Традиції інженерної справи: підводна пригода Schréder-Comatelec
Неподалік Єлисейських полів розташована Association Française de l'Éclairage (Французька світлотехнічна асоціація) - авторитетна організація, яка представляє виробників освітлювального обладнання. У вестибюлі фриз Рауля Дюфі прославляє геніїв Едісона, Келвіна та Ферріє. Нагорі, у затишній залі засідань, обставленій обтягнутими шкірою фоліантами з технологій освітлення минулих століть, Крістіан Реманде розповідає про вкрай некомфортне середовище: недобудований тунель на сорокаметровій глибині під протокою Ла-Манш, де він мав перевірити, чи витримає розробка його команди одні з найекстремальніших умов на планеті.
Під водою треба бути готовим до всього. Маю на увазі водонепроникність, стійкість до корозії, здатність витримувати екстремальний тиск. Світильники мають витримувати потоки повітря від поїздів, які проносяться тунелем зі швидкістю до 360 км/год.
Тунель під Ла-Маншем не мав аналогів, тому команда інженерів Крістіана повинна була розробити не тільки систему освітлення, а й методи її тестування. Цей проєкт потребував тісної міжнародної співпраці, математичного моделювання та випробувань обладнання під високим тиском води. Розроблений ними світильник згодом став одним із найпопулярніших продуктів компанії, освітлюючи об'єкти від Медельїна до Монако.
Сам тунель є справжнім інженерним дивом. Американська асоціація цивільних інженерів визнала його одним із семи чудес сучасного світу. Він пролягає на глибині 75 метрів під морським дном, має довжину 50 кілометрів, а для його спорудження знадобилося 11 бурових машин протягом семи (насправді дуже цікавих) роки. У 2019 році тунелем проїхало 1,6 мільйона вантажівок, 2,61 мільйона легкових автомобілів і 11 мільйонів пасажирів Eurostar1.
Наша робота складалася з двох етапів. Спочатку треба було забезпечити освітлення під час будівництва, адже під морем прокладали три паралельні тунелі: два для поїздів і один сервісний між ними, плюс термінали. Другий етап полягав в ефективному, надійному і простому в обслуговуванні освітленні для завершеного об'єкта.
Ви коли-небудь замислювалися, як виглядає тунель зсередини або як він освітлюється? Актор Ламберт Вілсон проїхав сервісним тунелем на Audi A8, презентуючи цей розкішний автомобіль. А переможець «Тур де Франс» Кріс Фрум проїхав тунелем на велосипеді Pinarello Bolide за 55 хвилин у рамках співпраці з Jaguar.
Інженери почали думати про освітлення задовго до випробувань своїх розробок на міцність. Освітлення тунелів — це особливий виклик, тому коли у Schréder почули чутки про можливе будівництво тунелю під Ла-Маншем, одразу взялися за планування. "Як тільки ми почули слово «тунель», відразу загорілися", — згадує Крістіан.
У 1980-х компанія працювала над освітленням приміського залізничного тунелю в Массі, який мав саме такий вигин стін - це дуже важливо. "Ми хотіли порівняти співвідношення між кількістю світла, що випромінювалося світильником, і кількістю світла, що відбивалося від вигнутих стін", — каже Крістіан. Як і джерело світла, "тунель сам по собі працює як відбивач — не дуже ефективний, та все ж відбивач".
Компанія Schréder протягом багатьох років досліджувала фотометрію - науку про вимірювання світла.
Це не просто створення світла, а розміщення його там, де потрібно, і тоді, коли потрібно. Кожен може продати кілька світильників, ми ж продаємо системи освітлення.
Розроблені для тунелю люмінесцентні світильники,— JVT, MY1 і MY2 — досі використовуються та адаптовані під поточні потреби. Основні тунелі освітлюються лише в екстрених ситуаціях, оскільки поїзди мають власне освітлення, і машиністи надають йому перевагу. Виготовити світильники значно простіше, ніж зробити їх достатньо міцними для умов тунелю.
У тунелях такого типу проблема полягає в надто малій відстані між поїздом і стінами – це свого роду як велосипедний насос. Коли поїзд рухається, він виштовхує повітря перед собою, підвищуючи тиск, тоді як позаду тиск знижується. Уявіть ефект від швидкісного поїзда, що пролітає повз пасажирську платформу! тільки тут повітрю немає куди подітися. Це явище відоме як ефект поршня. Між двома залізничними тунелями є канал, який дозволяє повітрю циркулювати і протидіяти такому ефекту. Та все одно перепади тиску можуть складати на третину більше чи менше від нормального атмосферного тиску на рівні моря.
Команда Крістіана провела детальні математичні розрахунки, щоб розробити світильники, здатні витримати такі екстремальні умови, а тоді почала думати над тим, як прикріпити їх до стінових поверхонь. Це зумовило появу захисного кожуха з подвійним ущільненням, хімічно зміцненого скла та спеціальної конструкції затискачів, що кріпляться на склі.
Внутрішня лабораторія Schréder розробила спеціальну установку, яка дозволила проводити три випробування одночасно: перше - світильник піддається розгерметизації, інше — компресії, а третє — швидкому циклу компресії і розгерметизації, що імітує вплив високошвидкісних поїздів, які проїжджають тунель на повній швидкості.
Для остаточної перевірки надійності інженери піддали прототипи випробуванню високим тиском. "Що стосується випробувань, — зазначили вони тоді, — циклічне є, безперечно, найскладнішим. Прилади, здатні його витримати, без проблем проходять випробування високим тиском, навіть коли він діє безпосередньо на ущільнювач протягом тривалого часу". Після завершення випробувань з високим тиском, настав час потрясти світильники як ураган.
“Лабораторія була дуже добре обладнана, та ми не мали аеродинамічної труби," – згадує Крістіан.
Тоді команда перетнула кордон і почала співпрацювати з Університетом Льєжа та Інститутом гідродинаміки імені фон Кармана в Брюсселі. Вони використали математичне моделювання для масштабування результатів аеродинамічної труби, щоб відтворити вищі швидкості в тунелі. У рамках транскордонного обміну інженерним досвідом, що відповідав духу проєкту Євротунелю, теоретичні розрахунки, зроблені Університетом Льєжа, перевірили на випробувальному стенді в Імперському коледжі Лондона. Результати виявилися надзвичайно точними.
Навіть коли потяги не курсують, 12 000 MY1, 7 000 MY2 і 13 000 JVT перебувають не в кращих умовах тунелю. "З рейок осипається залізний пил, з контактної мережі падають дрібні частинки міді, а ще вода і сіль!" — вигукує Крістіан. "Це просто ідеальні умови для руйнування алюмінію."
Для захисту вмісту світильника компанія розробила подвійний корпус. “Разом з Франсіс Шредер ми накидали ескіз у фойє Bagnolet Novotel”, – згадує Крістіан. “Ми спроєктували багато водонепроникних люмінесцентних світильників. Потрібна була подвійна оболонка." Готовий виріб складається з алюмінієвих рам, закріплених на кінцях світильника і закритих кришками з нержавіючими гвинтами. Оскільки все можна виміряти, Міжнародна електротехнічна комісія запровадила міжнародну систему класифікації герметичності: весь світильник має IP 67, такий самий як у телефона Google Pixel 2.
Випробувальний стенд Schréder був настільки вражаючим, що інша компанія, яка працювала над тунелем, в кінцевому підсумку використала його для випробування розподільних коробок з нержавіючої сталі. "Коли вони побачили, скільки часу ми приділили на випробування світильників, то звернулися до нас з проханням провести свої порівняльні випробування на нашій установці", — розповідає Крістіан. Після багатьох років спільної роботи над тунелем між конкурентними компаніями встановилася безпрецедентна довіра. Технічна верифікація проводилася безпосередньо між Лондоном і R-Tech, R&D центром Schréder у Льєжі.
Щороку мільйони пасажирів, що п'ють шампанське в бізнес-класі Eurostar чи їдуть зі своїми авто на Le Shuttle у відпустку з родиною, усвідомлюють, що користуються одним із чудес інженерної думки XX століття. На великій глибині під рівнем моря працівники, водії та пасажири користуються тунелем, освітленим Schréder за допомогою найінноваційніших технологій того часу, які й через двадцять років не втратили своєї актуальності. Щасливої подорожі!
Подяка
Schréder висловлює подяку Крістіану Реманде за те, що знайшов час поспілкуватися з нами і розповісти цю дивовижну історію!
Джерело
1: https://www.getlinkgroup.com/en/our-group/eurotunnel/activity-and-performance/