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Advanced Pump Engineering for Severe Applications

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Schadensvorhersagemodellierung trägt zur Abfallreduzierung von Bergbaupumpen bei

Innovative neue Materialmodellierungstechniken treiben die Entwicklung langlebigerer Pumpenkonstruktionen voran und senken damit Abfall- und Betriebskosten im Bergbau und in der Energiewirtschaft.

Industrielle Technologien

Wichtige Industriemineralien, darunter Kupfer, Zinkbauxit und Eisenerz können von einem Minenstandort zum anderen bis zu Hunderte von Kilometern gepumpt werden, damit sie aus Roherz zu nutzbaren Mineralien verarbeitet werden können. Häufig hochviskos, einem hohen Prozessdruck ausgesetzt und mit korrosiven Chemikalien kombiniert, verschleißen diese Mineralschlämme selbst speziell gefertigte, hochbelastbare Pumpen. Das APESA-Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen Weir Minerals Netherlands (WMNL) und fünf Nachwuchsforschenden an der Universität Strathclyde. Darin wird die Art und Weise erforscht, wie Pumpen beschädigt werden, und es werden Vrohersagemodelle und Schadensminderungstechniken entwickelt, um die Lebensdauer von Verdrängerpumpen zu verbessern. Die Unterstützung durch das Marie Skłodowska-Curie-Programm der EU hat diese wichtige industrielle Forschung ermöglicht, mit der Abfälle und Betriebskosten weltweit reduziert werden können.

Den Verschleiß von Verdrängerpumpen verstehen

Verdrängerpumpen werden zur Beförderung von viskosen Mineralschlämmen über weite Strecken eingesetzt und sie sind typischerweise auf eine Lebensdauer von bis zu 25 Jahren ausgelegt. Die kombinierten Auswirkungen von Korrosion, Erosion und Materialermüdung führen mit der Zeit immer mehr zu Materialschäden an den Pumpen, die deren Leistung beeinträchtigen und Ersatzteile erforderlich machen. Um das komplexe Verhalten dieser Feststoffpumpen zu verstehen, musste das APESA-Team Interaktionseigenschaften untersuchen, etwa das Pumpenmaterial, Größe, Form und Konzentration der Feststoffpartikel, die Chemie des Feststoffs und den Einfluss des Strömungsdesigns der Pumpe auf die Feststoffgeschwindigkeit und die Winkel. „Für APESA haben wir den Lebenszyklus der Pumpen überprüft, um Bereiche zu ermitteln, in denen neue Technologien und ein neues Verständnis einen signifikanten Unterschied machen könnten“, sagt Douglas Watson, Programmleiter im Weir Advanced Research Centre. „Wir haben uns darauf konzentriert, Schadensmechanismen besser zu verstehen, um Möglichkeiten zur Schadensbegrenzung zu erforschen und die Bewertung alternativer Ansätze durch Vorhersagemodellierung schneller und genauer zu gestalten.“ Die Forschung hat zum besseren Verständnis der Materialleistung und des Einflusses sowohl der Herstellungsverfahren als auch der Degradation der Pumpe auf die Leistung während der gesamten Lebensdauer beigetragen. Außerdem wurden alternative Materialien und Materialaufbereitungstechniken hervorgehoben, die die Lebensdauer von Pumpen verlängern könnten. Die Forschungsergebnisse werden bald auf der Website „International Journal of Plasticity“ veröffentlicht, wobei das neuartige zyklische Plastizitätswerkstoffmodell beschrieben wird, das im Rahmen von APESA entwickelt und für die Bewertung der Druckbelastung auf die Ermüdungslebensdauer von kohlenstoffarmem Stahl in korrosiven Umgebungen implementiert wurde.

Abfall minimieren

Die Ergebnisse werden nun direkt in die Planungshandbücher und Berechnungen der Verdrängerpumpentechnik-Teams der Marke GEHO® von Weir Minerals integriert. Die Ergebnisse sind so fundiert, dass einer der Nachwuchsforschenden vom Industriepartner des Projekts gezielt behalten wurde, um den Wissenstransfer zu erleichtern. Durch die APESA-Forschung wird die Lebensdauer der Verdrängerpumpen von Weir Minerals verlängert und der Wartungsaufwand für den Betrieb reduziert: die Abfallkosten und die Betriebskosten im Bergbau werden gesenkt. „Dies schützt den Wettbewerbsvorteil der europäischen Industrie – sowohl für die Pumpenhersteller als auch für ihre Zulieferer – in einer Zeit zunehmender Konkurrenz durch außereuropäischeAusrüstungshersteller“, sagt Watson. Das Forschungsteam konzentriert sich nun auf die zukünftige Modellierung und Simulation für die Korrosionsschutzforschung, da bergbauliche Wasserbewirtschaftungssysteme auch an zukünftige Herausforderungen durch Wasserknappheit angepasst werden müssen.

Schlüsselbegriffe

APESA, Feststoffe, Rohr, Korrosion, Kupfer, Zink, Eisen, Pumpe, Bergwerke, Mineralien, Abfall, Modellierung, Simulation

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26 Januar 2021