Predykcyjne modelowanie uszkodzeń pomaga zmniejszyć ilość odpadów w pompach górniczych
Kluczowe dla przemysłu minerały, w tym miedź, cynk, boksyt i ruda żelaza, mogą być pompowane przez kopalnie na odległość nawet setek kilometrów, ponieważ do nadającej się do użytku formy przetwarzane są one z postaci surowej rudy. Ten często bardzo lepki, poddawany intensywnym naprężeniom podczas procesu przetwórczego szlam zawierający minerały, w połączeniu z korozyjnymi substancjami chemicznymi, prowadzi do zużycia nawet specjalnie skonstruowanych pomp o dużej wytrzymałości. Projekt APESA prowadzony jest we współpracy pomiędzy firmą Weir Minerals Netherlands (WMNL) i pięcioma naukowcami na wczesnym etapie kariery z uczelni University of Strathclyde w celu zbadania, w jaki sposób pompy ulegają uszkodzeniu, oraz opracowania modeli przewidywania i technik łagodzenia uszkodzeń, aby wydłużyć żywotność pomp wyporowych. Wsparcie ze strony prowadzonego przez UE programu „Maria Skłodowska-Curie” umożliwiło przeprowadzenie tych krytycznych dla przemysłu badań, które mogą przyczynić się do zmniejszenia ilości odpadów i kosztów eksploatacyjnych w kopalniach na całym świecie.
Zrozumienie mechanizmu zużycia pompy wyporowej
Pompy wyporowe, które wykorzystuje się do transportu lepkiego szlamu zawierającego minerały na duże odległości, są zazwyczaj projektowane z myślą o żywotności sięgającej do 25 lat. Jednak połączenie skutków korozji, erozji i zmęczenia materiału niezmiennie prowadzi do stopniowego uszkadzania materiału pomp w miarę upływu czasu, pogarszając ich wydajność i prowadząc do potrzeby wymiany części. Aby zrozumieć złożone działanie tych pomp szlamowych, zespół APESA musiał poddać badaniu takie współoddziałujące na siebie właściwości, jak: materiały, z jakich wykonana jest pompa, jej wielkość, kształt i stężenie cząstek stałych w szlamie, skład chemiczny szlamu, a także wpływ konstrukcji przepływu pompy na prędkość transportu szlamu oraz kąty. „Na potrzeby projektu APESA dokonaliśmy przeglądu cyklu życia pomp w celu określenia obszarów, w których nowe technologie i nowa wiedza mogą mieć istotne znaczenie”, mówi Douglas Watson, kierownik programu w Weir Advanced Research Centre. „Skoncentrowaliśmy się na lepszym zrozumieniu mechanizmów niszczenia, aby poznać sposoby na ograniczanie uszkodzeń, oraz na wykorzystaniu modelowania predykcyjnego w celu przyspieszenia i zwiększenia dokładności oceny alternatywnych podejść”. Badania przyczyniły się do lepszego zrozumienia właściwości materiałów oraz wpływu zarówno procesów produkcyjnych, jak i degradacji pomp na wydajność w całym okresie ich eksploatacji. Zwrócono również uwagę na alternatywne materiały i techniki kondycjonowania materiałów, które mogłyby wydłużyć okres eksploatacji pomp. Wyniki badań zostaną wkrótce opublikowane w czasopiśmie naukowym „International Journal of Plasticity”, zawierającym szczegółowy opis nowatorskiego modelu cyklicznej plastyczności opracowanego w ramach projektu APESA i wdrożonego w celu oceny wpływu naprężeń ściskających na trwałość zmęczeniową stali o niskiej zawartości węgla w środowiskach korozyjnych.
Minimalizacja ilości odpadów
Wyniki są teraz wprowadzane bezpośrednio do podręczników projektowych i obliczeń wykorzystywanych przez zespoły ds. inżynierii pomp wyporowych marki GEHO® w firmie Weir Minerals. Ustalenia są na tyle istotne, że jeden z naukowców na wczesnym etapie kariery został specjalnie zatrzymany przez partnera przemysłowego projektu w celu ułatwienia przekazania wiedzy. Badania w ramach projektu APESA wydłużą okres eksploatacji pomp wypornościowych firmy Weir Minerals i zmniejszą ilość czynności konserwacyjnych niezbędnych do ich eksploatacji: zmniejszając zarówno koszty związane z odpadami, jak i koszty eksploatacyjne w sektorze górniczym. „Chroni to konkurencyjną przewagę przemysłu europejskiego – zarówno w odniesieniu do producentów pomp, jak i ich bazy dostaw – w czasie zwiększonej konkurencji ze strony producentów sprzętu spoza Europy”, mówi Watson. Zespół badawczy koncentruje się obecnie na przyszłościowym modelowaniu i symulacji w celu zbadania ochrony antykorozyjnej w świetle wykorzystania górniczych systemów gospodarki wodnej na potrzeby przyszłych wyzwań związanych z niedoborem wody.
Słowa kluczowe
APESA, szlam, rura, korozja, miedź, cynk, żelazo, pompa, kopalnie, minerały, odpady, modelowanie, symulacja
