Lebensspendender Lift

Das Wasserentwicklungsschachtprojekt Kahaluu von Marine Innovations bietet Zugang zu lebenswichtigen Ressourcen.

Fotos von Angy Chesler, VIP-Konzepte, für Marine Innovations

Die Insel Hawaii, oft auch Big Island genannt, ist die größte Insel des US-Bundesstaates Hawaii und Heimat von 186,738 Menschen. Hawaii ist vom Ozean umgeben und etwa 50 % des Wassers der Insel stammen aus Grundwasserquellen.^[1].

Die vulkanische Struktur der Hawaii-Inseln sammelt Regenwasser und fängt es in Grundwasserleitern unter den Inseln ein. Da Süßwasser weniger dicht ist als Salzwasser, sickert das Süßwasser nach unten und bildet eine schwimmende Blase, die oft als Linse bezeichnet wird, auf dem Salzwasser. Dieses Süßwasser ist ein kostbares Gut, das für das Leben auf der Insel benötigt wird und für Wohn-, Gewerbe-, Landwirtschafts-, Erholungs- und Industrieanwendungen verwendet wird.

Das Wasser wird auf natürliche Weise in die Grundwasserleiter transportiert, aber riesige Pumpen, die strategisch über die Insel verteilt sind, bringen dieses Wasser für den menschlichen Gebrauch an die Oberfläche. Einige der Pumpen befinden sich an der Oberfläche, andere tief in der Erde. Vier solcher Pumpen befinden sich in der Gegend von Kailua-Kona auf Hawaii, und der Schrägaufzug zum Kahaluu-Tunnelzugang ist ein wesentlicher Bestandteil des Trinkwassersystems. Die Pumpen benötigen Wartung und Aufmerksamkeit. Das Personal muss einen schnellen und einfachen Zugang zu diesen Pumpen haben, die über einen 1,000-Fuß-Tunnel hinabsteigen, sowie die Möglichkeit haben, Werkzeuge und Zubehör zu den Pumpenköpfen zu bringen.

Vor mehr als 40 Jahren wurde ein Schrägaufzug im Pumpenzugangstunnel installiert, aber die Abteilung für Wasserversorgung suchte nach einem Ersatz, um Steuerungsprobleme und Verschleißprobleme zu beheben sowie die Fahrgeschwindigkeit und die Systemkapazität zu erhöhen.

Eingebaut in ein unscheinbares, garagenartiges Gebäude, hatte der Maschinenraum Platzbeschränkungen, die nur durch die Enge des Tunnels selbst verstärkt wurden. Mike Botzet von Marine Innovations wurde von Heide & Cook Elevator mit der Planung und dem Bau des neuen Schrägaufzugssystems beauftragt. Beginnend mit einer Ortsbesichtigung im Jahr 2016 brachte Botzet Fotos und Zeichnungen des alten Systems mit, um den Ausgangspunkt zu zeigen.

Mit Blick auf die Messungen, Fotos und früheren Systemzeichnungen begann Brent Thompson, der Konstrukteur von Marine Innovations, den Überprüfungsprozess, um die Motor-, Getriebe- und Bremsgrößen zu berechnen, um den 1,000-ft-Schrägaufzug sicher von 100 ft/min auf 125 ft/min zu erhöhen. min und Kapazität von 4000 bis 5000 lbs. Nachdem der Bedarf an einem 25 PS starken 460-V-Elektromotor ermittelt wurde, wurde als Kraftpaket für dieses System ein Elektrim-Drehstrombremsmotor ausgewählt. Der Motor enthält ein Bremssystem, um das System im Stillstand zu halten. Ein Winsmith 3:50 Schneckengetriebe wurde spezifiziert, um die Motordrehzahl zu reduzieren.

Fünf-in. Dodge Imperial-Lager unterstützen den benutzerdefinierten 5-Zoll. Antriebswelle, die die Kraft vom Untersetzungsgetriebe auf den 20-Zoll überträgt. Treibscheiben antreiben. Ein passender 5-in. Welle trägt die Sekundärscheiben. Drei 1/2-Zoll. Antriebskabel übertragen die Kraft von den Seilscheiben auf den Laufwagen und das Gegengewicht. Kabelrollen wurden installiert, um ein übermäßiges Durchhängen des Kabels bei einer Systemlänge von 1,000 Fuß zu verhindern.

Neue Schlitten- und Gegengewichtsbaugruppen wurden gebaut, um die erhöhte Kapazität von 5000 Pfund aufzunehmen. Der Wagen wurde so konstruiert, dass er den größtmöglichen Platz in der Enge des Tunnels ausnutzt. Es umfasst ein geschlossenes Personalabteil und einen vorderen Materialtransportabschnitt mit abnehmbaren Geländer. Der Wagen ist aus Stahlrohr, rutschfestem Stahl und Edelstahldrahtgeflecht gefertigt und für Langlebigkeit und Korrosionsbeständigkeit pulverbeschichtet. Boden, Treppen und Notleiterstufen erhielten eine spezielle rutschhemmende Beschichtung.

Kontrollstationen befinden sich an den oberen und unteren Haltestellen. Dazu gehören Sprechstellentasten für Ober- und Talstationen, eine Rampenstopptaste und eine Notstopptaste. Die Schlittensteuerstation ist ähnlich, mit zusätzlicher Jog-Auf- und -Ab-Funktion im manuellen Betriebsmodus. In die drei Kontrollstationen wurde ein Ritron-Funkkommunikationssystem integriert, das für die Fernkommunikation ausgelegt ist.

Der Wagen ist aus rechteckigem 8 Zoll x 2 Zoll Stahlrohr gefertigt und passend zum Wagen pulverbeschichtet. Es fährt auf massiven Eisenrädern mit Polyurethan-Gummi-Lauffläche. Führungsräder sorgen dafür, dass der Trolley zentriert auf der Schiene bleibt. Der Geschwindigkeitsbegrenzer von Marine Innovations aktiviert vier Sicherheitsbremsklötze und treibt sie in die Schiene, wenn der Wagen den Sicherheitsfaktor über die gewünschte Geschwindigkeit von 125 ft/min überschreitet, und aktiviert auch den Sicherheitsabschaltschalter, um das Antriebssystem zu stoppen. Dieses Bremssystem kann leicht von einer Kontrollstation getrennt werden, wenn das Sicherheitsproblem behoben ist.

Der Gegengewichtswagen ist in den Laufschienen unverlierbar. Beladen mit 3775 lb Ballast macht dies den Aufzug effizienter und spart Energie, wenn schwere Lasten über diese lange Distanz bewegt werden. Diese Stahlkonstruktion ist weiß pulverbeschichtet, passend zum Wagen und bietet Korrosionsbeständigkeit.

Das gesamte Design, die Herstellung und das Schweißen des Antriebsrahmens, des Schlittens, des Laufwagens und des Gegengewichts wurden im Werk von Marine Innovations in Frazee, Minnesota, durchgeführt. Vor dem Verzinken und Pulverbeschichten wurden alle Komponenten auf Passgenauigkeit montiert. Eine Teststation wurde gebaut, um den exakten Winkel der Schiene im Hawaii-Tunnel zu reproduzieren und die Antriebs- und Bremssysteme zu testen, um sicherzustellen, dass alle Komponenten wie geplant funktionieren. Nach erfolgreichem Test wurden alle Baugruppen zerlegt und die Teile nach Bedarf pulverbeschichtet und plattiert. Die Zinkverzinkung des Antriebsrahmens wurde von Galvanizers Inc. aus Fargo, North Dakota, durchgeführt. Die Pulverbeschichtung und die gelbe Verzinkung wurden von Douglas Finishing aus Alexandria, Minnesota, durchgeführt. Rutschhemmende Beschichtungen wurden von Rhino Linings, ebenfalls von Fargo, aufgebracht.

Marine Innovations hat ein innovatives integriertes drahtloses Kommunikations- und Kontrollsystem entwickelt, das eine klare und klare Kommunikation zwischen dem Wagen und den Kontrollstationen ermöglicht. Das System enthält überwachte Wagensteuerungen, ohne dass eine Kabelverdrahtung oder die Verwendung von Signalkabelsystemen erforderlich ist.

Die vorhandene Balkenschiene wird an einem Betonbordstein montiert. Das Gleis wurde inspiziert und als akzeptabel für die weitere Nutzung mit dem neuen Wagen und dem Gegengewicht angesehen, nachdem Reparaturen an einem kleinen Abschnitt vorgenommen wurden, wodurch der Abteilung für Wasserversorgung die Kosten und die Zeit für das Entfernen und Wiedereinbauen von 1,000 Fuß Gleis erspart wurden.

Die größten Herausforderungen bei diesem Projekt waren das Engineering für die extreme Länge des Systems und das sichere Einstellen und schnelles Lösen der Schienenbremsen für die Systemkapazität von bis zu 5000 lb. Diese Systeme konnten vor der Auslieferung getestet werden. Eine zusätzliche Herausforderung war die effiziente Nutzung der erhöhten Gewichtskapazität in der Enge des Tunnels. Die CAD-CAM-Konstruktionssoftware von Marine Innovations und das Wasserstrahlschneidsystem vor Ort ermöglichten eine schnellere Teileproduktion mit einer extrem genauen Schneidelösung.

Nachdem alle Teile an Frazee zurückgegeben wurden, wurden die Komponenten zusammengebaut. Alle Teile wurden in einen Versandcontainer geladen, um sie zur Montage zu Heide & Cook Elevator auf Hawaii zu transportieren. Heide & Cook Elevator konnte die Installation im Kahaluu Water Development Shaft Project im Juli 2020 abschließen, wobei die einzigen Verzögerungen durch Änderungsaufträge und COVID-19-Reisebeschränkungen verursacht wurden. Der Schrägaufzug wurde nach der Endabnahme am 7. August 2020 an das Amt für Wasserversorgung übergeben.

Systemspezifikationen

Der Schrägaufzug fährt 1,000 Fuß in einem Winkel von 31 Grad in die Tiefe der Insel. Dies bedeutet, dass das System eine vertikale Abstiegs-/Heberate von 515 ft hat, während es sich horizontal ungefähr 857 ft bewegt. Der Schrägaufzug ermöglicht den Transport von der Oberfläche zum Arbeitsplatz und zurück, wobei eine Fahrt 8 Minuten bei 125 ft/min dauert.

Der Schrägaufzug besteht aus vielen integrierten Teilen: Steuerung, Antriebsrahmen, Fahrgestell, Laufkatze und Gegengewicht.

Das Primex-Bedienpanel beherbergt das Steuerungssystem. Der Frequenzumrichter Altivar (VFD) von Schneider Altivar liefert eine Betriebsleistung von 480 V, 100 A und ermöglicht ein sanftes Beschleunigen und Abbremsen des Schlittens, wodurch erschütternde Starts und Stopps verhindert werden. Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) von Unitronics ermöglicht die Integration von Steuerungen und Sicherheitssystemen. Die SPS ermöglicht auch die Fernüberwachung und -überwachung des Aufzugssystems.

Kundenspezifische Kontrollstationen befinden sich am oberen/Oberflächenpodest, dem unteren Podest und dem Wagen. Diese ermöglichen es dem Bediener, den Wagen zu einer der beiden Stationen zu rufen, den Wagen mit dem Not-Aus-Knopf anzuhalten und zwischen den Stationen über das integrierte drahtlose Ritron-Kommunikationssystem zu kommunizieren. Darüber hinaus bietet das Steuerpult des Schlittens eine Jog-Auf- und Ab-Funktion, wenn sich das System im manuellen Modus befindet. Honeywell-Endschalter an beiden Stationen sind mit dem Steuerungssystem fest verdrahtet, um Verzögerungs-, Stopp- und Endlagen für reibungslose, genaue Landungen an jeder Station zu signalisieren.

Die Power-Frame-Baugruppe wurde von Marine Innovations speziell entwickelt. Es nimmt den 460-V-Drehstrom-, 25-PS-Elektrim-Bremsmotor auf. Der Motor ist direkt an ein Winsmith 981 50:1-Getriebe montiert, um die Motordrehzahl zu reduzieren und das Drehmoment zu erhöhen. Die Rotationsleistung des Getriebes wird von einem speziell angefertigten, verzinkten 5-Zoll-Motor übertragen. Antriebswelle bis 20 Zoll, verzinkt, Stahlscheiben. Passende Sekundärscheiben laufen auch auf einer maßgefertigten 5-Zoll-verzinkten Welle. Beide Wellen sind mit Dodge Typ E Lagern gesichert.

Die Kraft wird vom Kraftrahmen auf den Trolley und das Gegengewicht durch drei 6 x 19 1/2-Zoll übertragen. EIPS-Laufwerkkabel haben jeweils eine Nennleistung von 24,000 lb. Die Kabel werden mit Emco Keilsteckdosen an Fahrwerk und Gegengewichten angeschlossen.

Der Wagen verfügt über einzigartige Personalkabinen und Materialtransportbereiche. Der Wagenrahmen besteht aus 2 Zoll x 3 Zoll x 3/16 Zoll. Wand rechteckiges Stahlrohr. Die Personalkabinenstruktur ist an die Form des Tunnels angepasst und aus 1 1/2 Zoll x 1 1/2 Zoll x 3/16 Zoll gebaut. Vierkantstahlrohr an der Wand. Die Kabine ist in Edelstahlgewebe eingeschlossen. Decking ist 3/16-in. Stahlblech mit rutschhemmender Beschichtung. Das Transportbett hat abnehmbare Zaunschienen. Es gibt einen integrierten Speicher für die Batterie des Steuerungs- und Kommunikationssystems und das zugehörige Ladegerät. Warnleuchten sind vorne und hinten angebracht, um das Personal auf die Bewegung des Wagens aufmerksam zu machen. Alle Teile der Baugruppe sind entweder aus Edelstahl, pulverbeschichtet oder mit einer rutschhemmenden Auskleidung zum Korrosionsschutz beschichtet.

Der Wagen ist aus 8 Zoll x 2 Zoll x 1/4 Zoll gebaut. Wand rechteckiges Stahlrohr. Zur Korrosionsbeständigkeit wurde es passend zum Wagen weiß pulverbeschichtet. Der Wagen fährt auf vier 6 Zoll x 3 Zoll großen massiven Eisenrädern mit Polyurethan-Gummilauffläche. Der Wagen wird von 8 Zoll x 2 Zoll großen Aluminiumrädern mit Polyurethan-Gummilauffläche zentriert. Die Vorderachse treibt den Geschwindigkeitsbegrenzer von Marine Innovations an. Der Begrenzer aktiviert vier spezielle Bremsbeläge, die bei Übergeschwindigkeit die Schiene berühren und den Sicherheitsschalter auslösen, um das Antriebssystem zu stoppen. Der Bediener kann die Bremsen vom Steuerstand lösen, wenn das Sicherheitsproblem behoben ist.

Der Gegengewichtswagen besteht aus 8 Zoll x 2 Zoll x 1/4 Zoll. Wand rechteckiges Stahlrohr. Es ist weiß pulverbeschichtet, passend zum Wagen und Wagen für Korrosionsbeständigkeit. Acht 4 Zoll x 2 Zoll große Gusseisenräder mit Polyurethan-Lauffläche tragen das 3775-Pfund-Gegengewicht in der Laufschiene. Vier seitliche Rollen halten das Gegengewicht zentriert in den Schienen.

Der Schrägaufzug für den Kahaluu-Tunnelzugang ist ein wesentlicher Bestandteil des Zugangs zur Frischwasserversorgung für diese Gemeinde. Dieser Zugang hängt von der Technologie, dem Engineering und der Herstellung ab, die in das Aufzugssystem integriert sind. Qualität und Zuverlässigkeit sind der Schlüssel zum kontinuierlichen Betrieb dieses Aufzugssystems. Drahtlose Kommunikation und Steuerung ermöglichen einen sicheren Transport von Personal. Das Traktionsantriebssystem bietet eine erhöhte Transportkapazität bei einer höheren Geschwindigkeit. Mit dem neuen Schrägaufzug können sich die Menschen auf der Insel Hawaii darauf verlassen, dass Servicepersonal ihre Trinkwasserquelle schnell und zuverlässig betriebsbereit halten kann.

Technische Daten des geneigten Aufzugs zum Kahaluu-Tunnelzugang
Bauherr: Wasserversorgungsministerium von Hawaii
Entwicklungsingenieur: Engineering-Partner, Inc.
Generalunternehmer: Jas W. Glover Ltd.
Aufzugshersteller: Heide & Cook Aufzug
Konstruktionsingenieur für geneigte Aufzüge: Brent Thompson, Meeresinnovationen
Gerätehersteller:
- Marine Innovationen: Kraftrahmen, Wagen, Transportwagen, Gegengewicht
- Elektrim: Motoren
- Winsmith: Getriebeuntersetzung
- Dodge: Lager
- Primex: Bedienfeld
Honeywell: Endschalter
- Emco: Keilsteckdosen für Aufzüge
- Ritron: Kommunikationssystem

Literaturhinweis

[1] Kommission für Wasserressourcenmanagement, https://dlnr.hawaii.gov/cwrm/groundwater/