En samlet ANSYS simuleringsmodel, der inkluderer statiske, dynamiske og termiske forhold på 70 tons rysterist
Varme, vibrationer og varierende laster på en kompleks struktur i bevægelse på 70 tons. Alt sammen til stede på Ørsteds Avedøreværk, hvor biobrændsel i form af halm omsættes til varme til de storkøbenhavnske forbrugere. Efter to år i drift viste inspektioner, at der var revner i det faste stativ, som bærer rysteristen, hvor halmen afbrændes. Samlet set er der tale om et stativ med rysterist på cirka 70 tons. Nederst er stativet fastboltret i betonfundamentet. Ovenpå er der monteret fire bevægelige rysteriste, der hver især er monteret på 30 skråtstillede fjedre. I den forreste ende af stativet drives de fire rysteriste frem og tilbage af en krumtapmekanisme med plejlstænger efter samme princip som en stempelmotor, der kører på benzin eller diesel. Krumtapmekanismerne drives af to elmotorer. Nedefra blæses der primærluft op gennem den perforerede bund i rysteristene til selve brændkammeret i kedlen. For at fordele halmen ud på rysteristene rystes disse hvert halve minut i otte sekunder. Samtidig rystes aske og slagger ned for enden af kedlen, hvor det opsamles i et slaggertrug og transporteres væk.
» Det er en kompleks størrelse. Ikke så meget størrelsen og tonnagen, men mere at det er alle former for påvirkninger – både statiske, dynamiske og termiske. Det vanskeliggør beregninger og analyse «
Syn for sagen
Leverandøren af hele anlægget har lavet en del udbedringer og forbedringer de seneste par år. Ved revisionen i 2019 blev der bl.a. konstateret revner og brud omkring stødstængerne, hvorfor dette måtte undersøges nærmere. Et af resultaterne fra de nærmere undersøgelser var, at rysteristen under rystesekvenserne faldt sammen med egenfrekvensen for stativet, samt at der jævnligt opbyggede sig slagger på risten. Herved blev stativet ekstra påvirket af svingningerne og den samlede masse, der skulle vibreres, øget fra rysteristens egne ca. 15 ton. Dette har samlet påvirket hele konstruktionen i meget negativ retning. Der har ved flere lejligheder været lukket for produktionen på anlægget for at fjerne slagger og udbedre revner i stativet og stødstængerne.
Uvildig ekstern rådgiver
Kirkholm blev hentet ind som uvildig ekstern rådgiver. Opgaven lød på, at Kirkholm ved hjælp af simulering skulle finde de bagvedliggende årsager til konstruktionens havari samt forslag til en holdbar udbedring. De statiske påvirkninger fra slagger og deres bidrag til øgede belastninger under de dynamiske bevægelser viste sig ikke at være medtaget i de oprindelige beregninger på anlægget. Deres massive bidrag har med andre ord været delårsag til havari. Det samme har undersmøring af et leje i forbindelse med stødstangen sandsynligvis. I opgaven er der medtaget analyser af egensvingninger, termiske analyser, statiske laster og påtrykte dynamiske laster, der til en vis grad blev verificeret af strain gauges målinger (måling af længdeudvidelse). Det viste sig også, at der ikke var taget højde for de termiske påvirkninger på dele af konstruktionen. Der var op til 200 graders forskel i stativet, eftersom det kun er dele af stativet, der opvarmes. Det påvirker de kræfter, der går i fundamentet enormt meget - også meget mere end forventet. Dette gør, at fundamentet også er blevet en vigtig del af udbedringen, og at COWI, der oprindeligt har stået for entreprisen, er blevet inddraget i projektet. I de to figurer ses forskellen i udbøjningen af strukturen tydeligt.
”Det er en kompleks størrelse. Ikke så meget størrelsen og tonnagen, men mere at det er alle former for påvirkninger – både statiske, dynamiske og termiske. Det vanskeliggør beregninger og analyse,” udtaler Robert Eriksen fra Kirkholm. Han har sammen med Jonas Marciniak forestået analytiske beregninger og simuleringer i Ansys Workbench. Jonas supplerer: ”De enkelte elementer trækker i hver sin retning. Med hensyn til termiske påvirkninger, så er en fleksibel konstruktion at foretrække, hvorimod stivhed er bedst i forhold til vibrationer” og fortsætter: ”Det nærmer sig en gordisk knude, og vi har været nødsaget til at indgå kompromiser for at komme i mål.”
Omfanget af opgaven er blevet lidt større end først antaget. Årsagen til det er beslutningen om at få alle detaljer med nu i stedet for at risikere et havari igen midt i fyringssæsonen. Løsningerne er nu implementeret og har kørt i et par måneder. Det drejer sig blandt andet om nye plinte i fundamentet, renovering og omstøbning af eksisterende plinte samt nye ben og en større mængde afstivninger designet til at lede kræfter ud i konstruktionen på en hensigtsmæssig måde. Stødstangen er også re-designet og fremstillet med stor udmattelsesstyrke for øje. Alt i alt et stort og omfangsrigt projekt, der gerne skulle sikre driften i tiden, der kommer. Robert fortæller afsluttende: ”Det er en spændende opgave, og selvom vi har regnet og analyseret på mange detaljer, så er det beregningsmæssigt med udgangspunkt i en ny konstruktion. Her er der tale om en konstruktion, der har været i drift, og hvor vi ved, at den har været udsat for udmattelsesskader. Reelt ved vi ikke i hvilket omfang eller konsekvensen af dem."
