Modernizzazione Innovazione

L'ascensore della diga di Grand Coulee è un trionfo per Delaware Elevator e il suo team.

presentato da Delaware Elevator

La completa modernizzazione di un esclusivo sistema di ascensori per merci e passeggeri del 1941 presso l'iconica diga di Grand Coulee ha migliorato la sicurezza, migliorato l'efficienza e aggiornato il sistema agli attuali standard ASME A17.1, al Codice Edile e al Codice Antincendio Internazionale (IFC), il tutto preservando attentamente l'integrità storica del sistema all'interno di un sito storico designato. Al servizio di un'imponente diga nello Stato di Washington orientale sul fiume Coulee, l'ascensore svolge un duplice scopo fondamentale: trasportare personale e visitatori della diga e spostare componenti estremamente pesanti del generatore idroelettrico (paratoie ad anello) per manutenzione e riparazione.

La sfida principale era trasformare un sistema complesso, azionato manualmente, in una soluzione robusta, modernizzata e intuitiva, in grado di gestire carichi molto diversi. In qualità di appaltatore di ascensori, Delaware Elevator, Inc., con sede a Salisbury, nel Maryland, ha svolto un ruolo fondamentale in un team altamente qualificato che ha affrontato con successo questa sfida e consegnato il progetto al cliente, l'US Bureau of Reclamation. Riteniamo che il progetto dell'ascensore della diga di Grand Coulee rappresenti uno dei progetti di modernizzazione più complessi nel settore del trasporto verticale (VT) mai completati.

Il sistema esistente, noto per la sua duplice capacità di trasportare sia personale (10,000 kg) che enormi paratoie idroelettriche (44,000 kg), presentava sfide senza pari. Storicamente, il passaggio da una modalità all'altra richiedeva un laborioso processo manuale di aggiunta o rimozione di contrappesi, con un notevole dispendio di tempo e manodopera.

Inoltre, il fornitore originale dell'ascensore non ha distribuito una documentazione tecnica sufficiente, rendendo necessaria un'ampia attività di reverse engineering dei componenti per integrare le tecnologie moderne.

Il cantiere remoto presentava anche ostacoli logistici, come l'imprevedibilità delle condizioni meteorologiche durante le stagioni e la limitatezza delle risorse locali. Per procedere, l'approvvigionamento di componenti storici e moderni unici richiedeva una strategia di approvvigionamento globale, che ha supportato il progetto senza riserve.

Al centro di questa modernizzazione c'era la collaborazione. Guidato da Delaware Elevator e supportato da contributi specializzati di Full Circle Group (appaltatore principale), ECS/VDA (consulenza progettuale), Hilliard Brake (produzione di freni personalizzati) e Motion Control Engineering (MCE) (produzione di controller personalizzati), il team ha sviluppato una soluzione innovativa e poliedrica. Deon Young (DZ Mod) e Kelly Houlihan (DE-Simone) hanno contribuito anche alla parte iniziale del progetto, assistendo nella demolizione e sostituzione dei componenti principali. Anche Vertical Solutions di Spokane ha svolto un ruolo chiave, supportando il team di Delaware Elevator in alcune delle attività di installazione critiche che hanno richiesto manodopera locale.

Sistema di controllo personalizzato iCONTROL e altro ancora

L'innovazione più significativa è stata il sistema di controllo completamente personalizzato che utilizza la piattaforma iCONTROL di MCE. Questo software avanzato ora gestisce in modo impeccabile il funzionamento a doppia capacità dell'ascensore con un'unica pila di contrappesi fissa, eliminando la necessità di modifiche manuali del peso. Il sistema bilancia abilmente la condizione di sovrappeso durante il servizio passeggeri con carichi pesanti, grazie a sofisticate regolazioni dell'azionamento del raddrizzatore controllato al silicio (SCR) e a un controllo preciso.

Ulteriori risultati tecnici includono la riconversione dei freni a doppia macchina esistenti come freni a puleggia di emergenza, aggiornamenti antisismici completi e l'installazione di nuove porte a due ante orizzontali e verticali con operatori moderni.

Anche il funzionamento dell'ascensore è stato semplificato, con un servizio passeggeri automatico a 100 piedi/min e una modalità dedicata e più sicura per il trasporto merci a 50 piedi/min, in sostituzione dell'antiquato controllo manuale del reostato.

Contesto storico e progettazione del sistema originale

Per comprendere appieno la portata di questa modernizzazione, è fondamentale comprendere il progetto originale dell'ascensore del 1941. L'ascensore del Blocco 31 della diga di Grand Coulee era un sistema davvero unico nel suo genere, che assolveva a un duplice scopo fondamentale. La sua capacità certificata era di 10,000 kg a 500 m/min per il trasporto di merci e passeggeri. Tuttavia, la sua funzione principale era il trasporto di enormi paratoie ad anello da 44,000 kg per i generatori idroelettrici della diga, in particolare da e verso i piani due, sette e nove, dotate di robuste porte verticali a due ante.

Il sistema originale era azionato da due macchine aeree Otis #79 DC gearless, funzionanti con una singola puleggia motrice e un sistema di funi a doppio avvolgimento 2:1. L'imponente corsa dell'ascensore si estendeva per 361.88 piedi nelle profondità della diga, servendo 11 pianerottoli. Mentre il funzionamento automatico standard era disponibile per carichi da 10,000 libbre (merci e addetti alla movimentazione), la vera complessità risiedeva nella modalità dedicata al trasporto merci da 44,000 libbre. Questa modalità richiedeva l'aggancio manuale di un secondo set di contrappesi, posizionati su canaline di alloggiamento dei contrappesi, per bilanciare il carico notevolmente aumentato. Questo complesso processo richiedeva l'impiego di un team di persone e rendeva l'ascensore incapace di trasportare passeggeri in modalità merci.

A complicare ulteriormente l'operazione originale, gli addetti al montaggio e il personale della diga che caricavano i pesanti carrelli (sui binari dei carrelli da miniera che si estendevano sulla piattaforma dell'elevatore) dovevano attivare i "cani da rotaia" – dispositivi meccanici ad alta resistenza – per impedirne il movimento. La comunicazione durante le operazioni di trasporto merci si basava sulle radio, con un tecnico dell'ascensore nella sala macchine che controllava manualmente il movimento dell'ascensore tramite un reostato, utilizzando indicatori di selezione per stimare l'altezza del piano. I restanti pianerottoli erano dotati di porte orizzontali sovradimensionate, ciascuna con il proprio operatore e un innovativo operatore per porte ad alta resistenza GAL progettato molti anni fa e posizionato all'interno della parete del vano corsa.

Obiettivi e sfide

Gli obiettivi generali della modernizzazione erano chiari: adeguare l'intero sistema di ascensori agli attuali standard ASME A17.1, edilizi e IFC, migliorare la sicurezza e migliorare significativamente la facilità d'uso e l'efficienza per le operazioni critiche della diga. Il raggiungimento di questi obiettivi ha richiesto il superamento di una serie di sfide complesse, tra cui:

• Attrezzatura fuori servizio durante il sopralluogo: l'ascensore non era operativo durante il sopralluogo iniziale, limitando la raccolta dei dati e costringendo a fare affidamento sui dati storici e sulle ispezioni visive.
• Sfide del cantiere remoto: situato in una regione isolata dello Stato di Washington, il cantiere presentava difficoltà logistiche dovute alle condizioni meteorologiche imprevedibili e alle risorse locali limitate, con conseguenti ripercussioni sulla programmazione e sul personale.
• Ampie modifiche ai progetti originali: le continue scoperte tecniche hanno reso necessarie modifiche significative ai progetti originali durante l'implementazione per ottimizzare la funzionalità, garantire la sicurezza e rispettare le normative.
• Approvvigionamento di parti e componenti: la difficoltà nel reperire parti specifiche, spesso personalizzate, all'interno del mercato statunitense ha portato all'esternalizzazione di elementi critici da fornitori internazionali in India, Regno Unito e Spagna, richiedendo una rigorosa garanzia di qualità.
• Considerazioni sulla conservazione storica: trattandosi di un sito storico, il progetto imponeva di preservare il più possibile il design e le finiture originali, bilanciando modernizzazione e rispetto del patrimonio storico. Mike Stevens di ECS/VDA ha sottolineato che componenti come i sistemi di sicurezza necessitavano di essere ricostruiti, ma i macchinari gearless ben conservati sono stati mantenuti dopo accurati controlli.
• Sviluppo software avanzato: l'aspetto più complesso è stato lo sviluppo di un software avanzato per un montacarichi in grado di svolgere una duplice funzionalità – passeggeri e merci – a velocità e modalità diverse. Il risultato è stato quello che José Carrasco ha descritto come "il progetto di controller per ascensori più completo che abbia mai incontrato".

Il sistema di trasporto modernizzato

Il pacchetto di modernizzazione, meticolosamente progettato da ECS/VDA e implementato da Delaware Elevator con componenti chiave di MCE, ha trasformato il vecchio sistema in un mezzo di trasporto all'avanguardia e altamente affidabile. Le specifiche sono:

• Tipo di ascensore: ascensore merci/passeggeri (modernizzato da Otis #79 DC Gearless)
• Capacità dell'auto: 10,000 libbre (modalità passeggeri, automatica) e 44,000 libbre (modalità merci, pressione costante)
• Viaggio: 361.88 piedi
• Sbarchi serviti: 11
• Laccio: Doppio avvolgimento 2:1
• Macchine conservate: due macchine aeree senza ingranaggi Otis #79 DC (controllate attentamente e trovate in condizioni pari al nuovo)
• Puleggia motrice: singola
• Velocità: Funzionamento automatico (passeggero/10,000 libbre):

Ridotto a 100 piedi/min | Operazioni di trasporto merci (44,000 libbre):

Ridotto a 50 piedi/min

Innovazioni tecniche chiave ed elementi ingegneristici

Sistema iCONTROL a doppia capacità (MCE)

Il fulcro della modernizzazione è la piattaforma iCONTROL di MCE, progettata specificamente per gestire l'ascensore a doppia capacità. Ron Ong, Senior Project Engineering Manager di MCE, ha spiegato che la sfida più grande è stata bilanciare la prospettiva di azionamento SCR quando si trattava di gestire due cabine con capacità di carico doppia (10,000 kg e 44,000 kg) con un singolo pacco di contrappesi.

Il contrappeso è ora impostato al 40% della capacità di carico di 44,000 libbre. Ciò significa che, durante il trasporto passeggeri (10,000 libbre), l'ascensore risulta notevolmente sovra-contrappeso. Il sistema MCE è stato personalizzato attraverso ampie regolazioni della trasmissione per garantire un controllo fluido e ridurre al minimo le vibrazioni in entrambe le modalità operative, un risultato che ha eliminato le complesse aggiunte manuali di contrappeso precedentemente richieste.

Il precedente controllo manuale del trasporto merci è stato sostituito da un software sofisticato, semplificando notevolmente le operazioni.

Configurazione unica della macchina a doppia CC

L'azionamento System 12 di MCE è stato configurato per far ruotare simultaneamente entrambe le macchine Otis DC originali. Questo risultato è stato ottenuto disponendo le armature delle macchine in serie, massimizzando l'amperaggio a 310 A. Anche i campi dei motori shunt delle macchine sono stati configurati in serie combinata.

Freni riutilizzati

I campi frenanti della macchina originale sono stati combinati in una configurazione parallela e ingegnosamente riutilizzati come freno a puleggia di emergenza del sistema per soddisfare i requisiti dei moderni codici di sicurezza, un notevole contributo progettuale del team di Ong.

Sistemi di porte modernizzati

Sono state installate tutte le nuove porte orizzontali e le porte verticali a due ante per il trasporto merci, complete di nuovi operatori. Ciò ha mantenuto la peculiare distinzione funzionale delle tipologie di porte originali ai diversi piani, migliorandone al contempo le prestazioni e la sicurezza.

Maggiore sicurezza ed esperienza utente 

Sistema di frenata

Sono stati aggiunti nuovi e moderni freni (inclusa l'integrazione con il controller di frenatura idraulica di Hilliard) per una maggiore sicurezza e un movimento senza operatore. L'intero sistema frenante dell'ascensore è stato progettato su misura. Nuovo pannello di controllo; immagine per gentile concessione di Delaware Elevator.

Pesatura del carico

È stato integrato un nuovo sistema di pesatura del carico a duplice scopo per fornire dati precisi sia per la modalità passeggeri che per quella merci, informando il sistema iCONTROL.

Aggiornamenti sismici

Sono stati implementati aggiornamenti sismici completi, tra cui l'aggiunta di anelli e corde, scatole vibranti e piastre di ancoraggio sismiche, ove applicabile.

Apparecchiature e cablaggio

Sono stati installati tutti i nuovi apparecchi e cablaggi in tutto il sistema.

Paracolpi, corde, governatore

Sono stati installati nuovi respingenti, funi e limitatori per soddisfare i moderni standard di sicurezza e prestazioni.

Procedure operative

Sono state sviluppate nuove procedure operative semplificate per la modalità merci, rendendo il sistema molto più intuitivo ed efficiente rispetto alla vecchia comunicazione radio manuale e al controllo tramite reostato. Gli interruttori a chiave nella hall ora controllano l'attivazione della modalità merci.

Modifiche alla sala macchine e alle infrastrutture (Jacobs)

Jacobs ha progettato tutte le modifiche aggiuntive al servizio antincendio e alla sala macchine, gli aggiornamenti elettrici, il sistema di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria del vano corsa e della sala macchine. La fibra ottica con monitoraggio remoto raggiunge l'ufficio del tecnico responsabile dell'ascensore, garantendo una completa modernizzazione infrastrutturale.

Il progetto dell'ascensore della diga di Grand Coulee si distingue nel settore degli ascensori come un punto di riferimento per la modernizzazione complessa e l'ingegneria collaborativa. Come ha commentato Stevens di ECS/VDA, nei suoi 39 anni di esperienza nel settore degli ascensori, "Questo progetto è al primo posto nella mia carriera finora. Credo che sia un sistema unico nel suo genere". Roy Hotckin lo ha inoltre definito "il progetto più personalizzato e laborioso" a cui abbia mai preso parte.

Una novità assoluta nel settore

La possibilità di convertire un sistema di ascensori a doppia macchina a corrente continua e a doppia capacità dalla necessità di regolazioni manuali del contrappeso al funzionamento senza interruzioni con un singolo pacco di contrappesi tramite un software sofisticato è una novità assoluta nel settore. Questa innovazione affronta una sfida operativa fondamentale con eleganza e tecnologia avanzata. 

Maggiore sicurezza ed efficienza operativa

Il progetto ha trasformato un sistema con rischi operativi intrinseci e inefficienze manuali in un sistema pienamente conforme ai moderni codici di sicurezza, altamente automatizzato e notevolmente più semplice da utilizzare. Ciò ha un impatto diretto sulla sicurezza del personale e sulle operazioni di manutenzione critiche di una delle più grandi centrali elettriche degli Stati Uniti.

Conservazione del patrimonio

Il delicato equilibrio tra modernizzazione e conservazione storica garantisce che un elemento fondamentale del patrimonio della diga continui a svolgere la sua funzione, integrato con la tecnologia del XXI secolo.

Collaborazione esemplare

Il successo di questo progetto è il risultato diretto dello straordinario lavoro di squadra tra Delaware Elevator, Motion Control Engineering, ECS/VDA, Jacobs Engineering e vari subappaltatori e fornitori. Questo lavoro di squadra è stato essenziale per superare ostacoli tecnici, logistici e complessità progettuali.

Questo progetto è la testimonianza di una straordinaria capacità ingegneristica, di un lavoro di squadra attento e di un solido impegno per la sicurezza e l'efficienza in un contesto storicamente significativo. Ha trasformato un complesso sistema di trasporto d'epoca, che richiedeva un intenso lavoro manuale, in un mezzo di trasporto all'avanguardia, facile da usare e altamente affidabile.