چگونه شکل ذرات جامد بر سایش پمپ اسلاری تأثیر می‌گذارد؟

۱. ذرات زاویه‌دار (Sharp / Angular Particles)

این ذرات، متداول‌ترین و مخرب‌ترین عامل سایش در پمپ‌های اسلاری هستند. مکانیسم اصلی سایش در اینجا برش (Cutting) یا حکاکی (Gouging) است.

• مکانیسم برش: لبه‌های تیز این ذرات مانند یک ابزار برش کوچک عمل می‌کنند. هنگامی که این ذرات با سرعت بالا به سطوح داخلی پمپ (مکانیکی سیل، پروانه، پوسته و …) برخورد می‌کنند، به جای ایجاد ضربه، عمل برش را انجام می‌دهند. آنها به سطح نفوذ کرده و با خراشیدن آن، به تدریج مواد را از سطح جدا می‌کنند.
• نرخ سایش بالا: این مکانیسم بسیار کارآمد و در نتیجه بسیار مخرب است. نرخ سایش ناشی از ذرات زاویه‌دار می‌تواند به مراتب بیشتر از ذرات گرد باشد، حتی اگر اندازه و سختی یکسانی داشته باشند. این نوع سایش معمولاً منجر به ایجاد شیارها و خراش‌های واضح بر روی سطح می‌شود.
• منابع معمول: ذرات شن و ماسه تیز، خرده‌های معدنی با شکست ترد، و به طور کلی موادی که تحت خردایش مکانیکی قرار گرفته‌اند، معمولاً دارای اشکال زاویه‌دار هستند.

۲. ذرات گرد و کروی (Rounded / Spherical Particles)

این ذرات اثر کاملاً متفاوتی دارند. مکانیسم اصلی سایش برای آنها deformation Fatigue (خستگی ناشی از تغییر شکل) است.

• مکانیسم ضربه و خستگی: ذرات کروی فاقد لبه‌های تیز برای برش هستند. در عوض، برخورد آنها با سطح پمپ بیشتر شبیه یک “ضربه” یا “فرود” کوچک است. این ضربات مکرر و پرانرژی باعث ایجاد تمرکز تنش در نقطه برخورد شده و در سطح، تغییر شکل پلاستیک موضعی ایجاد می‌کنند. پس از میلیون‌ها بار تکرار این ضربات، ترک‌های میکروسکوپی در سطح ایجاد شده و این ترک‌ها گسترش می‌یابند تا در نهایت باعث کنده شدن تکه‌های کوچکی از material شوند. این فرآیند بسیار کندتر از برش مستقیم است.
• نرخ سایش پایین‌تر: به طور کلی، نرخ سایش ایجاد شده توسط ذرات گرد کمتر از ذرات زاویه‌دار با شرایط یکسان (اندازه، سختی، غلظت) است.
• منابع معمول: ذراتی که تحت سایش طبیعی طولانی‌مدت قرار گرفته‌اند، مانند ماسه‌های رودخانه‌ای و ساحلی، یا برخی محصولات فرآوری شده معدنی، تمایل به شکل گرد دارند.

تأثیر شکل ذره در کنار سایر فاکتورها

شکل ذره به تنهایی عمل نمی‌کند، بلکه اثر آن در تعامل با سایر عوامل تشدید یا تضعیف می‌شود:

• سرعت پمپ: اثر مخرب ذرات زاویه‌دار با افزایش سرعت پمپ (و در نتیجه انرژی برخورد ذرات) به صورت نمایی افزایش می‌یابد. در حالی که ذرات کروی ممکن است افزایش کمتری در نرخ سایش نشان دهند.
• جنس مواد پمپ: موادی که سختی بالا اما چقرمگی کم دارند (مثل برخی چدن‌های سفید سخت شده) در برابر برش ذرات زاویه‌دار بسیار آسیب‌پذیر هستند. از طرفی، مواد با چقرمگی بالا و انعطاف‌پذیری نسبی (مانند برخی الاستومرها یا فولادهای با کربن متوسط) ممکن است بهتر در برابر ضربات ذرات کروی مقاومت کنند، زیرا انرژی ضربه را جذب و dissipate می‌کنند.
• اندازه و غلظت ذرات: ذرات بزرگ‌تر، بدون در نظر گرفتن شکل، انرژی جنبشی بیشتری دارند و سایش بیشتری ایجاد می‌کنند. همچنین، غلظت بالاتر ذرات به معنای تعداد برخورد بیشتر در واحد زمان است که هر دو مکانیسم سایش را تشدید می‌کند.
• جهت برخورد: در قسمت‌هایی از پمپ که جریان سیال موازی با سطح است (مثل پشت پره‌های پروانه)، مکانیسم برش ذرات زاویه‌دار غالب است. در مناطقی که برخورد ذرات عمود بر سطح است (مثل جلوی پره‌های پروانه)، هر دو نوع ذره می‌توانند آسیب وارد کنند، اما ذرات تیز همچنان مخرب‌تر هستند.

پیامدهای عملی برای انتخاب و بهره‌برداری از پمپ

درک تأثیر شکل ذره برای مهندسان و اپراتورها بسیار حیاتی است:

1. انتخاب جنس قطعات مصرفی (Wear Parts):برای پمپاژ دوغاب‌های حاوی ذرات بسیار تیز و زاویه‌دار، باید از موادی استفاده کرد که مقاومت سایشی بسیار بالایی در برابر برش دارند، مانند چدن‌های سفید آلیاژی با کروم بالا (High-Chrome White Iron) یا حتی کاربیدهای تنگستن (Tungsten Carbide). برای ذرات گرد، ممکن است گزینه‌های مقرون‌به‌صرفه‌تر نیز کافی باشند.
2. طراحی پمپ:سازندگان پمپ‌های اسلاری برای شرایط کاری مختلف، پمپ‌هایی با طراحی‌های متفاوت پروانه و پوسته ارائه می‌دهند. پروانه‌های با پره‌های کمتر و کانال‌های عریض‌تر برای ذرات درشت و زاویه‌دار مناسب‌ترند تا از گرفتگی (Clogging) و سایش متمرکز جلوگیری شود.
3. تعمیر و نگهداری:انتظار می‌رود عمر مفید قطعاتی که دوغاب‌های حاوی ذرات تیز را پمپاژ می‌کنند، به طور قابل توجهی کمتر باشد. بنابراین، برنامه‌ریزی برای تعمیرات و نگهداری پیشگیرانه باید با در نظر گرفتن این موضوع انجام شود.
4. آماده‌سازی اسلاری:در برخی فرآیندها، اگر امکان آسیاب کردن بیشتر مواد و گرد کردن گوشه‌های تیز آنها وجود داشته باشد، می‌توان به افزایش چشمگیر عمر پمپ کمک کرد.

جمع‌بندی

به طور خلاصه، شکل ذرات جامد یک فاکتور بنیادی در تعیین مکانیسم و نرخ سایش در پمپ‌های اسلاری است. ذرات زاویه‌دار و تیز از طریق مکانیسم برش باعث سایش سریع و شدید می‌شوند، در حالی که ذرات گرد و کروی از طریق مکانیسم خستگی ناشی از ضربات مکرر سایشی کندتر و ملایم‌تر ایجاد می‌کنند. یک مهندس آگاه با تحلیل شکل ذرات در دوغاب، می‌تواند بهترین جنس مواد، طراحی پمپ و استراتژی نگهداری را انتخاب کند تا هم هزینه‌های عملیاتی را به حداقل برساند و هم قابلیت اطمینان سیستم را به حداکثر برساند.

برای کسب اطلاعات بیشتر و یا ثبت سفارش می توانید با ما در تماس باشید.