Duplex segmentdeuren voor sluis Södertälje
Een sluis verbouwen zonder de vaart te stremmen, een klant die een bijzonder type sluisdeur wil en state-of-the-art-ontwerptechnieken: uitdagingen genoeg bij de uitbreiding van de grootste sluis in Scandinavië. De bestaande sluis in Södertälje is 135 meter lang en 20 meter breed. De sluiskolk wordt vergroot naar 170 meter lang en 25,3 meter breed. MH Poly en Iv-Infra verzorgen, als joint venture met de naam S3P, het ontwerp van onder andere de nieuwe sluishoofden, inclusief segmentdeuren en werktuigbouwkundige onderdelen, en de geleideconstructies in het sluishoofd ter bescherming van de sluisdeurarmen (bekijk de projectreferentie van dit project).
Duplex segmentdeuren
De sluisdeuren worden uitgevoerd als segmentdeuren in duplex staal. Voor Nederland is dit een unieke toepassing. Duplex staal is een type roestvaststaal met corrosiebestendige eigenschappen. Met dit materiaal zijn de onderhoudskosten tijdens de levensduur zeer beperkt vanwege het ontbreken van conservering.
Het ontwerp van de sluisdeuren
De huidplaat van de segmentdeur is cirkelvormig en voorzien van langsverstijvingen. Aan de onderkant is een aangepaste geometrie in de huidplaat toegepast, zodat in de nivelleerstand een optimaal stromingsprofiel ontstaat. Dwarsdragers brengen de belasting over naar twee kokervormige hoofdliggers met openingen om in- en uitstroom van water mogelijk te maken. De klep heeft drijfkamers aan beide kanten, zodat het operationeel gewicht nagenoeg nihil is. In dwarsrichting zijn de drijfkamers zo gepositioneerd dat er in alle standen een zelfsluitend moment aanwezig is. In geval van volledige uitval van energie kan de sluisdeur zichzelf sluiten. In gesloten stand heeft de klep twee opleggingen tegen de drempel (eindstops) om de juiste positie van de sluisdeur te garanderen.
Aan de einden van de hoofdliggers bevinden zich verbindingen voor de armen. Per zijde komen twee armen samen bij de hoofdas, die is uitgevoerd als buisprofiel. De hoofdas kan roteren in twee lagers die zijn aangebracht in een stalen frame. Tussen de primaire en secundaire lager is een console aangebracht voor bevestiging van een hydraulisch cilinder. De console creëert een werkarm van de hydraulische cilinder naar de hoofdas. Hiermee wordt de stand van de deur geregeld en wordt de voorziening gecreëerd om de deur te vergrendelen in verschillende posities. Deze constructies worden symmetrisch uitgevoerd, dus met een aandrijving aan beide zijden van de deur.
Uitdagingen in het ontwerp
De segmentdeuren worden op beide sluishoofden tegengesteld uitgevoerd. Mocht er bij het binnenvaren van de sluiskolk een aanvaring plaatsvinden, dan gebeurt dit altijd aan de holle zijde van de deur met trekkracht op de armen. Vanuit beschikbaarheidseisen worden een derde klep en armen gefabriceerd en opgeslagen op het sluiscomplex. De kleppen en armen zijn onderling uitwisselbaar.
Tekst gaat door onder afbeelding
Vermoeiing is een belangrijk aspect bij het ontwerp van de staalconstructie, vooral voor de detaillering van de drijfkamers, armen en de hoofdassen. De drijfkisten worden bij elke bewegingscyclus vanaf de waterlijn tot onder de sluisbodem bewogen. Dit geeft een grote belastingwisseling op de constructie en met name de plaatverstijvers van de drijfkamers. Er is gekozen voor toepassing van interne ringverstijvers in lijn met de langsverstijvers op de huidplaat. Per zijde zijn zes gescheiden compartimenten toegepast, elk met een toegangsdeur voor inspectie en onderhoud. Met het oog op eventuele toekomstige aanpassingen aan de deur of grotere aangroei dan verwacht wordt ballastgewicht (circa 2,5% van het deurgewicht) in de drijfkamers aangebracht.
De afdichtingen vormen een belangrijk onderdeel binnen het functioneren van de sluisdeur. Lekkage moet minimaal zijn en bovendien moet een bepaalde levensduur gegarandeerd worden. Aan beide zijden wordt een dubbele lipafdichting toegepast in een cirkelvorm. Om slijtage door de deurbewegingen te reduceren, is het centerpunt van de afdichting zo gekozen dat bij het bewegen van de deur naast de tangentiële beweging ook een geringe radiale beweging optreedt, waardoor de contactlengte tussen afdichting en de ingestorte stalen plaat wordt verminderd.
Het ontwerp van de onderafdichting bleek een lastige opgave vanwege optredende vervormingen, bouwtoleranties en stijfheidseisen. De vervormingen van de klep bij verval zijn relatief groot, daarom is het contactvlak met de drempel parallel aan de doorbuigingsrichting gekozen. Voor de vervormingscapaciteit van de onderafdichting is rekening gehouden met de optredende vervormingen van de drempel en bouwtoleranties van de sluisdeur en de drempel. Als ontwerpuitgangspunt is gehanteerd dat de deur altijd tegen zijn eindstops aan moet liggen door het sluitende moment. Hiermee is de veerstijfheid van de onderafdichting gemaximaliseerd.
