CN104632602B - 往复式注水泵状态监测及故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

一种往复式注水泵状态监测及故障诊断系统。为了克服现有注水泵的监控设备监控数据少，无法满足注水泵故障监测与诊断需要的不足，本发明包括数据采集装置、监测诊断软件包、计算机，通过温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、温度传感器Ⅲ、转速传感器Ⅰ、转速传感器Ⅱ、流量传感器、噪声传感器、液位传感器、振动传感器、进口压力变送器、出口压力变送器、出口流量传感器等数据采集装置采集的工程信号上传至计算机的监测诊断软件包；监测诊断软件包对采集的工程信号进行分析和诊断，并对注水泵进行动态监测。其有益效果是能够实时对注水泵的运行状态进行监控，提供工艺流程相关数据；当注水泵出现故障时，实施显示故障原因，提供处理故障的方法，提高工作效率。

Description

往复式注水泵状态监测及故障诊断系统

技术领域

本发明涉及一种注水泵监控设备，尤其是涉及一种往复式注水泵状态监测及故障诊断系统。

背景技术

往复式注水泵是油田开采注水作业设备，是关键性生产设备，具有输出压力大、泵效高，设计标准化、系列化，使用数量多、长时间连续运转的特点。

往复式注水泵的总体结构分为动力端与液力端。动力端将电机的旋转运动通过曲柄连杆机构转变为十字头的往复机械运动，而液力端则在柱塞与阀的共同作用下依靠柱塞的往复运动将动能转化为液体的压能，十字头与柱塞之间通过连杆联接。连杆与柱塞通过螺纹联接后成为悬臂梁结构，支点为十字头销，柱塞作直线往复运动。

现有注水泵的监控设备大多只监控工艺流程，如管线出口压力、管线出口流量等数据，监控数据少，无法满足注水泵注水泵故障监测与诊断的需要。同时，由于注水泵出现故障时，不能提示故障内容、解决办法等信息，现场操作人员判断故障时间长，受人为因素影响有时还需要对注水泵进行拆解后，才能判断注水泵的故障情况，导致注水泵维修困难，维护成本高。

发明内容

为了克服现有注水泵的监控设备监控数据少，无法满足注水泵故障监测与诊断的需要，现场操作人员判断故障受人为因素影响，需要对注水泵进行拆解，才能判断注水泵的故障情况，导致注水泵维修困难，维护成本高的不足，本发明提供一种往复式注水泵状态监测及故障诊断系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：往复式注水泵状态监测及故障诊断系统包括数据采集装置、监测诊断软件包、计算机，所监测的往复式注水泵包括动力端与液力端，动力端将电机的旋转运动通过曲轴连杆机构转变为十字头的往复机械运动；液力端在柱塞与阀芯的共同作用下通过柱塞的往复运动将动能转化为液体的压能；曲轴连杆机构、十字头、柱塞位于泵体内，与柱塞连接的阀芯位于泵头体内，泵头体的一端与输入管线连接，另一端与输出管线连接，泵体的下端安装有排污管。

电机的电机轴承处安装有温度传感器Ⅱ，电机轴处安装有转速传感器Ⅰ。泵体内安装有润滑液的液位传感器、温度传感器Ⅲ，泵体上安装有振动传感器；曲轴端部安装有转速传感器Ⅱ；泵体的十字头滑道处安装有温度传感器Ⅰ。泵头体上阀芯孔处安装有噪声传感器。与泵头体连接的输入管线上安装有进口压力变送器，与泵头体连接的输出管线上安装有出口压力变送器、出口流量传感器；排污管上安装有流量传感器。温度传感器Ⅰ、噪声传感器的数量与注水泵柱塞的数量相同。

通过数据采集装置温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、温度传感器Ⅲ、转速传感器Ⅰ、转速传感器Ⅱ、流量传感器、噪声传感器、液位传感器、振动传感器、进口压力变送器、出口压力变送器、出口流量传感器采集的工程信号上传至计算机的监测诊断软件包；监测诊断软件包对采集的工程信号进行分析和诊断，并对注水泵进行动态监测。

监测诊断软件包根据往复泵的设计技术参数设定，当数据采集装置采集的工程信号符合以下要求时，注水泵处于正常工作状态：安装在输入管线上的进口压力变送器测得进口压力数值摆动幅度≤3%实测值；安装在输出管线上的出口压力变送器测得出口压力数值摆动幅度≤2%实测值；安装在泵头体阀芯孔处的噪声传感器测得噪声值≤120dB；安装在排污管上的流量传感器测得漏失量数值≤0.01%注水泵额定流量；安装在泵体内的液位传感器测得泵体内润滑液高度≥15cm；安装在泵体的十字头滑道处温度传感器Ⅰ测得温度≤85℃；安装在泵体内的温度传感器Ⅲ测得润滑油温度≤75℃；安装在泵体上的振动传感器测得数值≤4.5mm/s；安装在输出管线上的出口流量传感器测得流量等于注水泵的额定流量；安装在电机轴承处的温度传感器Ⅱ测得温度≤60℃。

当数据采集装置采集的工程信号出现1项或1项以上不符合权利要求3的要求时，注水泵处于非正常工作状态，监测诊断软件包通过对采集的工程信号进行分析，诊断出故障原因通过计算机作出提示，并提供故障处理措施：

当安装在输入管线上的进口压力变送器测得进口压力数值摆动幅度＞3%实测值时，故障原因为安装在泵头体内的吸入阀片、弹簧损坏，处理措施为更换吸入阀片、弹簧；

当安装在输出管线上的出口压力变送器测得出口压力数值摆动幅度＞2%实测值时，故障原因为安装在泵头体内的排出阀片、弹簧损坏，处理措施为更换排出阀片、弹簧；

当安装在泵头体阀芯孔处的噪声传感器测得噪声值＞120dB时，故障原因为安装在泵头体内的阀体损坏，处理措施为更换阀体；

当安装在排污管上的流量传感器测得漏失量数值＞0.01%注水泵额定流量时，故障原因为安装在泵体内的盘根密封填料损坏，处理措施为更换盘根密封填料；

当安装在泵体内的液位传感器测得泵体内润滑液高度＜15cm时，故障原因为泵体内曲轴的油封老化或损坏，处理措施为更换曲轴油封；

当安装在泵体的十字头滑道处的温度传感器Ⅰ测得温度＞85℃时，故障原因为十字头发生偏磨，处理措施为更换十字头；

当安装在泵体内的温度传感器Ⅲ测得润滑油温度＞75℃时，故障原因为润滑油乳化变质，处理措施为更换新的润滑油；

当安装在泵体上的振动传感器测得数值＞4.5mm/s时，故障原因为泵体的曲轴箱内发生机械故障，处理措施为检查曲轴与连杆瓦之间的间隙，并进行调整或更换至符合设计要求；

当安装在输出管线上的出口流量传感器测得流量大于或小于注水泵的额定流量时，故障原因为连接电机轴输出与曲轴输入的皮带出现问题，采取处理措施之前应查看电机轴处的转速传感器Ⅰ和曲轴端部安装的转速传感器Ⅱ测量值，并调整电机轴与曲轴之间的皮带张力至符合设计要求；

当安装在电机轴承处的温度传感器Ⅱ测得数值＞60℃时，故障原因为电机的润滑脂不符合设计要求，处理措施为添加或更换润滑脂。

本发明的有益效果是，能够实时对注水泵的运行状态进行监控，并提供工艺流程相关数据；当注水泵出现故障时，实施显示故障原因，提供处理故障的方法，帮助维修人员快速排除注水泵故障，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明往复式注水泵状态监测及故障诊断系统的监测安装示意图。

图中：1.进口压力变送器，2.流量传感器，3.噪声传感器，4.温度传感器Ⅰ，5.液位传感器，6.转速传感器Ⅰ，7.温度传感器Ⅱ，8.振动传感器，9.转速传感器Ⅱ，10.温度传感器Ⅲ，11.出口压力变送器，12.出口流量传感器，20.电机，21.电机轴承，22.电机轴，23.泵体，24.曲轴，25.十字头滑道，26.输入管线，27.输出管线，28.泵头体，29.排污管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

本发明往复式注水泵状态监测及故障诊断系统，包括数据采集装置、监测诊断软件包、计算机，所监测的往复式注水泵包括动力端与液力端，动力端将电机20的旋转运动通过曲轴连杆机构转变为十字头的往复机械运动；液力端在柱塞与阀芯的共同作用下通过柱塞的往复运动将动能转化为液体的压能；曲柄连杆机构、十字头、柱塞位于泵体23内，与柱塞连接的阀芯位于泵头体28内，泵头体28的一端与输入管线26连接，另一端与输出管线27连接，泵体23的下端安装有排污管29。

本发明通过在注水泵及其连接管线上安装的温度传感器Ⅰ4、温度传感器Ⅱ7、温度传感器Ⅲ10、转速传感器Ⅰ6、转速传感器Ⅱ9、流量传感器2、噪声传感器3、液位传感器5、振动传感器8、进口压力变送器1、出口压力变送器11、出口流量传感器12采集工程信号，并上传至计算机的监测诊断软件包；监测诊断软件包对采集的工程信号进行分析和诊断，对注水泵进行动态监测。具体为：

在电机20上安装有如下数据采集装置，电机轴承21处安装由温度传感器Ⅱ7，电机轴22处安装有转速传感器Ⅰ6。

在泵体23上安装有如下数据采集装置，泵体23内安装有润滑液的液位传感器5、温度传感器Ⅲ10；泵体23上安装有振动传感器8；泵体23的十字头滑道25处安装有温度传感器Ⅰ4，温度传感器Ⅰ4的数量与注水泵柱塞的数量相同；转速传感器Ⅱ9安装在曲轴24的端部。

在泵头体28上安装有如下数据采集装置，阀芯孔处安装有噪声传感器3，噪声传感器3的数量与注水泵柱塞的数量相同。

在注水泵的连接管线上安装有如下数据采集装置，泵体23下方连接的排污管29上安装有流量传感器2；与泵头体28连接的输入管线26上安装有进口压力变送器1；与泵头体28连接的输出管线27上安装有出口压力变送器11和出口流量传感器12。

本发明往复式注水泵状态监测及故障诊断系统的监测诊断软件包根据往复泵的设计技术参数设定，当数据采集装置采集的工程信号符合以下要求时，注水泵处于正常工作状态。安装在输入管线26上的进口压力变送器1测得进口压力数值摆动幅度≤3%实测值；输出管线27上安装的出口压力变送器11测得出口压力数值摆动幅度≤2%实测值；泵头体28上阀芯孔处安装的噪声传感器3测得噪声值≤120dB；排污管29上安装的流量传感器2测得漏失量的数值≤0.01%注水泵额定流量；泵体23内安装的液位传感器5测得泵体内润滑液高度≥15cm；泵体23的十字头滑道25处安装的温度传感器Ⅰ4测得温度≤85℃；泵体23内安装的温度传感器Ⅲ10测得润滑油温度≤75℃；泵体23上安装的振动传感器8测得数值≤4.5mm/s；输出管线27上安装的出口流量传感器12测得流量等于注水泵的额定流量；电机轴承21处安装的温度传感器Ⅱ7测得温度≤60℃。

当数据采集装置采集的工程信号出现1项或1项以上不符合上述要求时，注水泵处于非正常工作状态，监测诊断软件包通过对采集的工程信号进行分析，诊断出故障原因通过计算机作出提示，并提供故障处理措施。具体如下：

当安装在输入管线26上的进口压力变送器1测得的进口压力数值摆动幅度＞3%实测值时，故障原因为安装在泵头体28内的吸入阀片、弹簧损坏，处理措施为更换吸入阀片及弹簧；

当安装在输出管线27上的出口压力变送器11测得出口压力数值摆动幅度＞2%实测值时，故障原因为安装在泵头体28内的排出阀片、弹簧损坏，处理措施为更换排出阀片及弹簧；

当安装在泵头体28上阀芯孔处的噪声传感器3测得噪声值＞120dB时，故障原因为泵头体28内的阀体损坏，处理措施为更换阀体；

当安装在排污管29上的流量传感器2测得漏失量数值＞0.01%注水泵额定流量时，故障原因为安装在泵体23内的盘根密封填料损坏，处理措施为更换盘根密封填料；

当安装在泵体23内的液位传感器5测得泵体内润滑液高度＜15cm时，故障原因为泵体23内曲轴24的油封老化或损坏，导致润滑液漏失，处理措施为更换曲轴油封；

当安装在泵体23的十字头滑道25处的温度传感器Ⅰ4测得温度＞85℃时，故障原因为十字头发生偏磨，处理措施为更换十字头；

当安装在泵体23内的温度传感器Ⅲ10测得润滑油温度＞75℃时，故障原因为泵体内的润滑油乳化变质，处理措施为更换新的润滑油；

当泵体23上安装的振动传感器8测得数值＞4.5mm/s时，故障原因为泵体23的曲轴箱内发生机械故障，处理措施为检查曲轴与连杆瓦之间的间隙，并进行调整至符合设计要求；

当输出管线27上安装的出口流量传感器12测得流量大于或小于注水泵的额定流量时，故障原因为连接电机轴22输出与曲轴24输入的皮带出现问题，采取处理措施之前应查看电机轴22处的转速传感器Ⅰ6和曲轴24端部安装的转速传感器Ⅱ9测量值，并调整电机轴22与曲轴24之间的皮带张力至符合设计要求；

当电机轴承21处安装的温度传感器Ⅱ7测得数值＞60℃时，故障原因为电机20的润滑脂不符合设计要求，处理措施为添加或更换润滑脂。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (2)

1.一种往复式注水泵状态监测及故障诊断系统，包括数据采集装置、监测诊断软件包、计算机，所监测的往复式注水泵包括动力端与液力端，动力端将电机的旋转运动通过曲轴连杆机构转变为十字头的往复机械运动；液力端在柱塞与阀芯的共同作用下通过柱塞的往复运动将动能转化为液体的压能；曲轴连杆机构、十字头、柱塞位于泵体内，与柱塞连接的阀芯位于泵头体内，泵头体的一端与输入管线连接，另一端与输出管线连接，泵体的下端安装有排污管，其特征是：

所述电机(20)的电机轴承(21)处安装有温度传感器Ⅱ(7)，电机轴(22)处安装有转速传感器Ⅰ(6)；

所述泵体(23)内安装有润滑液的液位传感器(5)、温度传感器Ⅲ(10)，泵体(23)上安装有振动传感器(8)；所述曲轴(24)端部安装有转速传感器Ⅱ(9)；泵体(23)的十字头滑道(25)处安装有温度传感器Ⅰ(4)；

所述泵头体(28)上阀芯孔处安装有噪声传感器(3)；

与所述泵头体(28)连接的输入管线(26)上安装有进口压力变送器(1)，与所述泵头体(28)连接的输出管线(27)上安装有出口压力变送器(11)、出口流量传感器(12)；所述排污管(29)上安装有流量传感器(2)；

通过所述数据采集装置温度传感器Ⅰ(4)、温度传感器Ⅱ(7)、温度传感器Ⅲ(10)、转速传感器Ⅰ(6)、转速传感器Ⅱ(9)、流量传感器(2)、噪声传感器(3)、液位传感器(5)、振动传感器(8)、进口压力变送器(1)、出口压力变送器(11)、出口流量传感器(12)采集的工程信号上传至计算机的监测诊断软件包；监测诊断软件包对采集的工程信号进行分析和诊断，并对注水泵进行动态监测，其中，

所述温度传感器Ⅰ(4)、噪声传感器(3)的数量与注水泵柱塞的数量相同，

所述监测诊断软件包根据往复泵的设计技术参数设定，当所述数据采集装置采集的工程信号符合以下要求时，注水泵处于正常工作状态：

安装在所述输入管线(26)上的进口压力变送器(1)测得进口压力数值摆动幅度≤3％实测值；

安装在所述输出管线(27)上的出口压力变送器(11)测得出口压力数值摆动幅度≤2％实测值；

安装在所述泵头体(28)阀芯孔处的噪声传感器(3)测得噪声值≤120dB；所述安装在排污管(29)上的流量传感器(2)测得漏失量数值≤0.01％注水泵额定流量；

安装在所述泵体(23)内的液位传感器(5)测得泵体内润滑液高度≥15cm；

安装在所述泵体(23)的十字头滑道(25)处温度传感器Ⅰ(4)测得温度≤85℃；

安装在所述泵体(23)内的温度传感器Ⅲ(10)测得润滑油温度≤75℃；

安装在所述泵体(23)上的振动传感器(8)测得数值≤4.5mm/s；

安装在所述输出管线(27)上的出口流量传感器(12)测得流量等于注水泵的额定流量；

安装在所述电机轴承(21)处的温度传感器Ⅱ(7)测得温度≤60℃。

2.根据权利要求1所述往复式注水泵状态监测及故障诊断系统，其特征是：当所述数据采集装置采集的工程信号出现1项或1项以上不符合权利要求1的要求时，注水泵处于非正常工作状态，所述监测诊断软件包通过对采集的工程信号进行分析，诊断出故障原因通过计算机作出提示，并提供故障处理措施；

当所述安装在输入管线(26)上的进口压力变送器(1)测得进口压力数值摆动幅度＞3％实测值时，故障原因为安装在所述泵头体(28)内的吸入阀片、弹簧损坏，处理措施为更换吸入阀片、弹簧；当所述安装在输出管线(27)上的出口压力变送器(11)测得出口压力数值摆动幅度＞2％实测值时，故障原因为安装在所述泵头体(28)内的排出阀片、弹簧损坏，处理措施为更换排出阀片、弹簧；

当安装在所述泵头体(28)的阀芯孔处的噪声传感器(3)测得噪声值＞120dB时，故障原因为安装在所述泵头体(28)内的阀体损坏，处理措施为更换阀体；

当安装在所述排污管(29)上的流量传感器(2)测得漏失量数值＞0.01％注水泵额定流量时，故障原因为安装在所述泵体(23)内的盘根密封填料损坏，处理措施为更换盘根密封填料；

当安装在所述泵体(23)内的液位传感器(5)测得泵体内润滑液高度＜15cm时，故障原因为所述泵体(23)内曲轴(24)的油封老化或损坏，处理措施为更换曲轴油封；

当安装在所述泵体(23)的十字头滑道(25)处的温度传感器Ⅰ(4)测得温度＞85℃时，故障原因为十字头发生偏磨，处理措施为更换十字头；

当安装在所述泵体(23)内的温度传感器Ⅲ(10)测得润滑油温度＞75℃时，故障原因为润滑油乳化变质，处理措施为更换新的润滑油；

当安装在所述泵体(23)上的振动传感器(8)测得数值＞4.5mm/s时，故障原因为所述泵体(23)的曲轴箱内发生机械故障，处理措施为检查曲轴与连杆瓦之间的间隙，并进行调整或更换至符合设计要求；

当安装在所述输出管线(27)上的出口流量传感器(12)测得流量大于或小于注水泵的额定流量时，故障原因为连接电机轴(22)输出与曲轴(24)输入的皮带出现问题，采取处理措施之前应查看电机轴(22)处的转速传感器Ⅰ(6)和所述曲轴(24)端部安装的转速传感器Ⅱ(9)测量值，并调整电机轴(22)与曲轴(24)之间的皮带张力至符合设计要求；

当安装在所述电机轴承(21)处的温度传感器Ⅱ(7)测得数值＞60℃时，故障原因为电机(20)的润滑脂不符合设计要求，处理措施为添加或更换润滑脂。