Neviditelné jeřáby ITERu

Okolo vyrůstajících budov na staveništi ITER samozřejmě vyčuhují normální jeřáby, ale na nich, kromě toho, že pomáhají stavět nejdražší vědeckotechnický experiment v historii lidstva, není nic pozoruhodného. Zato zvnějšku neviditelné jeřáby, co budují tokamak ITER pod střechami v halách, to je jiná…

Dvojčata v Montážní hale

Velký dvojitý jeřáb pod střechou montážní haly zvaný "Dvojčata" má nosnost 1 500 tun, každý ze čtyř háků pod čtyřmi vozíky na dvou párech nosníků má nosnost 375 tun. Dva jeřáby mohou pracovat v páru při zvedání břemen až do 1 500 tun a současně mohou fungovat nezávisle. Tím roste rozsah jejich zvedacích činností. Hmotnost každého jeřábu je přibližně 700 tun. Rozsah pohybu po kolejích na podlaze montážní haly je přibližně 175 m. Břemeno se při tom může pohybovat až ve výšce 40 m. Hlavní nosníky mají rozpětí asi 47 m a na nich rolují čtyři vozíky, z nichž každý je vybaven kladkostrojem o nosnosti 375 tun. Háky jsou zavěšeny dvěma záložními kabely navinutými osmkrát v kladkovém bloku. "Jeřáby jsou navrženy tak, aby při plném zatížení odolaly zemětřesení o předpokládané intenzitě, aniž by se jeřáb zhroutil nebo náklad se uvolnil," vysvětluje Roberto Lanza, strojní inženýr zodpovědný za jeřáby. Jeřáby musí být schopny překonat mezeru mezi Montážní halou (Assembly Hall) a budovou Tokamak, které jsou od sebe oddělené z bezpečnostních  antiseizmických důvodů 25 cm širokou mezerou. Jeřábová Dvojčata pomohou sestavit hlavní tokamakové komponenty - segmenty vakuových nádob a je obklopující cívky toroidálního pole - a následně přenesou podsestavy na jejich konečné pozice ve víceméně již zastavěné jámě tokamaku.

Výrobce

Výroby speciálního jeřábu se ujala francouzská firma REEL (Rational, Economic, Elegant and Light). Dosud stavěla jeřáby maximální nosnosti v rozmezí 160 až 180 tun, ale podle Benoita Nakula, architektura jeřábu se při vzrůstající nosnosti nemění, jen se musí dobře spočítat rozložení sil. Takže nyní tu je jeřáb s nosností 1 500 tun, což je sedmkrát více než byli v REEL zvyklí! Po přesném zmapování zatížení a dokončení 3D modelu mohla začít výroba nosníků, což samo o sobě představuje významnou výzvu. "Jedná se o struktury, které jsou téměř 50 m dlouhé, s tolerancí v milimetrovém rozsahu. Svařování je obzvláště choulostivá operace, jelikož tepelná zátěž může způsobit nevratné deformace. Je třeba svařovat ocelové desky dlouhé 12 m o tloušťce 60 mm na tupo a nenarušit přitom dokonalost roviny ... ", říká Benoit Nakul. Nosníky, které opouštějí továrnu, mají záměrné mírné zakřivení. Tato "protikřivost" je přesně spočtena tak, aby se nosníky, jakmile jsou na místě, srovnaly do roviny svou vlastní vahou. Nosníky jsou 47 m dlouhé, 2 m široké a 4,5 m vysoké. Ač působí mohutně, jedná se o dutou konstrukci. Kostra je z ocelových desek svařených dohromady, zesílená rámy, žebry, distančními prvky a výztuhami. Velikost a polohu všech prvků určily náročné výpočty. Hledání nejlepšího poměru mezi nosností a pevností vedlo k hmotnosti přibližně 600 tun horní části jeřábu (včetně nosníků, jejich pomocných prostředků a vozíků). "Máme jeřábový systém s celkovou hmotností 1 200 tun, který je schopen uzvednout 1 500 tun, což je o 25 % více než jeho vlastní hmotnost. A musí manévrovat s milimetrovou přesností ..."

Až bude dokončena budova Tokamak, budou kolejnice z montážní haly prodlouženy o 80 m, což umožní jeřábu z Montážní haly donést předmontované komponenty do montážní jámy Tokamaku.

Testování a doprava

Vztyčení jeřábových Dvojčat se na staveništi uskuteční pomocí vysokozdvižného pásového jeřábu popojíždějícího mimo budovu a fungujícího skrze otvor  ve střeše. "Další důležitou otázkou je doprava Dvojčat z výrobní továrny, neboť jeřáby je třeba sestavit a testovat zatížením ještě v servisní dílně, pak demontovat a rozmontované přivést na staveniště a znovu smontovat," upozorňuje Roberto Lanza. "Nejproblematičtější položkou přepravy z přístavu Etang de Berre na staveniště Cadarache budou čtyři nosníky. Jejich doprava zřejmě bude vyžadovat zásahy do již dávno upravené plánované trasy." Při zkouškách mostového jeřábu Dvojčata bude zatížení simulovat  přibližně 40 ocelových a betonových bloků. Bude se provádět několik testů: statická zkouška při jmenovité nosnosti, dynamický test při zatížení 10 % nad jmenovitou nosnost (opakováním všech provozních pohybů jeřábu) a závěrečný test se zátěží 25 % nad jmenovitou nosnost k ověření průhybu 47 m dlouhých nosníků.

Tanec titánů

Jedno z mimořádně zajímavých použití Dvojčat představuje montáž vakuové komory vnořené do cívek toroidálního pole. Operaci se dostalo přiléhavého názvu „Tanec (dvou) Titánů“ SSAT-1 a SSAT-2 (Sector Sub-Assembly Tool pro vakuovou komoru). Vakuová komora se skládá z devíti sektorů a na každý sektor jsou navléknuty dvě cívky plus tepelné stínění o celkové hmotnosti 1 200 tun. Vztyčit trojici do funkční polohy je úkolem speciálních přípravků za spolupráce jeřábu Dvojče, který jednak dopraví vzduchem dílčí součásti potřebné pro sestavení trojice a jednak po dokončení montáže přenese každou podsestavu do jámy pro Tokamak. Speciální přípravky vyrobila Korea. Operace se opakuje devětkrát, jednou pro každý z devíti sektorů vakuových nádob. Očekává se, že Tanec Titánů bude jedním z nejúžasnějších představení v historii vědy a průmyslu.

Pomocník v Montážní hale

Pomocný jeřáb má nosnost 50 tun. Váha pomocných nosníků jeřábu je 42 tun a montážní výška 39 m. Jeřáb bude teleskopický a bude také pracovat uvnitř haly. Vyrobila jej opět francouzská firma REEL. Celý zvedací systém pro předmontáž součástí tokamaku je nyní již na svém místě. Po dokončení Trojbudoví (Tokamak Complex) budou kolejnice pro hlavní a pomocné jeřáby prodlouženy o 80 m, aby bylo možné přepravovat součásti mezi Montážní halou a montážním prostorem Tokamak.

Kruhový jeřáb

V navíjecí hale cívek poloidálního pole je umístěný další unikátní macek. Čtyři hydraulické stojany a nosníky tvoří kruhový jednoúčelový portálový jeřáb o průměru 30 m. Bude asistovat při navíjení cívek poloidálního pole o hmotnosti od 200 do 400 tun a 17 m až 24 m v průměru. Cívky jsou tak veliké, že je není možné převážet a musejí se navíjet přímo na staveništi. Navíjecí hala dlouhá 257 m byla první zkolaudovanou budovou na staveništi ITER. Jeřáb se pohybuje po kolejích a v průběhu poslední fáze výroby bude schopen manipulovat nejtěžšími prstencovitými cívkami doslova jemným až něžným způsobem. Jeřáb navrhla a vyrobila španělská společnost ALE Heavy lift - ocelovou konstrukci v Madridu a hydraulické a elektrické díly v Nizozemsku. Pro sestavení nosníků ze základních komponent jeřábu dodaných na staveniště ITER v červnu 2017 a instalaci kolejí a hydraulických stojek uvnitř budovy bylo zapotřebí přibližně šest měsíců práce.