CMS installations are put to the test
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CMS has just undergone two important tests: a spectacular test of the fire extinguishing system in the underground cavern (photo below) and, on the surface, a strength test on the plug over the main shaft, which will bear the weight of the detector components when they are lowered into the CMS hall.
A feat of strength for CMS
The plug over the CMS shaft, which will be required to bear the weight of the various detector sub-assemblies when they are lowered into the experiment hall, has just passed a strength test.
Members of the team responsable for the strength test stand on the plug for the main CMS shaft on which 2500 tonnes of steel blocks have been placed.
The plug, a huge 2.2-metre-thick rectangular block of reinforced concrete measuring 15 x 20 metres and weighing 2000 tonnes, underwent its first strength test on 15 May.
The plug's construction itself represented a major technical challenge for the Technical Support Department's Civil Engineering Group (TS-CE), as it comprises a 142-tonne steel frame. 'It's unquestionably the biggest single-piece mobile concrete structure our group has ever had to deal with', explains Jean-Luc Baldy, Head of Civil Engineering at CERN.
The plug will play a vital role when the CMS detector is lowered into the experiment hall. The various CMS sub-assemblies are being put together on the surface and will be lowered into the cavern this summer. Each one, weighing between 270 and 2000 tonnes, will be shifted onto the plug over the shaft, then lifted by the crane recently installed (see Bulletin No. 11/2006). The plug will then slide open on its rails to expose the top of the shaft. Finally, the crane will lower the detector components 100 metres down to the bottom of the shaft.
Before commencing the manoeuvres, the teams tested the strength of the plug by placing steel blocks with a total weight of 2500 tonnes on it. 'This is equivalent to 125% of the maximum load on the block', says Lucien Veillet, who is in charge of coordinating CMS assembly at Point 5. A few hours later, the surveyors from the TS-SU Group measured the deformations at four vital points of the structure. The results exceeded expectations as the maximum deformation was 2.8 mm, much less than the expected 12 mm resulting from the theoretical calculations.
The next step will be to test the crane by lifting the plug with an additional 800 tonne load, in other words a total load of 2800 tonnes. The equipment will then be ready for the lowering operations to begin. 'The first detector components, the two 270-tonne forward calorimeters (HF), will be lowered down at the end of July', explains Lucien Veillet. It will be followed by thirteen other sub-assemblies, including the central part that will support the solenoid, weighing a total of 2000 tonnes.
CMS gets foamy
The safety system aimed to extinguish fires was tested in the CMS cavern. This very impressive foam test proved a great success.
The enormous rumbling heard 100 m under the earth on Friday, 12 May, was not the start of a foam party at CMS. The Safety Team looked on from the second tier of the CMS underground cavern as it reechoed to the sound of water rushing through the two huge pipes overhead and the air was filled with a mixture of water and foam. A minute later it was a winter wonderland, as fluffy puffs of foam came shooting out of the twelve foam blowers lining the upper cavern walls on both sides.
In less than two minutes 7 m3 of water mixed with a small percentage of foaming liquid, was transformed into 5600 m3 of foam and discharged into the cavern.
This was the first foam test conducted in a physics experiment hall, and hopefully the last. If a run-away fire were to break out in the CMS cavern the High Expansion Foam System foam would be used as a last resort to save the cavern, parts of the metallic structure and particle detector.
According to Stefano Fratianni, Project Engineer for the Safety System, these kinds of systems are used to protect extremely large premises, such as automobile factories and aircraft hangars, but the CMS system is characterized by some innovative technical solutions. The system is completely passive, the pressure is not generated by pumps, but by the 100 m water column between the surface reservoir and the underground cavern. The Safety Team dealt with many unique requirements that never had before been met by the industry, including the height of foam to be produced, the distance between the different components of the system, the resistance to activated materials and the large amount of smoke. The engineers had to consider that foam tends to collapse when produced in a similar environment, so they designed the system to fill approximately 120 000 m3, even though the volume of the cavern is just 40 000 m3. It takes just seven minutes to fill the entire space.
Kiddie Italia supplied the system components while ZEC, a Polish company, took care of the pipelines. 'Foam was the natural choice for this sort of space. We needed a kind of foam that doesn't deteriorate for a long time,' explained Fratianni. Kidde Italia foam can stay in the system, ready for use for up to 15 years.
'Fire is one of the biggest threats to CMS, especially since it is an underground installation. We therefore took unprecedented precautions for a particle physics detector to mitigate this threat. I am very happy to see that the Foam System is performing to our fullest satisfaction,' said Christoph Schäfer, Group Leader in Matters of Safety for CMS.
Technical info
Cover articleOther (French)
CMS vient de réaliser deux tests importants. Un spectaculaire essai du système d'extinction d'incendie a été mené dans la caverne (voir photo). En surface, les équipes ont testé la robustesse du bouchon du puits principal qui devra supporter les éléments du détecteur avant leur descente dans le hall expérimental.
Other (French)
CMS vient de réaliser deux tests importants. Un spectaculaire essai du système d'extinction d'incendie a été mené dans la caverne (voir photo). En surface, les équipes ont testé la robustesse du bouchon du puits principal qui devra supporter les éléments du détecteur avant leur descente dans le hall expérimental.
Tour de force pour CMS
Le bouchon du puits de CMS, qui devra supporter les différents sous-ensembles du détecteur avant leur descente dans le hall d'expérimentation, a passé avec succès un test de robustesse.
L'équipe qui a réalisé le test de charge pose sur le bouchon du puits de CMS lesté de 2500 tonnes de blocs d'acier.
Le bouchon du puits de CMS a passé sa première épreuve de force le 15 mai dernier. Le puits de CMS est en effet coiffé par un bouchon, un énorme bloc en béton armé rectangulaire de 15 par 20 mètres, épais de 2,2 mètres d'épaisseur, et pesant 2000 tonnes!
La construction de ce bouchon a déjà représenté un défi technique pour le groupe Génie civil du département Support technique (TS-CE), puisqu'il est constitué d'une armature en acier de 142 tonnes. «C'est incontestablement un record pour notre groupe en matière de structure béton armé mobile d'un seul tenant», explique Jean-Luc Baldy, responsable du génie civil du CERN.
Ce bouchon jouera un rôle crucial pour la descente du détecteur CMS dans son hall d'expérimentation. Les différents sous-ensembles de CMS, assemblés en surface, seront descendus dès cet été dans la caverne. Chacun de ces sous-ensembles, pesant de 270 à 2000 tonnes, sera glissé sur le bouchon au-dessus du puits, puis soulevé par le portique nouvellement construit (voir Bulletin n°11/2006). Le bouchon glissera ensuite sur ses rails afin de dégager l'entrée du puits. Enfin, la partie détecteur sera descendue par le portique à 100 mètres sous terre.
Avant de débuter ces grandes manoeuvres, les équipes ont donc testé la robustesse du bouchon. Des blocs en acier y ont été déposés pour atteindre la charge de 2500 tonnes. «Cela représente 125% de la charge maximale que devra supporter le bouchon», remarque Lucien Veillet, en charge de la coordination de l'assemblage de CMS au Point 5. Quelques heures plus tard, le groupe des géomètres du groupe TS-SU a effectué des mesures de déformation en quatre points cruciaux de la structure. Le résultat est au-delà des attentes! La déformation atteignait au maximum 2,8 millimètres alors que les calculs théoriques l'estimaient à quelque 12 millimètres.
La prochaine étape consistera à tester le portique pour la descente. Il soulèvera le bouchon avec une charge supplémentaire de 800 tonnes, soit une charge totale de 2800 tonnes. L'équipement sera ainsi fin prêt pour la grande descente. «Les premiers morceaux du détecteur, les deux calorimètres à petits angles (HF) de 270 tonnes chacun, seront descendus fin juillet», explique Lucien Veillet. Suivront treize autres sous-ensembles, dont la partie centrale qui supporte le solénoïde et pèse 2000 tonnes au total.
CMS se fait mousser
Le système d'extinction d'incendies testé dans la caverne de CMS : beaucoup de mousse pour un grand succès !
L'énorme grondement entendu à 100 m sous terre le 12 mai n'était pas le début d'une soirée mousse à CMS. Pendant que l'équipe de sécurité postée au deuxième niveau de la caverne CMS observait l'opération, le bruit de l'eau s'engouffrant dans les deux énormes tuyaux suspendus retentissait dans le hall. Une minute plus tard, des masses floconneuses s'échappaient des douze lances à mousse disposées en haut des parois, créant un hiver de carte postale. En moins de deux minutes, 7 m3 d'eau mélangée à une petite proportion de liquide moussant ont été transformés en 5600 m3 de mousse et répandus dans la caverne.
Il s'agissait du premier dégagement de mousse dans un hall d'expérimentation de physique, et espérons qu'il n'y en aura pas d'autre. En cas d'incendie non maîtrisé dans la caverne de CMS, le dégagement de mousse à haut foisonnement sera déclenché en dernier ressort pour sauver la caverne et certaines parties de la structure métallique et du détecteur.
D'après Stefano Fratianni, ingénieur de projet chargé du système de sécurité, ce type de système est utilisé pour protéger des espaces très vastes, tels que des usines d'automobiles et des hangars d'aviation.Le système utilisé à CMS présente toutefois des caractéristiques techniques inédites. Il est entièrement passif: la pression n'est pas créée par des pompes, mais par la colonne d'eau de 100 m reliant le bassin d'eau en surface et la caverne souterraine. L'équipe de sécurité a dû compter avec des contraintes inconnues dans l'industrie, notamment la hauteur de mousse à produire, la distance entre les différents composants du système, la nécessité d'une résistance aux matériaux activés et la grande quantité de fumée à prévoir. Les ingénieurs devaient tenir compte du fait que la mousse tend à s'affaisser dans ce type d'environnement ; le système permet ainsi de remplir environ 120000 m3, même si le volume de la caverne n'est que de 40000 m3. Il ne faut que sept minutes pour remplir tout cet espace.
Kidde Italia a fourni les éléments du système alors que ZEC, une entreprise polonaise, prenait en charge les tuyauteries. «La mousse était le produit tout désigné pour ce type d'espace. Nous avions besoin d'un produit qui garde ses propriétés pendant longtemps», nous explique Stefano Fratianni. La mousse produite par Kidde Italia peut rester dans le système, prête à l'emploi, pendant 15 ans.
«Le feu est un risque majeur pour CMS, surtout parce que c'est une installation souterraine. C'est pourquoi nous avons pris des précautions sans précédent pour un détecteur de particules. Je suis très heureux de constater que le système à mousse donne toute satisfaction», indique Christoph Schäfer, chef de groupe chargé des questions de sécurité pour CMS.
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Identifiers
- CDS
- 955085
- CDS Report Number
- BUL-NA-2006-062
- Aleph number
- 000040903MMD
Related works
- References
- Other: 000040885 (Other)
- Other: 000040886 (Other)