Modernisation d'un système de pont tandem pour le levage de charges gigantesques

L'augmentation de la capacité de levage et le fonctionnement en tandem à la centrale hydroélectrique de Jochenstein pour le levage et le transport de rotors complets accélèrent l'inspection et la maintenance des générateurs.

Le kit de ponts STAHL CraneSystems a remporté le contrat pour la modernisation du système de ponts de la centrale hydroélectrique de Jochenstein. Son partenaire, le fabricant de ponts et d'installations Haslinger, s'est chargé de l'ensemble de la planification, de la production, du montage et de la mise en service. En termes de mécanique et de technologie de commande, les nouveaux ponts roulants constituent une solution tout à fait particulière. Des rotors pesant 220 tonnes peuvent désormais être levés sans démonter les pôles.

L'Allemagne et l'Autriche ont beaucoup en commun, et pas seulement sur le plan linguistique et culturel. Les deux pays se partagent la plus haute montagne d'Allemagne, la Zugspitze, mais la petite île de Jochenstein mérite également d'être mentionnée pour plusieurs raisons. Cette île rocheuse, haute d'environ neuf mètres, est située du côté allemand, dans le cours supérieur du Danube. Elle est entourée de nombreuses légendes. On raconte notamment que le diable voulait inonder la ville autrichienne d'Engelhartszell en créant un mur dans le Danube et qu'il aurait donc jeté une grosse pierre dans le fleuve. Reste à savoir si cette histoire est vraie. Le fait est qu'une centrale hydroélectrique se trouve juste à cet endroit, qui doit son nom à l'île rocheuse de Jochenstein.

Les installations techniques de la centrale hydroélectrique de Jochenstein sont situées à la fois en Basse-Bavière (bourg d'Untergriesbach) et en Haute-Autriche (Engelhartszell). Depuis 1990 environ, les piétons et les cyclistes peuvent traverser le Danube sur le barrage toute l'année. La construction de la centrale a été planifiée au début des années 1950 sous la direction de la Donaukraftwerk Jochenstein AG (DKJ). Les trois premières unités ont été mises en service en 1955, suivies peu après par deux autres. En 2013, les parts du groupe électrique allemand E.ON ont été vendues à Verbund AG, Vienne (Autriche), qui exploite depuis lors la centrale.

La centrale de Jochenstein a une hauteur de chute d'un peu moins de 10 mètres et, selon les chiffres officiels, une capacité annuelle moyenne de 850 millions de kWh. Les éléments mobiles du barrage sont situés près de la rive autrichienne. L'écluse et l'appareillage électrique se trouvent du côté bavarois. La salle des machines avec les turbines est située au centre du fleuve, sur l'île rocheuse.

Contrôles réguliers des turbines et des générateurs

Les cinq groupes de machines sont équipés de turbines Kaplan d'un diamètre de 7,4 mètres, qui datent toutes des années 1950. Elles fonctionnent avec cinq générateurs synchrones triphasés. Bien que les rotors des générateurs ne soient pas directement exposés à l'eau du fleuve, ils doivent néanmoins être retirés à intervalles réguliers pour des travaux d'inspection et de maintenance, par exemple pour vérifier les roulements, les enroulements et d'autres composants, corriger les déséquilibres et contrôler l'isolation soumise à des contraintes thermiques afin de détecter d'éventuels dommages et signes de vieillissement. Des travaux de nettoyage sont également nécessaires, car des résidus de saleté et d'huile peuvent s'accumuler entre le rotor et le stator et doivent être éliminés afin d'obtenir des performances optimales.

Un système de pont d'une capacité de levage de 75 000 kg était auparavant disponible pour déplacer les charges, en particulier pour soulever les rotors des générateurs et les transporter le long du déversoir. Il était ainsi possible de soulever 150 000 kg en fonctionnement tandem. Cependant, chaque rotor pesant 220 tonnes, tous les pôles du rotor devaient être démontés à chaque fois pour l'excavation afin de réduire le poids. Cela prenait beaucoup de temps et entraînait des coûts élevés lors de la révision. Verbund AG a donc cherché une solution pour augmenter la capacité de levage du système de pont afin de pouvoir soulever l'ensemble du rotor et le transporter vers le site de stockage temporaire sans démonter les pôles.

STAHL CraneSystems a joué un rôle décisif dans le processus de développement du nouveau système et tout au long du projet. Son partenaire, Haslinger Metallbau + Krantechnik à Alderbach, était responsable de la planification, de la production et du montage complets et a achevé la mise en service dans les délais prévus à l'automne 2024. Le groupe Haslinger est depuis longtemps un acteur de premier plan dans le domaine de la technologie de soudage. L'entreprise propose des solutions complètes pour la construction de ponts à partir d'une source unique, de la planification à la construction métallique en passant par le montage. En tant que partenaire certifié, Haslinger peut s'appuyer sur l'expertise de l'équipe d'ingénieurs de STAHL CraneSystems pour toutes les tâches et questions, ainsi que pour la programmation des API.

Voie de roulement inchangée grâce au positionnement en fonction de la charge

Le défi à relever à la centrale électrique de Jochenstein consistait à augmenter la capacité de levage à 120 000 kg par pont roulant tout en conservant les mêmes charges par roue. De plus, les dimensions d'approche spécifiées par l'ancien système de ponts roulants devaient être respectées. Par ailleurs, la portée de la voie de roulement du pont roulant change lors du passage de la section droite à la section courbe. C'est pourquoi le chariot d'extrémité, qui relie la poutre du pont roulant au mécanisme de translation, est équipé de roues spéciales.

Au centre du pont roulant, le chariot a une course de 5 470 mm. Cette course a été définie avec précision afin de permettre le levage du rotor. Le tambour à câble d'un diamètre de 800 mm est désormais en tôle au lieu du tube rond standard de 610 mm. Des traverses sont utilisées pour répartir la charge de manière uniforme. Les charges sur les roues restent inchangées grâce à la limitation de la charge maximale au centre du pont de la grue. Un mode de fonctionnement spécial a été mis en place à cet effet, qui permet au pont de se déplacer uniquement à 120 000 kg dans cette zone centrale via un circuit de sécurité. L'ancienne voie de roulement du pont a ainsi pu être réutilisée sans modifications importantes, bien que le pont puisse désormais transporter des charges nettement plus élevées. Au lieu des interrupteurs de fin de course classiques, des codeurs de sécurité détectent les positions des palans. Ceux-ci ont également permis de réaliser une détection de surcharge en fonction de la position, ce qui a permis d'atteindre le niveau de performance PLd.

Des rotors pesant 220 tonnes peuvent désormais être soulevés sans démonter les poteaux. Cela permet de gagner un temps considérable et de réduire les coûts d'inspection et de maintenance des cinq ensembles de machines. Après l'excavation, le rotor est transporté sur la rive opposée du Danube et y est stocké pendant toute la durée de l'inspection. La longueur totale du chemin de roulement  du pont entre la centrale électrique et la rive autrichienne est d'environ 250 mètres. Le fonctionnement occasionnel à l'extérieur a nécessité de spécifier le système pour une plage de température ambiante de -10 °C à 40 °C.

Double charge en fonctionnement tandem

En fonctionnement tandem, il est possible de soulever une charge double, soit désormais 240 tonnes, ce qui est suffisant pour les rotors et leurs pylônes. Le fonctionnement en tandem permet une manipulation efficace des rotors et leur transport en toute sécurité hors de la salle des machines et au-dessus du déversoir. Auparavant, le fonctionnement en tandem nécessitait deux grutiers expérimentés qui devaient travailler en étroite collaboration pour manœuvrer les charges lourdes ou encombrantes avec précision et en toute sécurité. Aujourd'hui, les systèmes de radiocommande sont de plus en plus utilisés pour le fonctionnement en tandem afin de coordonner les mouvements des ponts et des chariots, ce qui permet de sélectionner différents modes de fonctionnement. La télécommande radio est intégrée. Les deux ponts communiquent entre eux via un réseau WLAN industriel, ce qui permet le fonctionnement en tandem.

Les ponts sont équipés d'un palan auxiliaire d'une capacité de levage de 16 000 kg, qui est utilisé en plus du palan principal et commandé avec celui-ci en mode tandem. Le palan auxiliaire sert principalement à déplacer des charges avec précision lors d'opérations de levage délicates ou de travaux de montage en double charge. Il permet un travail flexible, fait gagner du temps et augmente l'efficacité de l'ensemble du système de pont. En tant que palan de secours, il est également homologué pour le transport de personnes. Le palan auxiliaire dispose de deux systèmes de mesure de charge : un pour les charges normales et un pour le fonctionnement avec nacelle. Selon le mode de fonctionnement, les signaux sont traités dans le système de commande (API).

Solution mécanique et de programmation spéciale

Le palan est équipé de capteurs de charge et de vitesse, de fins de course et d'actionneurs, qui sont tous (à l'exception du capteur de vitesse) intégrés. Au lieu d'un système de commande câblé, un système de commande complet KSK-S programmable est utilisé. Le système est modulable et peut être complété par des options d'automatisation partielle. La surveillance lors du déplacement du pont ou de la manutention des charges est améliorée. Les messages d'erreur et les états de fonctionnement sont transmis via une interface utilisateur spécialement programmée (interface homme-machine) et affichés graphiquement sur l'écran.

Conclusion

Le nouveau système de ponts de la centrale hydroélectrique de Jochenstein est en service depuis l'automne 2024. Le nouveau pont est désormais utilisé pour de nombreux transports lourds à la centrale hydroélectrique de Jochenstein. En termes de mécanique et de programmation, il s'agit d'une solution spéciale qui a été personnalisée pour Verbund AG. L'un des avantages particuliers du kit de pont STAHL est sa flexibilité, qui permet de l'adapter facilement aux exigences spécifiques de l'application concernée. L'excavation de l'ensemble du rotor a été achevée avec succès pour la première fois à la fin du mois de novembre 2024. Grâce aux excellents résultats obtenus, d'autres projets sont déjà prévus avec Verbund AG.

Auteurs

Heike Metzger est Senior Specialist Sales Enablement chez STAHL CraneSystems

à Künzelsau, en collaboration avec Karl Haslinger, directeur général de Haslinger GmbH Metallbau à Uttigkofen.

Images et légendes :

Système de ponts en tandem à la centrale électrique de Jochenstein pour les charges lourdes.

Le système de ponts transporte diverses charges à l'intérieur et à l'extérieur.

Conception spéciale : tambour de câble de 800 mm en tôle au lieu d'un tube rond standard.

Le palan auxiliaire pour le fonctionnement en tandem des chariots est homologué pour le transport de personnes.

Armoire de commande (à droite) dans le panneau de commande pour une sélection pratique des modes de fonctionnement.

Centrale électrique avec cinq groupes de machines en service depuis les années 1950.

Les générateurs de la centrale électrique ont un diamètre de plus de 7 mètres.

Démontage du rotor du générateur sans démonter les pôles individuels.

Transport du rotor vers l'Autriche.

Stockage temporaire du rotor pendant l'inspection.