Intensieve band met pompenbouwer

Stork Pompen en de faculteit CTW begonnen aan hun liaison begin jaren negentig. Ben Jonker, tegenwoordig hoogleraar werktuigbouwkundige automatisering bij de faculteit CTW, was destijds uhd. Alle betrokkenen van het eerste uur roemen zijn inzet voor de samenwerking tussen de UT en Stork Pompen. `Ik vond een directe relatie met de praktijk van eminent belang', blikt Jonker terug. `Een samenwerkingsverband met Stork lag voor de hand, niet in de laatste plaats gezien de geografische nabijheid.'

Stork stond niet onwelwillend tegenover de ideeën van Jonker, maar toch overheerste bij de Hengelose pompenbouwer het gevoel: what's in it for us? `Zo'n universiteit doet toch alleen maar theoretisch onderzoek, was het idee bij hen destijds', legt Jonker uit. De eerste gesprekken die hij had met onder andere Johan op de Woerd bleken cruciaal. `We begonnen in te zien dat we elkaar nodig hadden en er ontstond een vertrouwensband. Dat was de kiem van die later zo succesvolle samenwerking. Maar ook het feit dat ik zoveel talentvolle

Pump Division: ‘Wij werkten destijds op basis van ervaring. Als we nieuwe pompsystemen ontwikkelden, dan gebeurde dat voornamelijk empirisch. We bouwden, testten, bouwden en testten. Een dure en tijdrovende manier van werken. Wij wilden onze analysemogelijkheden uitbreiden en verbeteren, om eerder in staat te zijn de performance van een nieuwe pomp te voorspellen.’

Ben Jonker
(Foto: Gijs van Ouwerkerk)

Toetsing vooraf dus, in plaats van de tot dan nog in zwang zijnde trial-and-error. De markt dwong hen daar ook steeds meer toe, vertelt Memelink. ‘De financiële implicaties zijn ontzettend groot en als je er pas bij de proefopstelling achter komt dat een pomp niet doet wat-ie moet doen, heb je echt een probleem.’

De rekenmethode die noodzakelijk is om stromingspatronen snel te berekenen, bestond echter niet. De eindige elementen-codes konden wel vaste lichamen aan, maar geen lichamen waarvan onderdelen ronddraaien, zoals een pomp en een waaier. In een reportage in het blad UT Mediair zeiden de betrokken UT-onderzoekers in 1993 binnen afzienbare tijd een doorbraak te verwachten en enkele jaren later was die er ook. Eerst kwam het door Ramin Badie en Tom van Essen ontwikkelde programma THWCOMP, waarmee de stroming in pompen met een platte waaier – zogenaamde centrifugaalpompen – kon worden gesimuleerd. Later werd het mogelijk ook pompen met een complexere waaiervorm te analyseren. De inspanningen van met name Niels Kruyt en Bart van Esch leidden tot wat COMPASS (Centrifugal Or Mixed-flow Pump Analysis Software System) is gaan heten, een rekenmodel waarmee het gedrag van een pomp nauwkeurig en snel voorspeld kon worden. Maar, simuleren is mooi, mits de harde realiteit maar in beeld blijft. Frank Visser en Marijn van Os realiseerden een experimentele pompopstelling geheel van plexiglas waarmee de stroming in de waaier en pomphuis gemeten kon worden. Deze metingen bleken zeer goed overeen te komen met de berekeningen.

‘Een overtuigende doorbraak’, blikt Jonker terug. ‘Dat model maakte het mogelijk de werking van een pomp op de pc te simuleren en de hoofdstroming te analyseren.’

En dat had grote voordelen. Jarenlange ervaring gekoppeld aan een pc die razendsnel kon tonen wat voor invloed een bepaalde verandering in de fysieke geometrie van een pomp zou hebben op de prestatie, stelde de pompenbouwers in staat veel betere pompen te ontwikkelen in veel minder tijd en dat voelden zij, maar ook hun afnemers, in de portemonnee. ‘Pompen zijn echte energieslurpers’, legt Memelink uit. ‘Hoe hoger het rendement van een pomp, hoe groter de besparing. Een ‘normale’ pomp scoort zo rond de 86-88 procent, een goede pomp doet 88-90, met soms zelfs uitschieters naar 92 procent. Elke kWh kost de industrie ongeveer een dubbeltje en dat betekent dat je met een verbetering van twee procentpunt op een 12,5 m³/s-pomp – en dat is echt niet zo groot – over de totale levensduur van zo’n dertig jaar ongeveer 1,4 miljoen dollar aan energiekosten bespaart.’

Naast het rendement is het voor pompenbouwers van het grootste belang cavitatie (zie kader) zoveel mogelijk te voorkomen. Tegenwoordig kan in simulaties al precies voorspeld worden wanneer dit voor pompen desastreuze verschijnsel optreedt. Memelink: ‘En het zijn kleine wijzigingen in de geometrie van de pomp die cavitatie kunnen voorkomen.’

Hans Memelink: ‘De samenwerking met de UT is the cream on the pudding.’
(Foto: Arjan Reef)

Het resultaat van alle onderzoek in de jaren negentig was dat ontwerpers van Flowserve door eenvoudigweg bepaalde parameters te veranderen, vrijwel meteen konden zien wat het effect zou zijn op de stroming.

Op het moment dat het onderzoek grootschaliger werd en in een stroomversnelling geraakte, haakte Jonker af. Hem werd gevraagd hoogleraarwerktuigbouwkundige automatisering te worden. De afweging was zwaar – Jonker noemt het zelfs ‘een gewetenskwestie’ – maar hij zei uiteindelijk ‘ja’. ‘Al was ik het liefst doorgegaan met dat onderzoek, ik had er ontzettend veel plezier in.’

Zijn opvolger op de UT, Harry Hoeijmakers, hoogleraar technische stromingsleer, vertelt dat de mensen van het ontwerpbureau van Flowserve kind aan huis zijn op de UT. En omgekeerd. ‘Het is prettig om zo nauw met het bedrijfsleven samen te werken.’ Hij vertelt dat promovendus Remko Westra, die onder begeleiding van Niels Kruyt werkt aan ontwerp- en optimalisatiemethoden voor pompwaaiers, eind dit jaar klaar is en dat de gesprekken over een nieuw project alweer in volle gang zijn. ‘Flowserve definieert de behoefte – wat zijn de pregnante problemen, de lacunes in kennis – wij kijken of we daar een technisch-wetenschappelijke definitie aan kunnen geven, zodat we het voorstel bij STW of SenterNovem kunnen indienen. In die zin profiteren we van elkaar.’ Hoeijmakers is tevreden over de samenwerking. ‘Vaak is er spanning tussen korte en lange termijn en zeggen bedrijven: onze business wordt niet aangetast wanneer we het zonder de universiteit doen, maar bij Flowserve zitten de juiste mensen op de juiste plek.’

Soms heeft het bedrijfsleven wel eens wat meer haast dan onderzoekers, bevestigt hij. ‘Dat wil wel eens wringen, maar daar is in deze samenwerking geen sprake van. De rolverdeling is ook heel duidelijk. Wij zijn een universiteit, geen klussenbureau.’

Het onderzoek van de volgende promovendus, denkt Hoeijmakers, zal meer in de richting van de off design-prestaties van pompen gaan. ‘Een pomp is ontworpen voor een bepaalde prestatie. Er bestaat, met andere woorden, een best efficiency point. Maar als hij ook daarbuiten, off design dus, goed presteert, neemt de efficiency tijdens het gebruik in praktijkomstandigheden wederom toe.’

De rekenmodellen zijn inmiddels zo goed dat ook zogenaamde inverse technieken, waar promovendus Westra aan werkt, mogelijk zijn. Het is iets waar Jonker destijds al op hoopte: in plaats van aan de hand van de parameters van de pomp de prestaties becijferen, met behulp van een rekenmodel tot een ontwerp komen. Hoeijmakers: ‘Zo kom je ook tot meer exotische, ongebruikelijke vormen.’

‘Belangrijk, maar niet bepalend voor het voortbestaan’, zo typeert Memelink de samenwerking met de UT. ‘De kennisband heeft ons wel een enorme stimulans gegeven. Wanneer we ten tijde van de overname door Flowserve niet over zoveel kennis hadden beschikt, zouden we een stuk minder interessant zijn geweest. Dat is wat met andere onderdelen van Stork wel is gebeurd. Het gevolg: ontmanteling en verlies van werkgelegenheid. We hebben een enorme databank hier, maar dat hebben andere pompenbouwers ook. De samenwerking met de UT is the cream on the pudding. We staan aan de top in de pompenmarkt, opereren in 67 landen en hebben een omzet van twee miljard dollar in de pompendivisie. We zijn de op één na grootste met de beste techniek. En dat willen we zo houden.’

In de fabriekshal van Flowserve vindt de assemblage van pompen plaats.
(Foto: Arjan Reef)

Cavitatie

Als de druk aan de zuigkant van de waaier (de ‘schroef’ van een pomp) te laag wordt, ontstaan er gasbellen die imploderen bij een snelle drukverhoging. Die implosies kunnen voor grote schade zorgen in pompen. Overigens doet cavitatie zich niet alleen in pompen voor, maar bijvoorbeeld ook rond scheepsschroeven. Cavitatie wordt wel hét grote probleem voor pompenbouwers genoemd.

Promovendus Remko Westra (links), afstudeerder Koen van Andel en technisch medewerker Chris Vos bij de nieuwe pompopstelling in de Westhorst.
(Foto: Gijs van Ouwerkerk)