Schäden an Wasserkraftwerken - Erfahrungen und ihre Vermeidung

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1 Schäden an Wasserkraftwerken - Erfahrungen und ihre Vermeidung Teil III: Vorstellung eines maschinentechnischen Schadensfalles und Zusammenfassung und Empfehlungen Wie anhand der bereits vorgestellten Fälle deutlich wurde, ist die Koordinierung und Kontrolle der am Bau, Sanierung und Reparatur einer Kraftwerksanlage beteiligten verschiedenen Gewerke von herausragender Wichtigkeit. Abschließend in der Reihe der geschilderten Schadensfälle wird ein Schaden an einem Kaplan-Turbinen-Generatorsatz vorgestellt, der durch eine mangelhafte Abstimmung der Gewerke Turbine und Generator entstand. Schaden an einem Kaplan-Turbinen-Generatorsatz Bei dieser Wasserkraftanlage wurde nach einer problemlosen Laufzeit von 33 Jahren während einer General-Revision bei der Reparatur der Turbinenwelle ein Fehler gemacht, der die weitere Funktion des Gesamt-Aggregats verhinderte, vergleiche die Abbildung 14. Abb. 14: Prinzipieller Aufbau und Ausführung der vertikalen Lagerung von Turbine und Generator G:\TEXTE\_ins_Internet_e-ipw\Artikel_3_W+E.doc Seite 1 V2/2010

2 Die Darstellung im linken Bildteil zeigt die prinzipielle Lageranordnung des über den Kupplungsflansch verbundenen Kaplan-Turbinen-Generatorsatzes. Das Traglager fängt die axialen Kräfte auf, wogegen das untere Halslager und das obere einstellbare Führungslager des Generators die radiale Laufruhe gewährleisten. Wie die Abbildung 15 zeigt, waren, bedingt durch den jahrzehntelangen Einsatz die Passungen zwischen der zweiteiligen Traglagerglocke, dem zweiteiligen Fangring und der Turbinenwelle verschlissen. Abb. 15: Die verschlissenen Elemente Fangring und Traglagerglocke zum Abfangen der axialen Kräfte Da nach Entfernung des Passungsrostes durch Ab- bzw. Ausdrehen ein Spalt zwischen Turbinenwelle und Traglagerglocke entstanden war, wurde dieser durch eine Zwischenhülse (Schonhülse) ausgeglichen. Allerdings ergab sich durch eine falsche Schweiß-Montage der Schonhülse auf der Turbinenwelle ein so großer Taumelschlag im oberen Führungslager des Generators, dass sich die Befestigungs- und Zentrier-Schrauben lösten, was wiederum zu einem Streifkontakt zwischen Rotor und Stator des Generators mit sofortiger Notabschaltung der Anlage führte, vergleiche die Abbildung 16. Die sich anschließenden umfangreichen Recherchen ergaben eine für diesen Belastungsfall ungeeignete stirnseitige Verschweißung der ersten eingebrachten Schonhülse. Nach deren Einbringung war zwar ein ganz geringer Taumelschlag festgestellt worden, der aber durch entsprechendes Verspannen der Führungslager- Verschraubung zunächst ausgeglichen worden war. Nach diesem Störfall erfolgte die nun notwendige aufwendige Reparatur unter strikter Kontrolle des hinzu gezogenen Beraters, wobei, wie die Abbildung 17 zeigt, die längsseitige Verschweißung der zweiten Schonhülse die volle Betriebsfähigkeit wiederherstellte. G:\TEXTE\_ins_Internet_e-ipw\Artikel_3_W+E.doc Seite 2 V2/2010

3 Abb. 16: Prinzipielle Entstehung und Auswirkung des Taumelschlags Abb. 17: Falsche (links) und richtige (rechts) Verschweißung der zweiteiligen Schonhülse auf der verschlissenen Turbinen-Welle G:\TEXTE\_ins_Internet_e-ipw\Artikel_3_W+E.doc Seite 3 V2/2010

4 Die zum Ausfall dieses Kaplan-Turbinen-Generatorsatzes führenden Einflüsse lassen sich wie folgt angeben: Nach 33-jähriger Betriebszeit war die Passung zwischen Traglager-Glocke und Turbinenwelle durch Ausbildung von Passungsrost verschlissen. Der durch Aus- und Abdrehen des Passungsrosts entstandene Spalt wurde durch eine Zwischenhülse (Schonhülse) ausgeglichen. Die erste Schonhülse wurde falsch auf die Turbinenwelle aufgebracht und führte zu einem erheblichen Taumelschlag des angeflanschten Generator- Rotors. Die daraufhin erforderliche Einbringung der zweiten Schonhülse erfolgte unter strikter Kontrolle des zwischenzeitlich hinzugezogenen Beraters. Zusammenfassung: Mangelhafte Abstimmung der Gewerke Turbine Generator! Basierend auf den vorgestellten und anderen Schadensfällen (siehe W&E 01/08 und 02/08), bzw. aus den dadurch gewonnenen Erfahrungen wird abschließend eine Vorgehensweise aufgezeigt, die mit hoher Wahrscheinlichkeit das Auftreten derartiger Schäden vermeidet. Zusammenfassung und Empfehlungen Einhaltung wichtiger Planungsschritte (Forderung 1) In der Abbildung 18 sind die im Sinne der Umsetzung einer Idee Ausbau der Wasserkraft wichtigen, einzuhaltenden Planungsschritte dargestellt: - Grundlagenermittlung Hier müssen die vorhandenen Unterlagen wie z. B. die wasserrechtlichen Verhältnisse geprüft, sowie notwendige Untersuchungen festgelegt werden. Auch die Finanzierung- und Förderungsmöglichkeiten sollten bereits in dieser Phase abgeklärt werden. Zuständigkeiten und Verantwortlichkeiten müssen eindeutig festgelegt werden. - Vorplanung In dieser Phase müssen alternative Vorschläge einander gegenübergestellt und bewertet werden. Eine zu frühe Festlegung aus Ersparnisgründen kann sich hier gefährlich auswirken, wenn nicht die beste Lösung gefunden wurde! G:\TEXTE\_ins_Internet_e-ipw\Artikel_3_W+E.doc Seite 4 V2/2010

5 Abb. 18: Ablaufdiagramm der bei der Planung einer Wasserkraftanlage einzuhaltenden Planungsschritte - Entwurfsplanung Das ausgewählte Konzept wird hier zum vollständigen Entwurf ausgearbeitet, wobei bereits Voranfragen bei später ausführenden Fachfirmen stattfinden. - Genehmigungsplanung Hier werden im Kontakt mit den Behörden die wasserrechtlichen Genehmigungen eingeholt und das Projekt der Öffentlichkeit vorgestellt. Koordination und Überwachung (Forderung 2) Ob es sich um den Bau, der Sanierung oder um eine Reparatur einer Wasserkraftanlage handelt, die Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber sollte eng und vertrauensvoll gestaltet werden. Wasserkraftanlagen stellen technische Systeme dar, die exakt aufeinander abgestimmt sein müssen, wenn die konzipierte Leistung auch tatsächlich über viele Jahrzehnte geliefert werden soll. Da jedes Teilgewerk in die Gesamtanlage integriert ist, ist dazu die Abstimmung aller Beteiligten erforderlich. G:\TEXTE\_ins_Internet_e-ipw\Artikel_3_W+E.doc Seite 5 V2/2010

6 Wie das zusammenfassende Ablaufdiagramm der Sanierung einer Wasserkraftanlage in der Abbildung 19 zeigt, ist die Koordination und Prüfung durch fachlich prädestinierte Planer und Sachverständige für eine einwandfreie Funktion dringend geboten: Abb. 19: Zusammenwirken der am Projekt beteiligten ausführenden und überwachenden Partner Nach der Planungs- und Angebots-Phase müssen die Einzelaufträge vom Bauherrn vergeben werden. Die Teilgewerke Maschinen-Technik, Elektro-Technik und Wasser- Technik/Stahlwasserbau müssen miteinander kommunizieren und sich untereinander abstimmen. Der gesamte Ablauf muss von einer übergeordneten Stelle, wie z. B. durch ein Ingenieurbüro/Sachverständige, überwacht und kontrolliert werden. Durch ein solches Vorgehen ist der Erfolg einer aufwendigen wasserkrafttechnischen Maßnahme vorprogrammiert! G:\TEXTE\_ins_Internet_e-ipw\Artikel_3_W+E.doc Seite 6 V2/2010