Drooglopingsbeveiliging voor verticale pompen is een regelsysteem dat het wegvallen van vloeistof aan de pompinlaat detecteert en de motor uitschakelt voordat er schade ontstaat. Wanneer een verticale turbinepomp, verticale inlinepomp of diepteputpomp zijn zuigkracht verliest, draait de waaier in lucht of damp in plaats van in vloeistof. Zonder koeling en smering door de verpompte vloeistof raken de lagers oververhit, gaan afdichtingen defect en ontstaan er binnen enkele seconden tot minuten krassen op de asoppervlakken, afhankelijk van het ontwerp en het toerental van de pomp.
Het beveiligingssysteem maakt gebruik van niveausensoren, drukschakelaars of debietmeters om een droogloop te detecteren, waarna het een stopsignaal naar de motorstarter stuurt. In automatische systemen kan de pomp na een bepaalde vertraging opnieuw starten als er weer vloeistof aanwezig is. Bij configuraties met handmatige reset moet een operator controleren of de bron weer is bijgevuld en de oorzaak onderzoeken alvorens de pomp opnieuw te starten.
Bij verticale pompen is bescherming tegen drooglopen in de meeste toepassingen onontbeerlijk, omdat de lange as en de ondergedompelde lagers afhankelijk zijn van voortdurend contact met de vloeistof. Een horizontale pomp met zuigzijde aan de achterzijde kan bij externe lagersmering een korte periode van drooglopen doorstaan, maar een verticale turbinepomp met lagers op de aandrijfas of ingekapselde waaiers zal snel defect raken zodra de vloeistof verdwijnt.
Belangrijkste opmerkingen
- De droogloopbeveiliging schakelt de pompmotor uit wanneer het vloeistofpeil onder de aanzuiginlaat daalt of wanneer de persdruk tot onder een vooraf ingestelde drempelwaarde zakt.
- Verticale pompen hebben deze bescherming nodig omdat hun lagers, afdichtingen en asoppervlakken worden gekoeld en gesmeerd door de verpompte vloeistof, en niet door externe oliesystemen.
- Tot de beveiligingsmethoden behoren vlotterschakelaars, drukomvormers, ultrasone niveausensoren en thermische overbelastingsrelais, die elk verschillende reactietijden en betrouwbaarheid hebben.
- Bij de inbedrijfstelling moet een daadwerkelijke proef worden uitgevoerd waarbij de vloeistofbron wordt neergelaten en de uitschakelprocedure wordt gecontroleerd vóór de overdracht.
- Leg de beveiligingslogica, de locaties van de sensoren, de vertragingsinstellingen en de voorwaarden voor het opnieuw starten vast, zodat toekomstige operators begrijpen wanneer en waarom de pomp stopt.
Hoe de bescherming tegen droogloop werkt
De meest gebruikelijke methode maakt gebruik van een niveauschakelaar in het pompputje, de tank of de put. Wanneer het waterpeil onder de schakelaarpositie daalt, wordt het stuurcircuit onderbroken en schakelt de motorschakelaar uit. Een tijdvertraging voorkomt ongewenste uitschakelingen door kortstondige verstoringen aan het wateroppervlak. De vertraging bedraagt doorgaans 2 tot 10 seconden: lang genoeg om golven of luchtwervelingen te negeren, maar kort genoeg om de pomp te stoppen voordat er schade ontstaat.
Op druk gebaseerde beveiligingsmaatregelen zijn afhankelijk van de uitlaatdruk. Als de druk onder een ingestelde waarde daalt, gaat het systeem ervan uit dat de pomp niet meer gevuld is of dat de aanzuigbron leeg is. Deze methode werkt bij gesloten systemen, maar kan valse alarmen veroorzaken als een afsluitklep sluit of als een terugslagklep vastloopt.
Debietschakelaars detecteren wanneer het debiet tot nul daalt, ook al draait de motor nog. Deze zijn betrouwbaar, maar vereisen rechte leidingtrajecten en zorgen voor drukverlies. Thermische beveiliging is gebaseerd op sensoren die de temperatuur van de motorwikkeling of de lagers meten, maar dit is een laatste redmiddel, omdat er mogelijk al schade is ontstaan tegen de tijd dat de temperatuur voldoende is gestegen om de beveiliging in werking te laten treden.
Waarom verticale pompen kwetsbaar zijn
Bij verticale turbinepompen en verticale inline-pompen bevindt de motor zich boven de waaier en zijn beide onderdelen met elkaar verbonden door een lange as. De as loopt door geleidingslagers, ook wel lijnaslagers of komlagers genoemd, die voor smering en koeling afhankelijk zijn van de verpompte vloeistof. Wanneer de vloeistof verdwijnt, lopen deze lagers droog en lopen ze vast of veroorzaken ze schuurplekken op de as.
Dompelpompen zijn volledig ondergedompeld, waardoor de motor zelf door de omringende vloeistof wordt gekoeld. Als het waterpeil onder de aanzuigopening van de motor daalt, raakt de motor oververhit, ook al draait de waaier mogelijk nog steeds. Bij sommige dompelpompen zijn de motorkamers met olie gevuld, maar de pomptrap heeft nog steeds vloeistof nodig om cavitatie en hydraulische onbalans te voorkomen.
Verticale inline-pompen in HVAC- of processystemen kunnen zijn voorzien van mechanische afdichtingen die afhankelijk zijn van de systeemdruk om de afdichtingsvlakken tegen elkaar te houden. Bij vloeistofverlies gaat de afdichting drooglopen, raakt deze oververhit en begeeft deze het, wat leidt tot lekkages en blootstelling van de motor aan de verpompte vloeistof.
Beschermingsmethoden en keuze
| Methode | Hoe het drooglopen wordt gedetecteerd | Reactietijd | Beste toepassing | Beperking |
|---|---|---|---|---|
| Vlotter schakelaar | De mechanische vlotter onderbreekt het contact wanneer het niveau daalt | Onmiddellijk | Open opvangbakken, putten, tanks | Kan vastlopen door vuil; er moet toegang zijn voor inspectie |
| Drukschakelaar | De afvoerdruk daalt onder het instelpunt | 1–5 seconden | Gesloten systemen, drukverhogingspompen | Kan een storing veroorzaken als de klep sluit of de vraag binnen het systeem verandert |
| Ultrasone niveausensor | Meet de afstand tot het vloeistofoppervlak | Voortdurende monitoring | Schoon water, grote opvangbakken, bewaking op afstand | Hoge kosten, moet worden gekalibreerd, wordt beïnvloed door schuim of nevel |
| Stroomschakelaar | Het debiet daalt tot nul terwijl de motor draait | 2–10 seconden | Procesinstallaties, circulatiepompen | Vereist een rechte buis, zorgt voor drukverlies |
| Thermische overbelasting | Temperatuurstijgingen in de motorwikkeling of de lagers | 30 seconden tot minuten | Alleen back-upbescherming | Er kan schade ontstaan vóór de reis; dit is niet te voorkomen |
Kies de methode op basis van de installatieomgeving, de kwaliteit van de vloeistof, het budget en de vereiste betrouwbaarheid. Voor putten en opvangbakken met variabele waterstanden zijn vlotterschakelaars een eenvoudige en betrouwbare oplossing. Voor processystemen waar niveausensoren niet haalbaar zijn, biedt druk- of debietbewaking indirecte bescherming. Zorg altijd voor thermische overbelastingsbeveiliging als secundaire beveiligingslaag, zelfs als er primaire beveiliging is geïnstalleerd.
Installatie en inbedrijfstelling
Plaats de niveauschakelaars op een zodanige hoogte dat de inlaat van de pomp onder water blijft wanneer de schakelaar opengaat. Als de schakelaar te hoog is geplaatst, kan de pomp tussen de schakelaarpositie en de werkelijke inlaatdiepte nog steeds drooglopen. Als de schakelaar te laag is geplaatst, blijft er na uitschakeling bruikbaar water in de pompput achter, waardoor capaciteit verloren gaat.
Stel bij drukgestuurde systemen het uitschakelpunt bij lage druk in boven de druk die optreedt tijdens het normale opstarten en onder de druk bij de minimaal aanvaardbare doorstroming. Test het instelpunt door de afvoerklep te smoren en te controleren of de pomp stopt voordat er sprake is van deadheading of cavitatie.
Programmeer de herstartlogica zorgvuldig. Automatisch herstarten is handig, maar gevaarlijk als de oorzaak van de droogloop een gebroken leiding of een defecte klep is. Handmatig herstarten dwingt tot onderzoek, maar vertraagt het herstel. Een compromis is automatisch herstarten met een blokkering na drie opeenvolgende uitschakelingen, waarbij de operator moet bevestigen dat hij op de hoogte is.
Veelgemaakte fouten
- De niveauschakelaar te dicht bij het oppervlak installeren, waardoor golven of wervelingen valse alarmen veroorzaken.
- Er wordt uitsluitend gebruikgemaakt van thermische overbelastingsbeveiliging zonder primaire sensor, waardoor de pomp droog kan draaien totdat de motor oververhit raakt.
- De drukschakelaar te laag instellen, waardoor de pomp enkele seconden droogloopt voordat de schakelaar in werking treedt.
- Het toestaan dat operators de beveiliging tijdens het opstarten omzeilen zonder deze omzeiling te documenteren en de beveiliging na afloop weer in te stellen.
- Het niet testen van het beveiligingssysteem tijdens de inbedrijfstelling, waardoor pas na een storing blijkt dat de sensor defect is of verkeerd is aangesloten.
Checklist voor de overdracht van het veld
Controleer vóór de definitieve oplevering of het beveiligingssysteem naar behoren functioneert. Verlaag het waterpeil of simuleer de toestand van de sensor, controleer of de motor stopt, noteer de vertragingstijd en controleer of het alarm of de indicator in werking treedt. Als het systeem over een automatische herstartfunctie beschikt, controleer dan of het pas opnieuw start nadat het peil zich heeft hersteld en de vertragingstijd is verstreken.
Leg het type sensor, de locatie, het instelpunt, de tijdvertraging, de herstartlogica en de bedradingsschema’s vast. Neem deze informatie op in de bedienings- en onderhoudshandleiding en geef de locatie van de sensor aan op de plattegronden. Controleer bij systemen met meerdere pompen of elke pomp over een onafhankelijke beveiliging beschikt en of het uitvallen van één pomp de beveiliging van de andere pompen niet uitschakelt.
FAQs
Wat gebeurt er als de niveausensor in de open stand uitvalt?
Als een vlotterschakelaar of drukschakelaar in de open stand uitvalt, denkt het besturingscircuit dat het vloeistofpeil altijd te laag is en zal de pomp niet starten. Dit is veiliger dan een situatie waarin de schakelaar in de gesloten stand uitvalt, waarbij de pomp zonder beveiliging blijft draaien. Gebruik normaal gesloten contacten voor een faalveilige werking en voorzie een bypass-schakelaar met een waarschuwingslampje, uitsluitend voor onderhoudsdoeleinden.
Kan ik de bescherming tegen drooglopen tijdens het opstarten uitschakelen?
Ja, maar alleen met een bypass-schakelaar die met een sleutel of wachtwoord beveiligd is, die de bypass-handeling registreert en voorzien is van een automatische reset na een bepaalde tijd. Bypass-handelingen zijn soms nodig om een pomp op te starten of lucht uit de zuigleiding te verwijderen, maar de bypass-schakelaar moet na korte tijd weer terugkeren naar de normale automatische modus om te voorkomen dat operators de bypass-stand ingeschakeld laten staan.
Hoe kan ik de droogloopbeveiliging testen zonder de pomp te beschadigen?
Bij niveauschakelaars moet u de watertoevoer langzaam verminderen terwijl u het bedieningspaneel in de gaten houdt. De pomp moet stoppen wanneer de schakelaar opent. Bij drukschakelaars moet u een afvoerklep sluiten totdat de druk onder de instelwaarde daalt. Bij geïnstalleerde systemen waarbij het leegmaken van de watertoevoer niet haalbaar is, moet u de sensor loskoppelen en de open- of lage toestand simuleren op de aansluitingen van het bedieningspaneel.
Is er voor de werking van een frequentieregelaar een andere beveiliging nodig?
Ja. Frequentieregelaars kunnen het toerental verlagen om de druk op peil te houden, waardoor een vast drukinstelpunt mogelijk nooit in werking treedt, zelfs niet wanneer de pomp bij een laag toerental droogloopt. Gebruik naast druk- of niveaubeveiliging ook debietbewaking of een alarm voor minimumtoerental. Sommige frequentieregelaars beschikken over een droogloopdetectie op basis van de motorstroom en het toerental, maar vraag dit na bij de fabrikant van de regelaar.
Wat is de juiste instelling voor de vertragingstijd?
Begin met 5 seconden voor vlotterschakelaars in rustige pompputten en 10 seconden bij turbulente omstandigheden of golfslag. Gebruik bij drukschakelaars een vertraging van 2 tot 3 seconden om de druktransducer de tijd te geven zich te stabiliseren. Als er ongewenste uitschakelingen optreden, verhoog de vertraging dan in kleine stappen, maar overschrijd de 15 seconden niet, tenzij de pompfabrikant een langere tolerantie voor drooglopen bevestigt.
Conclusie
Droogloopbeveiliging voor verticale pompen is een uitschakelsysteem dat vloeistofverlies detecteert en de motor tot stilstand brengt voordat er schade aan lagers en afdichtingen ontstaat. De beveiligingsmethode, de plaatsing van de sensoren en de besturingslogica moeten zijn afgestemd op het pomptype, de installatieomgeving en de bedrijfsomstandigheden. Test het beveiligingssysteem vóór de inbedrijfstelling in een reële bedrijfssequentie door het vloeistofpeil te verlagen of de sensortoestand te simuleren, en controleer vervolgens het gedrag bij uitschakeling, alarm en herstart. Leg de definitieve instellingen en sensorlocaties vast, zodat toekomstige operators en onderhoudsteams begrijpen wanneer en waarom de pomp stopt, en neem deze informatie op in het overdrachtspakket en de O&M-handleiding voor de locatie.