus verwijderd worden, terwijl het vliegwiel op zijn plaats blijft. Ook de waaier kan na verwijdering van het bovendeksel worden weggenomen, zonder dat eenige drooglegging van het toevoerkanaal noodzakelijk is.

De gewichten der ronddraaiende deelen, bij elkaar ± 5000 K.G., rusten op twee gegoten ijzeren taatsringen, waarvan de bovenste ronddraait en aanzetbaar is. Het taatsblok steunt op het bovendeksel en loopt in een oliebad, dat steeds gevuld blijft. De constructie gelijkt overigens op die, welke bij de pompen van het Droogdok n^o IV der gemeente Rotterdam is toegepast geworden. Meermalen werd er met de machine met 140 slagen gewerkt, waarbij hoegenaamd geene moeilijkheden met de taats ondervonden zijn.

Om elke contrôle benedenvloers te vermijden, is een stopbus aan de pompas vermeden en wordt de toetreding van lucht in de pomp door een zoogenaamde waterdichting verhinderd. Bij het in gang zetten wordt de injectieleiding van de luchtpomp op het slakkenhuis aangesloten, zoodat geen ejecteur noodig is. Merkwaardig is, dat wanneer de waaier slechts even het water raakt — de onderste punten der schoepen ± 40 mM. onder water staan — geen aanzuiging noodig is en de pomp vanzelf na enkele minuten aanslaat.

De machine (figuur 4) is met één cilinder en met injectie-condensatie; de voedingpomp is in de luchtpomp ingebouwd en wordt door middel van een juk gedreven van uit de luchtpompzuigerstang. De stoomverdeeling geschiedt door vier ontlaste bosschuiven, twee voor den inlaat en twee voor den uitlaat. De beweging dezer bosschuiven is overeenkomstig die eener kleppenmachine. Het frame heeft een T-vorm en is tweedeelig. Het T-vormige gedeelte, dat de putruimte overspant, kan worden weggenomen; de kelder ligt dan geheel open. Het dwarse gedeelte staat in de richting van de middelpuntvliedende kracht van het tegenwicht, wanneer die haar maximum bereikt. De leibaan blijft steeds op hare plaats. De kap van het metaal krijgt den vollen drijfstangdruk voor hare rekening

Met opzet is een + vorm vermeden, om zoodoende de ruimte vóór het frame vrij te houden. Verwijdert men de kap, dan zijn as en metalen gemakkelijk naar voren demonteerbaar. Voor dergelijke machines lijkt mij deze framevorm, uit een constructief oogpunt gezien, de juiste; hij maakt een stabielen indruk en past geheel bij den vorm der machine.

Een belangrijk punt is bij deze opstelling het opvangen der afspattende olie van drijfstang en andere deelen en de smering der hoofdmetalen. De drijfstangkop ligt geheel vrij; de constructie van dit metaal is echter zoo, dat alle olie alleen langs den onderkant wordt weggeslingerd en in een rond spatscherm opgevangen; van hieruit worden de metalen der as gesmeerd. De olie druipt vervolgens uit het metaal langs de as omlaag en wordt vergaard in een ronden bak, welke met de as meedraait. In dezen bak ontstaat langs den buitenkant een zekere hydrostatische druk; brengt men hierin een pijpje met de opening naar den buitenomtrek, dan zal de olie in dit pijpje opstijgen; zij wordt dus weer opgepompt in het bovenste spatscherm en zorgt zoodoende voor een ruime en zekere smering, welke niet het minste toezicht vereischt.

De machine heeft verder een regulateur, waarmede het aantal omwentelingen gedurende het bedrijf tusschen 95 en 145 kan ingesteld worden.

De ketel heeft een gegolfd binnenkanaal, en 30 M². V.O. bij 8 atmosfeer overdruk.

Fig. 5: Voorzijde van het gebouw (polderzijde).
Fig. 6: Achterzijde van het gebouwencomplex (boezemzijde).

Opmerking verdient nog, dat een vrij rooklooze verbranding wordt verkregen door toevoer van verwarmde lucht. De vuurbrug is van gaten voorzien. De reeds warme lucht wordt van onder het rooster weggezogen, door de openingen in de vuurvaste steenen verwarmd en komt dan achter de vuurbrug in aanraking met de rookgassen. Deze openingen zijn van uit de stookplaats te regelen.

De hoofdafmetingen van machine en pomp zijn de volgende:

Cilindermiddellijn: 300 m.M.
Slaglengte: 650m.M.
Aantal omwentelingen: 95—145 per minuut.
Middellijn der zuig- en persopening: 1000 m.M.
Waaier middellijn: 1400 m.M.
Waaier breedte: 250 m.M.

Beproeving van het gemaal

Op den 7den December 1906 had de officieele beproeving dezer machine plaats in tegenwoordigheid van den heer S. Bakker, voornoemd, en den heer C. P. Vijverberg, ingenieur van den Provinciale Waterstaat in Friesland. De volgende uitkomsten werden verkregen:

Resultaten van de beproevingen
Opvoerhoogte (m)	Opbrengst (m³/min)	Vermogen (W.P.K.)	Efficientie (W.P.K./I.P.K.)	kolenverbruik (kg/W.P.K.)
0,875	115,37	21,8	0,4067	2,41
0,1112	114.05	28,2	0,4660	2.11

De steenkolen hadden een verbrandingswaarde van 7.830 warmte eenheden.

Op den 7en Maart werd deze beproeving voortgezet. Om onder verschillende omstandigheden de werking na te gaan, werd de opvoerhoogte vermeerderd en de waterhoeveelheid verminderd.

De loop en de wijze der proefnemingen met de verschillende waarnemingscijfers en daaruit volgende berekeningen mogen hier volgen.

Meten van de waterhoeveelheid

Een juiste meting der waterhoeveelheid is en blijft bij dergelijke groote hoeveelheden altijd een moeilijk vraagstuk.

In aanmerking kunnen komen:

het meten door middel van een overstort,
het na afdamming leegpompen der polderkanalen,
het opmalen van het boezemkanaal,
de scheikundige meting van Van Iterson,
snelheidsmeting met drijvers,
snelheidsmeting met een molentje.

Met 1 en 2 werd de totale opvoerhoogte te groot en bestonden nog andere practische bezwaren. Het meermalen daags spuien van den boezem deed 3 vervallen; plaatselijke omstandigheden verhinderden 4; 5 werd wegens onnauwkeurigheid verworpen; bleef alzoo over meting met een watermolentje.

Bij een voldoend aantal zorgvuldige metingen zijn met dit toestel bevredigende uitkomsten te behalen, althans behoeft een dergelijke proefneming volstrekt niet achter te staan bij een der hiergenoemde.

Het molentje van Woltmann

Het molentje van Woltmann bestaat reeds lang en is voldoende bekend. In een zeer volmaakte afwerking en constructie met enkele verbeteringen wordt het geleverd door Ertel & Co. te München (figuur 7). Aan een langen ovaalvormigen staak is het molentje bevestigd, de schroef respectievelijk het schroefasje, dat door de snelheid van het water ronddraait, loopt op een agaatsteen en beweegt een telwerk.

Dit telwerk kan door een electrische klok per 50 omwentelingen gecontroleerd worden of wel, men haalt telkens het toestel uit het water en noteert hoeveel omwentelingen de schroef per minuut gemaakt heeft.

Door een koperdraad met veerspanning kan het vleugelrad van het boveneind van den stok uit in gang gezet en gestopt worden.

Elke snelheid van het water komt overeen met een zeker aantal omwentelingen van de schroef.

Het spreekt vanzelf, dat hierbij wrijvingscoëfficiënten in aanmerking komen, welke met de snelheid van het water en de constructie van het molentje veranderlijk zijn.

Nu bestaat er aan de Technische Hoogeschool te München een „hydrometrische Versuchsanstalt”, waar deze coëfficiënten voor elk molentje afzonderlijk bepaald kunnen worden.

Dit is ook met het hier gebruikte molentje gedaan en figuur 8 is een grafische voorstelling van de gevonden waarden, welke algemeen aan een formule voldoen, wanneer de te meten snelheden liggen tusschen de 0,5 en 3 M. per seconde.

Resultaten van de proefnemeningen

Resultaten van de meting van de waterhoeveelheid

Aan de polderzijde is tusschen de krimpmuren bij AB (zie figuur 1c) het gemetselde profiel nauwkeurig bekend. Dit profiel is in de loodrechte richting in 6 gelijke deelen, I, II, III, IV, V, VI figuur 17, verdeeld en in de richting van den waterspiegel bij de beide eerste proefnemingen in 3, bij de volgende in 6 vakken verdeeld, zoodat 18, respectievelijk 33, waarnemingspunten werden verkregen. Elk punt werd, om zeker te gaan, enkele malen overgemeten. Van elk vak is door uitzetting der gevonden waarden een grafisch beeld der snelheden opgeteekend (figuren 9, 10, 11 en 12,). Door planimetreering werd de gemiddelde snelheid van één vak bepaald en deze, vermenigvuldigd met het correspondeerende oppervlak van elk profiel, geeft de waterhoeveelheid, welke door elk vak is gegaan. Om nu zooveel mogelijk het verloop der snelheidskromme naar het oppervlak en naar den bodem toe te bepalen, zijn enkele hulp waarnemingen genomen en is om dezelfde redenen bij de laatste proefnemingen (figuren 11 en 12,) het aantal waarnemingspunten in de horizontale richting vermeerderd. Figuren 13, 14, 15 en 16 geven voor elke proefneming een beeld van de snelheden der verschillende horizontale lagen van den waterstroom.

Op het eerste gezicht staat men verwonderd over de uitkomsten, welke deze waarnemingen opleveren, en het blijkt, dat men uiterst voorzichtig moet zijn met het bepalen der waterhoeveelheid door snelheidsmeting in toe- of afvoerkanaal. Een groot aantal waarnemingspunten kan alleen hier een betrouwbaar eindresultaat geven. Bij nadere beschouwing vindt men toch overeenstemming in het karakter dezer lijnen, zoowel in vertikale als in horizontale richting. Dat de snelheden hier zoo uiteenloopen, ligt in hoofdzaak aan den eigenaardigen toevoer van het water. Uit de situatie (figuur 1a) volgt, dat het water kort bij het gemaal door twee duikers toevloeit, om vervolgens met een vrij sterke bocht naar het gemaal te stroomen. Het is dan ook opmerkelijk, hoe langs den krimpmuur, welke aan den buitenkant dezer bocht ligt, de grootste snelheid is waargenomen. Dat er verschil is in het karakter der lijnen van de proefnemingen van 7 Dec. en van 7 Maart, vindt zijne verklaring daarin, dat bij de laatste proefnemingen veel minder water verzet werd; ook zal het van invloed zijn geweest, dat bij de eerste proefnemingen een vrij hevige wind met den toevoerstroom meewoei en bij de laatste metingen er tegenin woei. Ook werd bij deze laatste 2 proefnemingen het waarnemingsprofiel verplaatst van A-B naar C-D (figuur 1c) zoodat het water over een grooteren afstand door het rechte gedeelte der krimpmuren was gevloeid. De uitkomsten geven een voldoende overeenstemming.

In de nu volgende tabellen A, B, C, D, zijn voor deze vier proefnemingen de verschillende cijfers gegroepeerd en uitgerekend.

Gedurende elke proefneming werden er van de machine een 30-tal indicateurdiagrammen en na de proefneming nog een 15 leegloopdiagrammen genomen; deze laatste diagrammen dus zonder dat de pomp eenigen arbeid verrichte.

Berekend werd eveneens de taatsarbeid van de pomp voor het ronddraaien der gewichten van as en waaier, waarbij in rekening werd gebracht, dat gedurende het pompen de taats door het water gedeeltelijk werd ontlast. De gang dezer berekening volgt uit onderstaande gegevens en uit tabel E.

1e proefnemening

Tabel A. Proef van 7 December 1906, van 9:45 tot 12:00. Zie figuur 9 en 13.
Vak	I	II	III	IV	V	VI
Gemiddelde waterstand polderzijde M. onder Z.P	0,518	0,517	0,517	0,516	0,514	0,512
Gemiddelde waterstand, boezemzijde M. boven Z.P	0,334	0,334	0,333	0,334	0,333	0,332
Gemidde de doorsnede in M².	0,6830	0,7571	0,7936	0,7943	0,7594	0,6865
Gemiddelde snelheid in M. p. sec	0,425	0,391	0,393	0,483	0,449	0,437
Gemiddelde snelheid in M. p. min	25,50	23,46	23,58	28,98	26,94	26,22
Afvoer in M³. p. min	17,417	17,762	18,713	23,020	20,459	18,001
Gemiddelde opvoerhoogte in M.	0,852	0,852	0,851	0,850	0,847	0,844
Waterpaardekrachten	3,299	3,364	3,538	4,348	3,874	3,377

Totale afvoer: Q = 115,372 M³. p. min
Gemiddelde opvoerhoogte gedurende de proef: H = 0,850 M.
Gemiddeld aantal waterpaardekrachten: W = 21,80 W.P.K.

Bij deze proef was: a=300, e=600, f=300 (figuur 17).

Fig. 9: Snelheden in verticale richting.
Fig. 13: Snelheden in horizontale richting.

2e proefnemening

Tabel B. Proef van 7 December 1906, van 3:55 tot 5:10. Zie figuur 10 en 14.
Vak	I	II	III	IV	V	VI
Gemiddelde waterstand polderzijde M. onder Z.P	0,737	0,737	0,737	0,738	0,738	0,739
Gemiddelde waterstand, boezemzijde M. boven Z.P	0,375	0,374	0,375	0,375	0,372	0,375
Gemidde de doorsnede in M².	0,5514	0,6256	0,6615	0,6612	0,6246	0,5503
Gemiddelde snelheid in M. p. sec	0,482	0,457	0,466	0,521	0,604	0,580
Gemiddelde snelheid in M. p. min	28,92	27,42	27,96	31,26	36,24	34,80
Afvoer in M³. p. min	15,946	17,154	18,496	20,669	22,637	19,151
Gemiddelde opvoerhoogte in M.	1,112	1,111	1,112	1,113	1,111	1,114
Waterpaardekrachten	3,942	4,236	4,573	5,114	5,591	4,744

Totale afvoer: Q = 114,053 M³. p. min
Gemiddelde opvoerhoogte gedurende de proef: H = 1,112 M.
Gemiddeld aantal waterpaardekrachten: W = 28,20 W.P.K.

Bij deze proef was: a=250, e=500, f=250 (figuur 17).

Fig. 10: Snelheden in verticale richting.
Fig. 14: Snelheden in horizontale richting.

3e proefnemening

Tabel C. Proef van 7 Maart 1907, van 3:50 tot 5:22. Zie figuur 11 en 15.
Vak	I	II	III	IV	V	VI
Gemiddelde waterstand polderzijde M. onder Z.P	0,965	0,975	0,981	0,986	0,990	0,994
Gemiddelde waterstand, boezemzijde M. boven Z.P	0,417	0,419	0,420	0,421	0,422	0,422
Gemidde de doorsnede in M².	0,4148	0,4828	0,5154	0,5125	0,4734	0,3976
Gemiddelde snelheid in M. p. sec	0,246	0,312	0,347	0,439	0,372	0,416
Gemiddelde snelheid in M. p. min	14,76	18,72	20,82	26,34	22,32	24,96
Afvoer in M³. p. min	6,123	9,039	10,731	13,499	10,566	9,924
Gemiddelde opvoerhoogte in M.	1,382	1,394	1,401	1,408	1,413	1,416
Waterpaardekrachten	1,880	2,800	3,342	4,224	3,319	3,125

Totale afvoer: Q = 59,882 M³. p. min
Gemiddelde opvoerhoogte gedurende de proef: H = 1,4015 M.
Gemiddeld aantal waterpaardekrachten: W = 18,69 W.P.K.

Bij deze proef was: a=85, b=170, c=300, d=375, e=180, f=120 (figuur 17).

Fig. 11: Snelheden in verticale richting.
Fig. 15: Snelheden in horizontale richting.

4e proefnemening

Tabel D. Proef van 8 Maart 1907, van 8:50 tot 11:15. Zie figuur 12 en 16.
Vak	I	II	III	IV	V	VI
Gemiddelde waterstand polderzijde M. onder Z.P	0,897	0,904	0,908	0,913	0,916	0,918
Gemiddelde waterstand, boezemzijde M. boven Z.P	0,394	0,394	0,397	0,394	0,395	0,395
Gemidde de doorsnede in M².	0,4553	0,5253	0,5590	0,5561	0,5182	0,4426
Gemiddelde snelheid in M. p. sec	0,244	0,336	0,350	0,364	0,385	0,417
Gemiddelde snelheid in M. p. min	14,64	20,16	21,00	21,84	23,10	25,02
Afvoer in M³. p. min	6,665	10,590	11,740	12,146	11,970	11,075
Gemiddelde opvoerhoogte in M.	1,291	1,298	1,306	1,308	1,311	1,313
Waterpaardekrachten	1,913	3,056	3,407	3,530	3,489	3,233

Totale afvoer: Q = 64,186 M³. p. min
Gemiddelde opvoerhoogte gedurende de proef: H = 1,302 M.
Gemiddeld aantal waterpaardekrachten: W = 18,628 W.P.K.

Bij deze proef was: a=85, b=170, c=300, d=375, e=200, f=135 (figuur 17).

Fig. 12: Snelheden in verticale richting.
Fig. 16: Snelheden in horizontale richting.

Wrijvingsarbeid van de taats

Bij 100 omwentelingen en 1000 KG. is de wrijvingsarbeid van de taats = 63 KG.M. berekend uit de formule:

$A={\dfrac {\pi \,n}{45}}\cdot P\mu \cdot {\dfrac {R^{2}+Rr+r^{2}}{R+r}}$

Hierin is μ = 0,05.
R en r zijn de buiten- en de binnenstraal van de ringvormige taats.
Gewicht pompas, waaier enzovoort = 1240 KG.
Bij 1 Meter opvoerhoogte is ontlast 650 KG.

Tabel E.
Opvoerhoogte (M.)	Ontlast gewicht (KG.)	Druk op taats (KG.)	Omwentelingen (/min)	Taatsarbeid (P.K.)
0,850	550	690	118	0,74
1,112	725	515	121,2	0,57
1,302	845	395	94,4	0,34
1,402	910	330	95,54	0,29

Eindresultaten

Er is verder nog gerekend, dat de leeglooparbeid der belaste machine met 3 procent van het indicateurvermogen vermeerdert.

Met deze gegevens nu is het niet alleen mogelijk het effect der geheele pompmachine na te gaan, maar kan ook het effect der stoommachine en dat der pomp berekend worden. Vergelijk tabel F.

Tabel F. Eindresultaten.
Datum en duur van de proef	7 Dec. 1906 9:45-12:00	7 Dec. 1906 3:55-5:10	7 Maart 1907 3:50-5:22	8 Maart 1907 8:50-11:15
Opbrengst in M³. per minuut (Q)	115,372	114,053	59,882	64,186
Opvoerhoogte in M. (H)	0,850	1,112	1,4015	1,302
Waterpaardenkrachten (W)	21,80	28,20	18,69	18,628
Omwentelingen per minuut (n)	118	121,2	95,54	94,4
Indicateurvermogen (I)	53,63	60,52	34,40	32,634
Leeglooparbeid bij n omwentel. + 3% v.h. indicateurverm. (L)	11,285	11,754	8,866	8,720
Wrijvingsarbeid van de taats bij n omwentel. (w)	0,74	0,57	0,29	0,34
Effectief vermogen van de pomp (E = I-L+w)	43,085	49,336	25,824	24,254
${\frac {W}{E}}=$ nuttig effect van de pomp	50,60%	57,16%	72,38%	76,80%
${\frac {E}{I}}=$ nuttig effect van de machine	80,34%	81,50%	75,07%	74,32%
${\frac {W}{I}}=$ nuttig effect van de pompmachine	40,67%	46,60%	54,33%	57,10%
Omtreksnelheid van den waaier (V)	8,6425	8,8845	7,003	6,92
${\sqrt {2gH}}$	4,0833	4,672	5,245	5,06
$C={\frac {V}{\sqrt {2gH}}}$	2,116	1,90	1,334	1,368

Ik geloof dat - in aanmerking genomen het kleine aantal waterpaardekrachten, hetwelk vereischt werd - deze uitkomsten bevrediging kunnen verwekken. Voor het normale geval dat is 100 M³. per minuut en 1,20 M. opvoer, zal deze machine met circa 50 procent totaal effect werken en aaarbij heeft de stoommachine slechts een rendement van 80 procent terwijl bij grootere machines gemakkelijk 88 à 90 procent te behalen is. Wij kunnen dus veilig aannemen, dat het effect van een dergelijk bemalingswerktuig bij ± 1 M. opvoerhoogte naar gelang het waterverzet, tusschen de 50 à 60 procent zal liggen.

Dat het rendement der pomp met inbegrip der buisleiding oneeveer maximaal 75 procent bedraagt, bewijst wel, dat wij met de centrifugaalpomp ook voor lage opvoerhoogte gunstige resultaten kunnen verkrijgen.

Uit dergelijke kunnen verschillende gegevens worden afgeleid, welke ook voor het waterschap van belang zijn.

Heeft men namelijk 3 of 4 proeven genomen waarvan de gegevens betrouwbaar zijn en eenigszins uit elkaar loopen, dan kan men een betrekking vinden tusschen omwentelingen, opvoerhoogte en waterhoeveelheid en deze grafisch in beeld brengen.

Daar nu de opvoerhoogte en het aantal omwentelingen steeds zijn waar te nemen, kan de juiste waterhoeveelheid gevonden worden, welke uit den polder gepompt wordt. Figuur 18 is een grafiek, welke voor deze pomp geldt.

Stoomgemaal van den polder Hardinxveld

Fig. 19a: Langsdoorsnede.
Fig. 19b: Dwarsdoorsnede.

Een dergelijk bemalingswerktuig werd voor eenigen tijd uitgevoerd voor den polder Hardinxveld (figuren 19a, b, c en d).

Het Verschil van binnen- en buitenwater is hier veel grooter; het bedraagt in het normale geval 2,75 M. en kan echter tot 3,75 stijgen.

Machine en ketel zijn geplaatst in het bestaande gebouw. Het pomplichaam kan in de machinekamer uitgenomen worden en ligt ongeveer 1 M. boven het polderpeil. Het rust op balkijzers. Het slakkenhuis is zoo groot ontworpen, dat het in den bestaanden put ging. De machinefundeering werd zoodoende weinig kostbaar.

Fig. 19d: Plattegrond.
Fig. 19c: Situatie.

De machine is geheel van dezelfde constructie als die in de figuren. Onder verschillende omstandigheden is met dit werktuig gemalen en het bleek, dat deze opstelling ook bij hoogen opvoer met succes kan worden toegepast.

De hoofdafmetingen van machine, pomp en ketel zijn:

Cilindermiddellijn: 275 mM.
Slaglengte: 500 mM.
Aantal omwentelingen. 135–180 per minuut.
Verwarmend oppervlak: 23 M².
Ketelspanning: 7 atmosfeer.
Roosteroppervlak: 0,65 M².
Zuig-en persopening: 550 mM.
Waaier middellijn: 1300mM.
Waaier breedte: 135 mM.
Normale opvoerhoogte: 2,75 M.
Waterverzet: 35 M³. per minuut.
Vermogen: 21,5 waterpaardekracht.

Opmerkzaamheid verdient het hooge aantal omwentelingen voor een stoommachine met vrijvallende inlaatbeweging. Proefnemingen bij 180 omwentelingen hebben aangetoond, dat de goede werking van het geheel hierbij volkomen verzekerd is.

Een reeks proeven werden bij constanten opvoer en verschillend waterverzet genomen, om het effect van pomp en machine bij grootere en kleinere opbrengst vast te stellen. De uitkomsten dezer proefnemingen zijn in figuur 21 grafisch voorgesteld.

De waterhoeveelheid werd gemeten door overstorting. Uit figuur 19a is zichtbaar, dat een lange waterloop het water naar- en van de pomp toe- en afvoert.

Op het uiteinde van het afvoerkanaal werd door het inbrengen der schotbalken een overlaat verkregen, welke begrensd was door de zijmuren van dit kanaal. Door opvulling der schotbalksponningen werd deze overlaat zoo nauwkeurig mogelijk gemaakt. De onderkant van den overstort bestond uit een scherphoekigen regel met de schuine zijde naar buiten.

Op 2, Meter afstand van de schotbalken in A (figuur 19c) was een peilschaal aangebracht, welke de hoogte van het water boven den overstort aangaf. Deze peilschaal bepaalde dus ook den stand voor het buitenwater; de stand van het binnenwater werd afgelezen op peilschaal B; beide waarnemingspunten liggen op ongeveer 20 Meter uit de pomp.

In het Zeitschr. d. Ver. D. Ing. van 1890 staan uitvoerige proeven gepubliceerd, door Prof. Frese genomen met dezen en dergelijke overstorten.

De hoeveelheid water wordt bepaald uit de formule:

$Q={\tfrac {2}{3}}\,\mu \,b\,h{\sqrt {2\,g\,h\,}}$

Hierin is b de breedte, h de hoogte van den waterspiegel bij B boven den overstort; μ is een veranderlijke en kan volgens de voorgenoemde proefnemingen voor elke h en b berekend worden uit:

$\mu =0,5755+{\dfrac {0,017}{h+0,18}}-{\dfrac {0,075}{b+1,2}}$

In figuur 20 zijn de verschillende waarden van μ door een kromme voorgesteld, ze loopen zelfs bij een groot verschil in de wateropbrengst weinig uit elkaar.

Waar het hier een betrekkelijk klein bemalingswerktuig geldt, meen ik, dat de uitkomsten gunstig genoemd mogen worden.

Bij de normale werking bedraagt het effect der pomp van 70 tot 75 procent, met inbegrip van de af- en opmaling in toe- en afvoerkanalen. Voor elke proef werden carca tien indicateurdiagrammen genomen, terwijl het vermogen der onbelaste machine uit 20 diagrammen werd bepaald. De splitsing van het totaal effect in dat der pomp en dat der machine leert ook hier, hoe bij grootere machines met zooveel beter rendement de verhouding W.P.K./I.P.K. kan worden.

Waarom deze pomp voor het normale geval en de pomp in den Zuiderpolder voor een abnormaal geval vrijwel met haar hoogst nuttig effect werken, wordt daardoor verklaard, dat in het laatste geval (Zuiderpolder) de aanlegkosten bij grootere afmetingen der pomp aanmerkelijk hooger waren uitgevallen.

Ik verwijs tot staving hiervan naar het artikel van den heer Vreedenberg in De Ingenieur van 1906 n^o 48, waaruit blijkt, dat de heer Vreedenberg eveneens van oordeel is, dat men bij centrifugaalpomp-bemalingen met lagen opvoer ter wille van een praktische en voordeelige oplossing het rendement iets ongunstiger moet nemen.

Proefpompstation op het emplacement der staatsspoor te Arnhem

Een eigenaardig geval hadden wij in het begin van het vorige jaar op te lossen. De Maatschappij tot Exploitatie van Staatsspoorwegen had op haar terrein te Arnhem eenige bronnen, waarvan zij de capaciteit wenschte te zien vastgesteld. De nauwste dezer bronnen had een middellijn van 185 m.M binnenwerks, terwijl het water meer dan 10 M. beneden den beganen grond stond.

Daar het hier slechts een beproeving gold, moest, ook omdat daarmede in den kortst mogelijken tijd een aanvang te maken was, een oplossing van het te bezigen werktuig voor de beproeving gevonden worden, welke zoo eenvoudig mogelijk was.

Fig. 22: Electrisch gedreven diepwel centrifugaalpomp.
Fig. 23: Diepwelpomp, 70 M³. per uur, 20 M. opvoerhoogte, 2900 omwentelingen per minuut.

De hoeveelheid zou 50 M³. per uur bedragen. In de keuze van het pompwerktuig werd vrijheid gelaten. Al spoedig kwamen wij tot het inzicht, dat met een plungerpomp het vraagstuk bezwaarlijk was op te lossen. De afmetingen werden zoo groot en het geheel zoo kostbaar, dat wij geen voorstellen in dien geest durfden te doen. De diepte der bron tot aan den filter was te gering om met een Mammuthpomp te werken. Besloten werd een centrifugaalpomp te ontwerpen.

Figuur 22, geeft de inrichting van het pompstation, zooals het uitgevoerd werd. Figuur 23 is een doorsnede van den waaier en het pomphuis, en uit figuur 24 is zichtbaar, hoe de waaier er uitziet en hoe de leidschoepen in het pomplichaampje, welke het water uit den waaier ontvangen, in loodrechte richting geleiden.

Het pompje is bevestigd aan Mannesmann-buizen. De as loopt in een binnenbuis, welke beneden verpakt is, zoodat geen water, en vooral geen zand, tusschen as en metalen kan komen en deze van boven gesmeerd kunnen worden. Tusschen de binnen- en buitenbuis stijgt het water omhoog. Het geheel hangt aan een stoel, waarin de as met riemschijf draait, welke door een electromotor worden bewogen.

Een moeilijkheid was nog gedurende het pompen den stand der bron bij verschillende wateropbrengsten op te nemen. Door middel van samengeperste lucht was een oplossing te vinden.

Aan een drukwind ketel werd een kwikmanometer en een drukbuisje verbonden, dit luchtbuisje gaat tot onder aan de pomp. Pompt men den windketel vol lucht, dan kan de lucht ontsnappen uit het ondereind van het luchtbuisje. De druk in den windketel zal steeds evenwicht maken met de waterkolom, welke boven de uitmonding van het luchtbuisje staat, de manometer wijst dezen druk aan en daar de afstand van de uitmonding der luchtbuis onder den beganen grond bekend is, kan men door aftrekking dezer beide waarden, onmiddellijk vinden, hoe diep het water onder den bodem staat en hoe groot de afpomping is geweest.

In beginsel is dit dezelfde pneumatische waterstandmeting, als door den heer Roosen aan het droogdok n^o IV der gemeente Rotterdam is bedacht geworden.

Het grootste kwantum, dat opgepompt werd, bedroeg 70 M³. per uur. De grootste opvoerhoogte was 19 M. en het aantal omwentelingen ± 2900. Het stroomverbruik was bij 220 volt 30 à 40 ampère, afhangende van het waterverzet.

Beschouwingen over centrifugaalpompen voor lagen druk

Daar ik in het voorgaande in hoofdzaak over de inrichtingen gesproken heb, wil ik ten slotte nog een paar beschouwingen ten beste geven, welke U meer speciaal mijne ondervinding en zienswijze over centrifugaalpompen voor lagen druk te kennen geven.

Vroeger reeds heb ik er op gewezen, dat men zich te angstvallig vasthoudt aan een wiel met 6 schoepen; de pompen, welke wij voor het droogdok n^o IV hebben uitgevoerd, hadden 20 schoepen bij een waaier middellijn van 600 m M., en de resultaten der proefnemingen waren zoo gunstig, dat men gerust kon zeggen, dat dit groote aantal schoepen de pomp geen kwaad gedaan had.

Ik zie volstrekt niet in, dat wanneer een kleine pomp 6 schoepen heeft, een pomp, welke eenige duizenden malen grooter is, ook 6 schoepen moet hebben. Wij hebben pompen van 200 mM. waaiermiddellijn uitgevoerd, welke 14 schoepen hadden en waarvan het effect 75 procent bedroeg.

Nu meen ik, dat juist bij lagedrukpompen een groot aantal schoepen veel kan bijdragen tot effectvermeerdering. Dit hangt eenigszins samen met de beteekenis, welke ik hecht aan het pomplichaam.

Gaat men er van uit — en het staat bij mij vast — dat bij juisten vorm van dit deel der pomp nog drukvermeerdering plaats vindt, dan zal men ook vanzelf er toe komen, de beweging van het water uit den waaier in het slakkenhuis zoo continu mogelijk te doen zijn. De absolute snelheid komt hiervoor alleen in aanmerking; deze snelheid vermindert van den buiten- naar den binnenomtrek. Heeft men bijvorbeeld 2 waaiers, waarvan de eene 6 en de andere 20 schoepen heeft, dan zal tusschen 2 schoepeinden het verschil van de grootste en de kleinste absolute snelheid in het laatste geval kleiner zijn dan in het eerste. Men kan het haast vergelijken met de beweging van het water van een éénplungerpomp en een drieplungerpomp. Is dus deze beweging gelijkmatig, dan moet dit ontegenzeggelijk de eigenaardige arbeidsverandering, welke hier plaats vindt van kinetische in potentieele ten goede komen.

Van belang is ook, dat de radiale snelheid klein is, daardoor zal de richting der absolute snelheid meer tangentiaal verloopen.

In een onlangs verschenen interessante studie over centrifugaalpompen van Prof. Lorenz, gaat deze bij zijne theoretische beschouwingen zelfs van een oneindig aantal schoepen uit en baseert hij de geheele theorie dezer werktuigen op de continuïteit van beweging; dat hij hierin niet van overdrijving is vrij te pleiten is zeker waar, maar ik wilde U toch wijzen op een richting, welke mijns inziens te veel verwaarloosd is geworden.

Ik wil bij deze gelegenheid terugkomen op het reeds vorengenoemde artikel van den heer A. J. C. Vreedenberg, lid der Firma W. C. en K. de Wit.

Daarin staat op bladzijde 917 onderaan: „Er is reeds veel over dit onderwerp gepubliceerd en er zijn ook dikwijls proeven genomen, maar steeds met pompjes van zeer kleine afmetingen, zoodat de resultaten dan ook maar maatgevend zijn voor pompen van ongeveer dezelfde capaciteit”.

Ik zou haast zeggen een dergelijke uitspraak is niet zonder tendenz.

Dat onderzoekingen en proefnemingen op kleine pompen van geen absolute waarde zijn voor groote pompen, behoeft wel niet betoogd te worden.

Zulke proefnemingen hebben echter een vergelijkende relatieve waarde, waaruit dikwijls met zekerheid een gevolgtrekking is te maken op grootere verhoudingen.

Onderzoekt men bijvoorbeeld 2 slakkenhuizen of 2 waaiers van verschillenden vorm aan een en dezelfde pomp, dan verkrijgt men zekere waarden, welke men ook bij grootere pompen (volgens dezelfde gegevens ontworpen) in een zelfde betrekking weer zal vinden, al verschillen dan ook de absolute waarden, welke men met de groote en kleine pomp zou gevonden hebben.

Lijnrecht tegenover de meening van den heer Vreedenberg staat het feit, dat Joseph Farcot bij de uitvoering der groote pompen voor bemaling van de Nijlpolders eerst door proefnemingen aan een pomp van ¹⁄₁₀ der ware grootte den juisten vorm der eigenlijke pompen had vastgesteld.

Ook kan ik mij niet vereenigen met wat elders in dit artikel staat over het hydraulisch effect eener centrifugaalpomp voor lagen opvoer in vergelijking met dat van een scheprad.

In tegenstelling met den heer Vreedenberg ben ik van meening, dat de effectlijn van een scheprad bij lagen opvoer veel gunstiger zal verloopen, dan die van een centrifugaalpomp, wat trouwens uit verschillende gepubliceerde proefnemingen te constateeren valt.

Immers bij centrifugaalpompen maken juist de weerstanden, veroorzaakt door de groote snelheden van het water in de buizen en in de pomp, het onmogelijk, bij lagen opvoer een gunstig effect te behalen. Deze weerstanden nu vallen bij het scheprad grootendeels weg, omdat bij het scheprad het grootste gedeelte der hefbeweging van het water statisch in plaats van dynamisch gebeurt; het hydraulisch effect zal nagenoeg bij elken opvoer hetzelfde zijn.

Zoo lijkt het haast, alsof ik het scheprad weer in eere hersteld zou willen zien; maar de heer Vreedenberg somt verder al de voordeden eener centrifugaalpomp op tegenover een scheprad en hierin ben ik het geheel met hem eens.

Door zijn gunstige opstelling heeft bij lagen opvoer het scheprad beslist een beter hydraulisch effect en wil men nu met de centrifugaalpomp dit effect nabij komen, dan dient men de verschillende weerstanden zooveel mogelijk te verkleinen en dit bereikt men in de eerste plaats door vermijding van bochten en buisleidingen dus door pompen met vertikale asopstelling.

Bronnen, noten en/of referenties

↑ Eeuwens, Chr. (1907). Verschillende uitvoeringen en beproevingsresultaten van centrifugaalpompen met vertikale asopstelling. De Ingenieur, jaargang 22 (nummer 20), pagina 357-367. Geraadpleegd op Delpher op 13-02-2024 van https://resolver.kb.nl/resolve?urn=dts:2950026:mpeg21:0001
↑ Voetnoot in oorspronkelijke artikel: Deze voordracht is opgenomen in De Ingenieur van 17 Juni 1905 n^o 24, blz. 375.

[1] Eeuwens, Chr. (1907). Verschillende uitvoeringen en beproevingsresultaten van centrifugaalpompen met vertikale asopstelling. De Ingenieur, jaargang 22 (nummer 20), pagina 357-367. Geraadpleegd op Delpher op 13-02-2024 van https://resolver.kb.nl/resolve?urn=dts:2950026:mpeg21:0001

[2] Voetnoot in oorspronkelijke artikel: Deze voordracht is opgenomen in De Ingenieur van 17 Juni 1905 n^o 24, blz. 375.

[1]

[2]