Seit vielen Jahren bietet Chesterton Wasserkraftwerken kosteneffiziente hydraulische und pneumatische Dichtungslösungen an, die eine leckagefreie Abdichtung und eine höhere Effizienz der Turbinen gewährleisten. Weltweit verlassen sich Erstausrüster, Betreiber und Sanierungsunternehmen auf unsere zuverlässigen und hochwertigen Produkte.
Die Kombination aus Hochleistungsdichtungen und exklusiven Chesterton-Werkstoffen kann die Gesamtkosten der Anlage erheblich senken, die mittlere Betriebsdauer zwischen den Reparaturen (MTBR) erhöhen und die Betriebsleistung verbessern. Dank unserer flexiblen Fertigungskapazitäten können wir nahezu jedes Design, jeden Werkstoff und jede Dichtungsgröße mit kurzen Vorlaufzeiten sowohl für geformte als auch für bearbeitete Produkte herstellen.
Chesterton liefert verschiedene Dichtungslösungen für Zylinder, Turbinen und Ventile in dieser Industrie, einschließlich:
- Abdichtung der Verstellvorrichtung für
Laufradradschaufeln - Abdichtung der Leitschaufeln – Wicketgates
- Servo-Zylinder
- Verstellzylinder der Laufschaufeln
- Brems- und Hubzylinder
- Klappen, Kugelhähne und Ventile
Kaplanturbine – der häufigste Turbinentyp in der Wasserkraft
Die Kaplanturbine ist eine Überdruckturbine. Die vor dem Laufrad angebrachten Leitschaufeln erzeugen einen Wirbel im Wasser. Wenn das Wasser durch die Wasserturbine strömt, wirkt die Kraft des Wassers auf die Laufschaufeln. Dadurch wird das Laufrad in Rotation versetzt.
Neben den Leitschaufeln sind auch die Schaufeln der Kaplanturbine beweglich und verstellbar. Dadurch kann der Anstellwinkel zum Wasserstrom verändert werden. Die Leitschaufeln lenken das einströmende Wasser so, dass es in einem optimalen Winkel auf die Schaufeln des Laufrades trifft. Dadurch ist es möglich, optimal auf Schwankungen in der Wasserzufuhr zu reagieren und auch bei geringer Wassermenge einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Kaplanturbinen eignen sich hervorragend für den Einsatz bei geringen Fallhöhen und großen schwankenden Durchflussmengen. Die Kaplanturbine ist daher prädestiniert für große Laufwasserkraftwerke mit geringen bis mittleren Fallhöhen von bis zu 80m.
Die Kaplanturbine hat etwa 4 bis 8 verstellbare Laufradschaufeln. Durch die Verstellbarkeit der Schaufeln können die Wirkungsgradverluste außerhalb des Nennlastbetriebes auf ein Minimum reduziert werden. Bei 30 Prozent bis 100 Prozent des Nennvolumenstroms liegt der Wirkungsgrad bei 85 bis 95 Prozent. Kein Wunder also, dass die Kaplanturbine – benannt nach ihrem Erfinder Victor Kaplan – seit mehr als 100 Jahren die Energiegewinnung aus Wasserkraft prägt.
Herausforderungen bei der Abdichtung
Es gibt viele Herausforderungen, die direkt oder indirekt mit den Anlagen zur Wasserkrafterzeugung zusammenhängen. Die Anwendung fortschrittlicher Dichtungsmaterialien und -konstruktionen kann dazu beitragen, einige dieser Herausforderungen zu bewältigen:
- Verbesserung der mittleren Zeit zwischen den Reparaturen
- Vereinfachung der Installation
- Senkung der Wartungskosten
- Minimierung der Ausfallzeiten
- Positiver Einfluss auf die Umwelt
Insbesondere bei Kaplan-Turbinen sind die Dichtungen der Laufradzapfen von entscheidender Bedeutung, um die Zuverlässigkeit und Effektivität zu erhalten und die Umgebung vor Ölleckagen zu schützen. Mehr als 60 % der Leckagen bei Kaplanturbinen werden durch unwirksame oder defekte Laufradzapfendichtungen verursacht, wie eine Umfrage unter Besitzern von Kaplanturbinen ergab.
Häufige Probleme beim Abdichten des Laufradzapfens
Bei der Abdichtung von Schaufelzapfen gibt es mehrere Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen, um eine optimale Zuverlässigkeit der Abdichtung zu erreichen. Dazu gehören:
- Wasser/Verunreinigungen werden nicht von der Nabe ferngehalten: Schlechter Sitz der Dichtung oder schlechtes Dichtungsdesign und Dichtungsmaterial sind in den meisten Fällen dafür verantwortlich, zusammen mit den Auswirkungen der unten genannten Faktoren.
- Wenn das Öl nicht in der Nabe bleibt: Auch aufgrund von schlechtem Sitz der Dichtung oder schlechtem Design und Dichtungsmaterial
- Keine Berücksichtigung der Blattneigung: Aufgrund der Fertigungstoleranzen und des Betriebsspiels der maschinell bearbeiteten Komponenten gibt es einen gewissen (natürlichen) Durchhang der Turbinenschaufeln.
Ein üblicher Lager-/Buchsenwerkstoff für Schaufelzapfen ist Bronzeguss, der eine relativ geringe Steifigkeit aufweist. Dies kann zu einer Verformung des Lagers unter hoher Belastung führen, die durch das Gewicht der Schaufel und durch die während des Betriebs auf die Schaufel wirkende Reaktionskraft verursacht wird. Eine solche Verformung des Lagers erhöht den Durchhang des Blattes.
Der dritte Faktor, der sich auf den Wert des Blattdurchhangs auswirken kann, ist der Verschleiß der Lager des Blattzapfens. Wenn das Blatt schwingt, entsteht Grenzreibung, wenn kein stabiler Ölfilm zwischen dem Zapfen und dem Lagerring aufrechterhalten wird. Dies kann in Verbindung mit einer hohen Radiallast zu übermäßigem Verschleiß der Zapfen/Lagereinheit führen.
Die Schaufelbewegung stellt eine Herausforderung für die Zapfendichtungen dar und verändert den ursprünglichen Querschnitt, für den die Dichtungen ausgelegt sind. Dies muss auch von den Dichtungsvorrichtungen kompensiert werden. Das Durchhängen der Schaufeln kann erhebliche Auswirkungen auf die Leistung, die positive Abdichtung und die Lebensdauer der Dichtungen haben.
Solche geometrischen Veränderungen können zu folgenden Komplikationen führen:
- Radiale Überlastung der Dichtungen (in der Richtung, in der sich der Querschnitt des Dichtungsraumes verringert hat)
- Radiale Öffnung der Dichtungen (in der Richtung, in der der Querschnitt des Dichtungsraumes vergrößert wurde)
- Übermäßige Verformung und Reibung (Verschleiß der Dichtungsvorrichtungen)
Wie kann man eine optimale Abdichtung der Laufradzapfen erreichen?
- Genaue Turbinen-/Schaufelmessungen erhalten
Einer der grundlegendsten, aber oft übersehenen Aspekte bei der Auswahl von Laufschaufeldichtungen für Kaplanturbinen ist die Berücksichtigung der großen Unterschiede zwischen den Turbinen und Schaufeln bei der Bestimmung der erforderlichen Dichtungsgröße. Es gibt keine technischen Spezifikationen oder internen Normen für die Auslegung von Laufschaufel-Stopfbuchsen. Aus diesem Grund und weil sich die Abmessungen der Anlagen nach jahrelangem Einsatz gegenüber den ursprünglichen Spezifikationen ändern, sollten Sie die tatsächlichen Abmessungen der Anlagen sowohl für die einzelnen Turbinen als auch für die einzelnen Schaufeln ermitteln.
- Prüfen Sie die Querschnittswerte des Einbauraumes der Dichtung für die Laufschaufel
Es ist wichtig zu verstehen, dass die Schaufelneigung bei diesen Messungen eine Rolle spielt. Die typische Anzahl von Kaplan-Laufrädern beträgt 4-8 Schaufeln. Der natürliche Verschleiß der Lager und die sich daraus ergebenden Werte für die Schaufeldurchbiegung können selbst bei ein und derselben Turbine von Schaufel zu Schaufel variieren. Die Dichtungen sollten individuell ausgelegt und hergestellt werden.
- Überprüfung und Behebung von Ausrüstungsproblemen
Die Oberflächenbeschaffenheit und die Rauheit der dynamischen und statischen Gegenflächen müssen berücksichtigt werden. Diese unebenen und abrasiven Oberflächen können einen enormen Einfluss auf die Leistung und Lebensdauer der Dichtungsvorrichtung haben.
- Betrieb/Umgebungsbedingungen berücksichtigen
Schwankungen des Turbinendrucks – die Wasserspiegel fallen und steigen und können die Druckbelastung der Dichtungen periodisch verändern. Dies kann sich nachteilig auf die Leistung und Zuverlässigkeit der Dichtungen auswirken.
Vibrationen und Kavitation – ein gewisses Maß an Vibrationen und Kavitation ist beim Betrieb von Kaplan-Turbinen normal. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Turbinenkomponenten, einschließlich der Zapfendichtungen der Laufradschaufeln. Ein flexibles Dichtungsdesign und ein elastisches Dichtungsmaterial können auf solche Einflüsse reagieren und ihnen über einen längeren Zeitraum standhalten.
Schemata mit niedrigem Wasserstand – Eine niedrige Wassersäule kann ein hohes Risiko für eine abrasive Umgebung darstellen, die durch Wasserverunreinigungen, Sedimente und Schlamm verursacht wird. Die Verwendung einer Dichtung mit einem abriebfesten duroplastischen Polymermaterial kann diese abrasiven Effekte ausgleichen.
- Wählen Sie die beste Dichtung für das Laufrad
Eine fortschrittliche hydraulische Dichtungstechnologie kann die Zeit zwischen den Ausfällen erheblich verlängern und die Reparaturdauer verkürzen. Die optimale Dichtung trägt auch dazu bei, die Betriebs- und Wartungskosten zu senken, das Risiko ungeplanter Ausfallzeiten zu verringern und die Verschmutzung der nachgeschalteten Anlagen zu reduzieren.
Chesterton liefert die ultimative Lösung
Chesterton Kaplan Turbine Laufrad Schaufelzapfen Split Seal –
Hochleistungs-Split-Lip-Dichtung für hochbelastete rotierende und oszillierende Anwendungen
Speziell für Kaplan-Turbinen erfand Chesterton innovative Kaplan Runner Blade Trunnion Split Seals – Hochleistungs-Lippendichtungen für hochbelastbare, dynamische Rotations- und Oszillationsdichtungsanwendungen in der Wasserkraftindustrie. Diese Dichtungen sind speziell für die Zapfen der Kaplan- (oder „Propeller-„) Turbinenlaufradschaufeln konzipiert.
Die Runner Blade Trunnion Seal ist nur eine der Produktpalette von Kaplan-Turbinen-Lösungen von Chesterton erhältlich.
- Schnellere Installation und höhere Zuverlässigkeit
Aufgrund der geteilten Konstruktion kann die Dichtung schnell und einfach installiert werden, was die Ausfallzeiten reduziert. Der Ausbau der Schaufel ist für den Einbau nicht erforderlich, und es besteht keine Notwendigkeit für komplexes Schweißen, Kleben oder Nachbearbeiten der geteilten Verbindung. Außerdem müssen nur zwei Dichtungen Rücken an Rücken eingebaut werden, anstatt eines kompletten Stapelsatzes. Diese Konfiguration hält auch das Hydraulikmedium und das Schmiermittel in der Turbinennabe und schützt die Nabe vor dem Eindringen von Wasser, festen Partikeln und Sedimenten.
- Hält den Lastdruck und die Drehbewegung der Welle aufrecht
Das positive, aufgeweitete dynamische Lippendesign der Chesterton Kaplan Runner Blade Trunnion Seal verhindert, dass der Spalt durch die Drehbewegung auseinandergezogen wird, und nutzt den Lastdruck, um die Schnittenden zu verbinden. Während der Klingenpositionierung hält die Dichtung von Chesterton den Lastdruck aufrecht und ermöglicht eine Drehbewegung der Welle mit minimalem Reibungswiderstand.
- Kompensiert die Schaufelbewegung
Ein typisches Zuverlässigkeitsproblem bei älteren Kaplan-Turbinen ist das Durchhängen der Schaufeln, das durch verschlissene Zapfenbuchsen verursacht wird. Die Chesterton-Dichtung kompensiert dieses Problem, indem sie eine zuverlässige Abdichtung trotz Durchhängens gewährleistet.
- Langlebiges Dichtungsmaterial bietet längere Lebensdauer in Wasserkraftwerken
Diese Dichtung besteht aus dem duroplastischen Hochleistungspolymer AWC800 von Chesterton, das sich bei rauen Betriebsbedingungen bewährt hat und eine außergewöhnliche Abriebfestigkeit und Haltbarkeit aufweist. Um den Reibungswiderstand zu verringern, enthält das Polymer ein eingebautes Molybdändisulfid-Schmiermittel. Aufgrund ihres hervorragenden Erinnerungsvermögens kann sich die Dichtung automatisch anpassen und radiale Querschnittsunterschiede ausgleichen, die durch die Schaufelbewegung verursacht werden.
Schlussfolgerung
Die Chesterton 22KN5 doppeltwirkenden Kaplan-Laufschaufeldichtungen in Split-Interlock-Konfiguration werden von Endverbrauchern weltweit als die benutzerfreundlichste und einfach zu installierende Dichtungslösung im Vergleich zu anderen Dichtungen wie herkömmlichen Gummidichtungen oder heißgeschweißten modernen Polyurethanen angesehen. Das optimierte, intelligente und präzise Design der 22KN5-Dichtungen in Kombination mit der hochleistungsfähigen duroplastischen Polymerwerkstofftechnologie ermöglicht eine Abdichtung, die keine Klebe-, Schweiß- oder Vulkanisationsprozesse vor Ort erfordert, was die Installation einfach, schnell und sicher macht.
Haben Sie Fragen zu unserer spezifischen Kaplanturbinenlösung?
Weitere interessante Details und Informationen finden Sie in unserem White Paper (in englischer Sprache).
Bitte informieren Sie sich über die Einsatzmöglichkeiten unserer Dichtungstechnik im Bergbau:
In unserem Blog finden Sie Informationen über die Abdichtung von Kaplan-Turbinen und die Behebung von Leckagen (in englischer Sprache).
Wenn Sie Unterstützung bei der Auswahl der besten Hydraulikdichtungslösungen für Ihre spezifische Zylinderanwendung benötigen, wenden Sie sich bitte an unsere Standort in Ismaning oder unsere lokalen Partner.
Entdecken Sie das umfassende Chesterton-Portfolio. Sie können eine Vorauswahl mit unserem Produktselektor treffen. Unsere Produktberater unterstützen Sie gerne bei der Auswahl des idealen Produkts für Ihre Anwendung.