Een waaier is een roterend onderdeel voorzien van schoepen of bladen dat wordt gebruikt in turbomachines (bijv. centrifugaalpompen). Door de stromingsafbuiging bij de schoepen van de waaier kan mechanisch vermogen (energie bij de schoepen) worden omgezet in pompvermogen.
In overeenstemming met EUROPUMP TERMINOLOGY en DIN 24250 wordt onderscheid gemaakt tussen linksdraaiende en rechtsdraaiende waaiers, gezien in de stroomrichting van de inlaat.
Afhankelijk van het stromingspatroon van de vloeistof in meertrapspompen en de plaatsing van de waaiers op de pompas, worden waaierontwerp en -opstelling gecategoriseerd als: enkeltraps, meertraps, enkelaanzuigend, dubbeltraps, meervoudigaanzuigend, in-line (tandem) of back-to-back opstelling. Typische waaieropstellingen worden geïllustreerd in Fig. 17 t/m 19 Waaier.
Afhankelijk van het stromingslijnpatroon in de waaier (met name in het gebied van de buitenwaaierdiameter), worden waaiers onderverdeeld in de volgende typen:
Waaiertypen
- Radiale waaierZie Figs. 1, 2 Waaier
- MengstromingswaaierZie Fig. 3, 4, 6 Waaier
- Axiale stromingswaaierZie Fig. 5 Waaier
- Perifere waaierZie Fig. 15 Waaier
Fig. 1 Waaier: Radiale waaier met zuiver radiale schoepen, stagnatiepunt S (afgebeeld met verwijderde voorste schoepenkap) Fig. 2 Waaier: Radiale waaier met schoepen die doorlopen tot in het aanzuigoog (te zien met verwijderde voorste schoepenkap) Fig. 3 Waaier: Mixed flow waaier (diagonale waaier) (afgebeeld met verwijderde voorste schoepenkap) Fig. 4 Impeller: Mixed flow impeller (gemengde stromingspropeller)
Fig. 5 Waaier: Axiale waaier (axiale propeller) Fig. 6 Waaier: Varianten van een gemengde stromingswaaier die het verschil tonen tussen een gesloten en een open waaier, een enkele en een dubbele waaiera) Gesloten, enkele waaierb) Open, enkele waaierc) Gesloten, dubbele waaier
Om de schoepen op te vangen, zijn alle waaiers uitgerust met een achterschoep en bij gesloten waaiers ook met een voorschoep (zie wrijving aan de schijf); Afhankelijk van het perspectief kunnen deze ook worden gezien als een binnenste bekleding en, in het geval van gesloten waaiers, een buitenste bekleding. Als een waaier geen voorste (buitenste) bekleding heeft, wordt hij geclassificeerd als een open waaier.
Om optimale pompefficiënties en minimale NPSHr-waarden te bereiken, moet de waaier worden voorzien van een bepaald aantal schoepen. Door een laag aantal schoepen te gebruiken, wordt de vrije, onbelemmerde stromingsdoorsnede door de waaier vergroot. Hierdoor kunnen waaiers meer of minder verontreinigde vloeistoffen (afvalwaterpompen, pulppompen) en vaste stoffen (transport van vaste stoffen) verwerken.
In de praktijk wordt het aantal schoepen van radiaal- en mengstroomwaaiers die vloeistoffen met slib of vaste stoffen verwerken, gereduceerd tot één, twee of drie schoepen. Deze waaiers worden kanaalwaaiers of éénschoepwaaiers genoemd en kunnen open of gesloten waaiers zijn.
Zie fig. 7 tot 13 Waaier
Fig. 7 Waaier: Gesloten enkelschoepenwaaier (met verwijderde beschermkap) Fig. 8 Waaier: Open enkelschroefs waaier Fig. 9 Waaier: Gesloten éénkanaalwaaier (met voorste schoepenkap verwijderd)
Fig. 10 Waaier: Gesloten tweekanaalwaaier (met verwijderde beschermkap) Fig. 11 Waaier: Open tweekanaalwaaier met S-vormige schoepen
Fig. 12 Waaier: Gesloten driekanaalwaaier (met verwijderde beschermkap) Fig. 13 Waaier: Open driekanaalwaaier met cilindrische schoepen
Gesloten waaiers met enkele schoep worden gebruikt voor het verpompen van vloeistoffen met zeer grove vaste deeltjes. Zij worden gekenmerkt door een vrije doorgang die niet verstopt raakt. Het nadeel van deze waaiers is de zogenaamde hydraulische onbalans als gevolg van het asymmetrische drukveld. Zie fig. 7 Waaier
Open kanaalwaaiers of enkelschoepenwaaiers worden gebruikt voor de behandeling van gasvormige vloeistoffen. Een enkelschoepenwaaier wordt een open, diagonale enkelschoepenwaaier (D-waaier) genoemd als de stromingslijnen in de waaier diagonaal naar buiten lopen. Hij is bijzonder geschikt voor onbehandeld, met vaste stoffen beladen en gasvormig afvalwater, alsook voor vloeistoffen met een hogere viscositeit. Zie Fig. 8 Waaier
De schoepen van axiale en gemengde stromingsschroeven (zie Schroefpomp) kunnen vast, verstelbaar (wanneer de pomp is gedemonteerd) of met variabele spoed (zie Instelling spoed schoepen) zijn.
In het geval van verstelbare of variabele schoepen is de contour of het profiel van het pomphuis en van de naaf in het verstelgebied gewoonlijk bolvormig. Dit zorgt ervoor dat de breedte van de inwendige en uitwendige spleet bij de naaf constant blijft voor alle instelhoeken van de spoed van de schoepen. Zie Fig. 4 Waaier
De vrijstroomwaaier en de peripheraalwaaier zijn speciale waaiertypes. Zie Fig. 14 tot 15 Waaier
Fig. 14 Waaier: Free-flow impeller
Fig. 15 Waaier: Peripheraalwaaier
Bij de keuze van een pomp voor een bepaald debiet (Q) en een bepaalde opvoerhoogte (H) is het waaiertype doorslaggevend. De vrije keuze van een axiale, gemengde stroming, radiale of perifere waaier wordt beperkt door het feit dat de waarden voor de verwachte rotatiesnelheid (n) en de verwachte waaierdiameter (D) niet te extreem mogen zijn. De mogelijkheid om bij een bepaald toerental (ns) een optimaal pomprendement of trapefficiëntie te bereiken is derhalve afhankelijk van specifieke waaierontwerpen:
- Radiale waaier ns ≈ 12 tot 80 tpm
- Gemengde stromingswaaiers ns ≈ 80 tot 160 tpm
- Axiale stromingswaaiers ns ≈ 160 tot 400 tpm en hoger
Fig. 16 Waaier: Open, diagonale enkelschoepenwaaier (D-waaier)
Fig. 17 Waaier: Enkele in-line (tandem) waaieropstellinga) Eéntrapsb) Tweetrapsc) Zestraps
Fig. 18 Waaier: Dubbelaanzuigende, back-to-back waaieropstellinga) Dubbelaanzuigend, eentrapsb) Vierpunts, eentrapsc) Dubbeltraps, drietraps
Fig. 19 Waaier: Eentraps, back-to-back waaieropstellinga) Tweetraps (back-to-back)b) Viertraps (crossover)c) Zestraps (back-to-back)