Torri di potenza: grandi gru a braccio girevole per lavori sulle turbine eoliche

Il JLD1700 di Jinli Heavy Industries installa una turbina da 2 MW a 95 metri di altezza. Foto: HG Kessel

All'inizio dell'impiego delle gru a torre nei progetti di parchi eolici, questo tipo di gru è stato sperimentato come alternativa alle grandi gru mobili a traliccio, in siti in cui lo spazio e l'accesso erano limitati, scrive Heinz-Gert Kessel.

L'obiettivo era ottenere un'elevata capacità con uno sbraccio ridotto. La conversione di una gru a torre standard per carichi pesanti in una gru per l'installazione di turbine eoliche ha richiesto solo un numero limitato di modifiche progettuali. Un buon esempio è la Liebherr 630 EC-H70 dell'impresa edile Max Bögel in Germania. È dotata di un braccio corto rinforzato e di un carrello speciale per più tiri di fune, per far fronte al carico richiesto di 70 tonnellate, rispetto alle 50 tonnellate della versione standard.

In Cina, la serie FZQ di gru a torre a braccio impennabile ad alta capacità da 130 tonnellate, originariamente costruita per la costruzione di centrali elettriche, è stata riadattata per l'installazione di turbine eoliche. Per entrambi i progetti, uno degli aspetti progettuali principali è stato quello di ridurre al minimo le caratteristiche speciali per riprogettare rapidamente la gru per progetti di costruzione generali al di fuori del settore dell'installazione di turbine eoliche.

Già nella sua prima applicazione prototipale, tuttavia, questo approccio ha evidenziato il principale svantaggio. La gru era stata originariamente progettata per una durata di progetto di almeno 3-5 mesi. I tempi di mobilitazione e smobilitazione non avrebbero mai potuto competere economicamente con quelli delle gru mobili ad allestimento rapido nei cantieri di turbine eoliche, che generalmente durano solo una settimana.

L'adattamento del concetto standard di gru a torre per facilitarne il trasporto e velocizzarne l'allestimento è diventato sempre più essenziale nella valutazione della fattibilità di gru a torre per turbine eoliche. Una prima innovazione del produttore Liebherr è stata la progettazione di una gru a sommità piatta, al posto del tradizionale braccio a sella con testa della torre e pendenti. Ciò ha ridotto i tempi di installazione della parte superiore della gru.

Luffer diverso

Krøll in Danimarca ha sviluppato un design alternativo per il fiocco a volata variabile, che elimina il dispendioso recupero della cima di volata. La briglia pre-avvolta poteva essere appoggiata sul telaio a forma di A, dove era fissato anche l'argano di volata variabile. Un braccio a volata variabile permette di trasformare lo sbraccio del boma in altezza di sollevamento. È una soluzione brillante e veloce per ottenere maggiore altezza sottogancio.

Per la prima volta Krøll ha realizzato un'altezza aggiuntiva sotto il gancio introducendo la caratteristica sezione della punta del braccio per garantire maggiore spazio libero dal carico alla massima altezza sotto il gancio.

I due concetti progettuali sopra menzionati sono stati successivamente integrati in tutte le gru a torre per turbine eoliche cinesi successivamente commercializzate. Tra queste, gru simili prodotte da Jinli Heavy Industries, XCMG, Yongmao, Sany e Zoomlion.

Carrello Zoomlion LW2340-180 in un progetto eolico in montagna. Foto: HG Kessel

Yongmao STF3080 con una capacità di 200 tonnellate e un'altezza sottogancio di 200 metri. Questa gru incorpora le caratteristiche progettuali comuni introdotte da Krøll. Foto: HG Kessel

A seconda delle dimensioni del sistema di alberi, l'altezza massima libera sotto il gancio per le gru eoliche a braccio impennabile a rotazione superiore sembra essere compresa tra 180 e 200 metri. La capacità di carico è solitamente compresa tra 180 e 200 tonnellate.

Oltre le 140 tonnellate di capacità di sollevamento, i componenti della gru tendono ad essere tutti sovradimensionati per il trasporto. Un vantaggio delle gru a braccio oscillante rispetto alle gru a torre convenzionali è che sono necessarie meno sezioni di albero per raggiungere l'altezza di sollevamento richiesta. Ciò consente inoltre di risparmiare tempo di installazione per il sollevamento della gru.

Le gru a torre autoportanti offrono generalmente la massima flessibilità nella progettazione delle torri delle turbine eoliche. Tuttavia, con l'aumentare dell'altezza delle turbine, è necessario utilizzare sezioni di albero più costose e resistenti. In molti casi, ciò si traduce in tempi di montaggio più lunghi e carichi di trasporto eccezionali, con un conseguente aumento dei costi di movimentazione.

Esiste ancora un importante svantaggio per quanto riguarda la base della gru a torre rispetto a una grande gru tralicciata mobile. Le gru mobili possono generalmente essere spostate da una turbina all'altra almeno parzialmente attrezzate. Una gru a torre deve essere completamente smontata, compresa la sua base, ampia e pesante.

Per accelerare il processo, nei progetti eolici è possibile utilizzare due basi per gru a torre. Mentre una è in uso, la seconda può essere reinstallata nel cantiere successivo. Un concetto di gru di questo tipo non sarà chiaramente economico quanto dovrebbe essere. Più recentemente, sono state progettate o sono in fase di sviluppo speciali basi per gru a torre mobili. Il successo di tali progetti in condizioni reali dipenderà dalle dimensioni della gru e dalla soluzione tecnica preferita.

Modi di muoversi

In Giappone sono stati prototipati due concept di mobilizzazione per gru a torre. Includono un trasportatore modulare semovente su ruote (SPMT) per la movimentazione delle gru a torre per turbine. Shimizu Corporation ha completato la sua gru a torre mobile S-movable. Si tratta di una grande gru a torre mobile da 1.800 tonnellate metro per l'installazione di turbine eoliche onshore da 5 a 7 megawatt.

Progettata per essere antisismica, la nuova gru solleva 145 tonnellate con un raggio di 12,5 metri fino a un'altezza di 152 metri. Si tratta della gru a torre autoportante più grande e alta del Giappone. È uno sviluppo congiunto tra SC Machinery e IHI Transport Machinery.

Sono in corso i test sul campo del concetto di gru e le aziende stanno testando il trasferimento della gru tramite SPMT nel distretto di Shingu, in Giappone, sul lato del cantiere navale della città di Kure. La gru superiore completa rimane installata, quindi la gru scende solo nella posizione più bassa e i controventi diagonali e le gambe della base vengono scollegati. A questo punto, è pronta per essere spostata rapidamente al sito successivo. Secondo Shimizu Corporation, il ciclo di trasferimento si riduce di circa sei giorni.

Le gru utilizzano un tipo tradizionale di torre cilindrica giapponese che assorbe la pressione del vento e allo stesso tempo consente la salita sul sistema della torre tramite un supporto compatto con anello di rotazione; sono montate su un piedistallo a croce a quattro gambe appositamente sviluppato.

La gru a torre mobile IHI S con le gambe installate. Foto: HG Kessel

Arrampicata più sicura

Il metodo giapponese di inserimento delle sezioni della torre attraverso la ralla offre un reale vantaggio in termini di sicurezza durante le operazioni di salita in condizioni meteorologiche avverse. Permette inoltre di issare la gru su un sistema di torri delle stesse dimensioni a una quota molto bassa. Il sistema di torri, alto 97,50 metri, è composto da 14 sezioni. Grazie al particolare metodo di inserimento giapponese, è possibile inserire un massimo di tre sezioni di torre in un'unica operazione di salita, riducendo il numero di collegamenti delle torri da effettuare durante il funzionamento di un parco eolico.

Per raggiungere l'altezza libera di 97,50 metri, su una base di 2,45 metri quadrati (ottimizzata per il trasporto), è stato necessario aggiungere alla torre alcuni controventi diagonali, installati dalla gru stessa. Il collegamento di questa struttura tubolare alla torre centrale avviene tramite un dispositivo di installazione rapida brevettato, azionato dall'interno della torre e quindi in condizioni di accesso sicuro.

A differenza dei modelli di gru a torre per l'installazione di turbine eoliche in Europa e Cina, questi stralli molto lunghi riducono notevolmente la flessione dell'albero su una gru autoportante. A differenza delle gru edili standard, il numero di passaggi di sollevamento lungo la torre per sollevare la gru è stato ridotto grazie allo sviluppo di un nuovo dispositivo di sollevamento idraulico rapido.

Durante lo spostamento della gru, la parte centrale della base trasversale è montata su un SPMT con un supporto speciale. Dopo aver scollegato le parti esterne delle gambe per ridurre la larghezza di trasporto della gru, i massicci piedi stabilizzatori vengono montati sull'unità SPMT come zavorra per compensare il punto di gravità della gru.

Inoltre, durante lo spostamento dell'intera torre della gru, incluso il braccio di 55,55 metri e tutte le funi tenute in tensione, il ponte macchina verrà fissato alla piattaforma SPMT con apposite funi di fissaggio del carico. Sebbene la gru venga generalmente azionata dalla spaziosa e confortevole cabina dell'operatore, può anche essere azionata a distanza da terra o dalla parte superiore della turbina eolica.

A lungo termine, IHI prevede una crescente domanda di gru a torre ad alta capacità. In Giappone, a differenza di Europa e Cina, sono più diffuse turbine eoliche più moderate, con un'altezza del mozzo di 100-120 metri e una potenza di 4-5 megawatt. L'esperienza maturata in Europa con le gru a torre per il montaggio di turbine ha già dimostrato la capacità richiesta e la loro altezza di sollevamento aumenta rapidamente, al punto che le gru non potrebbero essere troppo grandi.

La parte superiore completa della gru IHI pronta per il trasporto su SPMT. Foto: HG Kessel