Arbeiten unter Hochdruck – Speziell angepasster Automatik-Siebkorbfilter für Drücke bis zu 80 bar

Hintergrund

Mit dem im Grimselsee auf 1909 Meter über dem Meer gestauten Wasser kann die Kraftwerke Oberhasli AG, kurz KWO, jederzeit auf Abruf Energie erzeugen. Das Schweizer Energie­unternehmen leistet mit seinen Wasserkraftwerken im Grimselgebiet einen wichtigen Beitrag zur Stromproduktion und zur Stabilisierung des Netzes in der Schweiz und in Europa. Zudem wirken Stauseen als natürliche Batterien, in denen sich Energie in Form von Wasser speichern und später zur Stromproduktion nutzen lässt. Allerdings bringt die Verwendung des natürlichen Gletscher- und Regenwassers ein Problem mit sich: Schwebstoffe. Der Gletscher fräst kontinuierlich feinste Steinpartikel aus dem Gebirge. Dieser Gletscherschliff wird vom Schmelzwasser in den Stausee transportiert und sammelt sich dort mit weiteren, vom Niederschlag eingetragenen Schwebstoffen. Diese 25 bis 200 Mikrometer kleinen Partikel sind für die gewaltigen Turbinen der KWO-Kraftwerke ein Problem. Auch in den Gleitschieberventilen führen sie zu hohem Verschleiß: Diese Ventile steuern mit Hilfe des Drucks des Wassers die Kugelschieber, die wiederum den Zulauf zu den Turbinen regeln. Aufgrund der Fallhöhe des Wassers von 670 Metern treten dabei in den Ventilen und ihren Zuleitungen sehr hohe Drücke auf. 

Herausforderung 

Daher sind sogenannte Sandabsetzgefäße vorgeschaltet, die den Eintrag grober Partikel in die Steuerventile verhindern. Doch nur mit mäßigem Erfolg: „Die Ventile mussten bis dato von der KWO-Werkstatt alle drei bis vier Monate gereinigt und repariert werden“, erklärt Franz Christen, Geschäftsleiter für Verkauf und Technik bei der BT-Hydraulik AG, die als Technologie Dienstleister von der KWO beauftragt wurde eine Lösung des Problems zu finden. Früher wurden die Ventile sogar regelmäßig komplett ersetzt, doch inzwischen gibt es sie nicht mehr auf dem Markt. Um die kosten- und zeitintensiven Reparaturen zu reduzieren, oder bestenfalls ganz zu vermeiden, suchte der Wasserkraftwerks-Betreiber eine neue Lösung. „Der Einbau größerer Absetzgefäße war keine Alternative“, so Christen weiter.

 „Denn bei Wasserdrücken von 60, 80 oder sogar mehr als 100 bar wären sehr große und aufwändige Gefäße erforderlich. Doch das wäre weder wirtschaftlich noch aus Platz- und Umweltschutzgründen möglich. Aus den gleichen Gründen war auch der Umbau auf eine Ölhydraulik nicht realisierbar.“ Die KWO entschied sich daher, direkt vor den Steuerungsventilen Filter­systeme einzusetzen, und wandte sich dafür an BT-Hydraulik, ein führendes Unternehmen auf dem Gebiet der hydraulischen Antriebstechnik.

Die Experten des Berner Unternehmens rieten der KWO, einen Automatik-Siebkorbfilter einzusetzen. „Herkömmliche Filter verstopfen im Laufe der Zeit und müssen in regelmäßigen Abständen gewartet und ausgetauscht werden“, erklärt Franz Christen. „Ein sich automatisch selbstreinigender Filter ist da die wirtschaftlichere Lösung.“ Das Problem: Standard-Rückspülfilter sind nicht für die hohen Drücke im Wasserkraftwerk ausgelegt. Doch gemeinsam mit Eaton entwickelte BT-Hydraulik den Eaton Modell 2596 Siebkorbfilter weiter. Dieser motorgetriebene Siebkorbfilter ermöglicht ein kontinuierliches Entfernen von Feststoffen aus Flüssigkeiten in Rohrleitungssystemen – allerdings standardmäßig nur in einem Druckbereich von maximal 16 bar. Doch Eaton ermöglicht darüber hinaus eine individuelle Anpassung dieses Filtersystems an kundenspezifische Anwendungen. 

Lösung 

So wurde für die KWO eine Variante entwickelt, die für Drücke von bis zu 80 bar ausgelegt ist. Dazu waren allerdings verschiedene Maßnahmen nötig: Zunächst einmal passte Eaton das gesamte Gehäuse an die hohen Drücke an, indem die Wandstärke erhöht und die Deckelverschraubung wesentlich massiver ausgeführt wurde. Zusätzlich wurde die Antriebswelle des Spülarms mit einer Vierfach-Gleitringdichtung abgedichtet. „Eine besondere Herausforderung war es, ein Filterelement zu finden, das eine möglichst hohe Filterfeinheit bietet, dabei den hohen Drücken widersteht und rückspülbar ist“, so Christen. Eine verstärkte Variante der DuraWedge-Filterelemente bot die Lösung: Gefertigt aus V-förmigen Edelstahldrahtprofilen sind sie schon in der Standard-Version anspruchsvollen Anwendungen gewachsen. Noch einmal verstärkt, halten sie jetzt auch den hohen Drücken im Wasserkraftwerk stand, wobei sie dank einer Feinheit von 25 µm einen Großteil der Schwebstoffe ausfiltrieren. „Allerdings musste das System noch zusätzlich angepasst werden, damit die Siebkörbe in der Rückspülphase nicht verformt werden“, erklärt Franz Christen weiter. „Denn ein Druckabbau von 60 bar zum Umgebungsdruck wäre trotz der Verstärkung problematisch gewesen.“

Die im Wasserkraftwerk der KWO eingesetzten Hochdruck-Siebkorbfilter – bisher sind es vier – wurden zudem an die dort vorhandenen Betriebsparameter angepasst. Die Anschlussgröße beträgt bei zwei Filtern 2, bei zwei weiteren 3 Zoll, die Durchflussrate liegt zwischen 200 und 400 Litern pro Minute. Das gemeinsam von Eaton und BT-Hydraulik entwickelte Design des Hochdruck­Siebkorbfilters lässt sich aber auch an andere Parameter anpassen – ganz wie es die Anwendung erfordert. Die Rückspülung wird von einer Eaton Steuerung ausgelöst – bei der KWO immer dann, wenn der Differenzdruck 0,8 bar erreicht. Alternativ wäre auch eine Steuerung über vorgegebene Zeitintervalle oder eine permanente Rückspülung realisierbar. 

Ergebnis

Auch wenn die Testphase des neuen Filtersystems bei der KWO auf mehrere Jahre angesetzt ist, so lässt sich bereits heute ein erstes Resultat feststellen: „Das Ergebnis ist sehr gut“, so KWO. „Wir hatten bisher keine Ausfälle und bezüglich der Wartung und Reinigung der Siebkörbe erfüllt das System perfekt unsere Anforderungen“. Gerade im Vergleich zu Turbinen-Linien, deren Gleitschieberventile noch nicht umgerüstet wurden, wird deutlich, dass der Verschleiß erheblich reduziert werden konnte - der Wartungsaufwand und die damit verbundenen Kosten sind durch die Hochdruck-Automatik-Siebkorbfilter minimiert worden.