BHKW-Schäden durch Schwingungen

Unzulässige Schwingungen mit
weitreichenden Folgen: Kurbelwellenbruch

Das schlimmste, was einem Motor (und wirtschaftlich dem Betreiber eines BHKWs) passieren kann, ist ein Kurbelwellenbruch aufgrund unzulässig starker Schwingungen. In Einzelfällen ist dies Betreibern mehrfach passiert. Einfach deshalb, weil keiner die genaue Ursache beim ersten Mal ermittelt hat. Schwingungen werden vielfach als natürliche Begleiterscheinung eines laufenden Motors hingenommen.

Schwingungen sind unbarmherzig

Ein laufender Motor regt seine Anbauteile wie Zündleisten, Verrohrungen, Kompensatoren, Gemischkühler, etc. zu Bewegungen an, die im Extremfall zum Bruch von Aufhängungen oder zu defekten Anbauteilen führen. Damit sind oftmals nicht nur teure Reparaturen, sondern auch konkrete Gefahren für Betreiber verbunden. Man denke nur einmal an gerissene Kompensatoren für Kühlmittel- oder Abgasleitungen.

Aber auch Motorengestelle reißen bei übermäßiger Beanspruchung, der Containerboden vibriert so stark, dass das Betreten unzumutbar wird. Und Maschinenfundamente übertragen Schwingungen bei Raumaufstellung des BHKWs, dass die Wände Risse erhalten und im Obergeschoss der Kaffee in der Tasse Kreise zieht.

Wirksame Gegenmittel gegen die Schwingungsbelastung

Die Physik hält einige Abhilfemaßnahmen gegen Schwingungsbelastungen bereit, die Motorenbauer bei der Konstruktion ihrer Maschine berücksichtigen sollten:

  • Gleichmäßige Verbrennungsdrücke in allen Zylindern durch gute Gemischverteilung
  • Einsatz von Ausgleichswellen, wenn der optimale Zylinderbankwinkel bei V-Motoren verlassen wird.
  • Vollständige Verbrennung im Zylinder ohne Zündaussetzer
  • Steife Konstruktion des Aggregategestells und der Halterungen von Anbauteilen
  • Erforderliche Dimensionierung eines Maschinenfundamentes mit ausreichend Masse
  • Richtige Lage und Dimensionierung der Dämpfungselemente des Aggregates

Die Anforderungen hören beim Motorenhersteller nicht auf, sondern gehen beim Anlagenbauer und Packager weiter. Gerade beim Einsatz in einem Container wird es noch einmal spannend:

  • halten Boden, Decke und Wände die statischen und dynamischen Lasten des BHKW-Betriebes aus oder verformen sie sich?
  • Ist das Fundament, auf dem der Container steht, ausreichend den Belastungen gewachsen oder nicht?

In Kaufverträgen steht oft der verhängnisvolle Satz: das Fundament für den BHKW-Container wird bauseits gestellt. Der Betreiber sucht sich oft nach bestem Wissen und Gewissen ein Bauunternehmen, das im besten Fall ein Maschinenfundament mit den Anforderungsdaten des Motorenherstellers und Anlagenbauers erstellt. Das passiert aber leider nur in den seltensten Fällen. Häufig sind so die Belastungen und Schäden vorprogrammiert.

In tragischen Fällen wird der Mangel der Konstruktion mit Blick auf vermeidbare Schwingungsbelastungen bei dem Aufbau und der Inbetriebnahme des BHKWs deutlich. Wenn dann das Errichterteam beim ersten Lauf feststellt, das die Bodenplatte an bestimmten Stellen nicht mehr betretbar ist und das Membranausgleichsgefäß wie ein Lämmerschwanz wedelt, dann wird ein Versäumnis deutlich und seine Behebung teuer.

Jeder Betreiber ist daher gut beraten, wenn die Abnahme für ein neu erstelltes BHKWs erst mit guten Ergebnissen einer Schwingungsmessung erfolgt.

Das Schwingungsbild verändert sich mit der Laufzeit des BHKWs

Die Dämpfungselemente sind Verschleißteile, die mit der Zeit an Dämpfung verlieren. Diese gehören dann nach den Angaben des Herstellers ausgetauscht und richtig eingestellt. Erst wenn sich der Motor bewegen lässt, kann Schwingungsdämpfung funktionieren. Ist dies der Fall, sind auch Kompensatoren korrekt verbaut. Verspannte Bauteile oder auf Block gesetzte Dämpfungselemente führen rasch zu teuren Schäden.

Laufzeitbegleitend kann der Betreiber eines BHKWs wirksam vorsorgen,  in dem ein Schwingungsmesser das Aggregat prüft und mit der Analyse der Daten dann genau sagen kann, ob alles in Ordnung ist innerhalb zulässiger Toleranzen oder Handlungsbedarf besteht.

Das Ingenieurbüro Braase führt Schwingungsmessungen seit vielen Jahren durch und gibt Betreibern eine Vorstellung davon, mit welchem Aufwand eine Maschinendiagnose zur Überprüfung des Schwingungszustandes durchgeführt wird. Hier geht es zum Link für den kostenfreien Abruf eines Angebotes zum „Anlagencheck Schwingungsmessung“ und einer Erläuterung der Vorgehensweise.