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Rohwasserüberleitung zwischen Prims- und Steinbachtalsperre

Der Wasserzweckverband im Kreis Birkenfeld hat die Aufgabe, für seine Mitglieder, die Verbandsgemeinden Baumholder, Birkenfeld, Herrstein und Idar-Oberstein, die Wassergewinnung, -aufbereitung und -verteilung für ca. 77.000 Einwohner mit einem jährlichen Gesamtvolumen von 4,8 Mio. Kubikmeter Wasser sicherzustellen.

Um auch in Zukunft die Versorgungssicherheit  gewährleisten zu können, ist eine Sanierung des Staudamms der für die Rohwassergewinnung wichtigen Steinbachtalsperre erforderlich. Dies war der Grund für den Bau einer Rohwasserüberleitung aus duktilen Gussrohren zwischen der Steinbachtalsperre (Rheinland-Pfalz) und der Primstalsperre (Saarland). Während der Sanierungsarbeiten am Staudamm der Steinbachtalsperre übernimmt die Primstalsperre die Aufgabe der Wasserlieferung für das Wasserwerk Steinbachtalsperre.

Im ersten, 20 km langen Abschnitt der Überleitung wird das Rohwasser der Primstalsperre in einer Rohrleitung DN 500 aus dem Saarland bis zum höchsten geodätischen Punkt „Wasserschloss Hattgenstein“ gepumpt. Von dort aus fließt es in einer je 12 km langen Doppelfallleitung DN 400 zum Wasserwerk Steinbachtalsperre. Die dabei freiwerdende hydraulische Energie wird in einer Anlage „Pumpe als Turbine“, kurz PAT, im Wasserwerk Steinbachtalsperre zur Stromerzeugung genutzt.

EADIPS FGR Rohwasserüberleitung Karte

Verlauf der Verbindungsleitung zwischen der Primstal- und der Steinbachtalsperre mit Darstellung des Verbandsgebiets des Wasserzweckverbands im Kreis Birkenfeld (Quelle: http://www.wzv-birkenfeld.de/aktuell2.htm)

 

Neben den Pumpwerken an der Primstalsperre und an der Steinbachtalsperre sind eine Vielzahl von Armaturen in Tiefpunkt-, Druckunterbrechungs- und Schieberschächten eingebaut worden.

Erhard Armaturen aus Heidenheim konnte sowohl das breite Spektrum an geforderten Armaturen abdecken als auch die dazu gehörenden technischen Berechnungen liefern. Im Rahmen des Projektes wurden Absperrklappen Typ Roco wave, Ringkolbenventile, Rückflussverhinderer, Be- und Entlüftungsventile und Kugelhähne mit entsprechenden Pass- und Ausbaustücken sowie Rohrbruchsicherungseinrichtungen mit Fallgewichtsantrieben DN 500 bis PN 40 geliefert. Beispielhaft werden im Folgenden einige der verwendeten Armaturen vorgestellt:

Die hochwertigen ERHARD ROCO wave Absperrklappen sorgen für eine zuverlässige und saubere Wasserführung. Mit ihrer optimierten Klappengeometrie zeichnet sich die Armatur durch einen geringen Druckverlustbeiwert (Zeta-Wert) aus, was zu einer Verringerung der Pumpkosten beiträgt. Das bei ERHARD entwickelte, produzierte und hier eingesetzte Schubkurbelgetriebe (SKG) ist die ideale Lösung zum sicheren Öffnen und Schließen der Klappe. Die Bewegungskinematik des SKGs ist perfekt auf den Drehmomentverlauf der Klappe abgestimmt; durch die verlangsamte Schließgeschwindigkeit wird die Druckstoßgefahr minimiert.

EADIPS FGR Rohrkeller Schloss Hattgestein

Rohrkeller im Wasserschloss Hattgenstein mit ERHARD Absperrklappen ROCO wave im Hintergrund mit einem hydraulischen Antrieb sowie mit verbauten Pass- und Ausbaustücken.

 

EADIPS FGR Absperrklappe ROCO wave

Absperrklappe ROCO wave mit Schubkurbelgetriebe (SKG)

 

EADIPS FGR Erhard Kugelhahn

ERHARD Kugelhahn mit Schubkurbelgetriebe, doppelexzentrisch gelagert

 

EADIPS FGR Übersicht Stellung Kugelhahn

Stellung des Kugelhahns, (1) Offenstellung mit freiem Durchgang; (2) Halb geöffnet; (3) Geschlossen

 

Das leichtgängige SKG-Getriebe wird auch bei den eingebauten ERHARD Kugelhähnen verwendet. Kugelhähne zeichnen sich in Offenstellung durch einen freien Durchgang und somit einem sehr kleinen Druckverlustbeiwert (Zeta-Wert) aus. Bei den in der Rohwasserleitung zu erwartenden hohen Fließgeschwindigkeiten sowie Drücken von bis zu 40 bar verringern sich durch die Wahl dieses Armaturentyps die Energiekosten für den Wassertransport.

Die für die Steuerung der Wassermenge eingesetzten ERHARD-Ringkolbenventile wurden für den jeweiligen Anwendungsfall, z. B. mit Sonderschlitz-Zylindern ausgelegt. Vorteile sind:

  • Optimierte Strömungsführungen ermöglichen einen kostengünstigen Betrieb.
  • Die Hauptdichtung liegt in der hydraulisch unkritischen Druckzone und ist in einer Edelstahlkammer eingebettet.
    Dies bietet eine optimale Abdichtung bei gleichzeitig minimalem Verschleiß.
  • Durch die vier breiten Führungsleisten aus -Aluminium- Bronze wird die Gewichtskraft des Kolbens gleichmäßig verteilt. Dies reduziert die Abnutzung und erhöht die Lebensdauer.
  • Schon ab einen Öffnungsgrad von 4% lässt sich die Wassermenge genau steuern, was einem Regelbereich von 96% entspricht.
EADIPS FGR ERHARD Ringkolbenventil

ERHARD Ringkolbenventil mit Schubkurbelgetriebe (SKG)

 

EADIPS FGR Sonderschlitzzylinder

Blick auf den Sonderschlitzzylinder

 

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Untreated water transfer between the Prims and
Steinbach valley reservoirs

The water supply association in the district of Birkenfeld has the task of ensuring the extraction, treatment and distribution of water for its members, the local authority associations of Baumholder, Birkenfeld, Herrstein and Idar-Oberstein, to provide approx. 77,000 inhabitants with a total annual volume of 4.8 million cubic metres of water. In order to be able to continue to guarantee a reliable supply into the future, a renovation of the dam at the Steinbach valley reservoir – important for raw water extraction – is necessary. This was the reason for the construction of an untreated water transfer pipeline using ductile iron pipes between the Steinbach valley reservoir (Rhineland-Palatinate) and the Prims valley reservoir (Saarland). During the renovation work on the Steinbach valley reservoir dam, the task of delivering water for the Steinbach valley reservoir waterworks is being taken over by the Prims valley reservoir.

In the first 20 km long section of the transfer pipeline, the raw water from the Prims valley reservoir is pumped into a DN 500 pipeline from Saarland to the highest geodetic point at the Hattgenstein water tower. From there onwards it flows along a 12 km long double gravity-fed pipeline (DN 400) to the Steinbach valley reservoir waterworks. The hydraulic energy released in this process is used to produce electricity in a “Pump as Turbine” unit, or PAT for short, in the Steinbach waterworks.

EADIPS FGR Rohwasserüberleitung Karte

The course of the 32 km connection pipeline between the Prims valley and Steinbach valley reservoirs, showing the territory of the water supply association in the district of Birkenfeld (Source: http://www.wzv-birkenfeld.de/aktuell2.htm)

 

In addition to the pumping stations at the Prims reservoir and at the Steinbach reservoir, a variety of valves have been installed in low-point, pressure-break and valve chambers. Erhard valves from Heidenheim were able both to cover the broad spectrum of valves required and to supply the relevant technical calculations. In the context of the project, Roco wave type butterfly valves, plunger valves, check valves, air valves and ball valves with the corresponding adaptors and spacers as well as pipe-break safety devices with break-and-lift units in DN 500 to PN 40 were delivered. By way of example, a few of the valves used are described below:

High-quality ERHARD ROCO wave butterfly valves ensure the reliable and clean transport of water. With their optimised gate geometry, the valve is characterised by a low pressure loss coefficient (ζ value), which helps reduce pumping costs. The slider-crank mechanism (SCM) developed and produced by ERHARD and used here is the ideal solution for the secure opening and closing of the valve. The movement kinematics of the SCM are perfectly tuned to the torque progression of the valve; the slowed-down speed of closing minimises the risk of water hammers.

EADIPS FGR Rohrkeller Schloss Hattgestein

Pipe basement in the Hattgenstein water tower with ERHARD ROCO wave butterfly valves in the background with a hydraulic drive and built-in adaptors and spacers.

 

EADIPS FGR Absperrklappe ROCO wave

ROCO wave butterfly valve with slider-crank mechanism (SCM)

 

EADIPS FGR Erhard Kugelhahn

ERHARD ball valve with slider-crank mechanism, double eccentric shaft bearing

 

EADIPS FGR Übersicht Stellung Kugelhahn

Ball valve positions (1) open position with free passage; (2) half-open; (3) closed

 

The smooth-running SCM mechanism is also used with the ERHARD ball valves installed. In the open position, ball valves are characterised by a free passage and hence a very low pressure loss coefficient (ζ value). With the high speeds of flow, as well as pressures of up to 40 bars, to be expected in the untreated water pipeline, the choice of this type of valve means a reduction of energy costs for transporting the water.

The ERHARD plunger valves used for controlling the volume of water have been designed for the specific use in each case, e.g. with special slotted cylinders. The advantages are:

  • Optimised flow controls allow cost-effective operation.
  • The main seal is located in the hydraulically non-critical pressure zone and is anchored in a stainless steel chamber.
    This offers both optimum sealing and minimum wear.
  • The four wide guide bars in aluminium-bronze mean that the weight force of the plunger is evenly distributed.
    This reduces wear and increases working life.
  • Even when the valve is open to just 4% the volume of water can be precisely controlled, which corresponds to a control range of 96%.
EADIPS FGR ERHARD Ringkolbenventil

ERHARD plunger valve with slider-crank mechanism (SCM)

 

EADIPS FGR Sonderschlitzzylinder

Close-up of the special slotted cylinder