thema Dynamische belastingen via veerpakketten op kolommen afgedragen Grootste turbinetafel ter wereld Grootste turbinetafel ter wereld

Transcriptie

1 Dynamische belastingen via veerpakketten op kolommen afgedragen Grootste turbinetafel ter wereld 0

2 ir. Marc van der Velden E.ON Energie Het turbinegebouw met links het ketelstatief en de trappentorens Op de Maasvlakte Rotterdam realiseert energiebedrijf E.ON momenteel een nieuwe kolencentrale. Het hart van de centrale wordt gevormd door een stelsel van vijf gekoppelde turbines. Deze turbines genereren dynamische belastingen. Om ze te ondersteunen is een solide constructie nodig: de turbinetafel. Met afmetingen van 58 x 8 x 3,5 m is deze één van de grootste ter wereld. De elektriciteitsproductie in Nederland wordt door een veelvoud aan centrales verzorgd. De basisproductie gebeurt op basis van de goedkope brandstof kolen. Hier bovenop komt een deel groene energieopwekking. De totale vraag naar elektra wordt met duurdere, snel reagerende gasgestookte centrales afgeregeld. Daarnaast wordt een deel van de energie geïmporteerd vanuit het buitenland. Van de bestaande centrales in Nederland en omringende landen zijn vele aan het einde van hun economische levensduur. Dit alles was voldoende reden om een nieuwe kolencentrale op de Maasvlakte te ontwikkelen (fig. 2). Hierbij wordt gebruikgemaakt van de nieuwste technologie. De locatie is geschikt vanwege de aanwezige kolenoverslag voor diepzeeschepen, de aansluiting op het landelijk netwerk en voldoende koelwater. E.ON heeft op de Maasvlakte al een andere kolencentrale in gebruik, met twee lijnen. De projectnaam voor de derde lijn is MPP3 (Maasvlakte Power Plant 3) ). Belastingen op de tafel Een belangrijk onderdeel van de centrale is de turbine in het turbinegebouw. Dit gebouw is 36 m hoog. Op 6,5 m ligt de zogenoemde turbinetafel, die wordt ondersteund door 4 kolommen. Deze is ervoor om de vijf turbinecomponenten samen met de generator star te ondersteunen (fig. 3). In het turbinegebouw zijn verder overige installaties opgenomen zoals de condensors, het ketelvoedingswatervat, de ketelvoedingswaterpompen en veel leidingwerk. Het is gefundeerd op een bodemplaat met een totaal volume van m 3. De turbinetafel met turbine is dynamisch berekend. De roterende delen (dynamische massa) mogen immers niet in resonantie komen met de statische massa van de onderdelen vermeerderd met de massa van de tafel. Doordat de turbinetafel is opgelegd op veerpakketten wordt slechts een klein percen- ) In Cement 2009/5 stond een artikel over de 70 m hoge schoorsteen van deze centrale.

3 2 tage van de trilling, die ontstaat door de roterende massa, doorgegeven aan de onderconstructie. Hierdoor is die onderconstructie gevrijwaard van dynamische lasten. De berekeningen aan de turbinetafel zijn uitgevoerd volgens de standaardprocedure voor civiele berekeningen voor MPP3. Ze worden eerst door een Duitse Prüfingenieur, Zerna, volgens DIN gecontroleerd en goedgekeurd. Vervolgens worden ze door IOB gecheckt en goedgekeurd volgens de NEN-normen, waarna de berekeningen bij Bouw- en Woningtoezicht worden ingediend en nogmaals gecheckt en goedgekeurd. Ontwerp van de tafel Het totaalgewicht van de turbines met toebehoren is 650 ton. De generator met toebehoren weegt 760 ton. De afmetingen van de turbinetafel zijn grofweg 58 x 8 x 3,5 m (l x b x h). De turbinetafel is daarmee één van de grootste ter wereld. Ter plaatse van de generator is de tafel 2 m breed. Ter plaatse van de opleggingen bij de veerpakketten en tussen de grote openingen is de hoogte 4 m. Het benodigd oppervlak aan bekisting voor de tafel was 3094 m 2. Er is 285 ton wapeningstaal toegepast, naast 43 ton aan instortdelen voor de turbines en generator. De wapeningshoeveelheid is gemiddeld 28 kg/m 3 (foto 4). Overigens is dit nog bescheiden in verhouding tot enkele bodemplaten in het project. De turbinetafel rust zoals gezegd op 4 kolommen. Deze dragen hun belasting af afhankelijk van het bovengelegen gedeelte van de turbinetafel via 2, 3, 4 of 5 standaard veerpakketten van elk 2 veren en verschillende veerconstanten. Totaal zijn 52 veerpakketten van ongeveer 680 kg per stuk toegepast. Extra moeilijkheidsgraad zijn de drie grote openingen in de tafel (fig. 6). Door deze openingen van 7,3 x 9,2 m lopen de aansluitstukken van de drie lagedrukstappen naar de condensors, die op beganegrondniveau zijn geïnstalleerd. De resterende wanden tussen deze openingen in de turbinetafel zijn slechts,2 m breed en 4 m hoog. Dit heeft een groot effect op de stijfheid van de 58 m lange tafel. De tafel is als een plaat met openingen uitgerekend. Voorbereidingen voor de stort Omdat de turbinetafel met zijn bovenzijde op 6,5 m boven de begane grond ligt, de tafel zelf tot 4 m dik is en de bekisting grotendeels op de -6 m keldervloer stond afgesteund, zijn tijdelijke ondersteuningtorens gemaakt (foto 5). Deze constructies vervormen (verkorten) door het aanbrengen van wapening, instortdelen en het stortgewicht van het beton. Bij de veerpakketten tussen tafel en kolommen is rekening gehouden met deze vervorming van ongeveer 3 mm. De veerpakketten zijn door openingen in de onderkist van de turbinetafel op de bovenzijde van de 4 kolommen geplaatst, waarna deze met shimplaten zijn uitgevuld tot 0 mm onder de onderzijde van de turbinetafel (= bovenkant onderkist). Door 2

4 2 Impressie van MPP3, de derde E.ON-centrale op de maasvlakte 3 De turbines rusten via een turbinetafel op 4 kolommen 4 In de turbinetafel zit gemiddeld ongeveer 23 kg/m 3 wapening Soms gaat de wapening door de inbouwdelen heen, zodat de volgorde van aanbrengen nog belangrijker wordt. Alle kritische inbouwdelen zijn vóór en ná het installeren van de wapening en ná het storten ingemeten. Bij al deze metingen lagen de uitkomsten binnen de toleranties. 3 Het storten is in lagen van 300 mm uitgevoerd, wat overeenkwam met ongeveer 200 m 3 beton. De tafel is steeds compleet horizontaal uitgevuld. Per laag zijn een proefkubus en een zetmaat genomen voor de kwaliteitscontrole. Aan het verdichde werkelijke verkorting van 3 mm zijn de instortplaten 3 mm het verse betonmengsel ingedrukt, zoals was voorzien. Hierdoor dragen de veerpakketten altijd volledig gelijkmatig de onderzijde van de tafel. Nadat de turbines met de generator en de benodigde leidingen zijn geïnstalleerd, wordt de begrenzing van elk veerpakket gelost, zodat ze volledig vrij kunnen functioneren. Na het plaatsen van de onderkist zijn alle volgende onderdelen vanaf de 6,5 m vloer aangebracht. De onderwapening ging dus eerst een verdieping lager. Bij het werken aan de bovenwapening moesten maatregelen worden genomen tegen risico 3,5 m omlaag te vallen. Veel inbouwdelen van de turbines zijn gesteld vóórdat met het aanbrengen van de onderwapening kon worden begonnen. De totale betoninhoud van de tafel bedraagt 2227 m 3. Het beton is continu in twee dagen met drie stortploegen tegelijk gestort. Hierdoor is met een nat-in-nat mengsel een monoliete constructie gegarandeerd. Voor het storten zijn op maaiveldniveau drie betonpompen opgesteld. Twee konden direct een deel van de tafel bereiken. De derde bereikte het resterende deel van de turbinetafel met behulp van een verdeelstuk langs twee zijden. Er was één reservepomp aanwezig. Het beton werd volledig door een dubbele vaste betonmortelcentrale op de site verzorgd. Hierdoor zijn veel risico s uitgesloten gedurende deze twee stortdagen evenals andere storten op site in het jaar daarvoor. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een afsluiting van de A5 door een ongeluk of file. Het toegepaste betonmengsel had sterkteklasse C35/45 (minimaal geëist C30/37) en is samengesteld met 350 kg CEMIIIb 42,5 LH HS en 40 kg vliegas. Water-bindmiddelfactor was 0,44, korrelverdeling 4-6 of 4-32 afhankelijk van de dichtheid van de wapening in combinatie met de instortdelen. Als vertragingstijd voor het beton is 3 tot 6 uur aangehouden. Productieproces Elektriciteit in een kolencentrale wordt opgewekt met de warmte die vrijkomt bij het verbranden van kolen. De kolen worden tot poeder fijngemalen en daarna met verbrandingslucht ingeblazen in een ketel. Hier wekt het verbrandingsproces stoom op van 285 bar en ongeveer 600 C. Deze stoom wordt vanaf de ketel (boiler) geleid naar een stelsel van gekoppelde turbines die bestaan uit één hogedrukstap, één middendrukstap en drie lagedrukstappen. De vijf gekoppelde turbines drijven één generator aan en zijn alle gekoppeld door één as. Dit zwaar roterende gedeelte staat in haar geheel op de turbinetafel. 4 De generator levert 25 kv stroom die met grote transformatoren wordt omgezet en als 400 kv aan het landelijk netwerk van Tennet wordt geleverd. Hier vindt de stroom haar weg via transformatoren in de onderstations tot aan de gebruikers. 3

5 5 Om de turbinetafel tijdelijk te ondersteunen zijn ondersteuningsconstructies gemaakt 6 Turbinetafel met grote sparingen werkt als plaat met openingen 5 ten vanaf de bovenzijde is veel aandacht besteed. Het storten van het beton is met buizen gebeurd om de storthoogte te reduceren als maatregel tegen ontmenging. Na het storten is de bovenzijde met isoleerdekens afgedekt. Deze dekens en de bekisting zijn pas verwijderd nadat de toegepaste rijpheidscomputers een kleiner verschil in temperatuur dan 20 C tussen het midden en de zij- of bovenkant aangaven. Door een zo gunstig mogelijke ontkistingsvolgorde werden de meest kritische delen zo lang mogelijk geïsoleerd, terwijl toch verder kon worden ontkist. 6 projectgegevens opdrachtgever E.ON aannemer civiel Combinatie EMBM bestaande uit TBI Mobilis, Züblin en Dywidag ontwerp en levering turbines Alstom toets ontwerp aan Nederlandse voorschriften IOB bekistingsleverancier NOE Na het ontkisten is er geen scheurvorming of grindnestvorming waargenomen. Na 28 dagen en ruim boven de vereiste kubusdruksterkte is begonnen met het demonteren van de ondersteuningsconstructie. Deze is grotendeels door de drie openingen van de tafel uitgehesen. Bij de eerste stap is via hydraulische cilinders in de ondersteuningsconstructie de turbinetafel een paar millimeter opgelicht, waarna de mechanische begrenzing van de hydraulische cilinders kon worden gelost. Vervolgens kon men in kleine stappen de onderkist langzaam laten zakken totdat de eerste onderdelen daarvan vrij kwamen en konden worden verwijderd. Alle voorbereidingen en uitvoeringszaken evenals de nabewerking zijn voorspoedig verlopen, zodat de projectdata voor installeren van de condensors en turbinedelen ruim zijn gehaald. 4