Geschiedenis bemaling
De bewoonbaarheid en de leefbaarheid van ons land wordt in grote mate bepaald door de bescherming van duinen en dijken en, niet in de laatste plaats, door waterbeheersing. Waterafvoer is daarbij van levensbelang. Naast het op natuurlijke wijze afvoeren van overtollig water zijn sinds de vroege Middeleeuwen bemaling en gemalen onmisbaar. Eerst simpele instrumenten door mens, dier of wind in beweging gebracht; vanaf omstreeks 1750 steeds geavanceerder gemechaniseerde en geautomatiseerde installaties, groot en klein, waarvan er thans circa 4500 in ons land hun werk doen.
Na de eerste primitieve werktuigen voor kunstmatige afvoer van water, met een zeer kleine capaciteit en beperkte opvoerhoogte, bracht vanaf omstreeks 1400 de benutting van windenergie in de vorm van de windwatermolen hierin verbetering. Tot in de 17e en 18e eeuw was deze molenbemaling het belangrijkste instrument om grote delen van Nederland droog en bewoonbaar te houden. Toch bleven de relatief beperkte capaciteit en vooral de afhankelijkheid van de wind een handicap. Vanaf omstreeks 1900 als de mechanische bemaling met behulp van stoomenergie zijn intrede doet, worden dan ook nauwelijks nog nieuwe poldermolens gebouwd. Een kleine opleving van de windaandrijving doet zich omstreeks 1920-1930 voor. In die periode worden circa 200 zogeheten Amerikaanse windmolens (ook wel Herkules molens genoemd) voor kleinere polderbemalingen in Noord Holland en Friesland, geplaatst. Zij zijn een alternatief voor de in dergelijke gevallen relatief dure stoombemaling. Vanaf omstreeks 1930 tot op de dag van vandaag worden in incidentele gevallen nog steeds zeer kleine windmolenbemalingen gerealiseerd; de in de loop der tijd steeds verbeterde zogeheten “Bosmannetjes”.
Opvoerwerktuigen
In algemene zin zijn opvoerwerktuigen in twee categorieën te verdelen: het opvoeren van water door middel van het principe van verdringing (water in afgemeten porties “optillen”) of door het principe van stroming op basis van drukverschil dat veroorzaakt wordt door een propeller (ook wel waaier genoemd) in een pomphuis.Tot de eerste categorie behoren:
- het scheprad
- de vijzel
- de plunjerpomp
In de tweede categorie vinden we:
- de centrifugaalpomp
- de schroefpomp
- de schroefcentrifugaalpomp
Elk opvoerwerktuig heeft zijn eigen karakteristieken die de toepassingsmogelijkheden ervan bepalen. Opvoerbereik, capaciteit en rendement zijn bepalend voor de pompkeuze in elk specifiek bemalingsgeval. De oorspronkelijk vanuit de windbemaling afkomstige opvoerwerktuigen, het scheprad en de vijzel, kregen omstreeks 1860 gezelschap van de zuigerpomp en de centrifugaalpomp.
De zuigerpomp kende maar een korte toepassingsperiode; de centrifugaalpomp daarentegen vindt tot op de dag van vandaag toepassing, zowel in horizontale- (liggende) als verticale (staande)opstelling.
De vijzel beleefde omstreeks de jaren’50 van de vorige eeuw een opvallende revival die tot op de dag van vandaag voortduurt. Het scheprad wordt sinds omstreeks 1890 niet meer toegepast in nieuwe gemalen. Het enige thans nog functioneel werkzame schepradgemaal is het in 1844 gestichte boezemgemaal van het Hoogheemraadschap van Rijnland te Spaarndam.
Omstreeks 1915 doet de schroefpomp zijn intrede, vooral voor de kleinere en middelgrote capaciteiten. Tot nu toe wordt dit pomptype veelvuldig toegepast, zowel in horizontale-als verticale uitvoering. Een bijzondere variant is de horizontale onderwater uitvoering waarbij ook de aandrijving (altijd elektrisch) zich onder water bevindt; de zogenoemde bulbpomp. Hiermee kunnen zeer grote capaciteiten tot circa 50m3/sec. behaald worden bij een niet al te grote (tot ca.1,50m) opvoerhoogte.
Omstreeks 1930 komt een kruising, wat betreft de pompwaaiervorm, van de centrifugaalpomp en de verticale schroefpomp tot ontwikkeling; de schroefcentrifugaalpomp (ook wel half-axiaal pomp genoemd). Vooral dank zij het omstreeks 1960 in Nederland geïntroduceerde betonnen slakkenhuis en later in 1990 het betonnen pomphuis voor de (schroef)centrifugaalpomp respectievelijk de verticale schroefpomp worden deze beide pomptypes tegenwoordig voor nieuwe gemalen c.q. innovaties van bestaande gemalen veelvuldig toegepast . De laatste ontwikkeling hierbij is een slakken/pomphuis met een aangepaste visvriendelijke half-axiaal waaier.
Samenspel opvoerwerktuig en aandrijfwerktuig
Opvoerwerktuig en aandrijving bepalen in belangrijke mate de techniek van de bemaling en zodoende ook het gezicht van de bemalingsgeschiedenis.
Van groot belang voor het efficiënt functioneren van een pompinstallatie is een goede/juiste afstemming tussen het optimale toerental van de pomp, dat grotendeels bepaald wordt door de gevraagde capaciteit, in relatie tot de
vereiste opvoerhoogte, en het door het aandrijfwerktuig te leveren vermogen bij dit toerental.
Ten tijde van de windaandrijving was beïnvloeding van dit aspect niet of nauwelijks mogelijk, bij stoomaandrijving lukte dit al beter. Bij de toepassing van diesel aandrijving werd de tussenkomst van een tandwielkast echter noodzakelijk. Ook bij gebruik van elektromotoren was dit aanvankelijk vaak het geval.
Tot in de jaren ’50 van de vorige eeuw bleef een juiste afstemming van aandrijving en opvoerwerktuig echter een probleem omdat men niet in staat was voldoende nauwkeurig het gevraagde vermogen van een opvoerwerktuig en het hiervoor te leveren vermogen van het aandrijfwerktuig te bepalen. Daarnaast was de kennis van het construeren van machines met een hoog rendement niet optimaal. De sinds de jaren ’90 van de vorige eeuw tot ontwikkeling gekomen aansturing met behulp van frequentie-omvorming heeft, in combinatie met nieuw ontwikkelde (grote) elektromotoren de elektrische aandrijving van gemalen een grote impuls gegeven. Rechtstreekse elektrische aandrijving van de pomp, met name bij grote capaciteiten, is tegenwoordig geen probleem meer, zij het dat de kosten hiervan (nog)relatief hoog zijn.
Het moderne gemaal bestaat vandaag de dag uit een door een frequentieregelaar gestuurde elektromotor aangedreven schroef-of (schroef)centrifugaalpomp; afhankelijk van de capaciteit en/of de opvoerhoogte via een overbrenging of rechtstreeks aangedreven.
Samenspel opvoerwerktuig en aandrijfwerktuig
Opvoerwerktuig en aandrijving bepalen in belangrijke mate de techniek van de bemaling en zodoende ook het gezicht van de bemalingsgeschiedenis. Van groot belang voor het efficiënt functioneren van een pompinstallatie is een goede/juiste afstemming tussen het optimale toerental van de pomp, dat grotendeels bepaald wordt door de gevraagde capaciteit, in relatie tot de vereiste opvoerhoogte, en het door het aandrijfwerktuig te leveren vermogen bij dit toerental. Ten tijde van de windaandrijving was beïnvloeding van dit aspect niet of nauwelijks mogelijk, bij stoomaandrijving lukte dit al beter. Bij de toepassing van diesel aandrijving werd de tussenkomst van een tandwielkast echter noodzakelijk. Ook bij gebruik van elektromotoren was dit aanvankelijk vaak het geval.
Voor de kleinere gemalen lag -en ligt- dit anders. In het kader van de na de oorlog tot uitvoering komende ruilverkavelingen en landinrichtingsprojecten moesten een groot aantal kleine(re) gemalen, met nagenoeg dezelfde technische specificaties tegen zo gering mogelijke kosten, gerealiseerd worden. Standaardisering was daarbij het motto; een simpele geprefabriceerde betonnen onderbouw , geen bovenbouw maar een stalen of kunststof omkasting voor de meest kwetsbare onderdelen en keuze uit twee pomptypen: een elektrisch aangedreven vijzel of een gesloten schroefpomp. Bijna de helft van de circa 4500 gemalen in Nederland zijn volgens deze formule tot stand gekomen. Architectuur kwam hier niet aan te pas.
Veel grotere ontwikkelingen hebben zich voorgedaan in het ontwerpproces. Hiervoor verantwoordelijk is het in de jaren ’80 van de vorige eeuw geïntroduceerde computer gesteund tekenen, het zogeheten computer aided drafting, later verder ontwikkeld en uitgebreid tot computer-aided manufacturing. (cad-cam). Tegenwoordig wordt gewerkt met 2-en 3 dimensionale systemen waarmee ruimtelijke tekeningen en modellen gemaakt kunnen worden.
Fabrikanten, installateurs en bouwers
De eerste mechanische gemalen in ons land moesten noodgedwongen worden uitgerust met machines van buitenlands, vooral Engels en in mindere mate Duits, fabricaat. Pas vanaf 1835 gingen Nederlandse bedrijven ook een rol spelen bij de bouw van stoommachines. Vanaf dat moment zien we een groot aantal machinefabrieken ontstaan, eerst klein maar allengs groter en professioneler, die zich later ook op de bouw van pompen en motoren gaan toeleggen, zodat vanaf het begin van de vorige eeuw bijna geen buitenlandse pompen en/of motoren meer worden toegepast. Veel van de fabrikanten uit de beginperiode bestaan niet meer door teloorgang, fusies en overnames. Nieuwe bedrijven uit binnen- en buitenland hebben hun plaats ingenomen. In het begin zijn het de machinebouwers zelf die op locatie hun producten monteren en samenbouwen, met eigen personeel.Van lieverlee ontwikkelen zich, vooral in relatie met de voortschrijdende toepassing van de elektrische aandrijving en later de introductie van de computer gestuurde en geautomatiseerde bedrijfsvoering van de gemalen, bedrijven die zich op montage- en installatietechniek gaan toeleggen. Bij de bouwers/aannemers van gemalen zien we een vergelijkbare gang van zaken. De kleine en vooral lokaal opererende aannemersbedrijven, die in de 19e eeuw de gemalen bouwden, zijn verdwenen. Zij stopten of gingen door overnames en fusies op in grote, landelijk en zelfs internationaal opererende concerns. Een nieuw fenomeen in het ontwerp en de bouw is het zogenoemde “Design & Build” principe, waarbij de aannemer op basis van een pakket van eisen van de opdrachtgever het gemaal ontwerpt en vervolgens bouwt. Bij grotere en ingewikkelde projecten gaat dit meestal via een combinatie waarin een ingenieursbureau een machinefabriek en een civiel-bouwkundige aannemer deelnemen. De inbreng van de fabrikant/leverancier van de installaties en de civieltechnische aannemer is daarbij groter, terwijl de rol van het ingenieursbureau meer controlerend en coördinerend is.
