CN108105081A - 注水泵机组故障诊断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种注水泵机组故障诊断方法及装置，注水泵机组故障固定式在线诊断方法是采用固定式诊断和便携式诊断相结合诊断注水泵机组故障的方法，固定式诊断方法是将16通道振动同步数据采集器和电源制作成在线振动监测仪固定安装在现场，采集固定安装在注水泵机组上的振动加速度传感器振动信号，通过太网数据通讯RJ45接口无线远传给注水管理系统终端计算机或用RS232现场管理接口有线传给现场中转计算机，或通在线振动监测仪的LED状态报警指示，同时用便携式诊断方法进行注水泵机组故障判断比对，判断出注水泵机组故障的准确点和引起故障振动原因，及时处理，把恶性事故消灭在萌芽中。
Description
技术领域
本发明涉及油田注水管理技术领域，具体而言是一种注水泵机组故障诊断方法及装置。
背景技术
目前，油田注水开采过程中，主要依靠注水泵注水对油层原油进行驱替，达到提高油田原油采收率。常见的注水泵机组主要有高压离心式注水泵和高压柱塞泵机组两种。注水泵在使用的过程中非常容易出现抽空、电机烧损等现象，严重影响注水计划和采油任务的完成。加强注水泵状态监测及故障诊断是当前注水泵管理中到了刻不容缓的地步。
发明内容
本发明的目的是提供一种注水泵机组故障诊断方法及装置，对引起注水泵机组出现抽空、电机烧损等现象的前兆提前判断处理，把事故隐患消灭在萌芽中。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：
本发明包括注水泵故障便携式诊断方法和固定式在线诊断方法及装置，注水泵故障便携式诊断方法是：将振动加速度传感器用永久磁铁铁吸附在注水泵机组故障振动频率大的位置，振动频率通过16 通道振动同步数据采集器采集，传给笔记本电脑，采用小波分析信号处理方法进行特征提取、故障软件分析判断和现场对振动加速度传感器位置改变和信号调试，建立注水泵机组振动信号分析判断系统，通过分析振动加速度传感器频率曲线，进行注水泵机组故障预判断。（图4所示）
注水泵机组故障固定式在线诊断方法是采用固定式诊断和便携式诊断相结合诊断注水泵机组故障的方法，固定式诊断方法是将16 通道振动同步数据采集器和电源制作成控制柜，固定安装在现场，采集固定安装在注水泵机组上的振动加速度传感器振动信号，通过大网数据通讯RJ45接口无线远传给注水管理系统终端计算机或传给现场中端管理计算机，或通过控制柜的LED报警指示灯状态报警指示，同时用便携式诊断方法进行注水泵机组故障诊断出数据比对，判断出注水泵机组故障的准确点和引起故障振动原因，及时处理，把恶性事故消灭在萌芽中。
注水泵故障便携式诊断装置，包括：便携式仪器箱、16通道振动同步数据采集器、24V电源、振动加速度传感器、永久磁铁铁和笔记本电脑，其特征在于：设置在便携式仪器箱内的16通道振动同步数据采集器的供电接口与24V电源接口相联，16通道振动同步数据采集器的采集接口与通过永久磁铁吸附在注水泵机组7上的布点网上的振动加速度传感器相联，16通道振动同步数据采集器的输出接口与笔记本电脑输入接口相连。（图1所示）
注水泵机组故障固定式在线诊断装置，包括控制柜、16通道振动同步数据采集器、24V电源、LED报警指示灯、振动加速度传感器、永久磁铁铁、中端管理计算机和远程终端计算机，其特征在于：在控制柜内上部设有控制屏，中部设有16通道振动同步数据采集器，下部设有24V电源，16通道振动同步数据采集器的供电接口与24V电源接口相联，16通道振动同步数据采集器的采集接口与通过永久磁铁铁吸附或固定在注水泵机组上的布点网上的振动加速度传感器相联，16通道振动同步数据采集器的处理信号通过RJ45接口无线与中端管理计算机或远程终端计算机输入接口相联，同时与控制屏上所设的LED报警指示灯相联。（图2所示）
所述注水泵机组上的布点网，是依据注水泵机组有故障后常发生振动的部位设置的布置振动加速度传感器的点位网；振动加速度传感器的点位网包括设在注水泵泵前轴承测点、前泵端测点、泵顶面均设的11个测点、后泵端测点、泵后轴承测点、前滑动轴承测点、电机轴承测点和后滑动轴承测点。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.预防重大事故
及时掌握注水泵机组运行状态的异常或故障的早期征兆，减少或避免重大事故的发生；
2.缩短维修时间
便于事后进行故障原因分析，缩短维修时间和减少维修费用，避免再发生同类事故；
3.延长运行周期
通过对机组状态异常的原因和特性进行分析，采取合理的措施，可以延长设备运行周期；
4.提升管理水平
随时掌握机组运行状态的变化情况，可及时了解机组运行状态变化情况，提高机组管理的现代化水平。
附图说明
图1是注水泵故障便携式诊断装置结构示意图
图2是注水泵机组故障固定式在线诊断装置结构示意图
图3是16通道振动同步数据采集器的点位网示意图
图4是-振动加速度传感器频率曲线
图1、2中 ，1-1便携式仪器箱、1-2控制柜；2-16通道振动同步数据采集器、3-采集接口、4-24V电源、5-振动加速度传感器、6-永久磁铁铁、7-注水泵机组、8-1笔记本电脑、8-2中端管理计算机；9-远程终端计算机、10-LED报警指示灯。
具体实施方式
为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：
本发明包括注水泵故障便携式诊断方法和固定式在线诊断方法及装置，注水泵故障便携式诊断方法是：将振动加速度传感器5 用永久磁铁铁6吸附在注水泵机组7故障振动频率大的位置，振动频率通过16 通道振动同步数据采集器2采集，传给笔记本电脑8-1，采用小波分析信号处理方法进行特征提取、故障软件分析判断和现场对振动加速度传感器5位置改变和信号调试建立注水泵机组7振动信号分析判断系统，进行注水泵机组故障预判断。
注水泵机组故障固定式在线诊断方法是采用固定式诊断和便携式诊断相结合诊断注水泵机组故障的方法，固定式诊断方法是将16 通道振动同步数据采集器2和电源制作成控制柜1-2内，固定安装在现场，采集固定安装在注水泵机组上的振动加速度传感器5振动信号，通过太网数据通讯RJ45接口无线远传给注水管理系统远程终端计算机9或传给现场中端管理计算机8-2，或通过控制柜1-2的LED报警指示灯10状态指示，同时用便携式诊断方法进行注水泵机组故障诊断出数据比对，判断出注水泵机组故障的准确点和引起故障振动原因，及时处理，把恶性事故消灭在萌芽中。
上述诊断方法及装置确定研究与实施
1.诊断检测方法
振动值是判断泵机数据库，因此以振动信号为主开展隐患信号分析研究。经过筛选，选用小波分析信号处理方法对注水泵状态进行特征提取，相比传统的傅里叶分析方法，小波分析能有效地分析有局部特征的信号,分析出信号局部变化大小及位置。以此建立注水泵振动信号的隐患分析判断系统，对注水泵自动诊断。利用小波分析信号处理方法对注水泵机组运行状态进行特征提取，然后建立注水泵振动信号的分析判断系统。通过数据采集、特征提取、故障分析、和现场调试建立模型等4个步骤来实现。
2.在线固定式诊断与便携式诊断相结合方式及便携式诊断方式的确立
就目前振动故障诊断的要求来说，所有便携式振动诊断系统都存在测量点少，配套分析设备诊断软件不够完善等需要改善的地方。在线式振动监测系统过于固定，不方便现场调度使用，不能完好的配合现场故障诊断服务。故此根据实际需求，对原有设备进行创新式设计，大胆式改造，完成在线与便携式双模式的故障诊断方案。
振动诊断故障分为三个部分。1、数据采集2、信号处理、3故障诊断软件。通过传感器检测注水泵机组的运行状态，经过信号处理、特征提取和状态识别，然后以图形、数字方式显示或LED灯光报警显示或声光报警。
对主要部位振动值用传统分析方法测定，宏观判断设备状态。在时域、频域、时一频域进行特征分析，确定故障内容性质，利用测得振动参数进行模式与参数识别，确定故障原因部位。
3.振动传感器的确立
根据注水泵机组故障小波分析方法需要，选用振动加速度传感器，加速度传感器根据压电原理进行工作。在传感器内部，振荡的弹簧-质量阻尼系统由压电陶瓷盘和内部的振动质量块组成。当把振动引入该系统时，质量块将交变力施加在陶瓷盘上，在压电效应作用下，产生与加速度成正比的电荷。
灵敏度：
· 100 mV/g±5%；
· 10.2 mV/m/s2 ±5%；
灵敏度精度:
· 4Hz…10KHz :±5%；
· 0.6Hz…10KHz :±10%；
· 0.4Hz…13KHz :±3dB；
开路电压
· +12.5V±1.5V（-40℃— +120℃）。
4.检测点的确定
采集的信号是隐患分析判断的核心数据，采集信号是否有代表性，与测点的选取密切相关。在查阅技术资料的基础上，对故障数据分析对比，优选注水泵监测点位 。依据注水泵机组有故障后常发生振动的部位设置的布置振动加速度传感器的点位网；振动加速度传感器的点位网包括设在注水泵泵前轴承测点、前泵端测点、泵顶面均设的11个测点、后泵端测点、泵后轴承测点、前滑动轴承测点、电机轴承测点和后滑动轴承测点。(图3所示)
5.数据采集器的确定
根据诊断方案的需要，选定16 通道振动同步数据采集器
16 通道振动同步数据采集器的性能
（1）每个通道采用频率高达25.6kHz；
（2）适应 传感器：加速度振动传感器、电涡流传感器；
（3）同步监测最多 250 个标量值（带通滤波测量值、矢量值 …）；
（4）按规定的时间间隔传送数据，支持Modbus和OPC通讯方式；
（5）支持RS232、RS485接口、RJ45接口及光纤接口；
（6）性价比高，可在现有系统基础之上安装，对多达250个标量值进行趋势跟踪和监测，根据设备故障特征标量值进行监测；灵活的接口类型；
（7）故障诊断功能，可对时域波形数据和标量数据进行灵活的处理和诊断分析，可进行故障根本原因分析；
（8）长期数据存储，有多达20年的数据存储容量；采集器可以接多种传感器，满足各种测量任务，在设备采集安装过程中根据不同的传感器测量任务。
6.故障诊断软件的编制
（1） 按时间间隔传送数据，VDAU-6000 可根据需要设置从1秒、10秒、1分钟、到1天不等时间间隔定时传送数据；
（2） 故障察觉，对标量值进行长期数据趋势监测和报警；
（3） 数据按机组状态分类存贮，为机器在不同工况下设置不同的报警极限；
（4） 故障诊断，出现报警时，通过诊断工作站软件对时域波形进行分析和诊断；16个通道中所有的时域波形是同步地记录。
（5）测量值：
a.直流值 (间隙电压)；
b.API (10-1000Hz) 峰峰值；
c .ISO RMS 速度值 (振动烈度)；
d.一倍频、二倍频幅值与相位；
e. ½ 倍频幅值、三倍频幅值 ；
f.带通包络值；
g.多个带通滤波器设置。
软件由独立的报警界面，报警值可根据用户现场工况需要进行设置。
Claims (5)
1.一种注水泵机组故障诊断方法及装置，包括：注水泵故障便携式诊断方法和固定式在线诊断方法及装置，其特征在于：注水泵故障便携式诊断方法是：将振动加速度传感器（5）用永久磁铁铁（6）吸附在注水泵机组（7）故障振动频率大的位置，振动频率通过16 通道振动同步数据采集器（2）采集，传给笔记本电脑8-1，采用小波分析信号处理方法进行特征提取、故障软件分析判断和现场对振动加速度传感器（5）位置改变和信号调试，建立注水泵机组振动信号分析判断系统，进行注水泵机组故障预判断。
2.根据权利要求1所述的注水泵机组故障诊断方法及装置，其特征在于：注水泵机组故障固定式在线诊断方法是采用固定式诊断和便携式诊断相结合诊断注水泵机组故障的方法，固定式诊断方法是将16 通道振动同步数据采集器（2）和24V电源（4）制作成控制柜（1-2），固定安装在现场，采集固定安装在注水泵机组（7）上的振动加速度传感器（5）振动信号，通过大网数据通讯RJ45接口无线远传给注水管理系统远程终端计算机(9)或传给现场中端管理计算机（8-2），或通过控制柜的LED报警指示灯（10）指示，同时用便携式诊断方法进行注水泵机组故障诊断的数据比对，判断出注水泵机组故障的准确点和引起故障振动原因，及时处理，把恶性事故消灭在萌芽中。
3.根据权利要求1所述的注水泵机组故障诊断方法及装置的注水泵故障便携式诊断装置，包括：便携式仪器箱（1-1）、16通道振动同步数据采集器（2）、24V电源（4）、振动加速度传感器（5）、永久磁铁铁（6）和笔记本电脑(8-1)，其特征在于：设置在便携式仪器箱（1-1）内的16通道振动同步数据采集器(2)的供电接口与24V电源（4）接口相联，16通道振动同步数据采集器（2）的采集接口（3）与通过永久磁铁（6）吸附在注水泵机组上的布点网上的振动加速度传感器（5）相联，16通道振动同步数据采集器（2）的输出接口与笔记本电脑（8-1）输入接口相联。
4.根据权利要求1所述的注水泵机组故障诊断方法及装置的注水泵机组故障固定式在线诊断装置，包括控制柜（1-2）、16通道振动同步数据采集器（2）、24V电源（4）、LED报警指示灯（10）、振动加速度传感器（5）、永久磁铁铁（6）、中端管理计算机（8）和远程终端计算机（9），其特征在于：在控制柜（1-2）内上部设有控制屏，中部设有16通道振动同步数据采集器（2），下部设有24V电源（4），16通道振动同步数据采集器（2）的供电接口与24电源（4）接口相联，16通道振动同步数据采集器（2）的采集接口（3）与通过永久磁铁铁（6）吸附或固定在注水泵机组（7）上的布点网上的振动加速度传感器（5）相联，16通道振动同步数据采集器（2）的处理信号通过RJ45接口无线与中端管理计算机（8-2）或远程终端计算机（9）输入接口相连，同时与控制屏上所设的LED报警指示灯（10）相联。
5.根据权利要求1或2所述的注水泵机组故障诊断方法及装置，其特征在于：注水泵机组（7）上的布点网，是依据注水泵机组（7）有故障后常发生振动的部位设置的布置振动加速度传感器（5）的点位网；振动加速度传感器（5）的点位网包括设在注水泵泵前轴承测点、前泵端测点、泵顶面均设的11个测点、后泵端测点、泵后轴承测点、前滑动轴承测点、电机轴承测点和后滑动轴承测点。
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