Stromregelventile in der Wasserkraft – Schutz von Druckrohrleitungen
Warum ein kontrollierter Notschluss für die Sicherheit einer Wasserkraftanlage entscheidend ist
Bei Wasserkraftanlagen mit Druckrohrleitungen spielt die Schließgeschwindigkeit der Turbine eine wichtige Rolle. Wird die Wasserzufuhr zu schnell unterbrochen, können erhebliche Druckstöße entstehen, die Rohrleitungen und andere Anlagenteile gefährden.
Besonders bei Francis-Spiralturbinen, Diagonalturbinen und Peltonturbinen muss deshalb sichergestellt sein, dass Leitrad oder Düsennadel auch bei einer Störung kontrolliert schließen. Bei Peltonturbinen kann ein Strahlablenker eine schnelle Leistungsreduzierung ermöglichen, während die Düsennadel langsamer schließt.
Bilgram Wasserkraft prüft deshalb vor der Übernahme eines Modernisierungsprojekts nicht nur die elektrische Steuerung, sondern auch die vorhandene mechanische und hydraulische Sicherheitstechnik.
Warum ein zu schnelles Schließen die Druckrohrleitung gefährdet
In einer Druckrohrleitung bewegt sich eine erhebliche Wassermasse zwischen Wasserfassung beziehungsweise Wasserschloss und Turbine. Wird diese Wassermasse zu schnell abgebremst, entstehen Druckstöße.
Die zulässige Schließzeit hängt unter anderem von der Rohrleitungslänge, der Fallhöhe und den hydraulischen Eigenschaften der Anlage ab.
Ein sicherer Notschluss bedeutet nicht, möglichst schnell zu schließen, sondern die Turbine innerhalb einer für die Anlage zulässigen Zeit zuverlässig und vollständig zu schließen.
Druckrohrleitung der Wasserkraftanlage Maxhütte Bergen.
Eine kontrollierte Schließbewegung trägt dazu bei, gefährliche Druckstöße zu vermeiden.
Hydraulikdrossel oder Stromregelventil – wo liegt der Unterschied?
Bei einer einfachen Hydraulikdrossel verändert sich der Ölvolumenstrom abhängig vom Druckunterschied über der Drossel und von der Viskosität des Hydrauliköls (abhängig von der Öltemperatur). Schwankende Belastungen und Öltemperaturen können daher zu unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten des Hydraulikzylinders führen.
Ein druck- und viskositätskompensiertes Stromregelventil hält dagegen den eingestellten Volumenstrom (die Menge des fließenden Hydrauliköls pro Zeit) innerhalb seines vorgesehenen Betriebsbereichs weitgehend konstant.
Es gleicht sowohl Druckschwankungen als auch den Einfluss von Viskositätsänderungen des Hydrauliköls (durch Änderungen der Öltemperatur) weitgehend aus.
Damit lässt sich die Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders gleichmäßig und berechenbar begrenzen.
Warum die Öltemperatur bei Wasserkraftanlagen besonders wichtig ist
Die Öltemperatur einer Turbinenhydraulik kann zwischen Sommer und Winter erheblich schwanken.
Bei einer gut eingestellten Wasserkraftanlage mit gleichmäßigem Wasserangebot sind häufig nur wenige Regelbewegungen erforderlich. Das Hydrauliköl wird daher nicht zwangsläufig durch häufige Bewegungen erwärmt.
Kaltes Hydrauliköl ist zähflüssiger, warmes Hydrauliköl dünnflüssiger.
Eine einfache Hydraulikdrossel kann deshalb im Winter zu einer anderen Schließgeschwindigkeit führen als im Sommer.
Ein richtig dimensioniertes, druck- und viskositätskompensiertes Stromregelventil reduziert diesen Temperatureinfluss erheblich und ermöglicht besser reproduzierbare Schließzeiten.
Gerade beim Notschluss muss die Schließgeschwindigkeit möglichst gleichmäßig und berechenbar bleiben – unabhängig davon, ob das Hydrauliköl im Winter kalt oder im Sommer warm ist.
Warum das Stromregelventil direkt am Hydraulikzylinder montiert wird
Ein besonders wichtiger Punkt ist die Einbaulage des Stromregelventils.
Bilgram Wasserkraft bevorzugt die Montage unmittelbar am Hydraulikzylinder im Ölrücklauf, über den die Schließgeschwindigkeit begrenzt wird.
Wird das Stromregelventil nur am Hydraulikaggregat eingebaut, kann sich zwischen Ventil und Zylinder eine längere Hydraulikschlauchleitung befinden.
Bei einem Schlauchbruch in diesem Abschnitt könnte die vorgesehene Begrenzung des Ölvolumenstroms umgangen werden.
Durch die direkte Montage am Zylinder kann bei entsprechend ausgelegter Hydraulikschaltung die Schließgeschwindigkeit auch bei einem Bruch einer nachgeschalteten Schlauchleitung weiterhin begrenzt werden.
Voraussetzung ist, dass die Belastungsrichtung des Zylinders, die hydraulische Verschaltung und die möglichen Fehlerfälle berücksichtigt werden.
Das Stromregelventil gehört deshalb möglichst nahe an den Hydraulikzylinder – nicht einfach irgendwo in die Hydraulikleitung.
Stromregelventil unmittelbar am Hydraulikzylinder der Francis-Turbine Maxhütte Bergen zur Begrenzung der Schließgeschwindigkeit.
Praxisbeispiel: Wasserkraftanlage Maxhütte Bergen
Bei der Modernisierung der Wasserkraftanlage Maxhütte Bergen wurden zwei Francis-Spiralturbinen mit einer neuen hydraulischen Leitradverstellung ausgestattet.
Die bestehende elektrische Verstellung wurde durch Hydraulik mit Proportionalventilen und Stromregelventilen ersetzt.
Neben der präzisen Turbinenregelung war auch das kontrollierte Schließen der Leiträder unter Berücksichtigung der vorhandenen Druckrohrleitung wichtig.
Die Stromregelventile wurden unmittelbar an den Hydraulikzylindern angeordnet.
Eine moderne Steuerung muss zur vorhandenen Turbine, zur Hydraulik und zur Druckrohrleitung passen.
zum Praxisbeispiel: → Modernisierung der Wasserkraftanlage Maxhütte Bergen
Praxisbeispiel: Wasserkraftanlage Dettingen Wasserschlössle
Auch bei der Modernisierung der historischen Wasserkraftanlage Dettingen unter Teck war die Turbinenhydraulik ein wichtiger Bestandteil des Gesamtkonzepts.
Die beiden Francis-Spiralturbinen erhielten eine neue hydraulische Leitradverstellung mit Proportionalventilen für die präzise Turbinenregelung.
Auch hier sind Stromregelventile unmittelbar an den Hydraulikzylindern montiert.
Stromregelventil am Hydraulikzylinder der Leitradverstellung in Dettingen unter Teck.
Bestehende Hydraulik gezielt verbessern
Nicht jede Wasserkraftanlage benötigt eine vollständig neue Turbinenhydraulik.
Dazu gehört bei Bedarf auch der Austausch einer einfachen Hydraulikdrossel gegen ein geeignetes druck- und viskositätskompensiertes Stromregelventil.
Die Schließgeschwindigkeit muss dabei zur jeweiligen Druckrohrleitung passen. Ein Stromregelventil allein ersetzt weder die vollständige Notschlussfunktion noch die Prüfung der hydraulischen Sicherheit.
Unser Ziel: Bewährte Technik erhalten und gezielt dort verbessern, wo es für einen sicheren und zuverlässigen Anlagenbetrieb sinnvoll ist.
Mehr zum Thema → Modernisierung von Hydraulik und Steuerung lesen Sie in der entsprechenden Leistungsbeschreibung.
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