Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Diagnostyka maszyn energetycznych
Course of study:
2019/2020
Code:
RMBM-2-323-SM-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Inżynieria Zrównoważonych Systemów Energetycznych
Field of study:
Mechanical Engineering
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Szopa Krystian (kszopa@agh.edu.pl)
Module summary

Moduł obejmuje zagadnienia związane z monitoringiem oraz diagnostyką maszyn energetycznych i obiegów energetycznych. Realizacja projektu systemu diagnostycznego wybranej maszyny energetycznej.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Student ma potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kompetencji w zakresie diagnostyki i eksploatacji maszyn energetycznych. MBM2A_K02 Execution of a project,
Participation in a discussion,
Activity during classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi dobrać układ pomiarowy odpowiedni do badania i analizy parametrów wybranego układu energetycznego. MBM2A_U11, MBM2A_U05, MBM2A_U10 Execution of a project,
Participation in a discussion,
Oral answer
M_U002 Student potrafi realizować wyodrębnione zadania projektu w ramach pracy zespołowej i dokonywać syntezy. MBM2A_U17, MBM2A_U13, MBM2A_U19, MBM2A_U09 Execution of a project,
Participation in a discussion,
Oral answer
M_U003 Student potrafi zaplanować eksperyment, zaprojektować system diagnostyczny, zinterpretować wyniki i przeprowadzić wnioskowanie diagnostyczne. MBM2A_U11, MBM2A_U17, MBM2A_U13, MBM2A_U19, MBM2A_U02, MBM2A_U01, MBM2A_U05, MBM2A_U16, MBM2A_U10 Execution of a project,
Participation in a discussion,
Oral answer
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student posiada wiedzę z zakresu monitoringu i diagnostyki maszyn i obiegów energetycznych. MBM2A_W08, MBM2A_W06, MBM2A_W17, MBM2A_W05, MBM2A_W16, MBM2A_W02 Execution of a project,
Participation in a discussion,
Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
28 14 0 0 14 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student ma potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kompetencji w zakresie diagnostyki i eksploatacji maszyn energetycznych. + - - + - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi dobrać układ pomiarowy odpowiedni do badania i analizy parametrów wybranego układu energetycznego. - - - + - - - - - - -
M_U002 Student potrafi realizować wyodrębnione zadania projektu w ramach pracy zespołowej i dokonywać syntezy. - - - + - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zaplanować eksperyment, zaprojektować system diagnostyczny, zinterpretować wyniki i przeprowadzić wnioskowanie diagnostyczne. - - - + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę z zakresu monitoringu i diagnostyki maszyn i obiegów energetycznych. + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 58 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 28 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Module content
Lectures (14h):
  1. Monitoring i diagnostyka w energetyce

    Strategie eksploatacji maszyn i urządzeń energetycznych. Motywacja dla rozwoju monitoringu i diagnostyki w energetyce. Przemiany energetyczne w systemach technicznych. Degradacja stanu maszyn. Stany diagnostyczne maszyn. Zakresy diagnostyki I, II i III generacji. Procedury diagnozowania maszyn. Pozyskiwanie i przetwarzanie informacji. Wnioskowanie diagnostyczne. Rola modelowania w diagnostyce. Technologie informatyczne w diagnostyce maszyn energetycznych.

  2. Źródła procesów resztkowych w maszynach i obiektach energetycznych

    Niewyrównoważenie elementów wirujących, nieosiowość wałów zespołu napędowego i roboczego maszyny, luzy w posadowieniu agregatu maszynowego, niestabilne warunki pracy łożysk ślizgowych (drgania samowzbudne), łożyska toczne, przekładnie zębate, obwody magnetoelektryczne. Tarcie pomiędzy elementami par kinematycznych mechanizmów. Ruch medium roboczego – składowa dynamiczna ciśnienia czynnika. Kawitacja w instalacjach rurociągów. Niedrożność rur kotła wodnego, degradacja izolacji magistrali rurowych w ciepłownictwie, korozja wymienników ciepła – termodiagnostyka. Wzrost poziomów defektów struktury oraz mikro- i makrouszkodzeń – emisja akustyczna. Zużycie zmęczeniowe, kawitacyjne, cierne, kształtu. Odchylenie wartości wielkości fizycznych zjawisk towarzyszących od wzorca maszyny zdatnej.

  3. Systemy pomiarowe w monitoringu obiektów energetycznych

    Definicja pojęć wielkość fizyczna, wartość wielkości, pomiar, narzędzie pomiarowe, przetwornik pomiarowy i innych. Cyfrowe przyrządy pomiarowe. Wirtualny przyrząd pomiarowy. Klasyfikacja wielkości elektrycznych i nieelektrycznych. Czujniki pomiarowe rezystancyjne, indukcyjnościowe, pojemnościowe, piezoelektryczne, światłowodowe z siatką Bragga, pirometry, typu MEMS i inne. Przykłady systemów interfejsów szeregowych i równoległych: UART, RS-232, RS-485, 1-Wire, USB, IEEE-488 – charakterystyka, wady i zalety, zastosowanie w monitoringu maszyn energetycznych.

  4. Modele i eksperymenty diagnostyczne

    Etapy budowy modeli diagnostycznych. Sformułowanie problemu i celu działania. Analiza diagnostyczna i dekompozycja obiektu. Kryteria wyboru podsystemów przy budowaniu przekroju obiektu. Identyfikacja modelu diagnostycznego obiektu. Weryfikacja modelu diagnostycznego. Kryteria oceny efektywności działań diagnostycznych. Rodzaje eksperymentów diagnostycznych. Zastosowanie teorii planowania eksperymentu. Generowanie sygnałów diagnostycznych. Rejestracja, przetwarzanie i selekcja informacji diagnostycznej. Analiza wyników i wnioskowanie diagnostyczne. Przykłady realizacji eksperymentów diagnostycznych.

  5. Diagnostyka wybranych maszyn energetycznych (część I)

    Maszyny elektryczne (indukcyjne, synchroniczne, komutatorowe) – kontrola: asymetrii uzwojenia stojana i obwodów klatki wirnika, zwarcia, przerwy w obwodzie, doziemienia, błędnego połączenia cewek, pęknięcia prętów klatki rozruchowej, czynnika chłodzącego, nierówności powierzchni komutatora, konstrukcji uchwytu szczotek, inne. Silniki spalinowe: badanie szczelności przestrzeni roboczej, pomiar ciśnienia sprężania i spalania, pomiar mocy i zużycia paliwa – przykłady diagnostyki silników samochodów, pojazdów szynowych, statków, agregatów.

  6. Diagnostyka wybranych maszyn energetycznych (część II)

    Wirnikowe maszyny przepływowe (sprężarki, pompy wirowe): obserwacja w nominalnych i przejściowych warunkach działania, ocena stanu technicznego na podstawie prędkości obrotowej wirnika, momentu obrotowego, poboru energii, parametrów procesowych medium, itp., analiza procesów resztkowych: przyrost temperatury w łożysku, zmiana temperatury korpusu, chwilowe i średnie przemieszczenie wału w kierunku promieniowym, drgania podzespołów, inne. Turbozespoły parowe: problematyka prędkości krytycznych I i II rzędu, precesja hydrodynamiczna i aerodynamiczna, przyczyny drgań turbozespołów, pomiary i kryteria drgań turbozespołów.

  7. Diagnostyka cieplno-przepływowa obiegów energetycznych

    Koncepcja hierarchicznego, modułowego systemu diagnostycznego. Rola modelowania matematycznego w diagnostyce obiegów energetycznych. Identyfikacja modeli matematycznych obiegów. Określanie stanów referencyjnych obiegów. Pozyskiwanie danych z pomiarów cieplnych. Monitoring obiektów ustabilizowanych i nieustabilizowanych cieplnie. Określenie symptomów degradacji. Pozyskiwanie cieplno-przepływowych relacji diagnostycznych.

Project classes (14h):
  1. Analiza procesów roboczych i resztkowych wybranej maszyny energetycznej o zadanych parametrach
  2. Sformułowanie problemu diagnostycznego, wybór kryteriów i wartości granicznych wybranych parametrów
  3. Budowa modelu diagnostycznego wybranej maszyny
  4. Koncepcja hierarchicznego, modułowego systemu diagnostycznego
  5. Ustalenie eksperymentu zgodnie z teorią planowania i dobór parametrów toru pomiarowego
  6. Budowa oprogramowania systemu diagnostycznego w środowisku LabVIEW
  7. Synteza projektu, wprowadzanie poprawek, podsumowanie
Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Project classes: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Ćwiczenia projektowe:
1. Oceny cząstkowe z projektu są wystawiane za realizację poszczególnych etapów projektu oraz na podstawie dyskusji. Ocena z całości projektu jest obliczana na podstawie średniej arytmetycznej z ocen cząstkowych.
2. Ocena ze sprawdzianu zaliczeniowego (kolokwium) obejmującego teorię.
3. Aktywny udział w zajęciach.
Ocena z ćwiczeń projektowych jest obliczana w następujący sposób:
CP = 0,7P + 0,3S
Gdzie:
CP – ocena z ćwiczeń projektowych,
P – ocena ze zrealizowanego projektu (średnia arytmetyczna z ocen cząstkowych za realizację poszczególnych etapów projektu),
S – ocena ze sprawdzianu zaliczeniowego obejmującego teorię (treść wykładów).
Przy czym S i P muszą być pozytywne.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Project classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa odpowiada ocenie z ćwiczeń projektowych.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Warunki wyrównywania zaległości wskutek nieobecności, w przypadku braku możliwości odrobienia zajęć w innej grupie, są ustalane indywidualnie z prowadzącym.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw konstrukcji maszyn energetycznych i ich zasady działania.
Znajomość podstaw metrologii.
Znajomość podstaw teorii planowania eksperymentu.

Recommended literature and teaching resources:

1. Cempel Cz., Tomaszewski F. (red.): Diagnostyka maszyn: zasady ogólne : przykłady zastosowań. Radom 1992.
2. Krzyżanowski J.A., Głuch J.: Diagnostyka cieplno-przepływowa obiektów energetycznych. Gdańsk 2004.
3. Świsulski D.: Przykłady cyfrowego przetwarzania sygnałów w LabVIEW. Gdańsk 2012.
4. Żółtowski B.: Podstawy diagnozowania maszyn. Bydgoszcz 2011.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. Ciesielka W., Szopa K., Gołaś A. The analysis of load of overhead power line due to weather condition and design of smart system of its recognition. Polish Journal of Environmental Studies, 25(5A), s. 27-36, 2016.
2. Ciesielka W., Czajka I., Czechowski M., Filipek R., Gołaś A., Hamiga W., Romik D., Suder-Dębska K., Szopa K., Wołoszyn J. Smart Grid in energetic facilities: modelling, monitoring and diagnostics, Monografie Katedry Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska 2017.
3. Gołaś A., Ciesielka W., Czajka I., Filipek R., Suder-Dębska K., Szopa K., Śliwiński M., Wołoszyn J., Żywiec W. Mechanical engineering in Smart Grid technology. Monografie Katedry Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska 2015.

Additional information:

1. Możliwość ubiegania się o zaliczenie – obecność na minimum 50% godzin projektowych.
2. Dopuszczalna jedna nieobecność. Każda kolejna nieobecność -0,5 do oceny z ćwiczeń projektowych.