大型复合罩可保护大量水

与任何大城市地区一样，哥伦比亚波哥大的储水和输水很复杂。挑战不在于供应，因为这座拥有约 900 万人口的城市每年降雨量达 32 英寸（824 毫米），加上波哥大河流经这座城市。面临的挑战是捕获这些水，对其进行处理，然后将其储存起来，以便根据居民和企业的需要保持饮用水和可用。为此，Empresa de Acueductos y Alcantarillados（渡槽和下水道公司，EAAB，波哥大）多年来在整个城市建造了一系列 59 个水箱，用于储存处理过的水并确保供应给客户。

其中一些水箱是真正的水箱——全封闭以保护水免受外部因素的影响。其他的，其中许多是旧的，是大型混凝土盆，用一系列可拆卸的盖子保护起来。一个这样的坦克，叫做卡萨布兰卡，位于波哥大南部的玻利瓦尔城附近，为大约 300 万人口提供服务。卡萨布兰卡是 EAAB 网络中最大的储水罐，也是哥伦比亚最大的储水罐，长 144 米（472 英尺）x 宽 110 米（361 英尺）x 深 9 米，可储存 143,000 立方米（ 3800 万加仑）的水。水箱被中间的混凝土隔板一分为二，以便将水储存在两个相等的部分。

维护 66 岁的卡萨布兰卡并非易事。 2009 年，人们发现水箱混凝土地板上的裂缝导致每小时有 360,000 升（95,000 加仑）的水流出 .使用聚脲涂层修复混凝土将泄漏降至零。然而，卡萨布兰卡在混凝土上方仍然存在问题。水箱中的水受到一系列由混凝土和石棉混合物组成的盖子的保护，这对水质和人类健康构成了重大威胁。旧的盖子也容易出现故障并且维护成本很高。 EAAB 需要用更安全、更轻、更耐用的替代品替换旧的盖子。

大封面，而且很多

EAAB 决定为封面寻求复合材料解决方案，但立即受到项目规模的挑战。卡萨布兰卡由一系列混凝土柱子纵横交错，这些柱子支撑着一个横梁网络，覆盖物就在上面。这些梁的间距约为 7.2 米（23.6 英尺），因此新的覆盖物必须是自支撑的，并且覆盖跨度以利用现有的基础设施。 EAAB 提议通过轻质树脂传递模塑 (LRTM) 制造此类盖子。挑战？这种应用所需的这种尺寸的复合结构从未在哥伦比亚通过 LRTM 制造过。许多制造商根本无法承担该项目。

例外的是Innovative Engineering Solutions，或Soling，这是一家复合材料制造商，位于哥伦比亚安蒂奥基亚省的La Estrella，就在麦德林以南。 Soling 由 Javiar Moreno 于 2014 年创立，他在哥伦比亚及其周边地区拥有并经营多家复合材料制造公司。 Soling 的工程协调员 Rodrigo Vergara 说，对于许多制造商来说，盖子的尺寸是不可能的。 “由于零件的大小，在哥伦比亚没有人有这方面的经验，”他指出。 “这是哥伦比亚制造的最大的复合材料部件。”然而，对于莫雷诺来说，封面的大小是一个有趣的挑战。 “对于我们的老板 [Moreno] 来说，”Vergara 说，“这是梦想成真。 “不可能”是他不理解的词。他说，‘我们会做的！’我说，‘好吧！’”

索林为卡萨布兰卡项目提出了一个具体的解决方案：一系列840 圆顶矩形复合结构，每个长 7.6 米，宽 2.4 米（24.9 x 7.9 英尺）。选择半圆形圆顶设计，Vergara 说，因为“具有最大机械阻力的几何形状是圆周。这是保证封面自立的主要因素。另一方面，我们必须找到最简单的方法将它们从制造现场运送到 260 英里外的安装点。”

根据 EAAB 规范，外壳将通过 LRTM 制造，外表面为蓝色胶衣，内表面为白色胶衣。由玻璃纤维织物和聚酯树脂组成的盖子，表面积为 28.5 平方米（207 平方英尺），重 320 公斤（705 磅），其中 208 公斤是树脂。有了设计并承诺交付封面后，Vergara 和 Soling 开始工作。

打造完美的封面

当然，索林在没有帮助的情况下并没有接手卡萨布兰卡项目。与该公司合作的是一个供应网络，其中包括一个分销商、一个材料供应商和一个设备供应商。经销商 Minepro SAS（哥伦比亚麦德林）提供技术支持并与设备供应商 Magnum Venus Products（MVP，美国田纳西州诺克斯维尔）合作，后者为 LRTM 工艺提供泵和辅助设备。材料供应商为Andercol（麦德林），提供聚酯树脂基体、胶衣和技术支持；巨石（中国桐乡市）提供无碱玻璃纤维织物。

制造自然从工具开始。问题是项目需要多少模具。为了确定这一点，Vergara 说 Soling 首先必须确定制造速度以满足 EAAB 的交付要求。这反过来又受到工作现场要求的影响。为避免在安装新盖板期间潜在地污染供水，EAAB 同意清空卡萨布兰卡的一半，盖板正在交付并降低到位。将卡萨布兰卡的储水容量减少一半是一项挑战，因此 EAAB 需要尽快交付和安装。

Soling 与 EAAB 合作，Vergara 解释说，确定了每天交付六张封面的生产计划。在一家每天运行三个八小时班次的设施中，这需要两个模具，每个模具每个班次都能够制造一个盖子。他说，这些模具是内部制造的，由玻璃纤维复合公/母设计组成，并以钢支撑结构为后盾。

模具制作完成后，索林开始着手确定圆顶的具体制造方式。 Vergara 表示，与 Minepro 和 MVP 合作，决定每个模具由两个树脂注射口和一个真空口供料。对于树脂注射，MVP 建议使用其 Patriot Innovator 大容量树脂传递模塑 (RTM) 泵装置，该装置能够输送每个盖子所需的大量树脂。 MVP 还提供了 Turbo Autosprue 阀门，以及通用耦合器、密封件和模具配件。

Vergara 说，要开始生产盖子，模具的母半部分喷上白色胶衣，模具的公半部分喷上蓝色胶衣。如上所述，两种胶衣均由 Andercol 提供。接下来，将 Jushi 提供的无碱玻璃垫和织物手工放入模具的母半部。随后通过起重机将模具的公半部分降低到母半部分，并将两半夹在一起。抽真空后，开始注入树脂。 Vergara 说，每个盖子的注射都在大约 40 分钟内完成，然后在室温下固化。每个盖板脱模后，将其修整至最终尺寸，并在盖板法兰表面切入用于缓解雨水的进水通道。

Vergara 说，盖子的庞大尺寸，加上严格的重量和尺寸要求，给它们的制造带来了最大的挑战。确定进样口位置和管理进样时间需要反复试验和咨询技术专家。然而，Vergara 说，最终，Soling 选择了一种被证明具有高度可重复性和可靠性的制造工艺。

“最大的挑战是我们要安装的元件的重量，因为我们不能超过现有结构的承载能力，”Vergara 说。 “这要求所有部件在几何形状和重量方面都具有相同的特性。保证这些条件的唯一方法是使用保证可重复性的过程。”

完成的盖子从麦德林附近的 Soling 工厂运送 418 公里（260 英里）到波哥大的卡萨布兰卡工地，然后通过起重机安装，降低到支撑结构上，并由工人站在盖子所在的横梁上定位。尽管盖子没有机械固定在支撑结构上，但 Vergara 说它们也不是为了移动或移除而设计的，除非“发生了非常严重的事情”。

Soling 于 2019 年初开始设计封面，并于 2020 年开始制造第一批封面。冠状病毒大流行和偶尔的机械挑战导致制造停止和开始，但 Vergara 说 Soling 在 7 年的时间里完成了所有 840 个封面的生产8 个月，将于 2020 年底完成。预计新盖板的使用寿命将大大延长，并且所需的维护工作比更换的盖板少得多。

Vergara 说，卡萨布兰卡项目展示了索林作为高质量、高性能、大型复合结构制造商的能力，并为其他机会打开了大门。 “这个项目是一个挑战，我们必须打破范式，即使用这种制造方法无法制造如此规模的部件，但我们仍然做到了，”他说。 “对于索菱的未来，有一点很明确：没有我们做不到的项目。”