CN107289862A - 往复泵十字头对中状态监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种往复泵十字头对中状态监测方法，包括如下步骤：a、测试往复泵介杆初始位移值，将初始位移值作为数据分析的参考中线；b、当泵运转后，测试往复泵介杆的实时位移值；c、对比实时位移值与初始位移值是否出现相对位移变化量；d、根据相对位移变化量，判断对中状态。本发明通过直接测量往复泵介杆的位移参量及趋势，反映出十字头与导板间的磨损情况，从而直观、高效、准确的实现了对十字头对中状态的在线实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种往复泵十字头对中状态监测方法，属于机械设备状态监测领域，用于石油、化工等行业的往复泵十字头对中状态检测或实时监测。
背景技术
往复泵是一种利用活塞或柱塞在液力缸腔室内的往复运动，对流体进行压缩做功，达到提高流体压力进而实现流体输送的目的。因其具有高效率、高压力、高流量的特征，在石油勘探开发、石油化工等领域有广泛的应用，例如钻井泵、压裂泵等，属于重要的机械装备。在生产过程中，往复泵往往具有高负荷（钻井泵的压力通常需达到20-40MPa，压裂泵的压力通常需达到70-100MPa）、环境恶劣等工况特点，且需要连续不间断作业，因而对其关键部件的可靠性要求极高。
在往复泵的各机构中，十字头是连接曲柄和介杆的关键部件，往复泵则是利用十字头在上下导板之间的往复运动，将曲柄的作用力水平且平稳的传递给介杆，利用介杆驱动活塞或柱塞往复做功。在运转过程中，十字头与上下导板间会发生摩擦磨损，十字头与导板间的间隙将逐渐增大，即发生十字头“不对中”现象。按照设备操作规范，当磨损量达到一定值后，则发生“不对中”故障，必须停机进行维修。十字头发生不对中故障后，不仅会产生非正常振动，同时会使连杆、活塞等机构受力不均，从而导致曲轴和连杆的轴承加速磨损，以及活塞缸套偏磨失效。因而，在设备日常维保过程中，十字头检查是一项重要的例行工作，每日都需进行巡检。
鉴于此，工程界一直在研究如何有效、及时、方便的掌握十字头对中状态的方法。通过现有技术的检索发现，《振动诊断技术在钻井泵故障诊断中的应用》（机械工程师2015年第11期），该文献对基于振动测试原理的钻井泵故障诊断技术进行了阐述，还有一些类似的文献也是基于振动测试方法进行往复式泵的故障诊断，文章表示能够对十字头进行故障诊断。但是，往复泵的结构较为复杂，振动传感器很难与十字头这类的泵体内部组件直接接触，采集到的振动信号背景噪声和干扰信号非常多，加上振动信号的预处理、分析、识别难度极高，对人员的技术要求很高，导致这类故障诊断技术在工程现场并未得到推广应用。因此，这项检测或监测工作目前仍然依靠机修人员用耳听方式，根据振动或噪声特征进行判断，或定期停机拆卸侧盖，用塞尺测量十字头和导板间隙进行判断。这些方式不仅劳动强度大，对人员经验要求高，影响工期，且在高压泵组旁边开展巡检工作还存在极大的安全风险。因此亟需一种监测方法对十字头对中状态进行监测，实时掌握十字头导板间的磨损情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种往复泵十字头对中状态监测方法。本发明通过直接测量往复泵介杆的位移参量及趋势，反映出十字头与导板间的磨损情况，从而直观、高效、准确的实现了对十字头对中状态的在线实时监测。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、测试往复泵介杆初始位移值，将初始位移值作为数据分析的参考中线；
b、当泵运转后，测试往复泵介杆的实时位移值；
c、对比实时位移值与初始位移值是否出现相对位移变化量；
d、根据相对位移变化量，判断对中状态。
所述方法中，通过激光位移传感器采集往复泵介杆的位移值并转换成电信号，并输出至数据采集卡，数据采集卡输出数字信号到数据分析终端，由数据分析终端进行显示和分析。
所述激光位移传感器的激光束与往复泵介杆截面的铅垂中线重合。
所述激光位移传感器设置于往复泵的机壳上，激光位移传感器与数据采集卡有线或无线配合，数据采集卡和数据分析终端通过信号线联通。
所述激光位移传感器与数据采集卡无线配合时，在激光位移传感器上设置有电源和与电源连接的无线信号发生器，在数据采集卡上设置无线信号接收器。
所述激光位移传感器上设置有保护壳或防护涂层。
所述数据分析终端具有信号处理、数据记录、数据显示及分析功能。
所述实时位移值在数据分析终端上以位移-时间曲线形式进行显示，通过位移-时间曲线反应十字头与导板间的磨损状态，即监测出十字头对中状态。
所述数据分析终端上设定有判断阈值，当实时位移值大于判断阈值时，进行自动预警和故障判断。
采用本发明的优点在于：
1、本发明可以用于各类往复泵十字头对中状态的实时监测，并可进行数据记录、存储和分析。通过测试数据的分析观察，获取介杆的相对初始位移值的变化量和发展趋势，而介杆与十字头是固定连接，在制造和维修过程中，通常是利用介杆相对机壳的位置进行十字头对中调试，因此介杆的位移值可以直接反映出十字头与导板间的磨损间隙参数，即可实时反应出十字头的对中状态。
2、本发明只需要对状态良好的十字头进行初始值测定，此后既可以根据测量值和劣化趋势，判断对中状态是否良好，也可靠数据积累和总结，制定出状态的判断阈值，从而实现自动预警和故障判断。
3、对比人工依靠经验或拆检，本监测方法不仅具有实时性和高效性，且极大的降低了人员的劳动强度，有效的规避了高压泵区巡检的安全风险，为往复泵的可靠性提供了有力的监控技术保障。同时，可以根据需要，设置信号处理、分析、自动诊断等功能，并配套声光电报警、预警信息远程推送等功能模块，扩大适用范围。
附图说明
图1为本发明采用有线时的结构原理示意图；
图2为本发明采用无线时的结构原理示意图；
图3为激光位移传感器安装方式示意图；
图中标记为：1、激光位移传感器，2、数据采集卡，3、数据分析终端，4、十字头，5、往复泵介杆，6、机壳，7、导板，8、信号线，9、无线信号接收器，10、无线信号发生器，11、天线，12、激光束。
具体实施方式
实施例1
一种往复泵十字头对中状态监测方法，包括如下步骤：
a、测试往复泵介杆初始位移值，将初始位移值作为数据分析的参考中线；
b、当泵运转后，测试往复泵介杆的实时位移值；
c、对比实时位移值与初始位移值是否出现相对位移变化量；
d、根据相对位移变化量，判断对中状态。
所述方法中，通过激光位移传感器1采集往复泵介杆5的位移值并转换成电信号，并输出至数据采集卡2，数据采集卡2输出数字信号到数据分析终端3，由数据分析终端3进行显示和分析。
所述激光位移传感器1的激光束与往复泵介杆5截面的铅垂中线重合。
所述激光位移传感器1设置于往复泵的机壳6上，激光位移传感器1与数据采集卡2有线或无线配合，数据采集卡2和数据分析终端3通过信号线8联通。
所述激光位移传感器1与数据采集卡2无线配合时，在激光位移传感器1上设置有电源和与电源连接的无线信号发生器10，在数据采集卡2上设置无线信号接收器9。
所述激光位移传感器1上设置有保护壳或防护涂层。
所述数据分析终端3具有信号处理、数据记录、数据显示及分析功能。数据分析终端3的信号处理、数据显示及分析功能所涉及到的软件采用现有技术即可。
所述实时位移值在数据分析终端3上以位移-时间曲线形式进行显示，通过位移-时间曲线反应十字头与导板间的磨损状态，即监测出十字头对中状态。
所述数据分析终端3上设定有判断阈值，当实时位移值大于判断阈值时，进行自动预警和故障判断。
本发明利用固装在泵机壳上的激光位移传感器，测试往复泵介杆的相对位移变化量和趋势，而往复泵介杆与十字头是固定连接，在制造和维修过程中，通常是利用往复泵介杆相对机壳的位置进行十字头对中调试，因此往复泵介杆的位移值可以直接反映出十字头与导板间的磨损间隙参数，即可实时反应出十字头的对中状态。
实施例2
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和2所示，本实施例所涉及到的设备包括：激光位移传感器1、数据采集卡2、数据分析终端3。其中：激光位移传感器1设置于往复泵的机壳6上，将往复泵介杆5的位移量转换成电信号，并输出至数据采集卡2，数据采集卡2输出数字信号，并由数据分析终端3进行显示和分析。
所述的激光位移传感器1外加装保护壳或防护涂层，以达到防水、防潮和防爆要求，其尺寸大小、精度、监测频率可根据往复泵的型号、性能参数等进行选型配置。
所述的激光位移传感器1的激光束与往复泵介杆5截面的铅垂中线重合。
所述的激光位移传感器1与数据采集卡2之间的通讯形式，可根据现场需求设计为有线或无线数据通讯模式。
所述的数据分析终端3具有信号处理、数据记录、数据显示及分析功能，用位移-时间历程曲线图，直观展示往复泵介杆5的位移状态，从而反映出十字头4与导板7间的磨损状态，即不对中状态。
监测时，首先将激光位移传感器固定安放在往复泵壳体上，并让激光束12与介杆截面的铅垂中线尽量重合，如图3所示，以保证测量效果，并安装好保护壳或防护涂层，以达到防水、防潮、防爆等保护功能。
将激光位移传感器1、数据采集卡2和数据分析终端3用信号线8相互联通，激光位移传感器1与数据采集卡2之间的通讯可以根据需求采用有线或无线方式连接。当采用无线连接时，如图2所示，需在激光传感器上加装无线信号发生器10，并按需封装高能电池作为独立电源，从而实现远距离状态数据监控。无线信号发生器10的天线11根据需要采用防水、防潮、防爆型天线。在数据采集卡2上加装无线信号接收器9。安装好各组件后，进行初始位移值测试，作为数据分析的参考中线。当泵运转后，即可实时测试到往复泵介杆5的位移值，并在数据分析终端3的界面上以位移-时间曲线形式进行显示，由此直观反应出十字头4与导板7间的磨损情况，即监测出十字头4的对中状态。
Claims (9)
1.一种往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、测试往复泵介杆初始位移值，将初始位移值作为数据分析的参考中线；
b、当泵运转后，测试往复泵介杆的实时位移值；
c、对比实时位移值与初始位移值是否出现相对位移变化量；
d、根据相对位移变化量，判断对中状态。
2.根据权利要求1所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述方法中，通过激光位移传感器采集往复泵介杆的位移值并转换成电信号，并输出至数据采集卡，数据采集卡输出数字信号到数据分析终端，由数据分析终端进行显示和分析。
3.根据权利要求2所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述激光位移传感器的激光束与往复泵介杆截面的铅垂中线重合。
4.根据权利要求3所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述激光位移传感器设置于往复泵的机壳上，激光位移传感器与数据采集卡有线或无线配合，数据采集卡和数据分析终端通过信号线联通。
5.根据权利要求4所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述激光位移传感器与数据采集卡无线配合时，在激光位移传感器上设置有电源和与电源连接的无线信号发生器，在数据采集卡上设置无线信号接收器。
6.根据权利要求5所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述激光位移传感器上设置有保护壳或防护涂层。
7.根据权利要求6所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述数据分析终端具有信号处理、数据记录、数据显示及分析功能。
8.根据权利要求7所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述实时位移值在数据分析终端上以位移-时间曲线形式进行显示，通过位移-时间曲线反应十字头与导板间的磨损状态，即监测出十字头对中状态。
9.根据权利要求8所述的往复泵十字头对中状态监测方法，其特征在于：所述数据分析终端上设定有判断阈值，当实时位移值大于判断阈值时，进行自动预警和故障判断。
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