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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

Verschleiß im Visier

30. Januar 2020 by Michael Wentzke

Betriebsdatenhistorie richtig bewerten, um Instandhaltungskosten zu sparen
Verschleiß begrenzen durch
passende Wartungsmaßnahmen

Es liegt in der Natur der Sache, dass jede Verbrennungsmaschine über die Nutzungsdauer verschleißt. Innere Reibung von den Kolbenringen bis hin zu den Lagern sorgen für Materialabrieb, der sich im Schmieröl bestens verfolgen lässt. Auch in der Peripherie – wie z.B. den Raumluftfiltern – werden Komponenten in ihrer Leistung mit der Zeit schwächer. Gelangt Feinstaub stärker in den Brennraum, steigt der Verschleiß der Laufbuchsen an. Ähnlich verhält es sich mit den Kühlkreisläufen: im Betrieb verschlechtert sich die Wärmeübertragung, z.B. durch Verkalkung, und damit wird es im Motor heißer. In der Folge sinkt beispielsweise die Standzeit der Zylinderköpfe.

Verschleiß kommt in kleinen Schritten um die Ecke

Der normale Verschleiß ist unspektakulär und nicht zwingend gefährlich. Nur wenn er sich unbeobachtet weiterentwickelt und im Stillen sein schadensträchtiges Werk betreibt, wird es teuer für den Betreiber. Der Wasserdruck in den Kühlkreisläufen ist leider solch ein typisches Beispiel für das Bild „kleine Ursache – großer Schaden“. Solange Wasser in den Kühlkreisläufen ist, sei ja alles in Ordnung, so die immer wieder geäußerte Meinung. Das ist nur die eine Seite der Medaille, die andere verweist auf den Zusammenhang von Kühlmittel-Druck, -Temperatur und Dampfbildung. Und dann sind wir schnell bei Kavitation und Lochfraß am Motorblock, der sich erst im Spätstadium des Schadens dem Betreiber offenbaren. Ein Motor-Ausfall und eine teure Instandsetzung sind die Folge.

Betriebsdaten-Messung schützt vor Überraschungen

Im Grunde genommen ist dies eine Daueraufgabe beginnend mit der Inbetriebnahme des Biogas-BHKWs. Wertvoll für den Betreiber und das Service-Personal sind die Zeitreihen der Messdaten. Durch ein schlechtes Package kann ein Motor schon ab Inbetriebnahme ins Schwitzen kommen, wenn die Notkühler zu klein dimensioniert sind. Verschmutzen oder verkalken diese im Sommer, dann reagiert der Motor mit einer Abschaltung oder zumindest mit einer Leistungsreduktion. Wären die Notkühler und andere Komponenten des Kühlkreislaufes ausreichend dimensioniert, bliebe mehr Zeit und Spielraum bei normalem Verschleiß, bis es zu heiß wird. Reserven in der Auslegung der Komponenten helfen, weil einfach die nutzbare Zeitspanne bis zu notwendigen Wartungsmaßnahmen größer ist.

Jedes Biogas-BHKW hat seinen optimalen Wartungs-Rhythmus

Neben den Routinearbeiten wie Schmieröl- und Zündkerzenwechsel fallen in größeren Abständen auch Raumluftfilter, Ölnebeldampfabscheider, Dämpfungselemente des Aggregates, Abgaswärmetauscher etc. zur Überprüfung an, die in ihrer verbauten Umgebung mehr oder minder schnell verschleißen. Weil gerade die Einbausituationen so sehr unterschiedlich sind, können die Standard-Wartungsvorschriften nur ein grober Anhalt sein, wann Komponenten überprüft oder gar gewechselt werden müssen. Daher kommt es darauf an,

  1. für den Verschleiß relevante Betriebsdaten kontinuierlich zu messen und
  2. diese Betriebsdaten zu beurteilen, ob und wann welcher Handlungsbedarf besteht.

Betriebsdaten-Anbindung online oder offline für Verschleiß-Prognose

Wer für sein Biogas-BHKW eine Online-Anbindung an seinen Servicepartner hat, kann darauf bauen, dass dieser die relevanten Betriebsdaten bewertet. Und bei deutlichen Abweichungen reagiert, um Schäden und ungeplante Stillstände zu verhindern. Viel wichtiger aus wirtschaftlicher Sicht ist neben der Schadenprävention das Halten des Aggregates im optimalen Betriebsfenster mit „Wohlfühlbedingungen“. Wenn gereinigte oder auch vergrößerte Wärmetauscher dazu führen, dass Zündkerzen und Zylinderköpfe länger halten, dann erhöht dies den Sicherheitsabstand zum potenziellen Schaden und verbessert die Wirtschaftlichkeit des Biogas-BHKWs.

Um dies für ein Biogas-BHKW zutreffend zu beurteilen, bedarfs es nicht zwingend einer Online-Anbindung. Es geht auch einfacher: einmal wöchentlich „offline“ ein Set von Motorbetriebsdaten absenden und die sich aufbauende Datenhistorie von einem neutralen Dritten bewerten zu lassen, ist schon eine große Unterstützung in diese Richtung. Deshalb erweitert die Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren ihre Dienstleistung um eine kostenfreie „Biogasmotoren-App“, die ihre Info- und Förderkreis-Mitglieder genau in diese Richtung weisend unterstützt. Es geht dabei nicht um die Alarmmeldung eines geplatzten Kühlwasserschlauches, sondern um die Bewertung der Motorbetriebsdaten. Natürlich mit dem Ziel, den Verschleiß durch geeignete Wartungs- und Opimierungsmaßnahmen zu reduzieren. Dies senkt dabei auch nachhaltig die Instandsetzungskosten, ohne Betriebsrisiken zu vergrößern.

Neben der kommenden Biogasmotoren-App finden sich im Mitgliederbereich der IG Biogasmotoren zahlreiche Fachbeiträge und 15-Minuten-Videos zu den vielen Themen der Schadensvorbeugung im Biogas-BHKW. Wer sich unverbindlich einen Überblick verschaffen möchte, dem sei dieser Link empfohlen.

Anlagenoptimierung, Betriebsführung, Schadensursachen, Wartung Tagged: Betriebsdaten, Instandhaltungskosten, Schadensvorbeugung, Verschleiß, Wartung

3 wertvolle und kaum genutzte Hinweise aus der Motorsteuerung

22. Oktober 2015 by Michael Wentzke

Die Motorsteuerung im Biogas-BHKW ist für viele Betreiber ein Buch mit sieben Siegeln. Im Alltag werden die Grundfunktionen zum Starten und Stoppen des Biogasmotors genutzt. Die Verarbeitung der Motorensignale dient nicht nur der Bewältigung kritischer Motorenzustände, wie z.B. Öl- und Kühlwassermangel, und dem sicheren Umgang mit Biogas. Die laufenden Betriebsdaten spiegeln auch den aktuellen Stand der Motorengesundheit wider.

Akademie der Leea in Neustrelitz
Akademie der Leea in Neustrelitz

Dieser Zusatznutzen, Hinweise aus der Motorsteuerung für die dauerhafte Verbesserung der Motorengesundheit einzusetzen, bleibt für den Betreiber oft unerkannt. Im Biogasmotoren Technik Seminar am 4. November 2015 in Neustrelitz wird dieses Potenzial ausführlich dargestellt. Motorensignale richtig gemessen und interpretiert sind eine wahre Schatztruhe für diese drei Themen:

  1. Wartungsintervalle an die gemessenen Verschleißraten anpassen
  2. Motorenschäden schon in der Frühphase aufspüren
  3. Optimierungspotenzial des BHKWs zur Kostensenkung erkennen

Die Motorsteuerung verarbeitet eine Vielzahl von Messwerten, damit das Biogas-BHKW im sicheren Betrieb Strom und Wärme erzeugen kann. Die gewonnenen Motordaten geben aber auch wertvolle Hinweise, wie Schäden vermieden werden können und sich die Wirtschaftlichkeit im Betrieb deutlich verbessert.

1.  Wartungsintervalle an die gemessenen Verschleißraten anpassen

Dass Motoren mechanisch verschleissen, ist unvermeidbar, es kommt nur auf das Maß an. Die gilt auch für Filter, die sich mit der Zeit mit Staub, Schmutz und Feuchtigkeit zusetzen. Durch übermäßige Belastungen – zum Teil jahreszeitlich bedingt – sind die Verschmutzungs- und Verschleißraten nicht gleichmäßig. Deshalb sind angepasste Wartungsintervalle hilfreich, um den Motor vor zu großem Verschleiß zu schützen.

Voraussetzung für diese Anpassung sind die regelmäßig gemessenen Werte und ihre Interpretation. Für einen Luftfilter kann dies ein Differenzdruck sein. Eine Schmierölanalyse ist dagegen schon komplexer. Mit externer Unterstützung kann sich der Betreiber auch hier Rat und Expertise einholen, um den Zustand seines Biogasmotors zu bewerten. Schmierölanalysen geben dann auch Empfehlungen für den Ölwechselzeitpunkt.

2.  Motorenschäden schon in der Frühphase aufspüren

Akutes Bauteilversagen z.B. aufgrund von Materialfehlern kommt erfreulicherweise recht selten vor. Die meisten Motorschäden kündigen sich „leise“ an und haben eine „Entwicklungsgeschichte“. Diese werden oft dadurch begünstigt, dass sich mehrere Ursachen in Wechselwirkung verstärken.

Ab einer Schwelle verstärken sich die negativen Folgen von z.B. ölnebelhaltiger Ansaugluft, zu hoher Gemischtemperatur und Motorklopfen. Der plötzlich auftretende Kolbenfresser sorgt für unerwarteten Stillstand und hohe Ausfallkosten.

Wenn alle relevanten Frühindikatoren für Motorschäden gemessen und richtig beurteilt werden, kann der Betreiber den Kolbenfresser vermeiden. Dafür sind regelmäßige Messungen notwendig, die dann im Zeitablauf den Schaden signalisieren. Aus einem Einzelwert lässt sich dies nur bei extremen Messwerten ableiten.

 3. Optimierungspotenzial des BHKWs zur Kostensenkung erkennen

Bei Motoren mit einem Dauerproblem (Motor erreicht keine Volllast, verkaufbare Wärmemenge zu gering, Standzeit der Zylinderköpfe und Zündkerzen inakzeptabel gering, etc.) geben Messwerte aus dem laufenden Betrieb Hinweise auf die Schwachpunkte des BHKWs, die zu den Problemen führen.

Biogasmotoren mit ernsten Problemen belasten den Betrieb mit hohen Kosten für zu häufige Reparaturen, Ersatzteilkosten und Ausfallkosten durch Anlagenstillstände. Finanzierer und Versicherer  werden dann oft unruhig und erhöhen den ohnehin schon hohen Stresspegel des Betreibers. In vielen Fällen kann nach intensiver Diagnose und Messung aller wichtigen Zustandsgrößen am Biogasmotor für Abhilfe gesorgt werden.

Ob es leitungsfähigere Wärmetauscher, Pumpen, größere Rohrquerschnitte oder andere Bauteile sind: gerade in der Anbindung der Wärmeverbraucher entstanden durch mangelnde technische Planung und Berechnung fehlerhaft ausgelegte Heizkreise, die zur Überhitzung von Biogasmotoren geführt haben. Schwingungsmessungen haben konstruktive Mängel einzelner Biogasmotoren und der Motorengestelle aufgedeckt und zu Verbesserungen seitens der Hersteller und Anlagenbauer geführt.

Es lohnt sich, „die Hand am Puls“ des Biogasmotors zu haben. Wartungs-, Reparatur- und Betriebsunterbrechungs-Kosten sinken. Ein gut gewarteter Biogasmotor hält seinen Wirkungsgrad auf hohem Niveau und spart über die Laufzeit auch sehr viel Brennstoffkosten. Das Biogasmotoren Technik Seminar IV zum Thema  Motorsteuerung und Sensorik findet am 4.11.2015 in Neustrelitz in der Akademie des Landeszentrums für erneuerbare Energien (Leea) statt. Teilnehmer erhalten umfangreiche Seminarunterlagen und Checklisten. Hier geht es zur Anmeldung und zum Seminarflyer.

Anlagenoptimierung, Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Gasanalyse, Instandsetzung, Ölanalyse, Schadensursachen, Technik Seminare, Veranstaltung, Wartung Tagged: Anlagenoptimierung, Betriebsdaten, Betriebskosten, Ertragsdruck, Instandsetzung, Leea, Motorengesundheit, Motorsteuerung, Neustrelitz, Schadenfrüherkennung, Technik Seminar, Verschleiß, Wartung, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit

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