Flue Gas Duct Systems and Supporting Structures

Charakterystyka inwestycji
Przedmiotem opracowania było obliczenie konstrukcji kanałów spalinowych oraz ich podkonstrukcji, wykonanie szczegółowego modelu 3D tych konstrukcji wraz z pełną dokumentacją warsztatową i montażową.
Zaprojektowano dwie oddzielne linie kanałów spalinowych łączących dwie turbiny gazowe z jednym kominem. Poszczególne linii kanałów realizowane będą w dwóch osobnych etapach.
Kanały wykonane z blach o grubości 10mm, usztywnione zarówno w kierunku podłużnym, jak i poprzecznym. Przekroje główne z dwuteowników HEB, przekroje drugorzędne z dwuteowników IPE. W strefie wlotowej i w strefie wewnętrznych tłumików przekrój kanałów wynosi 10,4×8,4m przechodząc w strefie przejściowej w przekrój 6,4×6,4m. W konstrukcji przewidziano niezbędne pomosty robocze umożliwiające prowadzenie prac konserwacyjnych i inspekcyjnych.
Kanał jest od wewnątrz izolowany termicznie. Warstwy wełny mineralnej są zabezpieczone od strony gorących gazów cienką blachą nierdzewną. Zakres projektu obejmował również opracowanie modelu oraz dokumentacji rysunkowej wewnętrznej wykładziny kanału.
Ponadto zaprojektowano zewnętrzną obudowę akustyczną kanału w obrębie strefy wlotowej i tłumików.

Warunki projektowe i analiza konstrukcji
Obiekt realizowany na obszarze sejsmicznym w Niemczech zaprojektowano zgodnie z normami Eurokod oraz dodatkowymi wymaganiami wewnętrznymi zleceniodawcy.
Projekt wymagał uwzględnienia obciążeń termicznych, w tym gradientu temperatury. Z uwagi na pracę konstrukcji w wysokiej temperaturze niezbędne było zaplanowanie odpowiedniej liczby kompensacji konstrukcji kanałów. Oparcie realizowane na łożyskach umożliwiających w wymaganych miejscach swobodę przesuwu.
Z uwagi na wzajemną interakcję poszczególnych linii kanałów (jedna linia kanałów oparta na drugiej linii kanałów) konieczne było stworzenie globalnego modelu obejmującego obie linie kanałów wraz z ich podkonstrukcjami pomiędzy kompensatorami. Przeprowadzono zarówno liniową analizę bifurkacyjną LBA i nieliniową analizy stateczności z uwzględnieniem imperfekcji GMNIA. Do obliczenia kombinacji sejsmicznej wykorzystano analizę spektrum odpowiedzi.

Wyzwania projektowe:
– Uwzględnienie interakcji pomiędzy obiema liniami kanałów z uwzględnieniem wpływów termicznych i sejsmicznych,
– Redukcja obciążeń termicznych za pomocą odpowiednio zlokalizowanych kompensatorów i odpowiednio dobranych łożysk
– Zaprojektowanie zakotwień, zwłaszcza w istniejącej płycie fundamentowej za pomocą kotew chemicznych z uwzględnieniem rzeczywistego zbrojenia
– Zaprojektowanie połączenia obudowy akustycznej do ścian i dachu kanału z wykorzystaniem absorberów wibracji
– Analiza podatności warstwowej izolacji akustycznej, częściowo sprężonej i ocena wpływu tej podatności na zachowanie się blachy okładzinowej (bryłowy model 3D konstrukcji podłogi).
– Przygotowanie krawędzi w modelu i na rysunkach pod wszystkie spoiny czołowe
– Budowanie modelu Tekli w 3 poziomach hierarchi assembly. Dla większej przejrzystości rysunków elementów wysyłkowych zdecydowano się na zastosowanie zagnieżdżonych assembly. Pozwoliło to na przejrzyste przedstawienie sekwencji spawania poszczególnych etapów
– Zapewnienie szczelności konstrukcji, poprzez stosowanie połączeń śrubowych na stykach elementów wysyłkowych z wykorzystaniem uszczelnienia z silikonu ogniowego.
– Podział kanału na elementy wysyłkowe tak, aby był możliwy transport oraz zapewniona funkcja obiektu
– Pomimo zastosowania kompensatorów w kanale, konieczne było przewidzenie dodatkowych rozwiązań konstrukcyjnych, mających na celu kompensację odchyłek wykonawczych oraz wpływu wysokiej temperatury.
– Wewnętrzne pokrycie izolacji termicznej z blach nierdzewnych wymagało wysokiej precyzji i ściśle ustalonej kolejności montażu arkuszy blach.
Celem było zapewnienie niezawodnej ochrony wełny mineralnej.

Szczegóły konstrukcyjne
Kanał jest zbudowany z blach o grubości 10mm, które są użebrowane ortogonalnie za pomocą profili gorącowalcowanych: IPE, HEB oraz na stykach montażowych UNP.
Z uwagi na liczne konstrukcje, które opierają się na kanale, konieczne było jego lokalne usztywnianie profilami.
Główne żebra to ramy z profili HEB, które biegną dookoła kanału (w przekroju poprzecznym).
Na tych ramach zaprojektowano punktowe podparcia.
Wszystkie punkty podporowe zrealizowano za pomocą łożysk elastomerowych, w celu idealizacji schematu statycznego oraz redukcji drgań.
Te nietypowe łożyska są albo zakotwione bezpośrednio w fundamentach, albo oparte na stalowych konstrukcjach wsporczych o wysokości ponad 13m.
Konstrukcja kanału jest obudowana ścianą i dachem akustycznym w strefie wlotowej, a na pozostałej części dachem z aluminiowej blachy trapezowej.

Zakres działań METIB
– model 3D konstrukcji w Tekla Structures wraz z weryfikację geometryczną
– obliczenia konstrukcji w programie RFEM
– obliczenia połączeń w IDEA StatiCa
– obliczenia zakotwień z uwzględnieniem zbrojenia w programie IDEA Detail
– analizy MES podatności izolacji termicznej i jej wpływ na nośność blachy wykładzinowej (podłoga kanału).
– kompletna dokumentacja warsztatowa wraz z plikami numerycznymi
– dokumentacja montażowa
– detale spawalnicze
– eksport, udostępnienie oraz zsynchronizowanie modelu 3D w chmurze na platformie Trimble Connect w celu zapewnienia bieżącej koordynacji międzybranżowej

Koordynacja i współpraca
Projekt cechował się wysokim stopniem złożoności i dynamiką – liczne zmiany wymagały szybkiej reakcji zespołu. METIB ściśle współpracował z klientem. W trakcie prac przeprowadzono dziesiątki godzin spotkań koordynacyjnych, które pozwoliły utrzymać harmonogram prac i na bieżąco rozwiązywać złożone zagadnienia inżynierskie.

Podsumowanie
Zespół METIB skutecznie sprostał wyzwaniom. Zastosowanie wydajnego oprogramowania, przyjęcie odpowiedniej metodologii pracy i przede wszystkim doświadczenie zespołu umożliwiło skuteczne zrealizowanie projektu.
O wysokiej jakości wykonanych prac świadczą zadowolenie zleceniodawcy i chęć kontynuowania współpracy przy kolejnych inwestycjach, co stanowi potwierdzenie wysokiego poziomu zaufania do zespołu projektowego.