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Advanced Pump Engineering for Severe Applications

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La modélisation prédictive des dommages permet de réduire les déchets dans les pompes minières

Les nouvelles techniques de modélisation des matériaux permettent la création de conceptions de pompes plus durables, ce qui réduit les déchets et les coûts d’exploitation dans les secteurs minier et énergétique.

Technologies industrielles

Les minéraux industriels vitaux, dont le cuivre, la bauxite de zinc et le minerai de fer, peuvent être pompés sur des centaines de kilomètres à travers les sites miniers à mesure qu’ils sont traités de minerais bruts en minéraux utilisables. Souvent très visqueuse, soumises à d’intenses pressions de traitement et combinées à des produits chimiques corrosifs, ces boues minérales provoquent l’usure même des pompes industrielles conçues à cet effet. Le projet APESA est une collaboration entre Weir Minerals Netherlands (WMNL) et cinq chercheurs débutants (CD) de l’Université de Strathclyde qui vise à étudier les différentes façons dont les pompes subissent des dommages et élaborer des modèles prédictifs et des techniques d’atténuation des dommages pour améliorer la durée de vie des pompes volumétriques (PV). Le programme Marie Skłodowska-Curie de l’UE a rendu possible cette recherche critique pour l’industrie qui a le potentiel de réduire les déchets et les coûts d’exploitation dans les mines du monde entier.

Comprendre l’usure des pompes volumétriques

Les pompes volumétriques utilisées pour le transport des boues minérales visqueuses sur de longues distances ont généralement une durée de vie de maximum 25 ans. Cependant, les effets combinés de la corrosion, de l’érosion et de l’usure entraînent systématiquement des dommages matériels aux pompes au fil du temps, réduisant leurs performances et exigeant le remplacement de pièces. Pour comprendre le comportement complexe de ces pompes à boue, l’équipe APESA a dû analyser les propriétés en interaction telles que: les matériaux de la pompe; la taille, la forme et la concentration des particules solides des boues; la composition chimique des boues et l’effet du débit de la pompe sur la rapidité et les angles des boues. «Pour APESA, nous avons analysé la durée de vie de la pompe afin d’identifier les zones où les nouvelles technologies et une nouvelle compréhension pourraient faire une différence significative», explique Douglas Watson, gestionnaire de programme au Centre de recherches avancées de Weir. «Nous avons cherché à mieux comprendre les mécanismes responsables des dommages pour étudier les moyens de limiter ces dommages et avons utilisé la modélisation prédictive pour rendre l’évaluation des approches alternatives plus rapide et plus précise.» Les recherches ont amélioré la compréhension des performances des matériaux et de l’influence des procédés de fabrication et des dégradations de la pompe sur les performances tout au long de sa durée de vie. Elles ont également mis en évidence les matériaux de substitution et les techniques de conditionnement des matériaux susceptibles de prolonger la durée de vie des pompes. Les résultats des recherches seront prochainement publiés dans le «International Journal of Plasticity» et détailleront le nouveau modèle de matériau à plasticité cyclique développé par l’APESA et mis en œuvre pour l’évaluation de la contrainte de compression sur l’usure de l’acier à faible teneur en carbone dans des environnements corrosifs.

Réduction des déchets

Les résultats sont désormais intégrés directement aux manuels de conception et aux calculs utilisés par les équipes de conception des pompes volumétriques de la marque GEHO® chez Weir Minerals. Les résultats sont tellement importants qu’un des chercheurs débutants a été engagé par le partenaire industriel du projet pour faciliter le transfert des connaissances. Les recherches APESA prolongeront la durée de vie des pompes volumétriques de Weir Minerals et réduiront la quantité de maintenance requise pour leur fonctionnement, ce qui se traduira par une réduction des déchets et des coûts d’exploitation dans le secteur minier. «Cela protège l’avantage concurrentiel de l’industrie européenne – pour les fabricants de pompes et leur base d’approvisionnement – à une époque de concurrence accrue de la part des fabricants d’équipements non européens», explique M. Watson. L’équipe de recherche se concentre maintenant sur la modélisation et la simulation futures afin d’étudier la protection contre la corrosion, dans le sillage de l’adoption des systèmes de gestion de l’eau des mines visant à répondre aux défis à venir que pose la pénurie d’eau.

Mots‑clés

APESA, boues, tuyaux, corrosion, cuivre, zinc, fer, pompe, mines, minéraux, déchets, modélisation, simulation

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