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Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

Damit Biogasmotoren problemlos laufen

Verschleiß im Biogas-BHKW

Verschleiß im Biogas-BHKW

12. August 2021 by Michael Wentzke

Gegen Staub kann man den Motor schützen
und den Verschleiß reduzieren

Ein laufendes BHKW ist ohne Verschleiß an seinen Bauteilen nicht denkbar. Bleibt dieser in zulässigen Grenzen, wird die Funktionstüchtigkeit und Leistungsfähigkeit nicht beeinträchtigt. Und die Wahrscheinlichkeit wird sehr groß, dass das BHKW von Schäden verschont bleibt. In der Praxis zeigt sich der Verschleiß nicht immer offenkundig. Daher kann es immer wieder über einen lagen Zeitraum an Komponenten des BHKWs zu Schäden kommen, die dann urplötzlich sichtbar werden und ihre Entstehungsgeschichte erfolgreich verheimlichen konnten.

Für den Betreiber eines Biogas-BHKWs bedeutet dies, alle Verschleiß treibenden Faktoren im Auge zu behalten. Messen hilft dabei, die richtigen Maßnahmen zum richtigen Zeitpunkt zu treffen. Die Ausstattung der BHKWs mit Messinstrumenten ist sehr unterschiedlich. Daher sieht die Unterstützung der Hersteller für Betreiber diesbezüglich nicht immer gut genug aus.

Ein bisschen Staub kann doch nicht schaden – oder?

Mit Blick auf verstaubte Belüftungsgitter von Generatoren und zugesetzte Ansaugluftfilter des Biogas-Motors muss man sagen : doch. Denn die abrasive Wirkung dieser  Staubteile fördert den Verschleiß der Laufbuchse im Motor und sorgt für erhöhten Schmieröl- und Gasverbrauch. Raumluftfilterung ist daher kein Luxus, der Staub der Umgebung muss einfach draußen bleiben. Im Sommerhalbjahr gehört auch der häufigere Wechsel der Raumluft-Filtermatten dazu. Dies mag zwar lästig erscheinen, erspart aber hohe Wartungs- und Instandsetzungskosten, da mit höherem Laufbuchsenverschleiß und Ölverbrauch auch Wartungsaufwendungen für den Turbolader steigen.

Auch der Generator mag keine staubige Frischluft, die zur Kühlung der Wicklungen notwendig ist. Der Staub lagert sich im Inneren des Generators ab und läßt immer weniger Frischluft durchströmen. Die Folge ist eine Temperaturerhöhung der Wicklung, die bis zur Versprödung der Wicklungsummantelung führen kann. Und dann ist es nicht mehr weit bis zum Wicklungsschaden – oder schlimmer noch: bis zum Generatorbrand.

Hohe Betriebstemperaturen treiben den Verschleiß

Zu hohe Temperaturen machen nicht nur den Menschen zu schaffen, sondern auch den Maschinen. Insbesondere hocheffiziente Biogas-Motoren sind auf funktionsfähige Kühlkreisläufe für die Motor- und Gemischkühlung angewiesen. Nicht wenige Motoren laufen mit ca. 10°C zu hohen Kühlmittel- und Schmieröltemperaturen. Das hat teure Konsequenzen:

  • Zündkerzen-Standzeiten sinken
  • Zylinderkopf-Standzeiten sinken
  • Verschleiß der Laufbuchsen steigt
  • Klopfneigung des Motors steigt
  • Motorsteuerung reduziert die maximale Leistung
  • Standzeiten von Schmieröl und Kühlmittel sinken

Die Ursachen hierfür sind vielfältig: es bginnt häufig mit zugesetzten Notkühlern (Bioteppich..), setzt sich fort mit Wärmetauschern, die verschmutzt sind und keinen ausreichenden Wärmeübergang herstellen und endet nicht selten mit zersetzem Kühlmittel, das aufgrund zu geringem Betriebsdruckes lokal überhitzt wurde, Dampfblasen gebildet und sich chemisch verändert hat.

Dies sind nur zwei Themen, die einen starken Verschleiß des Biogas-Motors mit seinen Komponenten provozieren. Es gibt noch weitere Verschleißtreiber, die sich mit regelmäßiger Messung und Wartung in den Griff bekommen lassen, sodass einem teure Instandsetzungsmaßnahmen und hohe Betriebsunterbrechungs-Schäden erspart bleiben. In Inhouse-Veranstaltungen für Biogasanlagen-Betreiber werden diese Themen im Herbst vorgestellt, öffentliche Webinare hierzu werden folgen. Einen weiteren Einblick in typische BHKW-Schäden erhalten Sie mit dieser Präsentation: Schaden-Praevention-im-Biogas-BHKW_Rel2019.

Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Schadensursachen, Wartung Tagged: Ablagerungen, Biogas, Generator, Kühlmittel, Motor, Schäden, Schmieröl, Staub, Temperaturen, Verschleiß, Wartung

BHKW-Betriebsdaten: der Schlüssel für wirksame Schadenprävention

15. April 2019 by Michael Wentzke

Kavitationsschaden durch zu niedrigen Kühlmittel-
Druck Quelle Pixabay

Ein kürzlich mit einem Betreiber einer KWK-Anlage geführtes Gespräch machte es deutlich: BHKW-Betriebsdaten in der Hand einer technischen Betriebsführung können zu einem mächtigen Istrument zur Vermeidung ungeplanter Stillstände und zur Senkung der Instandsetzungskosten werden.

Dieser Betreiber erhebt täglich seine BHKW-Betriebsdaten und erhält über die Visualisierung seiner Betriebsführungs-Software den Verlauf der relevanten Motordaten. Ein Beispiel: während der Wartungsarbeiten gemessene Ventilrückstandsmaße werden pro Zylinder sauber protokolliert. Die Betriebsführung erkennt im Zeitablauf die Ausreißer und kann entsprechende Maßnahmen einleiten.

Betriebsdatenauswertung: Lebensversicherung für das BHKW

Es ist relativ einfach, die dem Motor zwischen zwei Schmieröl-Wechselterminen zugeführte und abgesaugte Schmierölmenge zu messen. In Verbindung mit der in dieser Zeitspanne erzeugten Strommenge berechnet die Betriebsführungssoftware den Schmierölverbrauch. Dieser ist ein zuverlässiger Indikator für den Verschleiß-Zustand der Laufbuchsen mit den Kolben und Kolbenringen.

BHKW-Betriebsdaten erlauben nicht nur Aussagen über den Verschleißzustand des Motors und seiner Nebenaggregate, sondern auch über entstehende Schäden. Im ersten Fall erhält der Betreiber einen Hinweis über eine früher oder später fällig werdende Servicearbeit. Im zweiten Fall dienen diese Daten auch der Schadenprävention.

Technische Betriebsführung ist ohne ausreichende Betriebsdaten hilflos

Wer die BHKW-Betriebsdaten regelmäßig erfasst und bewertet, hat die Chance, seine Instandhaltungskosten zu reduzieren. Ohne damit Gefahr zu laufen, ein Ausfallrisiko einzugehen. Der Verschleißvorrat z.B. eines Zylinderkopfes oder auch der einer Aktivkohle wird bis zu einem kleinen Sicherheitsabstand ausgeschöpft. Dieser schützt dann vor einem Ventilschaden oder einem Durchbruch von Schwefelwasserstoff.

Dies erfordert

  1. eine ausreichende Anzahl von Messstellen am BHKW,
  2. eine regelmäßige Bewertung dieser Daten und
  3. eine Abstimmung mit dem Servicepartner, welche Instandhaltungsmaßnahmen wann notwendig werden.

Die starken Unterschiede in der Erfassung und Bewertung dieser Daten zeigen das Verbesserungspotenzial in der Praxis des BHKW-Betriebes. Diese wirken sich aus auf

  1. die Höhe der Instandhaltungskosten
  2. die Anzahl ungeplanter Stillstände durch Schäden am BHKW und
  3. den damit einhergehenden Risiken für die Bereiche Personal, Umwelt, Versicherung und Finanzierung

Betriebsdatenauswertung: Hand am Puls gerade im Flexbetrieb wichtig

Schon für den Grundlast-Betrieb von BHKWs nutzen Betreiber die Betriebsdaten oft nur unzureichend – aus den oben dargelegten Gründen. Leider gilt dies für den Flex-Betrieb von BHKWs noch viel stärker: sowohl Betreiber als auch Servicepartner haben wegen fehlender Erfahrungswerte keine oder nur unzureichende Vorstellungen, wie sich der Verschleiß an den relevanten Bauteilen im Flex-Betrieb entwickeln wird. Die IG Biogasmotoren bietet daher erstmalig einen Workshop mit dem Thema „Flex-BHKW – worauf ist für den störungsfreien Betrieb zu achten“ am 21.05.2019 in Nienburg an. Anmeldung zu diesem Workshop und detaillierte Informationen zu Ort, Zeit, Agenda und Kosten finden Sie hier .

 

Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Gasanalyse, Instandsetzung, Ölanalyse, Schadensursachen, Wartung Tagged: Auswertung, BHKW-Betriebsdaten, Instandhaltungskosten, Messstellen, Risiko, Schäden, Schadenprävention, Verschleißvorrat

Gastbeitrag HGS: Schwingungsmessung im BHKW

Gastbeitrag HGS: Schwingungsmessung im BHKW

26. Januar 2017 by Michael Wentzke

Wie H.G.S. Schwingungsmessungen in der Praxis durchführt
Schwingungsmessung an einem Biogas-Aggregat

Die Schwingungsmessung ist nach DIN ISO 8528-9 seitens des Lieferanten der Gasmotoreinheit mit Generator (Caterpillar Energy Solutions – MWM) nach der erfolgten Inbetriebnahme des BHKWs vorgeschrieben.

Für die Durchführung der Messung sind entsprechende Meßgeräte und -Fühler sowie speziell geschulte Servicetechniker erforderlich. Für die Messung wird eine Vorlage von MWM, in der bis zu 60 Meßpunkte graphisch und tabellarisch dargestellt sind, verwendet.

Die Messung ist nach der Inbetriebnahme notwendig, um unter anderem die korrekte Aufstellung des Gensets z.B. im Container oder auf einem Fundament in Raumaufstellung zu kontrollieren. Es werden die Einhaltung der Grenzwerte für Schwingungen am Gasmotor und Generator, die Wellen-Ausrichtung vom Generator zum Gasmotor, die Funktion der einzelnen Komponenten zur Schwingungsreduzierung (z.B. Federelemente, Schwingungsdämpfer am Motor, Kompensatoren, etc.) überprüft und ein Referenzwert für spätere Messungen festgestellt.

Praktische Durchführung einachsiger Schwingungsmessungen
Messwertaufnehmer mit einem mobilen Schwingungsmessgerät

Die Schwingungsmessung und Dokumentation der entsprechenden Meßwerte ist Bestandteil der Inbetriebnahme nach MWM-Hersteller-vorgabe und einschließlich der restlichen Inbetriebnahme-Dokumente bei MWM einzureichen.

Bei den folgenden, größeren Wartungsstufen des GenSet (Gasmotor und Generator) ist ebenfalls eine Schwingungsmessung vorgeschrieben. Die entsprechenden Wartungsintervalle und dazugehörigen Umfänge sind der jeweils beigefügten Dokumentation von MWM zum Marelli-Generator zu entnehmen.

Um nun zu erkennen ob sich das Schwingungsverhalten des BHKWs verändert hat, ist ein Vergleich mit den Referenzwerten aus der Messung nach der Inbetriebnahme unumgänglich. Nur durch den Vergleich mit dem Neuzustand ist zu erkennen, ob und wo sich Werte verändern, so daß man dann gegebenenfalls darauf reagieren und eine weitere Diagnose der Fehlerquelle einleiten kann.

Stellt man nun bei einer Schwingungsmessung im Rahmen einer Wartung fest,  daß sich die Werte verändert haben, sollte man an den entsprechenden Meßpunkten erneut eine Messung durchführen,  um sicherzustellen, daß es sich nicht um einen Meßfehler handelt.

Werden die Abweichungen zum damaligen Referenzwert in der Vergleichsmessung bestätigt, so sollte man vor Ort direkt folgende Punkte kontrollieren:

  • Einstellung der Federelemente und Kontrolle, ob diese vollständig auf dem Boden aufliegen sowie
  • Sichtkontrolle der Kompensatoren

Wenn diese Punkte alle in Ordnung sind, so sollte im Anschluß die Wellenausrichtung vom Gasmotor und Generator kontrolliert werden. Des weiteren kann man weitere Messungen, z.B. an anderen Meßpunkte, oder eine Spektrumanalyse durchführen.

Ein verändertes Schwingungsverhalten kann natürlich auch von einem „unrunden“ Motorlauf hervorgerufen werden. Ein „unrunder“ Motorlauf ist zum Teil zu hören und zu sehen oder kann auch an analogen Leistungs- oder Stromanzeigen sichtbar sein. Stellt man nun fest, daß der Motor nicht ruhig läuft, kann man zum einen in der MWM TEM-Steuerung die jeweilige  Zündenergie ablesen und per Zündlichtpistole die einzelnen Zylinder auf korrekte Zündimpulse hin kontrollieren.

Weiterhin sollte der korrekte Zündzeitpunkt ebenfalls direkt kontrolliert werden. Eine Messung der Abgaswerte nach Motor sowie vor Katalysator kann ebenfalls hilfreich sein, um zu erkennen, ob der Motor in seinen richtigen Parametern läuft.

Zu hohe Schwingungen können zu kurz- und langfristigen Schäden am gesamten BHKW führen. Wenn diese Schäden eintreffen, ist meistens eine kostenintensive Reparatur, verbunden mit einer längeren Ausfallzeit, unumgänglich. Welche Leistungsumfange für Schwingungsmessungen angeboten wird und wie groß der Zeitaufwand für die Messung ist, erfahren Interessenten hier.

Autor: Arnd Dietrich, Leitung Elektrotechnik H.G.S. GmbH & Co KG in Krefeld

Anlagenoptimierung, Betriebsdatenanalyse, Instandsetzung, Schadensursachen, Wartung Tagged: Biogas-BHKW, Federelemente, H.G.S., Inbetriebnahme, Kompensatoren, Schäden, Schwingungsmessung, Schwingungsverhalten

Mit einem Klick auf das Bild geht es zu den Details:

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