Technická diagnostika

Technická diagnostika
Martin Pexa, M58/3
Katedra jakosti a spolehlivosti strojů
Program přednášek
1.
Základní pojmy technické diagnostiky (diagnóza, prognóza, ekonomika)
2.
Diagnostické postupy (prosté, větvené, optimalizace)
3.
Metody technické diagnostiky (subjektivní, objektivní)
4.
Metody měření provozních parametrů (výkony, volba, použití)
5.
Metody měření provozních parametrů (absolutní a měrná spotřeba paliva)
6.
Metody měření provozních parametrů (teploty, tlaky, těsnosti)
7.
Metody měření provozních parametrů (exhalace, emise, ekologie jízdy)
8.
Diagnostika poruch spalovacích motorů (nejčastější závady, diagnostika)
9.
Diagnostika palivových soustav (spalovací motory)
10. Nedestruktivní defektoskopie (magnetická metoda prášková)
11. Diagnostika poruch elektrických zařízení (elektrická soustava spal. motorů)
12. Vibroakustická diagnostika (frekvenční analýza, ultrazvuková emise)
13. Tribotechnická diagnostika (technický stav oleje, otěry strojních částí)
14. Aplikace technické diagnostiky
1
Technická diagnostika – základní úkoly
Základní požadavky na stav stroje:
-
bezvadný
spolehlivý
ekonomický
bezpečný
Zabezpečení požadavků:
-
kvalitní konstrukcí a výrobou – inherentní vlastnosti
péče po celou dobu užívání stroje
Příklady:
-
i nejkvalitnější systém vozidlových brzd je třeba čas od času prověřit,
zanedbáním se riskují životy lidí a případně zničení vozidla
zvýšení spotřeby paliva o 5 až 10 % v důsledku náhodné avšak dlouho trvající
poruchy automobilu může způsobit ekonomické ztráty ve výši 15 až 20 %
pořizovací ceny automobilu
Ekonomika diagnostiky
DIAGNÓZA – výrok o technickém stavu diagnostikovaného objektu, tj. o existenci
či rozsahu poruchy.
PROGNÓZA – výrok o pravděpodobném vývoji technického stavu objektu
Základní úkoly diagnostiky:
diagnostiky:
V rámci diagnózy technického stavu:
• odhalovat skryté poruchy
• identifikovat místa a rozsah vzniku poruch a jejich příčiny
• charakterizovat ekonomické, ekologické a bezpečnostní důsledky
eventuálního dalšího provozu bez obnovy
dále pak v prognóze technického stavu rozhodnout o:
• potřebných údržbářských a opravárenských úkonech
• o účelném ukončení provozu (stroje, strojní skupiny)
• o jeho případné prodejní ceně
2
Účelnost uplatnění technické diagnostiky
Problematika aplikace diagnostiky v různých odvětvích je do určité míry
společná, má ovšem své specifické zvláštnosti a požadavky formulované
podmínkami, při nichž stroje pracují.
Příklady – zemědělství, stavebnictví:
časově proměnný vliv rizika poruchy
prostorové rozmístění strojů na velkém území
Hlavním kritériem aplikace diagnostiky je kritérium ekonomické,
doplněné kritériem bezpečnosti a ekologičnosti provozu.
provozu
I z hlediska fyzické osoby je jasné, že např. diagnostiku svého vozu nebude
provádět pokud:
a) nebude mít pozitivní vliv na ekonomiku provozu vozidla (např.
snížení nadspotřeby paliva, opotřebení pneumatik, …)
b) nezvýší bezpečnost provozu (brzdy, airbagy, …)
c) nezlepší ekologičnost provozu – zamezí zákonným sankcím
Totéž, a mnohem důrazněji, platí i z podnikového hlediska. Podnik diagnostiku
nebude provádět, pokud k tomu nebude donucen bezpečnostními či
ekologickými aspekty, nebo pokud mu nepřinese zisk - snížení ztrát.
V komplexním pojetí má diagnostika následující formy uplatnění:
A. Průběžná preventivní diagnostika
Jejím úkolem je ve stanovených intervalech zjišťovat technický stav stroje a při
jeho nepřípustném zhoršení provést opatření – údržba, oprava, výměna.
Např.: Preventivní vibroakustická diagnostika ložisek, jejímž úkolem je zabránit
takovému zhoršení TS ložiska, které by vedlo např. k výrobě zmetků nebo k
havárii stroje.
B. Preventivní diagnostika před opravou
Má za úkol zjistit před opravou stroje jeho technický stav, rozsah poškození a tím
i rozsah a způsob opravy.
Např.: Před posezónní opravou cukrovarnické linky se diagnostikují jednotlivé
prvky linky a na základě diagnózy a prognózy TS se určí rozsah opravy, naplánují
potřebné náhradní díly, profese opravářů, harmonogram opravy apod.
C. Následná diagnostika po poruše
Zjišťuje, proč se porucha stala a co je nutné provést k jejímu odstranění.
Např.: Motor nelze nastartovat – je třeba odhalit závadu a odstranit ji.
3
Kdy je účelná aplikace preventivní diagnostiky?
úspory z diagnostiky > náklady na diagnostiku
Hlavní zdroje úspor z diagnostiky:
1. Odhalením nesprávně nastavené hodnoty a jejím seřízením
a) přímé snížení nákladů na provoz (např. snížení spotřeby paliva)
b) zpomalení procesu opotřebení, tzn. prodloužení životnosti (např. zvýšení
životnosti pneumatik seřízením geometrie podvozku)
2. Odhalením procesu směřujícího k havarijní poruše
a) odstranění ztrát vlivem závislých poruch
b) výrazné omezení prostojů stroje
c) snížení nákladů na přesčasy při následných opravách
d) snížení nákladů na skladové zásoby
3. Provozem strojů ve shodě s právními normami a předpisy
a) zlepšení životního prostředí (eliminace ekologických sankcí – pokut)
b) zvýšení bezpečnosti provozu
Důsledek preventivní diagnostiky - trvale dobrý technický stav stroje,
vysoká spolehlivost, bezporuchovost, pohotovost, …
Náklady na diagnostiku:
a)
b)
c)
d)
e)
na diagnostické přístroje
mzdové náklady
režijní náklady
na prostoje a eventuálně i dopravu stroje na diagnostiku
náklady vyplývající z úrovně jakosti použitého diagnostického signálu,
tedy z přesnosti diagnózy a prognózy technického stavu
vp(t)
Bez
diagnostiky
vp(t)
vp(t)
Drahá a
přesná
diagnostika
vp(t)
Levná a
nepřesná
diagnostika
Levná a
přesná
diagnostika
vp(t)
Kombinace
diagnostiky
4
Příklad - seřizování vstřikovacího čerpadla:
Pokud není trojcestný ventil
dokonale těsný, může při
měření dojít k úniku do vratné
příprava
měření
vypouštění
větve - část dodaného paliva
nejde do odměrky.
Důsledek - je naměřena nízká
ze
vstřikovače
dodávka, i když je ve
skutečnosti v pořádku.
Seřízení čerpadla na vyšší
vratná
větev
dodávku, podle přístroje
správnou, ale reálně
zvýšenou.
Vysokotlaké čerpadlo T-815 má mít dodávku paliva 21 - 22 cm3 na 200 vstřiků
Ve skutečnosti (při měření na bezporuchovém zařízení) má 21,8 cm3/200
Zařízením s netěsným ventilem změříme 19,3 cm3/200 (2,5 cm3 unikne do vratné větve)
Důsledek - diagnostik zvýší dodávku čerpadla o 2,5 cm3/200 (o cca 11%).
Výpočet ztrát z chybného seřízení dodávky paliva pro dalších 200h
200hmt
Spotřeba nafty na 1hmt: čtyřtakt, 10ti válec, tedy 5 vstřiků na 1 otáčku
1hmt= 96 000 ot. motoru, tj. 96 000 x 5 = 480 000 vstřiků, za 200hmt 96 mil. vstřiků
nadspotřeba na 1 vstřik: 2,5 / 200 = 0,0125 cm3/vstřik
nadspotřeba za 200hmt - 0,0125 x 96 000 000 = 1 200 000 cm3
= 1 200 l nafty, tj. 27 Kč x 1 200 =
ztráta 32 400 Kč za 200hmt vlivem vadného diagnostického zařízení
Obecně lze konstatovat, že efektivitu diagnostiky je nutno hodnotit vždy pro
konkrétní podmínky. Obecným kritériem efektivity je výše zisku z diagnostiky.
⇒
Nejobecnějším diagnostickým signálem pro většinu technických objektů
jsou okamžité jednotkové náklady na provoz objektu.
5
V průběhu provozu objektu dochází k přirozenému postupnému opotřebení jeho prvků,
vnějším projevem nárůstu opotřebení je nárůst okamžitých jednotkových nákladů.
Progresivita funkce okamžitých jednotkových nákladů je dána:
dána
a) Inherentní bezporuchovostí objektu,
která je závislá především na jakosti konstrukce a výroby.
b) Způsobem provozního nasazení (podmínky provozu, úroveň obsluhy)
a provozní péčí o objekt (kvalita diagnostiky, údržeb a oprav).
Diagnostika je aplikována obvykle tehdy, pokud se efektivnost provozu objektu zhoršila natolik,
že neúnosně vzrostly náklady na jeho provoz, nebo tehdy, kdy je obava z havarijní poruchy
a jejího nákladového důsledku. Odpověď na otázky „jaký nárůst nákladů je neúnosný“
a „jak závažné jsou obavy“ je opět třeba hledat na základě konkrétních
ekonomických podmínek, tedy porovnáním ztrát vzniklých v důsledku nárůstu
okamžitých jednotkových nákladů na provoz a nákladů na diagnostiku objektu.
Příklady uplatnění diagnostiky: diagnostické údržby motorů AVIA 15
úspory z diagnostiky vždy porovnávat
s výchozím stavem (bez diagnostiky)
340
320
300
280 g/kWh
po 4. diagn.
po 3. diagn.
240
po 2. diagn.
po 1. diagn.
před diagn.
260
220
S1
S2
S3
S4
6
Příklady uplatnění diagnostiky: vliv obsluhy, LIAZ 100
„nedbalá“ obsluha
„dobrá“ obsluha
520
470
g/kWh
420
370
320
270
220
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
diagnostické údržby
po příjezdu
na diag. údržbu
po diag. údržbě
změna
řidiče
Stanovení optimálního intervalu diagnostiky
mx
Zp
vP(t)
mI
ID
Výrazné snížení ztrát nadspotřebou paliva zkrácením intervalu ID:
ID
ID
ID
ID
Ale pak za stejné období čtyřnásobné náklady na diagnostickou údržbu!
7
Stanovení optimálního intervalu diagnostiky
- nalezení minima součtu průměrných jednotkových nákladů
po zdražení paliva
u(t)=u
u(t)=uZP(t)+u
(t)+uD(t)
uZP(t) - ztráty nadspotřebou paliva
nutí uživatele interval diagnostiky
maximálně zkrátit
u(t)
[Kč/hmt]
uD(t) - náklady na diagnostiku
nutí uživatele interval diagnostiky
maximálně prodloužit
0
IDopt
t [hmt]
Stanovení optimálního intervalu diagnostiky
z průběhu funkce vP(t) a nákladů obnovy (na diagnostiku)
vP (t )
růst ceny paliva,
horší podmínky provozu ...
*
vP (t )
vP (t )
vP(t)
vP(t)
∆ ND - zdražení diagn.
diagn.
ND
ND
IDO
t
IDO
t
8
Příklady výpočtů úspor z diagnostiky vznětových motorů
U=
(m1 − m2 ).Pe .kv .Wr
.C p − N di
ρ .1000
m1 – měrná spotřeba paliva před uplatněním diagnostické údržby
m2 – měrná spotřeba paliva po zavedení diagnostické údržby
Pe – efektivní výkon motoru
kv – koef. využití výkonu motoru
Wr – roční využití stroje
ρ – měrná hmotnost nafty
Cp – cena nafty
Ndi – náklady na diagnostiku
Příklad celkových ročních úspor z diagnostiky ve středisku Nebanice:
Nebanice:
A. 50 traktorů – m1=327,7, m2=313,5, Wr=23736 hmt, Pe=40,2 kW, kv=0,6, Cp=5,6
U=
(327,7 − 313,5).40,2.0,6.23736
.5,6 = 54850 Kč
0,83.1000
B. 10 NA:
NA m1=584, m2=271, Wr=8797 hmt, Pe=91, kv=0,6, Cp=5,60
U=
(584 − 271).91.0,6.8797
.5,6 = 1014334Kč
0,83.1000
Roční náklady na diagnostiku: 132 760 Kč
Celková roční úspora:
54 850 + 1 014 334 – 132 760 = 936 424 Kč
9
Příklad celkových ročních úspor z diagnostiky - dopravní firma:
Typ
počet
mbez
mD
AVIA 15 F
4
288
235
AVIA 30
8
296
238
LIAZ 100
14
390
240
Celková spotřeba nafty v prvním roce aplikace diagnostiky: 635 tun
Roční náklady na diagnostiku:
mzdové:
160 000 Kč
materiálové:
850 000 Kč
režijní:
385 000 Kč
prost.+dopr.:
135 000 Kč
CELKEM:
1 530 000 Kč
Výpočet úspor z diagnostiky:
Průměrná „m“ před zavedením diagnostiky: 345 g/kWh
Průměrná „m“ po zavedením diagnostiky: 239 g/kWh
Koeficient snížení spotřeby: 1,44
Cena za tunu nafty: 15 200 Kč
Úspora aplikací preventivních diagnostických údržeb: 635 . 0,44 . 15200 = 4 246 880 Kč
Celková roční úspora aplikací DGÚ: 4 246 880 – 1 530 000 = 2 716 880 Kč
Příklad celkových ročních úspor z diagnostiky – zemědělský podnik,
1150 ha, mimo zem. výrobu též služby pro cizí, zejm. doprava:
Typ
počet
mbez
mD
traktory I.UŘ
14
335
255
traktory II.UŘ
11
324
242
LIAZ 100
6
438
272
T-815
4
314
243
ostatní NA
3
526
304
stroje RV
12
396
294
Celková spotřeba nafty v prvním roce aplikace diagnostiky: 872 tun
Roční náklady na diagnostiku - CELKEM: 1 192 000 Kč
Výpočet úspor z diagnostiky:
Průměrná „m“ před zavedením diagnostiky: 396 g/kWh
Průměrná „m“ po zavedením diagnostiky: 266 g/kWh
Koeficient snížení spotřeby: 1,39
Cena za tunu nafty: 15 200 Kč
Úspora aplikací preventivních diagnostických údržeb: 5 169 216 Kč
Celková roční úspora aplikací DGÚ: 5 169 216 – 1 192 000 = 3 977 216 Kč
10
Technická diagnostika
Martin Pexa, M58/3
Katedra jakosti a spolehlivosti strojů
11