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Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

Damit Biogasmotoren problemlos laufen

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.

Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Schadensursachen Tagged: Ausrichtung, Containerboden, Containerlagerung, Dämpfungselemente, Drehschwingungsdämpfer, Fundament, Generator, Kupplung, Maschinenfundament, Motor, Motorengestell, Schadenprävention, Schwingungen, Schwingungsmessung, Schwingungsprobleme, verspannte Kompensatoren, Zünddrücke

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.

Anlagenoptimierung, Instandsetzung, Schadensursachen Tagged: Anlagenplanung, Dämpfungslager, Fundament, Schwingungsmessung, Schwingungsproblem, Schwingungsprobleme

Motortalk in Poyenberg für Mitglieder am 19. Juni 2014

7. Juni 2014 by Michael Wentzke

Motor-Talk für Biogasmotoren-Betreiber
Motor-Talk für Biogasmotoren-Betreiber

Der nächste Motortalk für Mitglieder des IG Biogasmotoren e.V., die aus Schleswig-Holstein und direkt angrenzenden Regionen kommen, findet in Poyenberg auf der Biogasanlage eines Mitgliedes statt.

Neben dem Erfahrungsaustausch der Mitglieder werden aktuelle Informationen über die Lösung von Schwingungs- und Startproblemen sowie Modellpflegemaßnahmen eines Motorenherstellers diskutiert. Details zum Veranstaltungsablauf gehen den Mitgliedern per Email zu. Der Motortalk in Poyenberg greift jeweils aktuelle Themen der Biogas-BHKW-Betreiber auf.

 

Anlagenoptimierung, Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Tips und Tricks Tagged: Berichte, Erfahrungsaustausch, Lösungsvorschläge, Motortalk, Poyenberg, Schwingungsprobleme, Startprobleme, Tips und Tricks

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

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