Situation
Neuauslegung einer Gleitringdichtung für die Antriebs- und Nichtantriebsseite der Pumpenwelle
Dichtet Wellen der Superlative ab
Geteilte Gleitringdichtungen für Hochleistungs-Speicherpumpe
Herausforderung
Großer Wellendurchmesser, extrem dynamische und statische Drücke, beengte Einbausituation
Lösung
Gleitringdichtung VGH, bei der alle Dichtungskomponenten geteilt sind
Im Gebirge Hohe Tauern in Österreich betreibt die Kärntner Elektrizitäts AG (KELAG) die Kraftwerksgruppe Fragant im Mölltal. Sie ist das Herzstück der Stromerzeugung des Unternehmens und ein Grundpfeiler für die sichere und zuverlässige Stromversorgung im Bundesland Kärnten.
Die Kraftwerksgruppe besteht aus sechs großen und mehreren kleineren Hochgebirgsspeichern, sieben Speicherkraftwerken und drei Laufkraftwerken. Die Gesamtleistung liegt bei ca. 474 MW, erzeugt werden jährlich ca. 840 Mio. KWh Strom.
Im Kraftwerk Innerfragant fördert die Speicherpumpe „Oschenik 1“ in Phasen geringer Netzauslastung Wasser in den 906 m höher gelegenen Speicher Oscheniksee. Bei hohem Strombedarf dient das Wasser dazu, Spitzen abzudecken.
Andritz Hydro, Graz, einer der führenden Anbieter von Ausrüstungen für Stromerzeugung durch Wasserkraft, erhielt von der KELAG den Auftrag, den Maschinensatz von Oschenik 1 zu erneuern und die Pumpe aus dem Jahr 1968 durch ein wesentlich leistungsstärkeres und größeres Modell zu ersetzen.
Das Oschenik-Pumpenprojekt umfasste Hydraulik, Konstruktion, Berechnung, Tests, Produktion, Montage und Inbetriebnahme. Vorgabe des Betreibers war eine erhebliche Steigerung der Effizienz, die zum Beispiel durch eine erhöhte Durchflussrate um ca. 18 % erreicht werden sollte. Dies wurde durch eine horizontal geteilte 6-stufige Speicherpumpe realisiert.
Einsatzparameter - Pumpe:
- Durchflussmenge: 3,32 m³/s
- man. Förderhöhe: 890 m
- Drehzahl: 750 min–1
- Leistung: Pmax = 36 MW
- Gehäuse-Drucktest: 225 bar (3.843 PSI)
- Auslegung für Betrieb: Jährlich 3.200 h mit ca. 274.000 Start/Stopp-Zyklen
- Lebensdauererwartung: 75 Jahre
Andritz Hydro beauftragte EagleBurgmann mit Auslegung, Berechnung, Produktion, Test und Montage je einer Gleitringdichtung auf der Antriebs- und Nichtantriebsseite der Pumpenwelle. Die vollgeteilte Dichtung der Baureihe HGH/VGH war für diese Anwendung die richtige Wahl.
Geteilte Gleitringdichtungen für Pumpen werden dort verwendet, wo die Montage der Dichtung schwierig ist. Die Dichtungen sind teilweise oder voll axial geteilt, so lassen sie sich direkt auf die Welle der komplett installierten Pumpe montieren. Bei der halbgeteilten EagleBurgmann HGH sind die Gehäuseteile geteilt und die Innenteile bei der Erstmontage ungeteilt. Bei der vollgeteilten EagleBurgmann VGH sind alle Dichtungskomponenten geteilt. Beide Dichtungstypen sind weltweit sehr zuverlässig in Großpumpen verschiedenster Wasserprojekte im Einsatz.
Die Gleitringdichtungen für die Oschenik-Speicherpumpe wurden anhand von FEM-Berechnungen neu ausgelegt und für die extrem dynamischen und statischen Drücke konstruktiv optimiert. Die typische Druckeinsatzgrenze der VGH liegt bei einem Durchmesser von 450 mm (17,72") bei 8 bar (116 PSI). Für die neue Speicherpumpe waren aber 50 bar (725 PSI) statisch bei einem Durchmesser von 560 mm (22,05") vorgegeben.
Eine besondere Herausforderung lag darin, das geteilte Dichtungsgehäuse und insbesondere die metallisch dichtende Trennfuge unter dem hohen Druck stabil zu halten. Das bedingte, Strukturmechanik (Dichtheit, Festigkeit, Schrauben, Verformung an den Trennfugen, usw.) und Gleitflächenauslegung (Abhebeverhalten, Leckage) in die aufwendigen Berechnungen einzubeziehen.
Einsatzparameter - Dichtung:
- Wellendurchmesser: 550 mm (21,65")
- Temperatur: +1 °C … +35 °C (+34 °F … +95 °F)
- Druck dynamisch: p = 27 … 42 bar (392 … 609 PSI)
- Anfahrdruck: 23 bar (334 PSI)
- Druck statisch: max. 50 bar (725 PSI)
- Drehzahl: 750 min–1
- Gleitgeschwindigkeit: vg = 23 m/s (75 ft/s)
Der Test der Dichtungen erfolgte auf dem großen Prüfstand von EagleBurgmann bei 27 … 42 bar (392 … 609 PSI) im dynamischen Betrieb bei 750 min–1 und statisch bei 50 bar (725 PSI). Im März 2016 gab der Kunde die Dichtungen frei.
Beide Dichtungen wurden im Dezember 2016 von EagleBurgmann-Monteuren aus Österreich und Deutschland installiert und im Januar 2017 gingen Pumpe und Dichtsystem in Betrieb.
Dichtungswerkstoffe:
- Gleit- und Gegenring: Siliziumkarbid (Q2)
- Metallische Teile: CrNi-Stahl 1.4301 (F)
- Dichtungsversorgung: Plan 32 (Zuführung sauberer Flüssigkeit von externer Quelle) und Plan 62 (Quench auf der Atmosphärenseite)
Weitere Referenzprojekte
Finnland
Lässt keinen Dampf ab
In einem Kraftwerk fördert eine Kesselumwälzpumpe sehr heißes und unter hohem Druck stehendes Wasser. Die Pumpe hat keinen Kühlmantel, damit ist das Risiko eines Thermosiphon-Effekts hoch.
Norwegen
Mischen ohne Risiko
Wenn in der Produktion von Metformin das Prozessmedium auf keinen Fall mit Sperrmedium kontaminiert werden darf, sind gasgesperrte Dichtungen für Rührwerkswellen die erste Wahl. Das norwegische Unternehmen Vistin Pharma wagte den Schritt weg von ölgeschmierten zu stickstoffüberlagerten Dichtungen.
Deutschland
Neuartiges Dichtungskonzept für Walzentrockner
Nicht immer sind Gleitringdichtungen die beste Wahl. In Walzentrocknern, die zur Herstellung von medizinischem Pulver eingesetzt werden, sorgten schlagartige Wellenauslenkungen während der Verarbeitung für einen erhöhten Dichtungsverschleiß. Der Betrieb war wartungsintensiv und störanfällig.