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: 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. 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) na diagnostické přístroje b) mzdové náklady c) režijní náklady d) na prostoje a eventuálně i dopravu stroje na diagnostiku e) náklady vyplývající z úrovně jakosti použitého diagnostického signálu, tedy z přesnosti diagnózy a prognózy technického stavu v p v p v p Bez diagnostiky Drahá a přesná diagnostika v p Levná a nepřesná diagnostika Levná a přesná diagnostika v p Kombinace diagnostiky 4
Příklad - seřizování vstřikovacího čerpadla: příprava měření vypouštění Pokud není trojcestný ventil dokonale těsný, může při měření dojít k úniku do vratné větve - část dodaného paliva nejde do odměrky. ze vstřikovače vratná větev Důsledek - je naměřena nízká dodávka, i když je ve skutečnosti v pořádku. Seřízení čerpadla na vyšší dodávku, podle přístroje správnou, ale reálně zvýšenou. Vysokotlaké čerpadlo T-815 má mít dodávku paliva 21-22 cm 3 na 200 vstřiků Ve skutečnosti (při měření na bezporuchovém zařízení) má 21,8 cm 3 /200 Zařízením s netěsným ventilem změříme 19,3 cm 3 /200 (2,5 cm 3 unikne do vratné větve) Důsledek - diagnostik zvýší dodávku čerpadla o 2,5 cm 3 /200 (o cca 11%). Výpočet ztrát z chybného seřízení dodávky paliva pro dalších 200h mt Spotřeba nafty na 1h mt : čtyřtakt, 10ti válec, tedy 5 vstřiků na 1 otáčku 1h mt = 96 000 ot. motoru, tj. 96 000 x 5 = 480 000 vstřiků, za 200h mt 96 mil. vstřiků nadspotřeba na 1 vstřik: 2,5 / 200 = 0,0125 cm 3 /vstřik nadspotřeba za 200h mt - 0,0125 x 96 000 000 = 1 200 000 cm 3 = 1 200 l nafty, tj. 27 Kč x 1 200 = ztráta 32 400 Kč za 200h mt 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: 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 260 před diagn. po 1. diagn. po 2. diagn. po 3. diagn. po 4. diagn. S1 S2 S3 S4 240 220 6
Příklady uplatnění diagnostiky: vliv obsluhy, LIAZ 100 nedbalá obsluha dobrá obsluha g/kwh 520 470 420 370 320 270 220 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 m x v P Z p m I ID Výrazné snížení ztrát nadspotřebou paliva zkrácením intervalu I D : I D I D I D I D 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 [Kč/h mt ] u=u ZP +u D u ZP - ztráty nadspotřebou paliva nutí uživatele interval diagnostiky maximálně zkrátit u D - náklady na diagnostiku nutí uživatele interval diagnostiky maximálně prodloužit 0 I Dopt t [h mt ] Stanovení optimálního intervalu diagnostiky z průběhu funkce v P a nákladů obnovy (na diagnostiku) v P v P v P růst ceny paliva, horší podmínky provozu... v * P ( t) v P N D - zdražení diagn. N D N D I DO t I DO t 8
Příklady výpočtů úspor z diagnostiky vznětových motorů U ( m m ). 2 P. k. W ρ.1000 1 e v r =. C p N m 1 měrná spotřeba paliva před uplatněním diagnostické údržby m 2 měrná spotřeba paliva po zavedení diagnostické údržby P e efektivní výkon motoru k v koef. využití výkonu motoru W r roční využití stroje ρ měrná hmotnost nafty C p cena nafty N di náklady na diagnostiku di Příklad celkových ročních úspor z diagnostiky ve středisku Nebanice: A. 50 traktorů m 1 =327,7, m 2 =313,5, W r =23736 h mt, P e =40,2 kw, k v =0,6, C p =5,6 (327,7 313,5).40,2.0,6.23736 U =.5,6 = 54850Kč 0,83.1000 B. 10 NA: m 1 =584, m 2 =271, W r =8797 h mt, P e =91, k v =0,6, C p =5,60 (584 271).91.0,6.8797 U =.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 AVIA 15 F AVIA 30 LIAZ 100 počet 4 8 14 m bez 288 296 390 m D 235 238 240 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 traktory I.UŘ traktory II.UŘ LIAZ 100 T-815 ostatní NA stroje RV počet 14 11 6 4 3 12 m bez 335 324 438 314 526 396 m D 255 242 272 243 304 294 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