Power Jacks solleva il coperchio nel Centro di collaudo idrospaziale di Houston

I martinetti a vite sollevano e spostano il coperchio di un serbatoio a pressione di 35 tonnellate in uno stabilimento sottomarino per il collaudo di apparecchiature petrolifere.

Fraserburgh, Scozia, maggio/giugno/luglio 2006. Il Balmoral Group International di Houston, Texas, è una filiale del Balmoral Group, produttore scozzese di apparecchiature marine, boe, ormeggi e materiali compositi per il settore dell’estrazione sottomarina di petrolio e gas. A Houston, la società dispone di un centro di collaudo idrospaziale nel quale le apparecchiature sottomarine vengono sottoposte a test all’interno di speciali camere. Gli oggetti da testare vengono inseriti nel serbatoio a pressione, quindi portati alla pressione stabilita simulando la pressione dell’impianto petrolifero sottomarino.

Il centro di collaudo presenta un’ampia varietà di serbatoi a pressione, da 800 mm di diametro x 2200 mm di lunghezza, fino a 2500 mm di diametro x 8500 mm di lunghezza. Tale struttura, che spicca per la sua completezza, esegue test di pressione e ingresso acqua simultanei e totalmente strumentati con pressioni nominali fino a 5000 psi (pressione di servizio in sicurezza). Il serbatoio più grande ha una pressione nominale di 5000 psi (pressione di servizio in sicurezza) e pesa 138 tonnellate con un coperchio da 35 tonnellate. Il corpo del serbatoio è inserito nel pavimento della struttura e il coperchio deve essere rimosso per la manutenzione e il montaggio di prodotti da testare nel serbatoio.

Per rimuovere il coperchio del serbatoio, esso viene sollevato di 1045 mm e spostato lateralmente di 6 m, dove viene abbassato su un supporto per il tempo necessario a sistemare i pezzi da testare. Per riposizionare il coperchio viene eseguita la procedura inversa. Per ottenere tempi di funzionamento accettabili, il coperchio deve essere sollevato a una velocità di 95 mm/min e traslato a 2,4m/min. Per l'acquisto del meccanismo di sollevamento e traslazione, il Balmoral Group si è rivolto a Power Jacks perché progettasse e fornisse il sistema completo di movimentazione e controllo.

Power Jack si è occupata di progettazione, fabbricazione e collaudo del macchinario nel suo stabilimento di Fraserburgh, Scozia. Tre team di ingegneri hanno lavorato al progetto utilizzando i più moderni programmi tecnici con l’ausilio del computer per supportare la progettazione del sistema e il coordinamento di progetto.

Il veicolo consiste in una incastellatura a ponteggio montata su quattro elementi a doppia ruota posti sui quattro angoli. Uno degli elementi su ciascun lato è condotto, così da garantire il moto lineare per lo spostamento del coperchio da e verso il serbatoio. Sopra l’incastellatura è presente un sistema a martinetti che si occupa di sollevare e abbassare il coperchio sul serbatoio. Il sistema di controllo del veicolo è montato su un lato dell’incastellatura e si sposta con esso, mentre la console remota dell’operatore si trova accanto al serbatoio.

Poiché è stato necessario costruire, collaudare, smontare per la spedizione e infine rimontare la struttura a Houston, l’incastellatura è stata progettata in due sezioni, ognuna a formare un lato del veicolo. Le sezioni sono imbullonate tra loro da due flange principali sulle due estremità del veicolo. L’incastellatura è stata quindi posizionata sui quattro gruppi carrellati, ciascuno composto da due ruote montate su cuscinetti di supporto con struttura autonoma. Il gruppo è stato imbullonato all’incastellatura per un primo posizionamento, quindi saldato in via definitiva. Ciascun gruppo carrellato presenta diverse opzioni modulari per le ruote. Su un lato le ruote del veicolo presentano flange guida che si inseriscono in un canale di acciaio del pavimento per garantire la stabilità. Le due coppie anteriori di ruote dispongono di rocchetti di trazione dentati collegati a una scatola di riduzione motorizzata montata sull’incastellatura. Poiché non è stato possibile collegare meccanicamente le due scatole di riduzione motorizzate per la trazione del veicolo, esse sono state sincronizzate elettronicamente.

Il sistema a martinetti progettato per il sollevamento del coperchio si compone di quattro martinetti con collegamento meccanico in configurazione a “U”, con un'unità di azionamento su un'estremità. I martinetti sono di tipo speciale basati sul modello a vite CE1829 della E-Series Metric 300kN Power Jacks. Sono del tipo a vite traslante invertita con monitoraggio incorporato dell’usura dei gruppi ingranaggi. Le viti di sollevamento a disegno speciale dispongono di estremità di posizionamento coniche, di modo ché quando si solleva il coperchio alla massima altezza, le viti si bloccano nell’incastellatura, evitando che il coperchio oscilli durante la traslazione da e verso il serbatoio. Una scatola di riduzione motorizzata con ingranaggi conici per la trasmissione fornisce l’azionamento a ciascuno dei quattro martinetti. Il motore include un freno integrale per un sicuro trattenimento del carico nelle fasi di sosta. Per il posizionamento è stato collegato al sistema di martinetti un finecorsa a camme rotanti che garantisce l'arresto extracorsa di emergenza e l’arresto in condizioni normali. Il sistema di martinetti presenta due funzioni di sicurezza meccanica. Innanzitutto, è autobloccante, quindi non esegue inversioni di marcia, anche nella remota possibilità di una rottura del freno del motore. In secondo luogo, le unità di monitoraggio dell’usura su ciascun martinetto avvisano dell’usura degli ingranaggi e forniscono una sicura indicazione della necessità di ripristino degli stessi. Il movimento del sistema a martinetti è controllato da un sistema di controllo principale.

Il sistema di controllo principale si compone di due parti: motore del veicolo e motore di sollevamento. Le tre sezioni del sistema di controllo fanno uso di comandi avanzati con inverter. Il motore del veicolo è costituito da due inverter con schede integrate per il controllo del moto collegate tra loro per garantire la corretta sincronizzazione di velocità e movimento di posizionamento per entrambi i motori del veicolo. Un encoder posto su ciascun motore fornisce il feedback richiesto. L’uso di una scheda integrata per il controllo del moto negli inverter elimina la necessità di altri elementi di controllo, come le PLC, e riduce lo spazio necessario all'installazione dei sistemi. Il programma di controllo del moto consente al veicolo di spostarsi da una posizione di partenza a una posizione di arrivo impostate mediante la HMI (Interfaccia uomo-macchina) del pannello principale. Tali posizioni sono state impostate in occasione del posizionamento del serbatoio e sono modificabili per scopi di messa in servizio. Il motore di sollevamento consente impostazioni di velocità variabili per il coperchio, mantenendo nel contempo la coppia completa.

Il pannello principale presenta una serie di comandi operatore e interfacce HMI. Poiché, però, il veicolo si muove durante il funzionamento, è stata aggiunta un’ulteriore console operatore remota posta sul lato del serbatoio a pressione. Entrambi i sistemi di azionamento del veicolo e del sollevamento possono essere mossi in modalità automatica e a impulsi. Per ragioni di sicurezza, sono state montate diverse unità di arresto di emergenza su punti di facile accesso intorno al veicolo.

Prima della spedizione a Houston, l'intero sistema del veicolo è stato sottoposto a test di carico negli stabilimenti Power Jacks di Fraserburgh. Per testare il veicolo, Power Jacks ha costruito una disposizione simile a quella dell’impianto in cui si trova il serbatoio di pressione, collegando 50 tonnellate di pesi. Il veicolo ha superato con successo e al primo tentativo i collaudi di messa in servizio in fabbrica, risultato che è stato ripetuto a Houston al momento del montaggio del veicolo.