Надежные композитные крышки защищают водные ресурсы Боготы

Хранение и доставка воды в Боготе, Колумбия, как и в любом крупном городском агломерации, представляет собой сложную задачу. Проблема не в запасах: город с населением около 9 миллионов человек получает 824 мм осадков в год, плюс через него протекает река Богота. Вызов заключается в том, чтобы собрать эту воду, очистить её и сохранить в пригодном для питья состоянии до момента спроса со стороны жителей и предприятий. Для этого Empresa de Acueductos y Alcantarillados (EAAB, Богота) за годы построила сеть из 59 резервуаров по всему городу для хранения очищенной воды и обеспечения бесперебойного снабжения потребителей.

Некоторые из этих резервуаров — это полностью герметичные емкости, защищающие воду от внешней среды. Другие, многие из которых старее, — это массивные бетонные бассейны, защищенные от погоды рядом съемных крышек. Один из таких баков, называемый «Касабланка» и расположенный в районе Сиудад-Боливар на юге Боготы, обслуживает население около 3 миллионов человек. «Касабланка» — самый большой резервуар для хранения воды в сети EAAB и во всей Колумбии: его размеры составляют 144 × 110 × 9 метров, а вместимость — 143 000 кубических метров (38 млн галлонов). Бак разделен бетонным перегородом на две равные секции.

Сложное обслуживание 66-летнего резервуара

Обслуживание 66-летней «Касабланки» — непростая задача. В 2009 году обнаружили трещины в бетонном дне, через которые ежечасно утекало 360 000 литров (95 000 галлонов) воды. Ремонт полиуреевым покрытием устранил утечки полностью. Однако проблема осталась над бетоном: воду защищал набор крышек из смеси бетона и асбеста, что создавало серьезную угрозу качеству воды и здоровью людей. Старые крышки также были ненадежными и дорогими в обслуживании. EAAB нуждалась в замене на более безопасные, легкие и долговечные аналоги.

Крупногабаритные крышки в большом количестве

EAAB выбрала композитное решение для крышек, но сразу столкнулась с масштабом проекта. «Касабланка» пересекает сеть бетонных столбов, на которых лежат балки с шагом 7,2 метра (23,6 фута). Новые крышки должны были быть самонесущими и перекрывать этот пролет, используя существующую инфраструктуру. EAAB предложила изготовить их методом легкого смольного переноса (LRTM). Проблема? Композитные изделия такого размера для этого применения никогда не производились методом LRTM в Колумбии. Многие производители просто не могли взяться за проект.

Исключением стала Innovative Engineering Solutions (Soling), композитный производитель из Ла-Эстрелья, Антиоquía, Kolumbия, недалеко от Меделлина. Soling, основанная Хавьером Морено в 2014 году, владеет несколькими композитными заводами в стране. Родриго Вергара, инженерный координатор Soling, отмечает: «Никто в Колумбии не имел опыта с такими изделиями из-за их размера. Это крупнейшая композитная деталь, когда-либо изготовленная в стране». Для Морено это был вызов-мечта: «"Невозможно" — слово, которого он не понимает. Он сказал: "Мы это сделаем!" Я ответил: "Хорошо!"»

Soling предложила конкретное решение: серию из 840 куполообразных прямоугольных композитных конструкций, каждая 7,6 × 2,4 метра (24,9 × 7,9 фута). Полукруглая форма купола выбрана не случайно, объясняет Вергара: «Геометрическая форма с наибольшей механической устойчивостью — окружность. Это главное условие самонесущести крышек. К тому же нужно было найти самый простой способ перевозки от завода к месту монтажа — на расстоянии 418 км».

Крышки производились методом LRTM с голубым гелькотом снаружи и белым — внутри по спецификации EAAB. Состав: стекловолоконные ткани и полиэфирная смола. Площадь поверхности — 28,5 кв. м (207 кв. футов), вес — 320 кг (705 фунтов), из них 208 кг — смола. С дизайном и обязательством по поставке Вергара и Soling приступили к работе.

Создание идеальной крышки

Soling не работала в одиночку. Сеть поставщиков включала дистрибьютора Minepro SAS (Меделин), поставщика оборудования Magnum Venus Products (MVP, Ноксвилл, США) — насосы и вспомогательное оборудование для LRTM, поставщиков материалов: Andercol (Меделин) — полиэфирную смолу, гелькоты и техническую поддержку, и Jushi (Тунсян, Китай) — стекловолоконные ткани Е-стекла.

Производство началось с инструментов. Сколько форм нужно? Вергара определил темп производства по требованиям EAAB к срокам поставки, которые зависели от условий на объекте. Чтобы избежать загрязнения воды при монтаже, EAAB согласовала опорожнение половины резервуара под укладку крышек. Сокращение вместимости наполовину создавало сложности, поэтому монтаж должен был пройти максимально быстро.

Soling и EAAB договорились о графике: 6 крышек в день. На заводе с тремя 8-часовыми сменами это требовало две формы, каждая из которых производит одну крышку за смену. Формы изготовили самостоятельно: стеклопластиковые матрица и патрица на стальной опоре.

С формами приступили к технологию. Решено: две впускные дуйки для смолы и одна вакуумная на каждую форму. Для впрыска MVP рекомендовала высокопроизводительный агрегат Patriot Innovator RTM, а также клапаны Turbo Autosprue, универсальные муфты, уплотнения и аксессуары.

Процесс: женская половина формы окрашена белым гелькотом, мужская — синим (оба Andercol). В женскую половину вручную укладывают ковры и ткани Jushi. Женская половина опускается краном в мужскую, сжимаются. После вакуума начинается впрыск смолы — около 40 минут на крышку, затем отверждение при комнатной температуре. После разформовки крышку обрезают до размеров и вырезают каналы для отвода дождевой воды на фланце.

Главная сложность — размеры крышек в сочетании со строгими требованиями к весу и геометрии. Расположение впускных отверстий и синхронизация впрыска потребовали множества испытаний и консультаций. В итоге Soling выработала высокоповторяемый и надежный процесс.

«Главная задача — вес устанавливаемых элементов: нельзя превышать несущую способность существующей конструкции», — говорит Вергара. «Все детали должны быть идентичны по геометрии и весу. Единственный способ гарантировать это — процесс с гарантированной повторяемостью».

Готовые крышки доставляли 418 км от завода под Меделлином до «Касабланки» в Боготе и монтировали краном на несущую структуру, рабочие позиционировали их, стоя на балках. Крышки не закреплены механически, но и не предназначены для демонтажа, если только «не случится что-то очень серьезное».

Работа над дизайном началась в начале 2019 года, производство первых крышек — в 2020-м. Пандемия и технические проблемы вызывали остановки, но все 840 крышек были изготовлены за 7–8 месяцев, к концу 2020 года. Ожидается, что новые крышки прослужат значительно дольше и потребуют гораздо меньше обслуживания, чем замененные.

Проект «Касабланка» доказал возможности Soling как производителя крупногабаритных высококачественных композитных конструкций и открыл новые перспективы. «Мы проломили парадигму, что такие детали нельзя сделать методом LRTM, — резюмирует Вергара. — Для будущего Soling одно ясно: нет проекта, которого мы не могли бы выполнить».