Fundament Archives - Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

BHKW-Schäden durch Schwingungen

12. Februar 2019 by Michael Wentzke

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.

Know-How für Betreiber: Optimaler Biogas-BHKW-Betrieb

14. Dezember 2018 by Michael Wentzke

Das neue Tagesseminar für Biogasanlagen-Betreiber ist im Oktober 2018 in Schwerin und Anfang Dezember in Rendsburg mit sehr guten Bewertungen der Teilnehmer und Veranstalter angelaufen. Der Wunsch nach einem optimalen Biogas-BHKW-Betrieb ist bei Betreibern nach wie vor hoch.

Zielsetzung der Anlagenbetreiber mit Blick auf das BHKW unverändert

Was Betreiber unter optimalen Biogas-BHKW-Betrieb verstehen, war in den beiden durchgeführten Seminaren nahezu identisch:

Keine ungeplanten Stillstände des BHKWs
geringe Instandhaltungskosten
Hohe Verfügbarkeit des BHKWs
Präsente und kompetente Servicemannschaft
Hohe Zuverlässigkeit des Aggregates
Mehr Informationen vom Servicepartner zum Zustand des Aggregates

Michael Wentzke von der IG Biogasmotoren schärfte den Blick der Teilnhmer dafür, dass Motorenprobleme häufig nur das Symptom bilden für Schadensursachen, die sich in der Peripherie des Aggregates verbergen. Das können die Nebenaggregate des Packages sein, wie z.B. die Raumklimatisierung oder die Biogasaufbereitung.

1. BHKW-Schnittstellen als Schadensursachen ausschalten

Das Biogas-BHKW steht ja nicht für sich allein auf der Biogasanlage, sondern hat zahlreiche Schnittstellen, die auf den Biogasmotor einwirken. Ein BHKW-Hersteller ist gut beraten, diese Schnittstellen bei der Planung und Projektierung eines Biogas-BHKWs zu berücksichtigen. Nur so lassen sich später im Betrieb des BHKWs Probleme vermeiden, die der Lieferant zu vertreten hat.

Ein großes Thema ist in diesem Zusammenhang auch die Wärmeauskopplung, die gerade bei Vergrößerung der Wärmeabnehmer eine Wärmeplanung erfordern, um Motorenprobleme und nicht ausreichend versorgte Wärmekunden zu vermeiden.

2. Showstopper für optimalen Biogas-BHKW-Betrieb

Leider gibt es in der Praxis beträchtliche Mängel der Errichtung gerade von Flex-BHKWs. Diese führen zu Betriebsstörungen und schlechten Leistungen der BHKWs, da Biogasverbräuche zu hoch sind oder ausgekoppelte Wärmemengen zu niedrig sind. Hier scheitert es an der Parametrierung der Steuerungstechnik, die offenbar manche Serviceteams schlichtweg überfordern, obwohl die „Hardware-Ausstattung“ des BHKWs eigentlich vollständig und richtig ausgelegt ist.

In Einzelfällen verzögert sich dadurch die Inbetriebnahme von Aggregaten um mehrere Monate mit den negativen Konsequenzen für den Betreiber. Dies hat seine Ursache oftmals in unzureichenden Kapazitäten und Qualifikationen der Errichter- und Inbetriebnahmeteams.

3. Servicekonzepte vieler BHKW-Anbieter unzureichend

Für optimalen Biogas-BHKW-Betrieb ist ein individuell abgestimmtes Servicekonzept unerläßlich. Hier wird häufig übersehen, dass ein Biogas-BHKW nicht nur aus Motor, Generator und Schaltschrank besteht, sondern eben auch Lüfter, Gasgebläse, Pumpen etc. erfordert. Diese Komponenten verschleißen auch und sind ebenfalls wartungsbedürftig.

Es ist verwunderlich, dass BHKW-Packager ihre Kunden oft nur mit Wartungsdienstleistungen für den Biogasmotor bedienen und alles andere nicht ansprechen, obwohl dies im Lieferumfang des Biogas-BHKWs enthalten war. Anbieter sollten zu beiderlei Nutzen darüber nachdenken, wie die Lücken im Serviceumfang schnellstmöglich abgedeckt werden, damit für den Betrieb des BHKWs wichtige und zum Teil sicherheitsrelevante Komponenten nicht vergessen werden.

BHKW-Hersteller können ihr Serviceangebot für Biogas-BHKW-Betreiber deutlich verbessern, indem sie ihre Leistungen im Service mit Kooperationspartnern guter Qualität ergänzen. Der Markt ist hierfür vorhanden, viele Betreiber beklagen zu Recht unzureichende Servicevertrags-Angebote. Lücken im Service der wartungsbedürftigen Komponenten führen zu Schäden, zu hohen Betriebskosten und zu (persönlichen !) Haftungsrisiken des Betreibers, wenn dadurch die Betriebssicherheit leidet.

4. Motor-Betriebsdaten: Zahlenfriedhof oder Instrument zur Vorsorge?

Täglich sammeln Motorsteuerungen und Betreiber Motorbetriebsdaten, häufig auch Daten der angebundenen Peripherie wie Gasaufbereitung und Wärmeauskopplung. Man kann darüber im Einzelfall streiten, ob es jeweils die richtigen und relevanten Daten sind. Aber über einen Mangel an Daten muss man sich eher nicht beklagen. Was fehlt, ist die Interpretation der Betriebsdaten mit Blick auf Betriebskosten und Schadenprävention.

Temperaturschwankungen des Tages sowie im jahreszeitlichen Wechsel belasten die Motoren und Nebenagregate, hinzu kommt die eigene Wärmeproduktion des Motors im Brennraum und dem nachfolgenden Abgastrakt. Im Flexbetrieb kommen täglich zwei Heiß- und Kaltwechsel hinzu. Dies ist dann für einen optimalen Biogas-BHKW-Betrieb zu bewältigen, wenn Betreiber die Frühindikatoren für den Motorenverschleiß im Zeitablauf bewerten lassen.

Hier wäre Hilfe der Servicepartner notwendig, die z.B. die Ölanalyse mit Blick auf die nächsten Wartungsmaßnahmen interpretieren. Die Stadandardtexbausteine der Schmieröllabore sind leider häufig nicht ausreichend, um den Betreiber vor teuren Schäden zu schützen. Den Wartungsteams fehlt hierfür oft die Zeit vor Ort, vereinzelt auch das profunde Wissen. Für einen guten Service, der vom Kunden so erlebt wird, ist eine entsprechende Zahlungsbereitschaft durchaus vorhanden.

Es gibt die (wenigen) Leuchttürme guten Vorortservices, die Betreiber zu guten wirtschaftlichen Ergebnissen führen. Dort rechnen sich die Serviceaufwendungen sehr wohl. Es überwiegen leider die Klagen über das Preis-Leistungsverhältnis und die Verfügbarkeit von Serviceeinheiten im Markt. Für Anbieter eines umfassenden BHKW-Services ist dies Chance und Herausforderung zugleich angesichts des Fachkräftemangels und der hohen Fachkräfte-Fluktuation.

Welche Inhalte die Teilnehmer des Seminars „Optimaler Biogas-BHKW-Betrieb“ erwarten, lässt sich unter diesem Link abrufen.

Schwingungsprobleme an Biogasmotoren bleiben oft unentdeckt

1. April 2015 by Michael Wentzke

Gerissener Grundrahmen - Folge eines Schwingungsproblemes? — Gerissener Grundrahmen – Folge eines Schwingungsproblemes?

Wenn der Biogasmotor und Generator erkennbar unruhig laufen, dann ist der nächste große Schaden nicht mehr weit. Motorgestellrisse und Kurbelwellenbrüche sind dann die teuren Spätfolgen.

Schwingungsprobleme äußern sich nicht immer so, dass sie leicht zu erkennen sind. Da sie nur zuverlässig von Spezialisten mit den geeigneten Messverfahren und Messgeräten entdeckt werden, bleiben dies mit ihren Auswirkungen lange im Verborgenen. Die Ursachen der Schwingungsprobleme reichen oft weit zurück und beginnen häufig schon mit der Auslegung:

– keine schwingungsdynamische Berechnung und Auslegung des Containerfundamentes (Container steht auf zu schwach dimensionierten Streifenfundamenten)

– oft nur eine „Baustatik“ des Containers, keine schwingungstechnische Auslegung des Containers (Container ist in sich „schwingungsweich“ – zuwenig „Eisen“ verbaut)

– mangelnde Steifigkeit des Motorgestells bzw. des Gestells für das komplette Genset

– unzureichende Abstimmung mit dem Motorhersteller (Schwingungsverhalten des Motors, zu beachtende Eigenfrequenzen des Motors)

– bei Raumaufstellung: fehlende Entkopplung des Blockheizkraftwerk-Fundamentes vom Fußboden : Mauerrisse, Schwingungsübertragung in andere Stockwerke

Auch Montagefehler beim Aufbau wie

– mangelhafte Ausrichtung der Kupplung zwischen Motor und Generator ,

– Montage der Dämpfungselemente

– verspannte Montage von Rohr-Kompensatoren

wirken sich sehr negativ auf das Schwingungsverhalten des Biogasmotors aus.

Vereinzelt wurde auch das Schwingungsverhalten der Biogasmotoren selbst bemängelt, hier sind die Motorenhersteller gefordert, nachzubessern.

Nach jeder Trennung von Motor und Generator sollte eine Schwingungsmessung durchgeführt werden, um etwaige Montagefehler gleich zu Beginn aufzudecken. Bei Beschaffung eines neuen Blockheizkraftwerkes empfiehlt es sich sehr, die strengere Schwingungsnorm DIN 10818-6 und nicht die sehr großzügige ältere Norm DIN 8528-9 zum Gegenstand des Kaufvertrages und der technischen Abnahme zu machen. Die ältere Norm hat Betreiber nicht ausreichend vor Schwingungsschäden an ihren Biogasmotoren geschützt.

Schon die Überprüfung, Erneuerung und korrekte Montage von Dämpfungslagern bringen deutliche Verbesserungen in der Schwingungsbelastung eines Aggregates. Vereinzelt haben Hersteller bereits Verstärkungen und Versteifungen der Gestelle in die laufende Serie einfließen lassen. Schwingungs-technische Optimierungen an bestehenden Biogas-BHKWs sind möglich, erfordern aber Spezial-Know-How und zu Beginn eine gründliche schwingungstechnische Analyse.