Verjüngungskur für Absperrorgane

Autor: Roland Gruber , 05.02.2013

In den Hochdruckkraftwerken, die in unseren Breiten vor etwa 40 bis 60 Jahren errichtet wurden, sind vielerorts die Absperrorgane in die Jahre gekommen.

Die logische Konsequenz daraus: Die meisten Betreiber unterziehen diese nun einer grundlegenden Revision und Sanierung. Schließlich stellen die Absperrorgane im Triebwasserweg die wichtigsten sicherheitsrelevanten Instanzen eines Kraftwerkssystems dar. Was derartige Sanierungsvorhaben allerdings heute verkompliziert, ist der Umstand, dass Ursprungshersteller teilweise nicht mehr existent sind und häufig auch alte Maschinenbaupläne nicht mehr vorliegen. Lösungen dafür bietet der Kärntner Wasserkraftspezialist EFG, der mithilfe moderner Technologien die komplexe Verschlussmechanik von anno dazumal in den Neu-Zustand versetzt – und dabei sämtliche Montagetätigkeiten übernimmt.

Seit Ingenieure in den Alpen Hochdruckkraftwerke bauen, geht damit die Frage der Sicherheit einher. Gerade wenn man an all jene Speicher- bzw. Pumpspeicherkraftwerke denkt, die das Triebwasser über Hunderte von Metern Fallhöhe zu den Turbinen leiten, kann man erahnen, welche enormen  Druckbelastungen durch die Wassersäule auftreten. Diese Druckbelastungen zu kontrollieren und auch eventuellen Druckstößen bei Maschinenstillstand standzuhalten, sind essentielle Sicherheitsvorgaben, die nicht nur dem Schutz von Sachwerten, sondern vor allem auch jenem der Menschen selbst dienen. Als unerlässliche Sicherheitseinrichtungen wurden Absperrmöglichkeiten im Triebwasserweg entwickelt, die eine Notschlussfunktion sicherstellen. Zu diesem Zweck konstruierten die Wasserkraftingenieure der Vergangenheit unterschiedliche Varianten von Absperrorganen. Die Palette reicht grob umrissen von Absperr- oder Rohrbruchklappen über diverse Absperrventile bis hin zu den gebräuchlichen Kugelschiebern, Kugelhähnen, Keilschiebern oder Ringschiebern. Die jeweilige Bauart und die Auslegung spiegeln natürlich auch den Einsatzzweck dieser unterschiedlichen Absperrorgane wider. Während Rohrbruchklappen am Beginn einer Rohrleitung installiert sind und dementsprechend geringere Drücke zu bewerkstelligen haben, kommen am Ende einer Rohrleitung – quasi als letztes Glied in der Sicherheitskette – Turbinenabsperrorgane zum Einsatz, die auf deutlich höhere Drücke ausgelegt sind. Zumeist sind diese als Kugelhähne oder Kugelschieber ausgeführt – erstere bei kleineren Wasserkraftanlagen, letztere sind bei Großkraftwerken gang und gäbe.

KNOW-HOW VERLOREN GEGANGEN
Speziell in den 1950er bis in die 1970er Jahren wurden im Alpenraum zahlreiche Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke gebaut, um dem steigenden Stromhunger Rechnung zu tragen. Heute haben diese Anlagen ein technisches Alter erreicht, in dem für viele Kraftwerkskomponenten bereits ein hoher Sanierungsbedarf besteht. Speziell trifft dies auf die Absperrorgane zu, die zuletzt vielerorts noch im Originalzustand ihren Dienst versehen haben. „In der Tat stehen seit einigen Jahren bei vielen Großkraftwerken Revisionen der Verschlussorgane auf der Agenda. Das ist zum einen dem Alter der Bauteile, aber oft auch dem Sachzwang ‚Wiederverleihung des Wasserrechts‘ geschuldet. Das Problem für die Betreiber ist dabei einerseits, dass ein Neubau dieser Bauteile oft sehr teuer ist. Andererseits ist das Know-how für eine professionelle Sanierung zum Teil nicht mehr leicht zu finden. Die Gründe dafür liegen manchmal darin, dass der ursprüngliche Hersteller nicht mehr am Markt existent ist, oder dass es keine rlei Original-Baupläne mehr gibt, oder ein Hersteller die Produkte nicht mehr in seinem Portfolio anbietet“, erläutert Werner Goldberger, Geschäftsführer von EFG Turbinenbau aus Feldkirchen, die Markt-Hintergründe, die sein Unternehmen immer tiefer in diese Materie geführt und ihn mittlerweile zu einem der führenden Unternehmen für Sanierungen vo n Verschlussorganen gemacht haben. Der Wasserkraftspezialist, der vielen Branchenkennern vor allem dank seiner hochwertigen Turbinen ein Begriff ist, hatte sich in den Jahren seines Bestehens immer wieder auch mit Sanierungen und Revitalisierungen einen Namen gemacht. Dies sei – so Werner Goldberger – im Grunde eine zentrale Voraussetzung dafür gewesen, dass man den Markteinstieg in das Segment der  Verschlussorgane schaffen konnte.

ARBEITEN FÜR DIE „BIG PLAYER“
Knapp zehn Jahre ist es her, dass EFG den ersten Auftrag über di e Sanier ung eines Kugelschiebers erhalten hat. Ergangen von einem der größten Wasserkraftbetreiber Österreichs, den Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), die die Absperrorgane für das Bundesbahnenkraftwerk Spullersee von Grund auf sanierte. Die erfolgreiche Abwicklung des Auftrags war die Initialzündung für das Kärntner Unternehmen, noch stärker i n diesem Segment Fuß zu fassen. Die Liste der Auftraggeber in den folgenden Jahren liest sich wie das Who is Who der österreichischen Wasserkraft: IKB, Verbund, Kelag und zahlreiche Privatbetreiber. Zudem mehrten sich auch die Anfragen aus den Nachbarländern. Für das Feldkirchner Wasserkraftunternehmen bedeutete dies nicht nur faktisch den Aufbau eines zweiten wirtschaftlichen Standbeins abseits der Turbinenproduktion, sondern darüber hinaus auch einen äußerst wertvollen Know-how-Zuwachs. Goldberger: „Natürlich haben wir mit jedem dieser Sanierungsprojekte dazugelernt. Es ist nicht nur fachlich interessant, welche technischen Ansätze die Maschinenbauer dieser Wasserkraftgeneration gewählt haben. Nein, darüber hinaus haben wir uns Wissen und Know-how angeeignet, jede gängige Type von Absperrorganen professionell sanieren zu können. Das verschafft uns Vorteile am Markt. Ich muss persönlich eingestehen, dass die Arbeit an einem komplexen Bauteil wie einem Kugelschieber oft anspruchsvoller und interessanter als so manche Turbinenkonstruktion für ein neues Kraftwerk.“

SCHRITT FÜR SCHRITT VORGEHEN
Grundsätzlich läuft eine Sanierung dieser Maschinenbauteile in mehreren Arbeitsschritten ab, die Matthias Viertler, erfahrener Maschinenbauexperte bei EFG, folgendermaßen umreißt: „Es beginnt mit der Demontage des Absperrorgans und dem Transport in unser Werk. Dabei gilt von Beginn an, dass alle Arbeiten von einer lückenlosen Dokumentation begleitet werden. Das kommt uns ebenso zugute wie letztlich auch dem Kunden. Hier im Werk wird der Bauteil dann zu 100 Prozent zerlegt und anschließend sandgestrahlt. Im Anschluss daran sind die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und sämtliche anderen Prüftechniken am Zug. Damit ist man an einem Punkt angelangt, an dem man den Kunden in die weitere Vorgehensweise einbezieht und das weitere Programm bespricht. Nun hat man die Möglichkeit, im Detail den Zustand der einzelnen Bauteile zu beurteilen. Was ist noch intakt, was defekt, was gehört saniert und was neu hergestellt – lauten die entscheidenden Fragen. Im Grunde ergibt sich daraus zumeist eine Kombination aus Schweißreparatur und dem Anfertigen von Neuteilen. Im weiteren Arbeitsprozedere werden dann noch die Dichtungen und der Korrosionsschutz erneuert, gefolgt von der Funktionsprüfung und letztlich einer intensiven Druckprüfung. Nach der Werksabnahme
durch den Kunden ist am Ende wieder das Montageteam gefordert.“

MODERNSTE METHODEN IM EINSATZ
Dass bei jedem einzelnen dieser Arbeitsschritte der Teufel im Detail liegt, versteht sich von selbst. Zu zahlreich sind die Fehlerquellen, mit denen die Spezialisten von EFG konfrontiert sind. „Es kann durchaus vorkommen, dass wir unzulässige Anzeigen an Bauteilen entdecken, die man ursprünglich einfach belassen hat. Heute nähme keine Abnahmegesellschaft mehr einen solchen Bauteil ab, vielmehr wird heute der Stand der Technik bei der Abnahme von Bauteilen erwartet. Der Betreiber ist daraufhin gefordert, nachträglich sämtliche technische Dokumentationen nachzuliefern. Gemeinsam mit zertifizierten Instituten sind wir dabei letztlich gerne behilflich. Mittlerweile stellt es für uns auch kein allzu großes Problem mehr dar, wenn – wie häufig schon erlebt - keine originalen Dokumentationen und Baupläne mehr verfügbar sind. In diesem Fall nutzen wir moderne Scannersysteme, um die Bauteile 1:1 im Ist-Zustand zu vermessen. Danach werden diese Daten digital an die CAD-Software übertragen und in weiterer Folge in ein 3D-Modell zurückgeführt. Damit können wir nicht nur vergleichsweise schnell und unkompliziert 3D-Modelle aller Einzelteile abrufen und verarbeiten, sondern bieten dem Kunden auch eine umfassende technische Dokumentation seines Absperrorgans an“, erklärt Daniel Zaminer.

SCHÄDEN DURCH SAND UND GESTEIN
Die auftretenden Schäden sind so vielfältig wie die Typen von Absperrorganen selbst. „Betrachtet man einen Kugelschieber nach einem halben Jahrhundert von innen, dann erkennt man, dass es vor allem Sedimente, Steine, Sand und Gehölz sind, die zu mechanischen Schäden führen. Die Riefen, die davon unter dem hohen Druck in die Stahl-Oberflächen gefurcht werden, führen in der Folge zu einer schleichenden Leckage eines Systems“, weiß Matthias Viertler. Natürlich spielt auch der Verschleiß im Betrieb eine Rolle. Je mehr Stellbewegungungen von einem Absperrorgan ausgeführt werden, desto höher ist die Dauerbelastung auf die Dichtringe. Zudem können auch Lagerbuchsen aufgerieben werden, wenn sie nicht regelmäßig und akkurat geschmiert werden. Dies trifft aufgrund des einseitigen Anpressdrucks speziell auf Kugelschieber zu. „Auch Zahnstange und Ritzel im Antrieb der Kugelschieber hatten wir schon stark sanierungsbedürftig vorgefunden. Zur Funktionserklärung: Durch die Zähne des Ritzels wird die Zahnstange bewegt, wodurch der Drehkörper in die Schließposition gedreht wird und anschließend die druckbeaufschlagte Schieberplatte für die Dichtfunktion sorgt. Wenn es zu massiven Schäden an den Zähnen kommt, kann durch Neuanfertigung des Ritzels und der Nacharbeit an der Zahnstange das entsprechende Flankenspiel durch Profilverschiebung der Zähne wieder hergestellt werden. Auch wenn es wenig spektakulär klingt: die vollständige Erneuerung der Zähne ist aufwändig“, erklärt Viertler. Was das Schadensbild angeht, spielt natürlich gerade bei den Turbinenabsperrorganen die Druckstufe eine entscheidende Rolle. „Ein hoher Druck jenseits von 70 oder 80 bar, wie er vielerorts auftritt, kann sogar große Stahlbauteile verformen. Aus diesem Grund sitzen etwa die Schraubverbindungen in der Teilungsebene eines Kugelschiebers äußerst dicht aneinander und sind zudem wegen der großen Vorspannkräfte hydraulisch vorgespannt. Sowohl das Lösen als auch das Anziehen einer solchen Blockflanschverbindung erfordert eine sehr gewissenhafte Vorgehensweise, will man Verformungsfehler und damit ein mögliches Klemmen der Lagerzapfen vermeiden“, so der Fachmann.

HOCHPRÄZISE FERTIGUNG ALS VORAUSSETZUNG
Die Herausforderungen für die Sanierer gestalten sich dementsprechend auch sehr vielfältig und zum Teil sehr anspruchsvoll. „Gerade die Details haben es manchmal wahrlich in sich. Nehmen wir nur das Beispiel, wenn es gilt, eine Kugelkalotte in den Dichtsitz einzuschleifen: Um ein absolut dichtes System, wo Metall auf Metall 1/100 Millimeter aufeinandertrifft, zu schaffen, ist nicht nur handwerkliches Geschick gefragt, sondern auch eine hochpräzise Fertigung. Hinzu kommt, dass auch ein perfekt geformter Drehkörper nicht ausreicht, um den Verschluss zu 100 % dicht zu machen, wenn die Axialabstände von Kugelkörper und Gehäuse voneinander abweichen“, erklärt „EFGRefurbishment-Spezialist“ Ernst Eberhard, um daran einen echten Leitsatz für diese Tätigkeit zu knüpfen: „Der Beginn eines Kompromisses ist der Beginn eines Fehlers – und Fehler sind zu vermeiden.“ Eine nicht unwesentliche Rolle kommt auch den zahlreichen Randkomponenten, wie etwa dem Bypass-System mit den Fülldüsen, zu. Auch dabei gilt es durchaus eine Vielzahl an technischen Lösungen zu beherrschen und vielfältige Herausforderungen zu bewältigen. Hinzu kommen natürlich auch die individuellen Wünsche und Vorstellungen der Betreiber. Das könne sich – meint Matthias Viertler – zum Beispiel auf die Rauigkeit beim Sandstrahlen oder auch auf die Art und die Aufbringung des Korrosionsschutzes beziehen. „Wir müssen eben gemeinsam mit dem Kunden das durchaus hoch gestellte Anforderungsprofil erfüllen“, stellt er klar.

ZEITVORGABEN ALS ECHTER PRÜFSTEIN
Im Rückblick auf die letzten zehn Jahre, in denen sich EFG intensiv dem Thema Sanierung von Absperrorganen verschrieben hat, kann der Geschäftsführer auf einige besondere Referenzanlagen verweisen. Unter anderem wurden die Kugelschieber des Kraftwerks Untere Sill der IKB, oder der Kraftwerke Uttendorf und Schneiderau der ÖBB, sowie mehrere Kugelschieber der Kraftwerksgruppe Fragant/Kelag in den Neuzustand zurück versetzt – allesamt komplexe, schwere Bauteile mit ausgefeilter Technologie. Als besonderes Highlight ist dem Geschäftsführer der Auftrag für die Sanierung der vier Rohrbruchklappen inklusive Be- und Entlüftungsventilen des Verbund-Kraftwerks Hieflau in Erinnerung. Das lag zum einen an der außergewöhnlichen Größe der Bauteile, die immerhin einen Durchmesser von 3 m aufwiesen. Zum anderen aber auch am engen Terminkorsett, das auf drei Monate „geschnürt“ war. „Gerade bei größeren Kraftwerken wird ein Tausch oder eine Sanierung von langer Hand geplant, und die Stillsetzung der Anlage folgt einem minutiösen Timing. Das ist verständlich, weil damit ja auch beträchtliche Ertragseinbußen für den Betreiber einhergehen. Für uns als Auftragnehmer bedeutet dies natürlich einen immensen Zeitdruck. Speziell der Auftrag für die vier Klappen brachte uns damals an die Leistungsgrenzen, wurde aber dennoch erfolgreich, termingerecht abgewickelt“, so der Geschäftsführer.

ERFAHRUNG MIT KOMPLEXEN SYSTEMEN
Je komplexer und schwieriger ein Absperrorgan zu sanieren war, desto mehr Erfahrung und Know-how sammelte sich in dem Kärntner Wasserkraftunternehmen. Inzwischen gibt es kaum mehr einen der gängigen Typen von Absperrorganen, mit denen man es nicht zu tun hatte. Sogar die extrem hochwertigen Von Roll-Systeme, die vor allem in Hochdruckanlagen in der Schweiz und Westösterreich anzutreffen sind, hat man bereits auf der langen Referenzliste. Diese gelten nicht nur als teuer und hochqualitativ, sondern auch als technische Herausforderung. „Die Ver stellung des Drehkörpers erfolgt in diesem Fall über zwei rotationssymmetrisch angeordnete kreisbogenförmige Hydraulikzylinder. Meiner Ansicht nach ist das die sauberste und konstruktiv am besten durchdachte Lösung für ein Absperrorgan, das erfahrungsgemäß auch sehr gute Wartungseigenschaften hat. Allerdings ist dieses System nicht einfach zu reparieren, ihre innere Konstruktion ist beinah eine ‚eigene Welt‘. Daher werden diese Systeme heute auch manchmal einfach durch gerade Zylinder und das Zahnstangenprinzip ersetzt – es fehlt einfach das Know-how am Markt. Für uns ist jedes zu sanierende Von Roll-System eine spannende, aber lohnenswerte Herausforderung, der wir uns gerne stellen“, erklärt zu diesem Punkt Armin Pretis von der Abteilung Forschung und Entwicklung bei EFG. Werner Goldberger ist Turbinenbauer aus Leidenschaft, doch mittlerweile gilt seine Begeisterung auch den unterschiedlichen Formen von Absperrorganen, die in den Hochdruck-Kraftwerken der Alpen installiert wurden. Dank des großen Engagements und des beachtlichen Know-hows ist dieses Segment zu einem wichtigen wirtschaftlichen Standbein für das mittelständische Unternehmen in Feldkirchen geworden. Der Themenbereich ist dabei durchaus ein sehr heikler, da es im Kern um die wesentlichen Sicherheitsaspekte eines Kraftwerksbetriebes geht. Dass heute die renommierten Wasserkraftbetreiber diese Sicherheitsfragen gerne in die Hände von EFG legen, kann getrost als Vertrauensbeweis und Qualitätsurteil erster Güte angesehen werden.

 

Tags: , , , , , , , , , ,