Il progetto del pozzo di sviluppo idrico di Kahaluu di Marine Innovations ha sostituito un ascensore inclinato in funzione da oltre 40 anni per garantire un accesso rapido e affidabile alle pompe sotterranee che forniscono metà dell'acqua della Big Island. Gli ingegneri hanno aumentato la velocità da 100 a 125 metri al minuto e la capacità da 4,000 a 5,000 kg utilizzando un motore Elektrim da 25 CV, un riduttore Winsmith, un albero di trasmissione personalizzato, tre cavi di trasmissione, un nuovo carrello e un contrappeso da 3,775 kg, oltre a un regolatore di velocità con freni a rotaia. I componenti verniciati a polvere resistenti alla corrosione sono stati testati in Minnesota, spediti alle Hawaii e installati a metà del 2020 con controlli wireless, PLC e integrazione con inverter. L'ammodernamento migliora la sicurezza, la manutenibilità e la continuità dell'approvvigionamento di acqua dolce dell'isola.
Il progetto Kahaluu Water Development Shaft di Marine Innovations fornisce l'accesso a risorse vitali.
Foto di Angy Chesler, VIP-Concepts, per Marine Innovations
L'isola delle Hawaii, spesso chiamata Big Island, è la più grande isola dello stato americano delle Hawaii e ospita 186,738 persone. Le Hawaii sono circondate dall'oceano e circa il 50% dell'acqua dell'isola proviene da fonti sotterranee.[1]
La struttura vulcanica delle Isole Hawaii raccoglie l'acqua piovana e la intrappola nelle falde acquifere sotto le isole. Poiché l'acqua dolce è meno densa dell'acqua salata, l'acqua dolce percola verso il basso e forma una bolla galleggiante, spesso chiamata lente, sopra l'acqua salata. Questa acqua dolce è un bene prezioso necessario per la vita sull'isola e utilizzato per applicazioni residenziali, commerciali, agricole, resort e industriali.
L'acqua viene naturalmente trasportata fino alle falde acquifere, ma enormi pompe, posizionate strategicamente in tutta l'isola, riportano quest'acqua in superficie per uso umano. Alcune delle pompe si trovano in superficie, mentre altre si trovano in profondità all'interno della terra. Quattro di queste pompe si trovano nell'area Kailua-Kona delle Hawaii e l'ascensore inclinato per l'accesso al tunnel di Kahaluu è una parte essenziale del sistema di acqua potabile. Le pompe necessitano di manutenzione e attenzione. Il personale deve avere un accesso rapido e immediato a queste pompe, a cui si accede scendendo da un tunnel di 1,000 piedi, insieme alla capacità di portare strumenti e forniture alle teste delle pompe.
Un ascensore inclinato nel tunnel di accesso alla pompa è stato installato più di 40 anni fa, ma il Dipartimento dell'approvvigionamento idrico era alla ricerca di un sostituto per risolvere problemi di controllo e problemi di usura delle parti, nonché aumentare la velocità di marcia e la capacità del sistema.
Costruita in un edificio anonimo, simile a un garage, la sala macchine aveva limitazioni di spazio che erano amplificate solo dai confini del tunnel stesso. Mike Botzet di Marine Innovations è stato chiamato da Heide & Cook Elevator per progettare e costruire il nuovo sistema di ascensori inclinati. A partire da una visita in loco nel 2016, Botzet ha riportato foto e disegni del vecchio sistema per mostrare il punto di partenza.
Osservando le misurazioni, le foto e i disegni del sistema passato, Brent Thompson, ingegnere progettista di Marine Innovations, ha avviato il processo di revisione per calcolare le dimensioni di motore, cambio e freno per aumentare in sicurezza l'ascensore inclinato di 1,000 piedi da 100 piedi/min a 125 piedi/ min e capacità da 4000 a 5000 libbre. Dopo aver determinato la necessità di un motore elettrico da 25 CV e 460 V, è stato selezionato un motore autofrenante CA a 3 fasi Elektrim come centrale elettrica per questo sistema. Il motore include un sistema di frenatura per trattenere il sistema quando è fermo. Un riduttore a vite senza fine Winsmith 50:1 è stato specificato per ridurre la velocità del motore.
Cinque pollici. I cuscinetti Dodge Imperial supportano il custom 5-in. albero di trasmissione che trasferisce la potenza dal riduttore al 20-in. pulegge di guida. Un 5 pollici corrispondente. l'albero sostiene le pulegge secondarie. Tre 1/2 pollici. i cavi di trasmissione trasferiscono la potenza dalle pulegge al carrello e al contrappeso. I rulli per cavi sono stati installati per evitare un allentamento eccessivo del cavo quando esposto alla lunghezza del sistema di 1,000 piedi.
Nuovi gruppi carrello e contrappeso sono stati costruiti per ospitare la maggiore capacità di 5000 libbre. Il carrello è stato progettato per utilizzare la maggior quantità di spazio nei confini del tunnel. Comprende un compartimento per il personale chiuso e una sezione di trasporto del materiale in avanti con ringhiere rimovibili. Costruito in tubolare d'acciaio, acciaio antiscivolo e rete metallica in acciaio inossidabile, il carrello è verniciato a polvere per una maggiore durata e resistenza alla corrosione. Il pavimento, le scale e i gradini delle scale di emergenza hanno ricevuto uno speciale rivestimento antiscivolo.
Le stazioni di controllo si trovano ai pianerottoli superiore e inferiore. Includono i pulsanti della stazione di chiamata per le stazioni superiori e inferiori, un pulsante di arresto della rampa e un pulsante di arresto di emergenza. La stazione di controllo del carrello è simile, con l'aggiunta della capacità di jog su e giù quando si è in modalità di funzionamento manuale. Un sistema di comunicazione wireless Ritron, progettato per la comunicazione a lungo raggio, è stato incorporato nelle tre stazioni di controllo.
Il carrello del carrello è costruito con tubi d'acciaio rettangolari da 8 pollici x 2 pollici e verniciato a polvere per adattarsi al carrello. Viaggia su ruote in ferro pieno con battistrada in gomma poliuretanica. Le ruote di guida assicurano che il carrello rimanga centrato sul binario. Il limitatore di velocità Marine Innovations innesta quattro pastiglie del freno di sicurezza, guidandole nel binario se il carrello supera il fattore di sicurezza al di sopra della velocità desiderata di 125 piedi/min, attivando anche l'interruttore di arresto di sicurezza per arrestare il sistema di azionamento. Questo sistema di frenatura può essere facilmente disinserito da una stazione di controllo quando il problema di sicurezza viene corretto.
Il carrello del contrappeso è prigioniero all'interno delle rotaie del binario. Caricato con 3775 libbre di zavorra, questo rende l'ascensore più efficiente, risparmiando energia quando si spostano carichi pesanti su questa lunga distanza. Questa struttura in acciaio è verniciata a polvere bianca per adattarsi al carrello e fornire resistenza alla corrosione.
Tutta la progettazione, la fabbricazione e la saldatura del telaio motore, del carrello, del carrello e del contrappeso sono state eseguite presso lo stabilimento di Frazee, Minnesota, di Marine Innovations. Prima della zincatura e della verniciatura a polvere, tutti i componenti sono stati assemblati per confermarne l'idoneità. È stata costruita una stazione di prova per replicare l'esatto angolo della rotaia nel tunnel delle Hawaii e testare i sistemi di trasmissione e frenata per garantire che tutti i componenti funzionassero come previsto. Dopo il successo dei test, tutti i gruppi sono stati smontati e le parti sono state verniciate a polvere e placcate secondo necessità. La zincatura a zinco del telaio elettrico è stata completata da Galvanizers Inc. di Fargo, North Dakota. La verniciatura a polvere e la zincatura gialla sono state completate da Douglas Finishing di Alexandria, Minnesota. I rivestimenti antiscivolo sono stati applicati da Rhino Linings, anche di Fargo.
Marine Innovations ha sviluppato un innovativo sistema di comunicazione e controllo wireless integrato che fornisce una comunicazione chiara e nitida tra il carrello e le stazioni di controllo. Il sistema incorpora controlli del carrello monitorati senza la necessità di essere cablati o utilizzare sistemi di cavi di segnale.
La trave esistente è montata su un cordolo in cemento. Il binario è stato ispezionato e ritenuto accettabile per l'uso continuato con il nuovo carrello e contrappeso dopo che sono state effettuate riparazioni su una piccola sezione, risparmiando al Dipartimento dell'approvvigionamento idrico le spese e il tempo per la rimozione e la reinstallazione di 1,000 piedi di binario.
Le maggiori sfide da superare con questo progetto sono state l'ingegneria per la lunghezza estrema del sistema e l'impostazione sicura e il rilascio rapido dei freni del binario per la capacità del sistema fino a 5000 libbre. Questi sistemi potevano essere testati prima della spedizione. Un'ulteriore sfida è stata l'uso efficiente della maggiore capacità di peso nei confini del tunnel. Il software di progettazione CAD-CAM di Marine Innovations e il sistema di taglio a getto d'acqua in loco hanno consentito una produzione di parti più rapida con una soluzione di taglio estremamente accurata.
Dopo che tutte le parti sono state restituite a Frazee, i componenti sono stati assemblati. Tutte le parti sono state caricate in un container per il trasporto all'Heide & Cook Elevator alle Hawaii per l'installazione. Heide & Cook Elevator è stata in grado di completare l'installazione sul progetto Kahaluu Water Development Shaft nel luglio 2020, con gli unici ritardi derivanti dagli ordini di modifica e dalle restrizioni di viaggio COVID-19. L'ascensore inclinato è stato consegnato al Dipartimento dell'approvvigionamento idrico dopo l'ispezione finale il 7 agosto 2020.
Specifiche del sistema
L'ascensore inclinato viaggia nelle profondità dell'isola per 1,000 piedi con un angolo di 31 gradi. Ciò significa che il sistema ha una discesa/sollevamento verticale di 515 piedi, mentre viaggia di circa 857 piedi in orizzontale. L'ascensore inclinato fornisce il trasporto dalla superficie allo spazio di lavoro e ritorno, con un viaggio di 8 minuti a 125 piedi/min.
L'elevatore inclinato è costituito da molte parti integrate: comandi, telaio di potenza, carrello, carrello e contrappeso.
Il pannello di controllo Primex ospita il sistema di controllo. Il convertitore di frequenza Schneider Altivar (VFD) porta la potenza di servizio di 480-V, 100-A e consente un'accelerazione e una decelerazione fluide del carrello, prevenendo avviamenti e arresti fastidiosi. Il controllore logico programmabile (PLC) di Unitronics consente l'integrazione di controlli e sistemi di sicurezza. Il PLC consente anche il monitoraggio e la supervisione a distanza del sistema dell'ascensore.
Le stazioni di controllo personalizzate si trovano al pianerottolo superiore/superficie, al pianerottolo inferiore e alla carrozza. Questi consentono agli operatori di chiamare il carrello verso una delle stazioni, arrestare il carrello con il pulsante di arresto di emergenza e comunicare tra le stazioni con il sistema di comunicazione wireless Ritron integrato. Inoltre, il pannello di controllo del carrello fornisce una funzione di spostamento su e giù quando il sistema è in modalità manuale. Gli interruttori di fine corsa Honeywell in entrambe le stazioni sono cablati al sistema di controllo per segnalare le posizioni di decelerazione, arresto e limite finale per atterraggi fluidi e precisi in ogni stazione.
Il gruppo power frame è stato progettato su misura da Marine Innovations. Contiene il motore autofrenante Elektrim da 460 V, trifase e 25 CV. Il motore è montato direttamente su un cambio Winsmith 981 50:1 per ridurre la velocità del motore e aumentare la coppia. L'uscita di potenza rotazionale dal cambio è trasportata da un adattatore da 5 pollici, zincato, costruito su misura. albero motore su pulegge in acciaio zincato da 20 pollici. Anche le pulegge secondarie abbinate scorrono su un albero zincato personalizzato da 5 pollici. Entrambi gli alberi sono fissati con cuscinetti Dodge Type E.
La potenza viene trasferita dal telaio elettrico al carrello e al contrappeso di tre 6 x 19 1/2 pollici. I cavi dell'unità EIPS hanno una potenza nominale di 24,000 libbre ciascuno. I cavi sono collegati al carrello e ai contrappesi con prese a cuneo Emco.
La carrozza ha una cabina del personale unica e aree di trasporto del materiale. Il telaio del carrello è costituito da 2 pollici x 3 pollici x 3/16 pollici. parete rettangolare in tubo d'acciaio. La struttura della cabina del personale è progettata per adattarsi alla forma del tunnel e costruita da 1 1/2 pollici x 1 1/2 pollici x 3/16 pollici. tubo quadrato in acciaio a parete. La cabina è racchiusa in rete di acciaio inossidabile. Il piano di calpestio è 3/16 pollici. lamiera d'acciaio con rivestimento antiscivolo. Il letto di trasporto ha binari di recinzione rimovibili. C'è una memoria integrata per la batteria del sistema di controllo e comunicazione e il caricabatterie associato. Le luci di avvertimento sono montate davanti e dietro per avvisare il personale del movimento del carrello. Tutte le parti del gruppo sono in acciaio inossidabile, verniciate a polvere o rivestite con rivestimento antiscivolo per la protezione dalla corrosione.
Il carrello è costruito da 8 pollici x 2 pollici x 1/4 pollici. tubolare d'acciaio rettangolare a parete. Per la resistenza alla corrosione, è stato verniciato a polvere di bianco per abbinarsi al carrello. Il carrello scorre su quattro ruote in ferro pieno da 6 pollici x 3 pollici con battistrada in gomma poliuretanica. Il carrello è centrato da ruote in alluminio da 8 pollici x 2 pollici con rivestimento in gomma poliuretanica. L'assale anteriore aziona il limitatore di velocità Marine Innovations. Il regolatore attiva quattro pastiglie di frenatura personalizzate che entrano in contatto con la rotaia in una condizione di velocità eccessiva e attivano l'interruttore di arresto di sicurezza per arrestare il sistema di trasmissione. L'operatore può disinnestare i freni dalla stazione di controllo una volta risolto il problema di sicurezza.
Il carrello del contrappeso è costruito da 8 pollici x 2 pollici x 1/4 pollici. tubo rettangolare in acciaio da parete. È verniciato a polvere bianco per abbinarsi al carrello e al carrello per resistere alla corrosione. Otto ruote in ghisa da 4 x 2 pollici con rivestimento in poliuretano trasportano il contrappeso da 3775 libbre nel binario. Quattro rulli laterali mantengono il contrappeso centrato nelle rotaie.
L'ascensore inclinato per l'accesso al tunnel di Kahaluu è parte integrante nel fornire accesso alla fornitura di acqua dolce per questa comunità. Questo accesso dipende dalla tecnologia, dall'ingegneria e dalla produzione inserite nel sistema di ascensori. La qualità e l'affidabilità sono fondamentali per il funzionamento continuo di questo sistema di ascensori. Le comunicazioni e i controlli wireless consentono il trasporto sicuro e protetto del personale. Il sistema di azionamento della trazione fornirà una maggiore capacità di trasporto a una velocità maggiore. Con il nuovo ascensore inclinato, le persone sull'isola di Hawaii possono stare certi che il personale di servizio può mantenere operativa la loro fonte di acqua potabile in modo rapido e affidabile.
Specifiche dell'ascensore inclinato per l'accesso al tunnel di Kahaluu
Proprietario dell'edificio: Dipartimento di approvvigionamento idrico delle Hawaii
Ingegnere progettista: Partner di ingegneria, Inc.
Appaltatore generale: Jas W. Glover Ltd.
Appaltatore di ascensori: Ascensore Heide & Cook
Ingegnere progettista di ascensori inclinati: Brent Thompson, Innovazioni marine
Produttori di apparecchiature:
- Marine Innovations: power frame, carriage, trolley, counterweight
- Elektrim: motors
- Winsmith: gear reducer
- Dodge: bearings
- Primex: control panel
- Honeywell: limit switches
- Emco: elevator wedge sockets
- Ritron: communications system
Referenze
[1] Commissione sulla gestione delle risorse idriche, https://dlnr.hawaii.gov/cwrm/groundwater/
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