نیاز شدید به حفاظت در برابر سایش
فنهای بزرگ و خاص غالبا در معرض سخت ترین حملات سایشی قرار میگیرند. این فنها فارغ از اینکه در چه بخشی از صنعت به کار گرفته شوند باید فشارهای بسیار زیادی را در فرایند تولید متحمل شوند. به ویژه در صنایعی نظیر سیمان و فولاد فنها در شرایط بسیار خاصی قرار میگیرند. مواد ساینده ای (نظیر گرد کلینکر، کوارتز و مواد حاوی اکسید آلومینیوم، خرده های چوب و پلاستیک) که در جریان هوا حمل میشوند به شدت به بدنه فنها حمله میکنند. ذراتی که وارد فن میشوند به تمام اجزاء ساختاری فن، تیغه های پروانه، کیسینگ، صفحه پشت پروانه و پوشش روی پروانه برخورد میکنند. این حملات میتواند منجر به تخریب قابل توجهی گردد.
سایش منجر به کاهش ضخامت بدنه بخشهای مختلف گشته و در نتیجه منجر به کاهش طول عمر مفید فن میگردد. فرسایش ناشی از سایش میتواند منجر به کاهش کارایی شود و یا منجر به عدم توازن حین کارکرد گردد که مانع از ادامه کار فن میگردد. هزینه های تحمیلی بسیار قابل توجه هستند و سرمایه گذاری در روشهای پیشگیرانه تصمیم اقتصادی عاقلانه ای است.
حفاظت در برابر سایش یک علم است
ونتی اولده تجربیاتش را که طی ده ها سال در طراحی و ساخت فن های سانتریفیوژ صنعتی جمع آوری کرده پردازش میکند و یکی از پیشتازان تکنولوژی حفاظت در برابر سایش میباشد. این شرکت تحقیق و توسعه در این بخش را بصورتی پیوسته گسترش میدهد. ونتی اولده با همکاری یکی از دانشگاههای فنی معتبر آلمان به صورت دقیق و علمی سایش را در فنهای صنعتی مورد مطالعه قرارد داده است.
تجربیات حاصل از مطالعات میدانی متعدد که برخی از آنها با همکاری سازندگان کارخانجات صنعتی به انجام رسیده است در توسعه روشهایی برای حفاظت در برابر سایش به کار گرفته شده اند.
حفاظت موثر برای مقابله با سایش از همان ابتدا با بهبود طراحی با شبیه سازی فرآیند
در شروع فاز طراحی، اولین سوالی که باید پرسیده شود این است که چه نوع گازی قرار است از فن عبور کند. اگر حاوی مواد ساینده و خورنده باشد آنوقت توصیه های موکدی برای استفاد از تکنیکهایی برای حفاظت فن در برابر سایش خواهد شد و در نتیجه طول عمر مفید فن به شکلی سودآور افزایش خواهد یافت.
برای تعیین حفاظت سایشی بهینه و طراحی و موقعیت مناسب آن، بار روی فن بصورت دیجیتال با استفاده از CFD (Computational Fluid Dynamics) شبیه سازی میگردد.
به عنوان مثال با در نظر گرفتن خواص خاص مواد ساینده میتوانیم بار روی لبهای ابتدایی پره های فن را محاسبه کنیم که با استفاده از تکنولوژیهای اندازه گیری یا بسیار هزینه بر خواهد بود و یا غیر ممکن. ونتی اولده با بهره گیری از دانش عمیق خود از فرآیند های دینامیک سیالات در پروانه و هوسینگ فنهایی که بسیار کارا و مستحکم هستند تولید میشوند.
پوسته ضد سایش سخت حتی برای فنهای در حال کار
 |
 |
این فناوری، تنها در تولیدات جدید مورد استفاده قرار نمیگیرند، بلکه یک بخش ضروری در بهینه سازی یا بازسازی فنهایی است که در حال حاضر در حال کار میباشند. پروانه ها یا فنها توسط ونتی اولده در محل باز شده و به ونتی اولده منتقل میشوند. پس از تمیزکاری بخشهای فولادی فن یک بازرسی دیداری اولیه و سپس بازرسیهای فنی با دستگاههای آلتراسوند (UT) و تست نفوذ (PT) جهت اطمینان از سلامت آنها انجام میشوند. به موازات این آزمونها، ممکن است فن برای تعیین بهترین روش حفاظت در برابر سایش با روشهای شبیه سازی جریان در حین کار مورد مطالعه قرار گیرد.
تمام این اندازه گیری ها، آزمونها و شبیه سازیها، مبنایی را شکل میدهند که ونتی اولده بر اساس آن تعمیرات لازم و بهبودهای قابل توجهی نظیر حفاظت در برابر سایش را پیشنهاد میکند.
لایه حفاظتی ضد سایش قوی با ترکیب هوشمندانه مواد ضد سایش در مقابل ذرات غبار مهاجم
تنها داشتن سطوح سخت راه حل داشتن مقاومت در برابر سایش نیست، اصلی ترین مساله استفاده از روشهای صحیح است. استفاده از سختکاری سخت تر لزوما بهترین نتیجه را به دست نمیدهد به خصوص که معمولا به مقداری قابل توجه گرانتر هستند و برای استفاده پیچیده تر هستند. ضمنا خرید مواد ضد سایشی مثل کربید تنگستن ذوب شده (Fused Tungsten Carbide) بطور مداوم سخت تر شده و قیمتشان در بازارهای جهانی همیشه بالا میرود.
 |
 |
|
| Chromium Carbide | Fused Tungsten Carbide |
هدف ونتی اولده انتخاب سیستم ضد سایشی است که مناسب فرآیند باشد. یکی از پارامترهای درگیر در انتخاب بهترین حفاظت در برابر سایش، ترکیب غبار موجود در جریان هوایی است که موجب سایش میشود. در این فرایند علاوه بر مقدار و سختی ذرات غبار، توزیع اندازه ذرات و همچنین شکل ذرات غبار هم نقش مهمی دارند.
برای مثال، وقتی غبار خیلی ریز و ساینده است، باید سیستم حفاظت در برابر سایشی انتخاب گردد که کربید ها به صورت یکنواخت توزیع شده و تا حد امکان به هم نزدیک باشند. اینکار از فرسایش کربید ها هم جلوگیری میکند. ساختار یک لایه ضدسایش معمولا شامل ذرات کربید سختی میباشد که در یک فاز ماتریسی چسبی (Binder Matrix Phase) قرار میگیرند.
لایه ضد سایش بدون روزنه ای برای نفوذ
اگر فاصله بین کربیدهای زیاد باشد، ذرات غبار مستقیما به ماتریس چسبی نرم برخورد کرده و نسبتا سریع ساییده شده و دیگر امکان حفظ کربیدها را نخواهند داشت. در نتیجه کربیدها فرسوده شده و از ماتریس جدا میگردند و تمام منافع حاصل از کربیدهای سخت از بین میرود و طول عمر لایه ضد سایش کم میشود.
به عبارت دیگر اگر فواصل کوچکتر از ذرات غبار باشند، به احتمال بیشتری با کربیدهای سخت برخورد کرده و ماتریس نرم محافظت میشود، از سختی کربیدهای بهره برداری شده و طول عمر به وضوح افزایش میابد.
سخت کاری در محل صحیح
علاوه بر استفاده از نوع ماده ضد سایش مناسب، محل آنها هم حایز اهمیت است. حتی محل استفاده و اجرای موارد مرتبط با سختکاری برای حفاظت از فن سانتریفیوژی در مقابل سایش اهمیتی معادل نوع ماده ضد سایش دارد.
حفاظت در برابر سایش کمک میکند که طول عمر فن و بویژه ایمپلر بیشتر شود، اما یک فاکتور عمده در هزینه نیز میباشد. به همین دلیل لازم است که اول نواحی که باید حفاظت شوند و نواحی که نیاز به حفاظت در برابر سایش ندارند تعریف شوند.
ترکیب داده های تجربی با تحلیل جریان، نمایی از نواحی از ایمپلر که احتمال آسیب از سایش در آنها وجود دارد به دست میدهد. به این ترتیب این نواحی را میتوان بیشتر در برابر سایش حفاظت نمود و معمولا این بخشها، لبه های بیرونی تیغه های پروانه، نواحی از تیغه پروانه و نقطه اتصال تیغه به بدنه پروانه میباشند.
با اینحال علاوه بر نواحی ذکر شده، صفحه مرکزی پروانه (Impeller centerplate)، پوشش پروانه(Impller shroud)، شفت درایو، پیچهای ارتباطی شفت و پروانه، کیسینگ، همینطور دمپرها و پره های کنترل ورودی(Inlet vane control) هم در معرض درجات مختلفی از سایش میباشند.
تشخیص آسان نقاط برای افزودن مواد ضد سایش
محل درست ضدسایش کردن، با مشاهده ایمپلرهایی که با سایش فرسوده شده اند و قرار است بازسازی شوند تا طول عمرشان بیشتر شود نیز به راحتی قابل تشخیص است. در چنین وضعیتی، نواحی که تحت استرس شدید قرار دارند با نگاه به الگوی سایش به راحتی مشخص میشوند و در نتیجه باید این نواحی را با کیفیت بالاتری در مقابل سایش محافظت نمود.
جوش یا پیچ، زیگراگ یا مستقیم، برای هر فرآیندی ، طراحی دقیق
توجه به هزینه ها
علاوه بر انتخاب ماده مناسب ضد سایش و محل به کارگیری آن، طراحی صحیح سیستم محافظت در برابر سایش نیز حائز اهمیت است. اول به این دلیل که باید متناسب با پارامترهای مختلف فرآیند تنظیم گردد (به عنوان مثال هر سیستم حفاظت ضد سایشی در دماهای بالا قابل استفاده نیست) و دوم اینکه طراحی انتخاب شده به شدت بر روی هزینه ها اثر خواهد گذاشت.
آنچه که به کاهش هزینه ها، بدون کم کردن طول عمر فن کمک میکند ترکیب سیستمهای ضدسایش متفاوت است- راه حلی که یک نرخ هزینه به منفعت عالی را به دست میدهد.
پرداخت سطح صحیح
خواص سطحی مواد ضد سایش مختلف نیز علاوه بر الگوهای جریان و خواص ذرات (بویژه ابعاد آنها) در حین عبور از فن که منجر به سایش میشوند بررسی میگردند. این مورد برای مثال روی شکل هندسی حفاظت در برابر سایش یا تکنیکی که برای اعمال این پوشش ضد سایش مورد استفاده قرار میگیرد موثر است.
در شرایطی که غبار ریزه موجود است، به منظور به حداقل رساندن فرسایش ترک های لایه مقاوم به سایش که در بعضی مواد ضدسایش به دلیل میزان سختی آنها غیر قابل اجتناب است، لایه جوشکاری در خلاف جهت جریان انجام شده و یا یک هندسه زیگزاگی انتخاب میگردد. با انتخاب یک سیستم ضد سایش به همراه تکنیک مناسب اعمال پوشش ضد سایش، یک سطح تقریبا بدون ترک ایجاد خواهد شد.
 |
 |
| جوشکاری زیگزاگ | جوشکاری خطی |
نصب مواد ضدسایش به صورت پیچ شدنی و جوشکاری
حفاظت در برابر سایشی که ونتی اولده برای پروانه های فن ارائه میدهد در دو گونه جوشکاری شده و پیچ شدنی قابل ارائه هستند. در نوع گونه جوشکاری شده، پوشش ضدسایش بصورت مستقیم روی تیغه پروانه جوش خورده و یا ورقهای ضد سایش روی آن جوش داده میشوند. این نوع ضد سایش سازی با استفاده از تعمیر جوشکاری قابل سرویس کردن میباشند.
در نوع پیچ شدنی، ورقهای ضد سایش از طریق پیچهایی به تیغه پروانه متصل و محکم میشوند. علاوه بر این، ورقهای ضدسایش به صفحه مرکزی و پوشش پروانه جوش خورده و با جوشکاری درز گیری میشوند. برای تعمیرات، جوش درزگیری برداشته شده و پیچهای اتصال شل میشوند و سپس صفحات ضد سایش با صفحاتی جدید جایگزین میگردند.
 |
 |
طراحی ماژولار
ونتی اولده علاوه بر حفاظت در برابر ضد سایش معمول، نوعی از سیستم ماژولار را نیز ارائه میدهد که شامل 6 ماژول خاص میباشد:
-
زره های محافظ لبه ورودی تیغه های
-
صفحات ضدسایش روی لبه ورودی تیغه ها
-
نوارهای ضدسایش برای صفحه مرکزی ایمپلر
-
صفحات ضدسایش برای تیغه ها
-
صفحات ضدسایش برای حفاظت پوشش ایمپلر
-
کلاهکها و صفحات محافظ برای محل اتصال شفت و ایمپلر
جایگزینی سریع و آسان
طراحی ماژولار سیستم مقابله با سایش بدین معنا است که ماژولهای فرسوده میتوانند به راحتی و سرعت جایگزین شوند. هنگامی که جوش اتصال ماژولها جدا شوند، ماژولها برداشته شده و ماژولهای جدید طبق شرایط اعلامی روی ایمپلر جوش میخورند.
در ماژولهای کربیدی، اتصالات لحیمی نیز ممکن است استفاده گردند. حتی یک ایمپلر فرسوده نیز به راحتی با ماژولهای حفاظتی ونتی اولده قابل بازسازی میباشد. ماژولها را میتوان به سرعت و سهولت در صورت نیاز به تعمیرات تعویض نمود. انبارداری ماژولهای یدکی هم در فضا و هم در هزینه ها صرفه جویی میکند.