Contexte du projet

À mesure que le secteur de l'énergie hydrogène se développe, les équipements d'électrolyse imposent des exigences de plus en plus élevées en matière de précision d'assemblage, d'étanchéité et de fiabilité opérationnelle.

Dans la fabrication d’électrolyseurs alcalins et PEM, la pile est assemblée en empilant plusieurs cellules électrolytiques, plaques bipolaires et composants membranaires. Lors de l'assemblage, un pré-serrage des boulons de haute précision est nécessaire pour garantir une force de serrage uniforme et stable. Cette force de serrage assure une étanchéité optimale entre les composants, empêchant ainsi les fuites d'hydrogène et d'oxygène, ainsi que l'infiltration d'électrolyte.

Les tendeurs hydrauliques de boulons utilisent la puissance hydraulique pour allonger les boulons de manière élastique. Pendant que les boulons s'allongent, les écrous sont serrés. Une fois la pression relâchée, les boulons reprennent leur forme initiale, générant ainsi une force de précontrainte stable. Cette force s'exerce sur les plaques d'extrémité, achevant ainsi le verrouillage de la pile. De ce fait, l'assemblage en pile des électrolyseurs répond aux exigences de capacité de charge élevée, de haute précision et de répartition uniforme des contraintes.

solutions_de_serrage_hydraulique_des_boulons_des_électrolyseurs_d'hydrogène

Besoins des clients et défis techniques

1. Exigences relatives à la précontrainte des boulons soumis à des charges élevées

La structure de la pile d'électrolyseurs nécessite une force de compression globale importante pour garantir un contact adéquat entre les plaques bipolaires et les composants d'étanchéité.

Dans le cadre de ce projet, le client a demandé que les points suivants soient abordés :

  • Caractéristiques techniques du boulon : M68×6
  • Dimensions de la clé à écrou : 100 mm
  • Épaisseur de l'écrou : 120 mm

Mise en œuvre :

  • Force de traction maximale : 1 500 kN
  • Course d'étirement du boulon : 225 mm

2. Exigence de mise en tension synchronisée en plusieurs points

L'électrolyseur étant constitué de plusieurs composants empilés les uns sur les autres, il est nécessaire de veiller à une répartition uniforme des forces entre les boulons.

Les méthodes traditionnelles de fixation manuelle présentent les inconvénients suivants :

  • Répartition inégale de la charge sur les boulons
  • Inclinaison de la plaque d'extrémité
  • Pression d'étanchéité locale insuffisante
  • Risque accru de fuite

Par conséquent, le client exige que le système de tension hydraulique permette un fonctionnement synchronisé de plusieurs tendeurs et offre un contrôle par zone en fonction des besoins réels.

3. Exigences en matière de contrôle d'automatisation

Afin d'améliorer l'efficacité de l'installation des tendeurs hydrauliques, de renforcer les capacités de contrôle des processus et de réduire les risques liés aux opérations manuelles, ce projet exige que le système dispose des éléments suivants :

  • Fonction de verrouillage automatique
  • Réglage de la force de tension
  • Réglage de la tension et du déplacement
  • Suivi des données en temps réel
  • Avertissement de pression anormale
  • Fonction de stockage et d'exportation des données

Solutions de serrage hydraulique des boulons proposées par EKXIA

Afin de répondre aux exigences d'assemblage des électrolyseurs à hydrogène, EKXIA a conçu et fourni une solution intégrée et automatisée de précontrainte hydraulique comprenant :

  • Tendeurs de boulons hydrauliques
  • Station de pompage hydraulique de type séparé
  • Système de commande intelligent à API
  • Système d'interface homme-machine (IHM)
  • Système de détection de déplacement

Ce système serre simultanément 18 goujons filetés. Il automatise le serrage des écrous, ce qui le rend réglable, visible, contrôlable et capable d'enregistrer des données.

Solutions de serrage hydraulique des boulons pour électrolyseurs à hydrogène d'EKXIA

Configuration de la solution

1. Système hydraulique de mise en tension des boulons

Le tendeur hydraulique de boulon utilise un système d'entraînement hydraulique à haute pression. La pression hydraulique permet de contrôler avec précision l'allongement du boulon. Une fois que le boulon a atteint l'allongement défini, l'écrou est serré et le tendeur achève le processus de verrouillage lors de la relâchement de la pression.

Principaux paramètres techniques :

Paramètre Valeur
Pression de service maximale 70 MPa
Force de traction maximale 1 800 kN
Surface effective du piston 25 728 mm²
Accident vasculaire cérébral 35 mm
Taille du boulon M68×6
Durée de vie en fatigue du dispositif d'extraction ≥ 10 000 cycles
Durée de vie des cylindres ≥ 30 000 cycles

Caractéristiques de l'équipement :

  • Structure en acier allié à très haute résistance
  • Raccords rapides à verrouillage automatique
  • Conception d'accouplement amovible
  • Mécanisme de limitation de la course excessive
  • Mécanisme de rétraction hydraulique

Conçu pour répondre aux exigences des applications industrielles intensives à long terme.

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2. Système de verrouillage automatique

Le système est équipé d'un moteur hydraulique qui entraîne la rotation de l'écrou. La rotation de l'écrou permet un verrouillage automatique pendant l'allongement du boulon.

Caractéristiques principales :

  • Élimine le besoin d'une aide au serrage manuel
  • Rotation automatique à couple élevé
  • Améliore l'efficacité de l'installation
  • Garantit une précharge constante

Écrou à entraînement par moteur hydraulique :

  • Couple moteur : 120 Nm
  • Couple de serrage de l'écrou : environ 150 Nm

3. Système de station de pompage hydraulique autonome

La station de pompage hydraulique intègre une conception séparée pour le module de commande et le module d'alimentation en huile, ce qui améliore la flexibilité de l'installation sur site.

Caractéristiques techniques principales :

Paramètre Valeur
Pression de service maximale 70 MPa
Alimentation électrique 380 V / 50 Hz
Puissance du moteur 5,5 kW
Débit nominal 3 l/min
Capacité du réservoir de pétrole 60 L

Le système utilise :

  • Commande par automate programmable Siemens S7-1200
  • MCGS HMI (interface homme-machine)
  • Écran LCD tactile de 10 pouces

L'interface homme-machine (IHM) permet :

  • Réglages des paramètres
  • Surveillance en temps réel
  • Stockage des données
  • Exportation des données
système de station de pompage hydraulique indépendante

4. Système de commande synchrone intelligent

Le système prend en charge plusieurs modes de contrôle de la tension :

  • Tensionnement synchrone à 18 groupes
  • Commande par zones 9×2
  • Commande par zones 6×3
  • Commande indépendante pour chaque groupe

Configuration du système :

  • Système de commande de vannes à 18 canaux
  • Surveillance de la tension sur 18 canaux
  • 6 capteurs de déplacement

Un capteur de déplacement est prévu pour chaque groupe de trois tendeurs. Ces capteurs surveillent en temps réel les variations de déplacement de chaque tendeur. À partir de ces données, le système garantit une mise en tension synchrone de haute précision.

Caractéristiques fonctionnelles du système

Contrôle précis de la tension

Le système permet de définir des valeurs cibles de force de serrage ou de déplacement. Il peut basculer entre le mode pression et le mode position afin de s'adapter aux besoins des différents processus d'assemblage.

Surveillance des paramètres en temps réel

Le système affiche en temps réel les paramètres clés, tels que la force de tension, la pression hydraulique, le déplacement de tension et la température ambiante. Il représente visuellement les variations tout au long du processus de tension à l'aide de courbes.

Enregistrement des données et traçabilité

Le système permet d'enregistrer des paramètres, d'exporter des données via USB et de les transférer vers un PC. Les formats de données pris en charge sont notamment XLSX, CSV et TXT.

 

Procédures d'installation et d'utilisation des équipements

Étape 1 : Installez la base du tendeur.

Conformément aux exigences structurelles de l'équipement, les installateurs ont monté les 18 bases de tendeurs aux emplacements prévus.

installer_la_base_du_tendeur

Étape 2 : Installez manuellement les tiges de guidage.

installer_manuellement_les_tiges_de_guidage

Étape 3 : Installez le tendeur hydraulique.

Les ouvriers ont hissé 18 vérins hydrauliques de mise en tension et les ont fixés aux socles de montage.

installer_le_tendeur_hydraulique

Étape 4 : Retirez la tige de guidage et installez l'extracteur de noyau.

retirer_la_tige_de_guidage_et_installer_l'extracteur_de_noyau

Étape 5 : Raccorder les systèmes de commande hydrauliques et électroniques.

Raccordez successivement la conduite d'huile du moteur hydraulique et le bloc de vannes du moteur hydraulique. Raccordez les conduites d'huile du système hydraulique et les câbles électriques aux raccords correspondants de l'équipement de mise en tension, en respectant la numérotation.

raccorder les systèmes de commande hydrauliques et électroniques

Étape 6 : Installez le capteur de déplacement.

Installez six capteurs de déplacement et répartissez-les uniformément selon les besoins.

installer_le_capteur_de_déplacement

Valeur du projet

Grâce à cette solution de serrage hydraulique des boulons, le client bénéficie des avantages suivants :

  • Amélioration de l'efficacité de l'assemblage

Le fonctionnement synchronisé de 18 tendeurs hydrauliques réduit les tâches manuelles répétitives, ce qui améliore considérablement l'efficacité du montage des cellules électrolytiques.

  • Amélioration de la régularité de la précharge

Le double contrôle de la pression et du déplacement garantit une répartition uniforme de la charge sur l'ensemble des boulons, optimisant ainsi la fiabilité de l'étanchéité des cellules électrolytiques.

  • Réduction du risque opérationnel

Le contrôle automatisé réduit au minimum les interventions manuelles dans les environnements soumis à de fortes charges, ce qui améliore la sécurité globale sur le site.

  • Gestion numérique

L'enregistrement complet des paramètres de mise en tension permet une traçabilité totale du processus d'assemblage et une gestion rigoureuse de la qualité.

Compétences d'EKXIA en matière de solutions hydrauliques

EKXIA ne se contente pas de fournir des outils hydrauliques, mais propose également des solutions de systèmes hydrauliques sur mesure, adaptées aux besoins spécifiques des clients en matière d'applications.

Nos solutions comprennent :

  • Systèmes hydrauliques de serrage de boulons
  • Systèmes hydrauliques de serrage au couple
  • Systèmes de levage hydrauliques
  • Systèmes de vérins hydrauliques
  • Systèmes de commande hydrauliques automatisés

En alliant technologie hydraulique, conception de systèmes et expertise en ingénierie, EKXIA propose des solutions hydrauliques fiables et efficaces pour des secteurs tels que l'énergie à l'hydrogène, la production d'électricité, la construction de ponts et les équipements lourds.