Torres de energia 2: grandes guindastes basculantes para trabalho com turbinas eólicas

Primeira unidade do Kitagawa JCW1800K em seu segundo canteiro de obras. Imagem: HG Kessel

A segunda parte deste relatório sobre aplicações de guindastes de torre para projetos de montagem de turbinas eólicas continua com uma análise mais detalhada de alguns modelos maiores de lanças articuladas.

Dando continuidade à análise da primeira parte sobre os designs incomuns da IHI Shimizu , nos voltamos para a fabricante japonesa de guindastes de torre Kitagawa Iron Works Co., Ltd. Ela acumulou experiência de campo para seu JCW1800 lançado em 2020, quando era operado pela TA Lift Co. Esta empresa de aluguel de guindastes de torre para instalação de turbinas eólicas foi formada em conjunto pela Achia Co., especialista em transporte pesado e operações de içamento, e pela Toko Electrical Construction co., Ltd.

Foi o primeiro guindaste de torre para instalação de turbinas eólicas projetado no Japão. Em sua versão JCW1800K, é possível içar até 140 toneladas em um raio de 12,5 metros a 140 metros de altura. Dependendo do tipo de gancho, que pode ser alterado por meio de um pino operado remotamente, o mesmo guindaste pode ser usado como um JCW1600K com capacidade de 95 toneladas.

Há também o JCW1400K, com capacidade para 70 toneladas. Até uma altura de mastro de 75 metros, a torre pode ter apenas 2,5 x 2,5 metros, facilitando o transporte em caminhões comuns.

Um local de floresta tipicamente apertado para o Kitagawa JCW1800K. Imagem: HG Kessel

Para atingir uma altura livre de 91,4 metros, são adicionadas seções adicionais de torre de base de 3,2 x 3,2 metros de largura. Observe que não é necessário suporte para as pernas.

Ele segue o método típico japonês de elevação do guindaste, que permite a inserção de até duas seções da torre como uma unidade de 15,2 metros de comprimento. Um trem de pouso especial em formato de cruz também foi desenvolvido para agilizar a instalação.

Movimentos no SPMT

Para aprimorar ainda mais a rápida capacidade de realocação de parques eólicos, a Kitagawa também desenvolveu um sistema de transporte especializado para seu JCW1800K. Ele utiliza um transportador modular autopropelido (SPMT). Neste caso, todo o convés de máquinas, incluindo a estrutura em A e a seção da lança de base (para manter os cabos de elevação no lugar), é içado em um transportador SPMT com o auxílio de um guindaste móvel sobre rodas com capacidade para 550 toneladas em uma única elevação.

A unidade de subida e a seção da torre de base formam outra carga SPMT. Este método permite que o centro de gravidade dos componentes do guindaste movimentados fique bem baixo, contribuindo para a estabilidade.

No momento da redação deste texto, um JCW1800K havia sido produzido. De acordo com a Kitagawa, as rígidas restrições de transporte no Japão indicavam que o tamanho aceito para turbinas eólicas não exigia um guindaste tão grande quanto a classe de 1.800 toneladas-metro para o mercado doméstico. A TA Lift e a Kitagawa, portanto, desenvolveram o JCW1250 menor, com capacidade para 95 toneladas e raio de 12,5 metros.

O convés compacto do Kitagawa JCW1800K. Imagem: HG Kessel

Uma torre autônoma com altura de 80,9 metros e uma lança de 51 metros, resultando em uma altura de trabalho de 130 metros, pode ser alcançada com um raio de contralança de apenas 8,7 metros.

Grande benefício

Sua principal inovação é que ele terá uma base de guindaste de 16 x 16 metros, dobrável hidraulicamente, com estabilizadores hidráulicos de nivelamento, do tipo bem conhecido em grandes guindastes móveis. Essa base pode ser transportada como uma unidade de 23,2 metros de comprimento e 3,85 metros de largura.

Seu método de inserção de seções de torre durante a subida significa que ele possui uma plataforma de máquinas tradicionalmente ampla. No entanto, a Kitagawa o redesenhou de tal forma que, simplesmente desconectando a cabine do operador e as plataformas de acesso, a largura desse convés de máquinas pode ser reduzida para 4,95 metros. Uma característica comum dos guindastes dessa classe no Japão é um convés de máquinas de 8 a 10 metros de largura. Estes exigem um projeto de convés bipartido complexo e demorado para transporte.

Graças ao seu convés compacto quando equipado, o JCW1250K pode ser realocado com mais facilidade entre os locais de turbinas de um parque eólico. Até mesmo as seções do mastro e da lança foram projetadas para permitir o transporte em pares, como cargas de 4,55 metros de largura, em módulos SPMT padrão de 3,0 metros de largura.

Transportando o chassi em A do Kitagawa JCW1800K na SPMT. Imagem: HG Kessel

Assim como já acontece com o JCW1800K, o convés de máquinas, a estrutura em A e a base da lança do guindaste menor podem ser transportados como uma única carga SPMT com um centro de gravidade de apenas 4,2 metros de altura. Em contraste com as 107 toneladas do JCW1800K, a unidade do guindaste menor pesa 80 toneladas, permitindo um guindaste auxiliar menor.

Uma grande janela na cabine do Kitagawa JCW1800K permite a melhor visão da carga, especialmente quando o braço está levantado. Imagem: HG Kessel

Ao contrário do JCW1800K, o tamanho da seção da torre, mesmo para a capacidade autônoma mais alta, é mantido em 2,05 x 2,05 metros. Novamente, não são necessários suportes entre a base da torre e as pernas em forma de cruz, o que ajuda a reduzir o tempo de instalação.

O dispositivo patenteado de troca de enrolamento de corda controlado remotamente da Kitagawa significa que o bloco de gancho pode ser usado em operação de seis quedas para cargas pesadas de até 95 toneladas ou no modo rápido de duas quedas para cargas de até 25 toneladas.

Em contraste com o projeto da seção final da lança original, as polias do cabo de içamento foram posicionadas deslocadas da linha central da lança para aumentar o comprimento da seção da torre para 17,6 metros, que pode ser inserida na unidade de escalada como uma única unidade. Novamente, isso ajuda a reduzir o tempo de instalação.

O Kitagawa JCW1800K pode ser descido ao longo do mastro para proteção contra ventos fortes de tufão. Imagem: HG Kessel

No momento da redação deste texto, o primeiro protótipo do JCW1250 já havia sido fabricado e duas unidades haviam sido encomendadas. Este modelo é adequado para turbinas eólicas de 6 MW com altura de cubo de 120 metros. Foi desenvolvido em conjunto pela Kitagawa, Toko, TA Lift e AKTIO Corporation. A entrega da primeira unidade estava prevista para setembro, e a segunda, para o final do primeiro trimestre de 2025.

O trem de pouso em forma de cruz do Kitagawa JCW1800K é composto por duas vigas como um dispositivo de içamento rápido. Imagem: HG Kessel

Compensação de carga

Um dos muitos problemas inerentes ao projeto de guindastes de torre eólicos autônomos é a flexão da torre ao içar cargas pesadas. Após posicionar a carga, o operador do guindaste precisa compensar o movimento para trás da torre. Tudo isso acontece em um raio muito curto – na maioria dos casos, mínimo – onde a carga precisa ser posicionada de forma muito suave e precisa.

Normas rigorosas de segurança contra terremotos determinam que os guindastes de torre japoneses geralmente possuem um sistema de torre rígido com pouca deflexão do mastro. A situação é bem diferente em guindastes de torre com lança basculante giratória superior europeus e chineses, com capacidade equivalente. Em um raio de trabalho de 12,5 metros, foram medidos cerca de 3 metros de deflexão ao utilizar um mastro de 3,30 x 3,30 metros de largura, livre a 110 metros.

O Kitagawa JCW1800K pronto para escalar. Imagem: HG Kessel

Minimizar a deflexão do mastro foi um dos principais motivos para a Krupinski Cranes da Polônia desenvolver um guindaste de torre eólico completamente novo. O conceito baseia-se em um projeto de guindaste de torre com giro inferior, que remonta aos bem-sucedidos guindastes Peiner das séries TN, VM e M da década de 1970. O projeto culminou em 1979 com o gigante VM2000, da classe de 2.000 toneladas-metro, com capacidade para 102 toneladas e altura de gancho de 150 metros.

Como estacionar o Krupinski KR2000 na posição de proteção contra tempestades. Imagem: HG Kessel

O novo estudo de projeto do Krupinski KR2000A propõe uma capacidade de 140 toneladas e uma altura de 183 metros sob o gancho. Ao ultrapassar uma torre autônoma de 100 metros, este braço giratório inferior possui um tensionador de balanceamento de torque de carga para o convés de máquinas. Ele proporciona estabilidade adicional à torre e permite maior altura autônoma sem aumentar o tamanho quadrado da torre.

Outra vantagem é que o centro de gravidade é mais baixo, já que a plataforma de lastro e máquinas, com o guincho de içamento e elevação, e as unidades de subida, estão todos instalados na base do guindaste. Ao contrário dos antigos guindastes de elevação ou dos grandes tipos de guindastes giratórios, agora comuns, o projeto da Krupinski é conteinerizado para transporte.

Quase todas as peças estruturais do guindaste Krupinski são módulos do tamanho de contêineres ISO-40' ou ISO-20' ou cabem dentro desses contêineres padrão. O peso total do transporte será inferior a 600 toneladas e o peso dos componentes individuais não excederá 25 toneladas. O guindaste completo foi projetado para ser transportado em 24 contêineres padrão.

Um sistema de mastro rígido e compacto permite uma capacidade de sustentação autônoma econômica no Kitagawa. Imagem: HG Kessel

Em movimento

Para transportar guindastes chineses de giro com lança basculante comparáveis que seguem os projetos originais de guindastes de corda Krøll e Favelle Favco, é necessário um transporte de carga muito maior.

Transporte para a base Kitagawa JCW1250, incluindo o sistema de subida do mastro. Imagem: HG Kessel

Exemplos disso são a largura e a altura das seções da lança, além da seção maciça do anel de giro e dos segmentos maiores da torre. Frequentemente, os componentes do guindaste têm mais de 3 metros de largura e 3 metros de altura, o que significa licenças mais altas e reboques de plataforma baixa mais caros.

Em seus estudos, Krupinski indica uma redução de mais de três vezes nos custos de transporte rodoviário, sob as restritivas leis norte-americanas e europeias. Além disso, o tamanho do guindaste auxiliar é drasticamente reduzido pelo procedimento inicial de içamento, graças ao design de giro inferior.

Visão geral do Krupinski KR2000. Imagem: HG Kessel

A altura de elevação dos componentes maiores é muito menor do que a dos guindastes de torre de elevação com giro superior, de estilo europeu tradicional. Krupinski espera que um guindaste com lança telescópica com capacidade para 120 toneladas seja suficiente para o procedimento básico de içamento. Para a elevação, basta um empilhador retrátil.

Um guindaste de torre típico para esta aplicação leva uma ou duas semanas para ser montado. A Krupinski afirma que conseguirá instalar o KR2000A em dois ou três dias. Além disso, estima-se que os custos de investimento sejam cerca de metade dos de um guindaste de torre de elevação com giro superior padrão na mesma faixa de capacidade.

Levantando-o

A subida do guindaste com um inovador sistema de corda de escalada conectado a um potente acionamento de 150 kW em um contêiner de escalada no solo aumentará a segurança do procedimento de subida. O tempo estimado de subida para cada seção de 11 metros da torre é de cerca de 10 minutos. Um mecanismo de fixação e desparafusamento com suporte hidráulico ajuda a acelerar a montagem.

Além do transporte econômico e do tempo rápido de montagem, a resistência ao vento do guindaste é outro fator importante nesta aplicação de energia eólica. Em serviço, a Krupinski afirma uma velocidade máxima do vento permitida de 55 km/h. Fora de serviço, com a lança rebatida, a velocidade máxima é de 160 km/h. Com o guindaste abaixado a uma altura total de 77 metros, ele pode suportar ventos de mais de 200 km/h.

Montagem do Krupinski KR2000 com um guindaste móvel de 120 toneladas. Imagem: HG Kessel

Uma posição de guindaste igualmente segura para um projeto de guindaste de torre autônomo só pode ser encontrada nos guindastes japoneses quando eles descem ao lado de sua própria torre.

Instalação do mastro e extensão da lança do Krupinski KR2000 usando uma empilhadeira retrátil. Imagem: HG Kessel

Economia de energia

Graças aos seus acionamentos de ímã permanente, os guindastes Krupinski economizam até 40% em custos de energia. Um gerador de energia de 500 kVA em contêiner permite o uso independente do guindaste.

Sistema de elevação de mastro do Krupinski KR2000. Imagem: HG Kessel

Para reduzir o tempo de mobilização entre os locais de instalação da turbina, a Krupinski propõe a instalação de uma base sobre esteiras, semelhante ao transportador de guindaste sobre esteiras CC 3800 com capacidade para 650 toneladas, sob a base do portal do guindaste parcialmente equipado. O fabricante estima que o transportador sobre esteiras reduzirá o tempo de realocação do guindaste de torre de um local para outro em pelo menos dois dias.

Projeto da base sobre esteiras da Krupinski para seu KR2000. Imagem: HG Kessel

Além disso, um transportador de esteiras pode ser usado para vários guindastes KR2000A no mesmo parque eólico. A operação remota também é possível. Ele possui um sistema PLC programável que permite movimentos horizontais de carga com a lança basculante, semelhante ao de um guindaste tipo cabeça de martelo com lanças horizontais. As influências do vento e da carga são reconhecidas e suprimidas, com o controle ajustando automaticamente o torque do mecanismo de giro com base na posição da lança, graças a um sofisticado mecanismo de giro controlado por conversor de frequência.

Visão geral do Kitagawa JCW1250. Imagem: HG Kessel

Transporte sobre esteiras para o Krupinski KR2000. Imagem: HG Kessel

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