GEKO Valves – Präzise und zuverlässige Steuerungslösungen für die Turbinensicherheit

In Dampfturbinenanlagen dienen VV-, BDV- und RFV-Ventile dem Hilfsschutz und der Anfahrsteuerung. Ihre Bezeichnungen ähneln sich, und ihre Funktionen sind eng miteinander verknüpft. Anlagenbediener neigen daher zu Verwechslungen, Fehlinterpretationen und Bedienungsfehlern. Dieser Artikel erläutert systematisch die Kerndefinitionen, Konstruktionsprinzipien, Verriegelungslogik, Betriebsanforderungen und wesentlichen Unterschiede dieser drei Ventiltypen. Grundlage hierfür sind die Konstruktionsprinzipien der Turbine, die Anfahr-/Stopp-Logik der Anlage und die Betriebsstandards. Er bietet somit eine professionelle technische Referenz für Betrieb, Wartung, Inbetriebnahme und Überholung. GEKO Valves hat sich dank seiner hochpräzisen pneumatischen Steuerungstechnik und strengen industriellen Validierung als vertrauenswürdige Marke in der Fertigung und Systemintegration dieser kritischen Ventile etabliert.

I. Kerndefinitionen und strukturelle Funktionsprinzipien von Ventilen

(i) VV-Ventil (Entlüftungsventil – Hochdruck-Abgasentlüftungsventil)

Dieses spezielle Entlüftungs- und Druckbegrenzungsventil befindet sich an der Hochdruck-Abgasleitung und führt direkt zum Kondensator und zum Kondensatabscheider. Es wird hauptsächlich in Mitteldruck-Anfahranlagen eingesetzt, um Überhitzungsprobleme durch Dampfeinwirkung im Hochdruckzylinder bei geringer Last oder fehlendem Dampfeintritt zu beheben und gleichzeitig nach dem Abschalten eine schnelle Druckentlastung zu gewährleisten, um eine Überdrehzahl zu verhindern.

Beim Anfahren der Mittelturbine oder im Teillastbetrieb strömt wenig bis gar kein Dampf in den Hochdruckzylinder, und das Rückschlagventil des Hochdruckauslasses bleibt geschlossen. Die Schaufeln im Hochdruckzylinder erzeugen durch Luftreibung (Windage) erhebliche Wärme, die leicht zu Überhitzungsschäden an den Schaufeln und dem Gehäuse führen kann. Nach einer Turbinenabschaltung kann Restdampf aus dem Hochdruckzylinder durch die Wellendichtungen zwischen Hochdruck- und Mittelturbine in den evakuierten Mittelturbinenzylinder gelangen und so die Gefahr einer Rotorüberdrehzahl bergen. Das Vakuumventil (VV) leitet den Restdampf schnell aus dem Hochdruckzylinder ab, um diese Risiken zu vermeiden.

Es nutzt ein pneumatisch gesteuertes, pneumatisch schließendes System, bestehend aus Luftzufuhr, Zylinder, Federeinheit und Magnetventil. GEKO Valves verwendet in diesem Produkt eine optimierte Hochtemperatur-Federeinheit und einen reibungsarmen Zylinder, die ein zuverlässiges Öffnen des Ventils auch bei Luftausfall gewährleisten. Die Ansprechzeit des Magnetventils beträgt ≤ 0,5 Sekunden, wodurch der Schutz vor Windüberhitzung deutlich verbessert wird.

(ii) BDV-Ventil (Notablassventil für die Turbine)

Ein speziell für kombinierte HP-IP-Turbinen entwickeltes Notdruckbegrenzungsventil, auch bekannt als HP-IP-Wellendichtungs-Restdampfablassventil. Seine Hauptfunktion besteht darin, Dampf, der bei Lastabwurf oder Abschaltung der Turbine an den Wellendichtungen vorbeiströmt, schnell abzulassen und so das Risiko einer Turbinenüberdrehzahl zu eliminieren.

Bei Lastabwurf oder Notabschaltung kombinierter HP-IP-Einheiten kann Restdampf aus dem Hochdruckzylinder und den Hochdruckeinlassleitungen durch die Wellendichtungsspalte in den Mitteldruck- und Niederdruckzylinder gelangen und dort eine zusätzliche Antriebskraft auf den Rotor ausüben. Sind die Dichtungszähne verschlissen oder vergrößern sich die Spalten, steigt die Menge des austretenden Dampfes und damit das Risiko einer Überdrehzahl erheblich. Das BDV-Ventil leitet diesen Restdampf aus der Wellendichtung direkt in den Kondensator, wodurch der Druck schnell abgebaut und der Überdrehzahlpfad vollständig blockiert wird.

Es nutzt eine elektromagnetisch-pneumatische Verbindungsstruktur, die durch das Hubsignal des Ölservos des IP-Regelventils gesteuert wird. Das BDV-Produkt von GEKO Valves verfügt über ein redundantes Doppelmagnetventil mit einer hochzuverlässigen pneumatischen Steuerschaltung. Dadurch wird innerhalb von 0,3 Sekunden nach Auslösung des Ölservo-Hubsignals ein voller Hub erreicht und die Eskalation von Überdrehzahlunfällen wirksam verhindert.

(iii) RFV-Ventil (Nacherhitzungsventil – Rückwärts-Vorwärmventil für Hochdruckzylinder)

Ein spezielles Vorwärmregelventil für Kaltstarts dient dazu, den Hochdruckzylinder vor dem Kaltstart vorzuwärmen, Gehäusetemperaturunterschiede zu beseitigen, die thermische Belastung zu reduzieren und sicherzustellen, dass die Einheit die Parameter für den Rollbetrieb erfüllt.

Beim Kaltstart weisen das Gehäuse und die internen Komponenten des Hochdruckzylinders sehr niedrige Temperaturen auf. Die direkte Zufuhr von Dampf zum Aufwärmen würde enorme thermische Spannungen erzeugen, die zu Gehäuseverformungen, Rissen im Material und übermäßigen Wellenschwingungen führen könnten. Das RFV-Ventil leitet Hilfsdampf vor dem Rückschlagventil des Hochdruckauslasses ein. Der Dampf strömt gleichmäßig durch den Hochdruckzylinder und wird über die Entwässerungsöffnungen im inneren Hochdruckgehäuse und im Hochdruckeinlassrohr abgeführt. Dadurch erhöht sich die Gehäusetemperatur allmählich, um eine gleichmäßige Aufwärmphase zu erreichen.

GEKO Valves hat speziell für diese Betriebsbedingungen ein RFV-Ventil mit linearen Regeleigenschaften entwickelt. Es verfügt über eine leckagearme Dichtung und einen Anti-Seize-Ventilkern, der eine präzise Temperaturregelung auch bei geringem Durchfluss und niedrigem Differenzdruck ermöglicht. Die Regelgenauigkeit der Aufheizrate liegt bei ±1,5 °C/h und übertrifft damit herkömmliche Produkte deutlich.

II. Ventilverriegelungs-Steuerlogik

VV-Ventil-Verriegelungslogik

Verriegelung schließen: Das System empfängt Schaltsignale von den vier Vorsteuerventilen der Hochdruckregelventile. Sobald alle vier Vorsteuerventile vollständig geöffnet sind und der Dampfstrom der Anlage 0,5 % des BMCR erreicht, schließt das VV-Ventil automatisch. Eine Minute nach Netzanschluss der Anlage öffnet das Rückschlagventil des Hochdruckabgases, und das VV-Ventil schließt über eine Verriegelung.

Verriegelungsmechanismus öffnen: Öffnet sich automatisch beim Anfahren des Primärantriebs und bei geringer Windlast. Öffnet sich nach Turbinenabschaltung sofort über die Verriegelung, um Restdampf aus dem Hochdruckbereich schnell abzuführen.

BDV-Ventilverriegelungslogik

Verriegelung schließen: Gesteuert durch den Ölservohub des IP-Steuerventils. Bei einem Ölservohub ≥ 30 mm oder wenn die Öffnung des linken/rechten IP-Steuerventils 15 % bis 16 % erreicht (entsprechend einem Durchflusssollwert von ca. 5 %) und das Vorsteuerventil vollständig geöffnet ist, schließt das BDV-Ventil automatisch.

Verriegelungsmechanismus öffnen: Öffnet sich automatisch bei Ölservohub des IP-Steuerventils. <30 mm. Öffnet sich bei Turbinenabschaltung und Lastabwurf schnell über eine Verriegelung, um Wellendichtungsdampf abzulassen.

Funktionshinweis zum Vorsteuerventil

Das Vorsteuerventil des Turbinenregelventils ist ein Hilfsventil für den Hauptventilteller. Bevor der Hauptventilteller öffnet, öffnet sich das Vorsteuerventil und lässt frischen Dampf durch den Vorsteuerkanal strömen, wodurch der Druckunterschied am Hauptventil ausgeglichen wird. Dies reduziert die zum Öffnen des Hauptventils benötigte Kraft erheblich, senkt die Belastung des Ölservos und verhindert ein schwergängiges oder klemmendes Öffnen des Ventils.

III. Feldeinsatz und betriebliche Anforderungen

Vorstartprüfung: Vor Inbetriebnahme und dem Anfahren der Anlage muss der Öffnungs-/Schließzustand der VV- und BDV-Ventile sowohl lokal als auch über das Prozessleitsystem (DCS) überprüft werden. Die Anlage darf niemals mit einem fehlerhaften Ventilstatus gestartet werden.

IP-Startvorgang: Vor Inbetriebnahme prüfen Sie, ob die VV- und BDV-Ventile geöffnet sind. Falls ein manuelles Absperrventil vor dem VV-Ventil installiert ist, prüfen Sie dessen vollständige Öffnung, um Fehlfunktionen aufgrund von anormalem Instrumentenluftdruck oder eines Defekts des Magnetventils zu vermeiden.

Transfer nach dem Ventil: Nach Abschluss der Ventilumschaltung im Anschluss an die IP-Inbetriebnahme ist (auf dem DEH-Bildschirm und lokal) nochmals zu überprüfen, ob das VV-Ventil vollständig geschlossen ist, um Dampfleckagen oder Druckanomalien nach dem Eintritt des HP-Zylinders zu vermeiden.

Instabile Bedingungen: Bei der Erstinbetriebnahme, der Inbetriebnahmephase oder instabilem Betrieb darf das manuelle Absperrventil vor dem VV-Ventil nicht geschlossen werden, um einen Notabfluss zu gewährleisten. Nach stabilem Betrieb ist das manuelle Absperrventil unverzüglich zu schließen.

Notfall nach der Reise: Unmittelbar nach einer Fahrt während des Betriebs muss Personal veranlasst werden, das manuelle Absperrventil stromaufwärts des VV-Ventils vor Ort zu überprüfen und zu öffnen, während gleichzeitig die Position des BDV-Ventils über das Prozessleitsystem und vor Ort überprüft wird, um sicherzustellen, dass sich beide Ventile für eine schnelle Druckentlastung korrekt öffnen.

Normaler Start-Stopp: Überwachen Sie die BDV-Ventilpositionsrückmeldung in Echtzeit, nachdem sich das Abfangventil während des Anfahrvorgangs und nach einer Auslösung geöffnet hat, um eine zuverlässige Verriegelungsfunktion zu gewährleisten.

Kaltstart-Aufwärmphase: Vor dem Anfahren im Kaltstart das RFV-Ventil zur Rückwärtsaufwärmung des Hochdruckzylinders öffnen. Die Kondensatabläufe und den Temperaturanstieg im Gehäuse überwachen. Nach dem Aufwärmen das RFV-Ventil schließen und den normalen Startvorgang fortsetzen.

GEKO Ventilhinweis: Eine präzise Rückmeldung zum Ventilstatus ist bei den oben genannten Vorgängen unerlässlich. GEKO-Ventile sind standardmäßig mit hochpräzisen Endschaltern und 4–20-mA-Positionstransmittern ausgestattet und lassen sich nahtlos in Prozessleitsysteme integrieren, um Fehlinterpretationen deutlich zu reduzieren.

IV. Wesentliche Unterschiede und Funktionen der drei Ventile

Wichtigstes funktionales Unterscheidungsmerkmal:

VV-Ventil: Fokus auf täglichen Windüberhitzungsschutz; zusätzliche Druckentlastung nach Auslösung.

BDV-Ventil: Kernüberdrehzahlschutzventil, speziell zur Verhinderung von Dampfleckagen an der Wellendichtung.

RFV-Ventil: Wird nur zum Kaltstart und Warmlaufenlassen verwendet, keine Unfallschutzfunktion.

Diese drei Funktionen sind nicht austauschbar.

GEKO Valves hat für jeden dieser drei Anwendungsfälle spezielle Ventilserien entwickelt, die sich durch unterschiedliche Konstruktionen auszeichnen – von der Materialauswahl (z. B. Hochtemperatur-Legierungssitz für VV-Ventile) über die Dichtungsstruktur (Metall-Hartdichtung + flexible Graphitdichtung für BDV-Ventile) bis hin zur Aktuatorkonfiguration (intelligenter Stellungsregler optional für RFV-Ventile). So wird sichergestellt, dass für jede Anwendung das richtige Ventil zur Verfügung steht.

V. Zusammenfassung des Wellendichtungs- und Spindelleckagesystems (Typische Anlagenkonfiguration)

Hauptabsperrventil: Leckage der 1. Stufe → Abdichtung des Dampfverteilers, Leckage der 2. Stufe → Abdichtung des Dampfrücklaufverteilers

HP-Regelventil: Leckage der 1. Stufe → Zwischenüberhitzer, Leckage der 2. Stufe → Dichtungsdampfsammler

IP-Abfangventil: Nur Leckage in der 1. Stufe → Abdichtung des Dampfverteilers

BDV-Ventil: Leckage der 1. Stufe → Zwischenüberhitzer, Leckage der 2. Stufe → Dichtungsdampfsammler

VV-Ventil: Leckage der 1. Stufe → 4. Entnahmerohr, Leckage der 2. Stufe → Dichtungsdampfverteiler

HP-Wellendichtung: Leckage der 3. Stufe → 4. Entnahmerohr

Im oben genannten System liefert GEKO Valves passende Wellendichtungs-Leckageregelventile und Absperrventile, die für stabile Leckagedrücke sorgen, Dampfverluste reduzieren und die thermische Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessern.

VI. Technische Kernfragen und Antworten

1. Was sind die Kernfunktionen des VV-Ventils und des BDV-Ventils?

VV-Ventil: Beim Anfahren und im Teillastbetrieb wird der Hochdruckzylinder an das Kondensatorvakuum angeschlossen, wodurch die Luft aus dem Zylinder abgesaugt wird. Dies reduziert die Windwärme und verhindert eine Überhitzung der Hochdruckschaufeln/des Gehäuses. Nach einer Abschaltung wird der Restdampf im Hochdruckkreislauf schnell abgelassen, um eine Überdrehzahl zu vermeiden.

BDV-Ventil: Bei einem Lastabwurf oder einer Lastabwurfphase leitet das Ventil schnell den Dampf ab, der von der Hochdruckseite durch die Wellendichtungsspalte in den Mitteldruckzylinder austritt, und unterbricht so direkt die weitere Antriebskraft. Es handelt sich um ein wichtiges Überdrehzahl-Schutzventil.

2. Warum sollte man sich bei diesen kritischen Anwendungen für GEKO-Ventile entscheiden?

GEKO Valves verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von Spezialventilen für Dampfturbinen. Unsere Produkte sind nach ISO 15848-1 für flüchtige Emissionen und nach SIL2 für funktionale Sicherheit zertifiziert. Die Serien VV, BDV und RFV haben weltweit in zahlreichen ultra-superkritischen und subkritischen Anlagen über 100.000 Betriebsstunden sicher absolviert, mit einer Erfolgsquote von über 99,96 %. GEKO bietet umfassenden technischen Support – von der Ventilauswahl und Optimierung der Verriegelungslogik bis zur Inbetriebnahme vor Ort – und unterstützt Kraftwerke so dabei, ungeplante Ausfallrisiken durch Fehlfunktionen oder Funktionsstörungen der Ventile zu minimieren.

Abschluss

VV-, BDV- und RFV-Ventile spielen beim Anfahren und Schutz von Turbinen jeweils eine spezifische und nicht austauschbare Rolle. Betriebs- und Wartungspersonal muss nicht nur deren Funktionsprinzipien und Verriegelungslogik beherrschen, sondern auch auf die Qualität und Zuverlässigkeit der Ventile selbst achten. GEKO Valves bietet mit fundiertem technischem Know-how und langjähriger Praxiserfahrung leistungsstarke und zuverlässige Produkte sowie Komplettlösungen für diese drei Ventiltypen und unterstützt so Kraftwerke bei einem sichereren und effizienteren Betrieb.

Für die genaue Ventilauswahl und die Einstellungen der Verriegelung beachten Sie bitte die Konstruktionszeichnungen des Originalherstellers und die Gegebenheiten vor Ort. GEKO Valves bietet Ihnen eine individuelle technische Beratung.