CN117231488A - 往复泵的故障确定方法、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种往复泵的故障确定方法、装置及电子设备。其中，该方法包括：获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据；依据目标键相数据，确定第一对照关系；依据目标振动数据与第一对照关系，确定第二对照关系；依据第二对照关系，确定往复泵对应的角域柱状图与角域包络图；确定角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及角域包络图中的目标包络面积；依据目标数目与目标包络面积，确定往复泵是否故障的故障结果。本发明解决了相关技术中存在的难以准确地确定出往复泵是否出现故障的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及往复泵领域，具体而言，涉及一种往复泵的故障确定方法、装置及电子设备。
背景技术
往复泵是油气开采行业中的重要设备，例如压裂、固井、酸化等设备中的柱塞泵，它们承担着输送高压、大排量的含有固体颗粒或酸性、碱性的液体，进行地质压裂、酸化等作业。但是由于工作条件的特殊性，往复泵非常容易出现故障，这就会影响石油开采效率，严重时可能会威胁到工作人员的生命安全。
目前的往复泵的故障检测智能化程度较低，一般情况下是通过有经验的技术人员在施工现场通过检测往复泵的声音、振动、外观等情况来判断往复泵是否出现故障，并且配合维修工人在作业期间定期巡检的方式来保障往复泵的正常工作。但是，人工识别往复泵的准确度主要依赖于技术人员的经验，容易造成误判、漏判等问题。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种往复泵的故障确定方法、装置及电子设备，以至少解决相关技术中存在的难以准确地确定出往复泵是否出现故障的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种往复泵的故障确定方法，包括：获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，所述目标振动数据由位于所述往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，所述目标键相数据包括目标键相信号值；依据所述目标键相数据，确定第一对照关系，其中，所述第一对照关系用于表示时间与键相信号值之间的对应关系；依据所述目标振动数据与所述第一对照关系，确定第二对照关系，其中，所述第二对照关系用于表示所述往复泵内齿轮转过的角度与所述预定位置处部件的振幅的对应关系；依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域柱状图与角域包络图；确定所述角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及所述角域包络图中的目标包络面积；依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果。
可选地，依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域柱状图，包括：确定用于生成角域柱状图的第一角度数；依据所述第二对照关系，确定在预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值；依据所述预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值，确定所述往复泵对应的角域柱状图。
可选地，依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域包络图，包括：确定用于生成角域包络图的第二角度数；依据所述第二对照关系，确定在预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值；依据所述预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，确定所述往复泵对应的角域包络图。
可选地，所述依据所述预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，确定所述往复泵对应的角域包络图，包括：依据希尔伯特变换方法，变换所述预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，得到所述预定角度范围内每第二角度数对应的包络值；依据所述预定角度范围内每第二角度数对应的包络值，确定所述往复泵对应的角域包络图。
可选地，所述依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果之后，还包括：在所述目标振动数据包括由位于所述往复泵多个预定位置处部件上的传感器采集得到多组目标振动数据，所述故障结果为所述往复泵故障的情况下，依据所述多组目标振动数据，确定往复泵故障位置。
可选地，所述获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据之前，还包括：获取所述往复泵的至少一个周期的初始键相数据与初始振动数据；分别对所述初始键相数据与所述初始振动数据进行滤波，得到所述往复泵的至少一个周期的所述目标键相数据与所述目标振动数据。
可选地，所述依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果，包括：在所述目标数目大于预定数目，和/或，所述目标包络面积大于预定包络面积的情况下，确定所述往复泵的所述故障结果为所述往复泵故障。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种往复泵的故障确定装置，包括：获取模块，用于获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，所述目标振动数据由位于所述往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，所述目标键相数据包括目标键相信号值；第一确定模块，用于依据所述目标键相数据，确定第一对照关系，其中，所述第一对照关系用于表示时间与键相信号值之间的对应关系；第二确定模块，用于依据所述目标振动数据与所述第一对照关系，确定第二对照关系，其中，所述第二对照关系用于表示所述往复泵内齿轮转过的角度与所述预定位置处部件的振幅的对应关系；第三确定模块，用于依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域柱状图与角域包络图；第四确定模块，用于确定所述角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及所述角域包络图中的目标包络面积；第五确定模块，用于依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现上述任一项所述的往复泵的故障确定方法。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上述任一项所述的往复泵的故障确定方法。
在本发明实施例中，获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，目标振动数据由位于往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，目标键相数据包括目标键相信号值，依据目标键相数据，确定用于表示时间与键相信号值之间对应关系的第一对照关系，并依据目标振动数据与第一对照关系，确定用于表示往复泵内齿轮转过的角度与预定位置处部件的振幅的对应关系的第二对照关系，从而能够依据第二对照关系，确定往复泵对应的角域柱状图与角域包络图，进而通过确定角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及角域包络图中的目标包络面积，达到依据目标数目与目标包络面积，确定往复泵是否故障的故障结果的目的，通过图像，直接、准确地对往复泵进行了故障判断，解决了相关技术中存在的难以准确地确定出往复泵是否出现故障的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的往复泵的故障确定方法的流程图；
图2是本申请可选实施方式提供的振动传感器位置示意图；
图3是本申请可选实施方式提供的键相传感器位置示意图；
图4是本申请可选实施方式提供的码盘设计示意图；
图5是本申请可选实施方式提供的往复泵测试-键相信号示意图；
图6是本申请可选实施方式提供的往复泵测试-角域振动示意图；
图7是本发明可选实施方式提供的往复泵测试-角域柱状示意图；
图8是本发明可选实施方式提供的往复泵测试-角域包络示意图；
图9是本申请可选实施方式提供的故障情况下往复泵测试-角域振动示意图；
图10是本发明可选实施方式提供的故障情况下往复泵测试-角域柱状示意图；
图11是本发明可选实施方式提供的故障情况下往复泵测试-角域包络示意图；
图12是根据本发明实施例的往复泵的故障确定装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种往复泵的故障确定方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的往复泵的故障确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，目标振动数据由位于往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，目标键相数据包括目标键相信号值；
在本申请提供的步骤S102中，确定了往复泵在至少一个周期内的目标键相数据与目标振动数据，以通过在往复泵上采集的数据确定往复泵是否故障的故障结果。由于目标振动数据是由位于往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，因此，后续也可以通过目标振动数据判断是否是往复泵预定位置处部件发生了故障。
步骤S104，依据目标键相数据，确定第一对照关系，其中，第一对照关系用于表示时间与键相信号值之间的对应关系；
在本申请提供的步骤S104中，确定了用于表示时间与键相信号值之间对应关系的第一对照关系，能够从该对照关系上简单明了的看出，在至少一个周期内的不同时刻，时间与键相信号值之间的对应关系，以便后续对数据进行快速的分析处理。
步骤S106，依据目标振动数据与第一对照关系，确定第二对照关系，其中，第二对照关系用于表示往复泵内齿轮转过的角度与预定位置处部件的振幅的对应关系；
在本申请提供的步骤S106中，确定了用于表示往复泵内齿轮转过的角度与预定位置处部件的振幅的对应关系的第二对照关系，能够从该对照关系上简单明了的看出，在齿轮转过不同角度时，预定位置处部件的振幅，能够直接明了的观测到两者的关系，以便于后续分析故障。
其中，上述第一对照关系与第二对照关系可以通过不同的表现形式表现出来，如，可以通过图的方式，表的方式，等等，在此不做限定，可以根据实际的应用与场景进行自定义的设置。
步骤S108，依据第二对照关系，确定往复泵对应的角域柱状图与角域包络图；
在本申请提供的步骤S108中，通过表示往复泵内齿轮转过的角度与预定位置处部件的振幅的对应关系的第二对照关系，能够得到往复泵对应的角域柱状图与角域包络图，以便通过角域柱状图和角域包络图分析往复泵的故障。
步骤S110，确定角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及角域包络图中的目标包络面积；
在本申请提供的步骤S110中，由于角域柱状图中柱状对象的高度值是很容易获取且很明显的，因此，可以确定角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，而且，角域包络图中的目标包络面积也是很方便计算得到的，因此，可以确定角域包络图中的目标包络面积。通过这两者能够快速分析往复泵的故障，而且通过这两种信息，考虑了数据的两个方面，进行综合判定故障，有利于判定出的故障结果的准确性。
步骤S112，依据目标数目与目标包络面积，确定往复泵是否故障的故障结果。
通过上述步骤，获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，目标振动数据由位于往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，目标键相数据包括目标键相信号值，依据目标键相数据，确定用于表示时间与键相信号值之间对应关系的第一对照关系，并依据目标振动数据与第一对照关系，确定用于表示往复泵内齿轮转过的角度与预定位置处部件的振幅的对应关系的第二对照关系，从而能够依据第二对照关系，确定往复泵对应的角域柱状图与角域包络图，进而通过确定角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及角域包络图中的目标包络面积，达到依据目标数目与目标包络面积，确定往复泵是否故障的故障结果的目的，通过图像，直接、准确地对往复泵进行了故障判断，解决了相关技术中存在的难以准确地确定出往复泵是否出现故障的技术问题。
作为一种可选的实施例，依据第二对照关系，确定往复泵对应的角域柱状图，包括：确定用于生成角域柱状图的第一角度数；依据第二对照关系，确定在预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值；依据预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值，确定往复泵对应的角域柱状图。
在该实施例中，第一角度数可以理解为将上述预定角度范围，按照第一角度数，分为多个角度范围，划分后的多个角度范围中每个角度范围的角度为第一角度数。如，第一角度数设为10度，预定角度范围为，0到180度，那么，划分之后则得到，0-10度，10度-20度…170度到180度等等。确定在预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值即指的是，确定0-10度对应的振幅平均值，确定10-20度对应的振幅平均值…确定170-180度对应的振幅平均值等等。以依据预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值，确定往复泵对应的角域柱状图，如，角域柱状图的横坐标为角度，纵坐标为振幅，那么在0-10度里对应柱状对象的高度值为0-10度对应的振幅平均值，在10-20度里对应柱状对象的高度值为10-20度对应的振幅平均值，计算整个预定角度范围内的柱状对象的高度值，以达到确定角域柱状图中所有柱状对象的高度值的目的。
作为一种可选的实施例，依据第二对照关系，确定往复泵对应的角域包络图，包括：确定用于生成角域包络图的第二角度数；依据第二对照关系，确定在预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值；依据预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，确定往复泵对应的角域包络图。
在该实施例中，第二度数可以理解为将上述预定角度范围，按照第二角度数，分为多个角度范围，划分后的多个角度范围中每个角度范围的角度为第二角度数。如，第二角度数设为1度，预定角度范围为，0到180度，那么，划分之后则得到，0-1度，1-2度…179-180度等等。确定在预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，如，确定0-1度对应的振幅极大值与振幅极小值，确定1-2度对应的振幅极大值与振幅极小值…确定179-180度对应的振幅极大值与振幅极小值等等。以依据预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，确定往复泵对应的角域包络图，如，角域柱状图的横坐标为角度，纵坐标为振幅，那么在0-1度里对应包络区域为0-1度对应的振幅极大值与0-1度对应的振幅极小值之间的区域，计算此区域之间的面积，计算整个预定角度范围内的面积，以达到确定角域包络图中包络面积的目的。
作为一种可选的实施例，依据预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，确定往复泵对应的角域包络图，包括：依据希尔伯特变换方法，变换预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，得到预定角度范围内每第二角度数对应的包络值；依据预定角度范围内每第二角度数对应的包络值，确定往复泵对应的角域包络图。
在该实施例中，说明了振幅值与包络值的转换方法，可以依据希尔伯特变换方法将振幅值转换为包络值，可选地，也可以用类希尔伯特变换方法进行振幅值至包络值的变换，以生成可准确反应往复泵故障状态的角域包络图。
作为一种可选的实施例，依据目标数目与目标包络面积，确定往复泵是否故障的故障结果之后，还包括：在目标振动数据包括由位于往复泵多个预定位置处部件上的传感器采集得到多组目标振动数据，故障结果为往复泵故障的情况下，依据多组目标振动数据，确定往复泵故障位置。
在该实施例中，在目标振动数据包括由位于往复泵多个预定位置处部件上的传感器采集得到多组目标振动数据，且故障结果为往复泵故障的情况下，可以基于多组目标振动数据，准确定位出往复泵故障位置，如，多组目标振动数据中有一组振动数据故障的情况下，则确定故障振动数据对应的预定位置处部件故障或传感器故障，以使得故障确定的更为精准。
作为一种可选的实施例，获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据之前，还包括：获取往复泵的至少一个周期的初始键相数据与初始振动数据；分别对初始键相数据与初始振动数据进行滤波，得到往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据。
在该实施例中，对直接获取得到的初始键相数据与初始振动数据进行了滤波处理，得到滤波之后的目标键相数据与目标振动数据，减少目标键相数据与目标振动数据中的噪音，使得后续得到的故障结果更为准确。
作为一种可选的实施例，依据目标数目与目标包络面积，确定往复泵是否故障的故障结果，包括：在目标数目大于预定数目，和/或，目标包络面积大于预定包络面积的情况下，确定往复泵的故障结果为往复泵故障。
在该实施例中，在目标数目大于预定数目的情况下，说明振幅异常，同样，在目标包络面积大于预定包络面积的情况下，也能够说明振幅的异常状况，因此，通过该种判断，能够准确地得到往复泵是否故障的故障结果。
基于上述实施例及可选实施例，提供了一种可选实施方式，下面具体说明。
本发明可选实施方式中提供了一种往复泵的故障确定方法与故障确定系统。
(一)故障确定系统：
故障确定系统包括：传感器检测模块、滤波模块，其中，传感器监测模块又包括键相传感器、振动传感器等。
(1)传感器检测模块：
主要功能是根据检测要求，选取特定的检测位置，设计特定的检测配件，测量待处理的信号。
1)测点位置选择：
振动信号的测点需要选择对振动反应灵敏，尽可能接近振源的位置；需要根据要求设计相关支架固定传感器。
键相信号的测点位置需要与曲轴轴向或径向垂直，码盘安装在曲轴连接的机构上。
例如：图2是本申请可选实施方式提供的振动传感器位置示意图，图3是本申请可选实施方式提供的键相传感器位置示意图，对压裂设备的往复泵的各种振动信号(曲轴轴承测点、十字头测点、盘根测点等)及键相信号数据进行采集。由于曲轴轴承测点水平位置在运输、现场维护过程中不方便，因此曲轴轴承测点安装在承载区45°方向；十字头测点安装在主要滑道承载位置，十字头下滑轨；盘根测点安装在盘根腔垂直方向，如图2所示位置排布振动传感器。键相传感器的安装测点位于曲轴润滑油封与曲轴箱体轴向连接的垂直方向，具体位置如图3所示。
2)码盘设计：
在获取键相信号的过程中，需要进行码盘设计。键相信号需要得到测量轴转动的起始位置，测量轴的转速，并且需要对所测振动相位角提出参考坐标。下面分别对这三个要求进行解释：
(a)测量轴的起始位置，通常需要预先选定柱塞在某一时刻的位置为零点P0，以此计算后续的角度点，然后通过齿轮间距的特殊性、齿轮的形状特殊性来在传感器数据中标识这个零点P0；
(b)测量轴的转速，通过测量码盘上同一个齿轮转一圈所用的时间T(单位：秒)，则测量轴的转速V＝60/T(r/min)；
(c)码盘需要对所测振动信号相位角提出参考坐标，这一要求需要键相信号自身能提供具有一定角度标识的信号特征，即码盘上的齿轮需要与信号的相位对应，所对应的相位可以是等间隔的，也可以是非等间隔的。若码盘的齿轮排布是等间隔的，共有N个齿轮，则每个齿轮上升沿的角度的集合Pi＝{p1,p2,…pi}，可以通过计算得到；若齿轮是非等间隔排布的，则可以根据设计时的排布位置关系求得Pi＝P0+Si。
例如：图4是本申请可选实施方式提供的码盘设计示意图，对压裂设备的往复泵的某处键相信号测量时码盘的设计如图4所示，由左至右分别为M1、M2、M3码盘；对柱塞运动的最远端作为零点P0，上升沿触发，可以通过此位置和码盘上齿轮的分布计算出不同的角度。
如M1所示，测量轴的起始位置是通过改变齿轮间距来标识的，黑色箭头处为信号零角度点P0，除此之外共有17个(16个齿轮+1个缺齿)齿轮，每个齿轮的角度Pi＝{p1，p2，…pi}可以通过公式计算得到(初始角度P0＝0)；M2齿轮的角度计算与M相同，只是测量轴的起始位置标识为三角尺定义的零点P0；M3的齿轮排布是非等间隔的，每个齿轮相对第一个齿轮的相对角度设计时已知，记为Si＝{106.0°,190.6°,254.2°，296.5°，317.7°}，则测量时每个齿轮角度的位置Pi＝P0+Si＝Si(初始角度P0＝0)。
后期根据键相传感器安装的位置及往复泵各缸工作顺序，计算往复泵各缸开始排液时刻与开始吸入时刻相对键相位置的角度。
(2)滤波模块：
对信号进行滤波预处理，提取信号的主要成分。现场工况下测量得到的数据经常是夹杂噪声的，采集到的信号Sacquisition＝Sdesired+Spowerline-interference+Sother-interference，可能包含理想信号Sdesired，带有特定工频干扰Spowerline-interference和其它干扰信号Sother-interference。
首先，需要通过硬件方法将工频干扰Spowerline-interference滤除；然后，通过设计数字滤波器(低通或者带通滤波器)尽可能将其它频段的干扰信号Sother-interference滤除。
例如：对压裂设备的往复泵的各种振动信号和键相信号处理时需要先通过一个滤波的硬件将特定频段的干扰噪声滤除，然后将数据保存。数字信号滤波处理部分加入了无限长脉冲响应高通滤波器Hi＝{h1,h2,…hi}，采样频率Fs＝16384Hz，阶数8，高通截止频率1000Hz，带外衰减-30dB@800MHz。利用Hi＝{h1,h2,…hi}对其进行数字滤波，数据的低频(<1000Hz)部分信号被滤除，得到滤波后噪音较少的数据，以便进行后续处理。
(二)故障确定方法：
故障确定方法包括角域信号处理显示模块和故障阈值监测模块，角域信号处理显示模块包括键相信号图、角域振动图、角域柱状图和角域包络图，故障阈值检测模块包括经验阈值生成、阈值判断和定位故障三部分。
(1)角域信号处理显示模块：
角域信号处理显示模块主要包括键相信号图、角域振动图、角域柱状图、角域包络图的构建。
1)键相信号图：
取要分析的N个周期内的键相数据Xkeyphasor＝{xp1,xp2,…xpi}，以时间为横坐标，做出信号键相信号图(相当于以图的形式展现的上述第一对照关系)。
例如，图5是本申请可选实施方式提供的往复泵测试-键相信号示意图，用某一往复泵的键相数据做出的键相信号，做出2个周期内的数据如图5所示。
需要说明的是，键相数据每个周期为T＝360°，若码盘的齿数为N，则每个齿轮Cnumber＝{c1,c2,…cN}的上升沿(或下降沿)对应的角度值Angnumberofteeth＝{at1,at2,…ati}，通过公式可以计算出，可作为后续其它角域图故障诊断与分析的参考。注：i为齿轮的序号。
2)角域振动图：
取与键相信号相对应时间[t1,t2]内N个周期的振动信号数据，振动数据Amp-Time的关系，以及根据键相数据Phase-Time之间的关系(可以是上面的键相信号图)，获取N个周期内的角度-振幅关系Phase-Amp，以角度为横坐标，幅值为纵坐标，得到信号的角域振动图(相当于以图的形式展现的上述第二对照关系)。
角域振动图显示中，引入“负角度”的概念，便于观察某个缸序某一运动周期中的运动情况。角域振动图的横坐标是角度，纵坐标是数据的振幅，设定每个缸要观察的某个运动周期的开始时刻为零角度时刻，在角域振动图上设置为角度“0°”；在所要观察的运动周期之前的角度为“负角度”，缸开始工作之后的角度值为正角度。
假设往复泵共有J个缸，处理信号的周期为N，则角域振动图中显示信号的角度范围与缸序之间的关系如下式所示：
例如，图6是本申请可选实施方式提供的往复泵测试-角域振动示意图，做出2个周期内的数据角域振动数据如图6所示。
3)角域柱状图：
角域柱状图是根据角域振动图的数据，每隔指定度数X，对数据取平均值作为一个数据画出。
例如：图7是本发明可选实施方式提供的往复泵测试-角域柱状示意图，做出2个周期内的数据。首先获取2个整周期内的角域数据(可以是上面的角域振动图)，根据缸序计算柱状图的x轴，即柱状图所包含的正、负角度项数。然后，根据划分原则(例如10°划分为一条数据)，从0度分别向正角度和负角度划分；由于角域振动图最左侧或者最右侧的刻度可能不是10的整数倍，因此需要判断划分过程中是否达到了边界数据，如果到达了边界，则从划分起始点到边界作为一个柱状图数据画出即可；由此，可以得到如图7所示的2个整周期内的角域柱状图。
4)角域包络图：
根据角域振动数据(可以是上面的角域振动图)，将数据进一步处理，得到角域包络图。角域包络图的形状、包络曲谱的面积可以作为判断往复泵是否正常工作的重要依据。
需要说明的是，在振幅值与包络值转换的过程中，可以用到希尔伯特变换hilbert变换，得到角域包络图。
确定包络面积的方法步骤可以如下，以两个周期内的数据为例：
S1，获取2个周期内的角域振动图的数据；
S2，求得这2个周期数据的每1°的极大值与极小值；
S3，根据缸序，计算需要显示的角度范围，可通过角域振动图中显示信号的角度范围与缸序之间的关系得到；
S4，利用快速傅里叶变换FFT和快速傅里叶逆变换IFFT，进行等效希尔伯特变换(Hilbert)，得到数据的包络值；
S4.1，对数据(第2步获得的极值)进行N点快速傅里叶变换，得到数据Y(n)；
S4.2，对数据Y(n)进行处理，前n/2个点数据Y(n)乘以2，后n/2个点数据Y(n)赋值0；
S4.3，对处理之后的数据进行快速傅里叶逆变换IFFT，获得复数x(k)；
S4.4，最后对复数x(k)取模运算，即可得到希尔伯特变换之后的包络数据；
S5，利用计算的角度范围和包络数据，作图得到角域包络图；
S6，求得包络面积。
例如：图8是本发明可选实施方式提供的往复泵测试-角域包络示意图，做出2个周期内的数据角域包络如图8所示。
(2)故障阈值监测模块：
在确定往复泵是否出现故障时，可以依据角域柱状图中柱状对象的高度值超过指定阈值的数目和包络图中的主包络面积进行判断。
柱状对象的高度值，根据往复泵正常工作时的角域柱状图数据，生成故障检测阈值-柱状图的高度阈值，计算超出指定高度的柱状对象，若数目在正常范围内，说明缸正常工作，否则判定出现故障。
主包络面积，根据各缸正常工作时的角域包络图数据，生成故障检测阈值—主包络面积阈值，然后对测试状态下往复泵的包络面积进行阈值判断，包络面积在正常范围内则工作正常，负责判定往复泵出现故障。
当阈值检测数据出现故障报警时，需要根据角域振动图和往复设备的工作模式分析故障位置与故障情况。
例如：基于角度域信号处理的往复泵故障诊断方法的有效性验证。
基于角度域信号处理的往复泵故障诊断方法的有效性验证，以往复泵测试过程中采集到的正常的键相信号、振动信号，往复泵泄漏故障情况下测得的键相信号、振动信号为例，分别设置角域柱状图故障检测有效性验证和角域包络图有效性验证。
对某平台往复设备进行测试，测试数据包括正常工作状态下五个缸体的振动数据AI1-01(1缸)、AI1-02(2缸)、AI1-03(3缸)、AI1-04(4缸)、AI1-05(5缸)、缸十字头(减速箱远端)振动数据AI1-06、键相数据AI1-14、吸入压力AI1-17和排除压力AI1-18；
以及泵阀泄漏状态下五个缸体的振动数据AI2-01(1缸)、AI2-02(2缸)、AI2-03(3缸)、AI2-04(4缸)、AI2-05(5缸)、缸十字头(减速箱远端)振动数据AI2-06、键相数据AI2-14、吸入压力AI2-17和排除压力AI2-18。五个柱塞泵的缸序是1-3-5-2-4，信号经51200Hz采样和滤波后传递给计算机存储。
键相码盘的齿轮数是15(包含一个缺齿)，采用下降沿有效的触发方式，根据角域信号处理显示方法，构建上述的多个图像。
图6-8可以看做正常状态下缸序为1的往复泵的角域图，图9是本申请可选实施方式提供的故障情况下往复泵测试-角域振动示意图，图10是本发明可选实施方式提供的故障情况下往复泵测试-角域柱状示意图，图11是本发明可选实施方式提供的故障情况下往复泵测试-角域包络示意图，图9-11为故障状态下往复泵缸序为1的角域图。
例如，假设故障问题为泵阀泄露问题，根据正常的柱状图数据，生成一个柱状图高度阈值L，然后判断柱状图中柱状对象大于该阈值L的数目，作为正常值的范围；然后再计算测试过程中真实的柱状对象大于L的数据进行对比，可以观察到，若将0.6作为阈值L，则正常缸的数值是7；而泵阀泄漏的数值是34，两者的数值存在明显的差别，可以判定缸体存在泄漏问题。
根据角域包络图的面积也可以判断出泵阀是否泄漏，例如正常测试的缸体的包络面积是1366，而泄漏之后包络图的面积是25170，两者存在明显的差别。
将其他缸体的柱状特征值与包络特征值列的值进行比对，表1为缸体正常与缸体泄漏时的特征值比对表，如表格1所示，可以看出，此方法可以很明显的判断出泄漏或者其他问题是否产生，从而尽快确定故障，以便对往复泵进行维修。
表1
| 序号 | 正常L | 泄漏值L | 正常值S | 泄漏值S |
| 缸序1 | 7 | 34 | 1366 | 25170 |
| 缸序2 | 12 | 35 | 1792 | 26944 |
| 缸序3 | 13 | 38 | 1641 | 11889 |
| 缸序4 | 9 | 38 | 1360 | 79344 |
| 缸序5 | 7 | 35 | 1381 | 25170 |
通过上述可选实施方式，可以达到至少以下几点有益效果：
(1)角域振动数据显示中，除了缸序为一的缸体之外均引入了“负角度”，即在某一缸体开始工作的零相位之前，引入一段数据显示，便于对比缸体工作前后的状态；保证了键相数据、不同缸体的显示的振动数据均是同一时刻的，有利于对比所有缸体的工作状态；
(2)引入角域柱状图数据，将零散的振动数据更加简洁、直观的显示出来，有利于简化后续阈值判断的工作量，提高阈值检测的准确性和便捷性；
(3)引入角域包络图数据，数据显示形象、与振动数据相似性高，为故障检测提供了另一种判别方式，增强了判断的准确性；
(4)将繁琐的振动数据诊断过程抽象成几个简单的数字量，呈现结果数据简单、高效；
(5)方法适用性强，可适用于往复类设备的故障诊断。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
实施例2
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述往复泵的故障确定方法的装置，图12是根据本发明实施例的往复泵的故障确定装置的结构框图，如图12所示，该装置包括：获取模块1202，第一确定模块1204，第二确定模块1206，第三确定模块1208，第四确定模块1210和第五确定模块1212，下面对该装置进行详细说明。
获取模块1202，用于获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，目标振动数据由位于往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，目标键相数据包括目标键相信号值；第一确定模块1204，连接于上述获取模块1202，用于依据目标键相数据，确定第一对照关系，其中，第一对照关系用于表示时间与键相信号值之间的对应关系；第二确定模块1206，连接于上述第一确定模块1204，用于依据目标振动数据与第一对照关系，确定第二对照关系，其中，第二对照关系用于表示往复泵内齿轮转过的角度与预定位置处部件的振幅的对应关系；第三确定模块1208，连接于上述第二确定模块1206，用于依据第二对照关系，确定往复泵对应的角域柱状图与角域包络图；第四确定模块1210，连接于上述第三确定模块1208，用于确定角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及角域包络图中的目标包络面积；第五确定模块1212，连接于上述第四确定模块1210，用于依据目标数目与目标包络面积，确定往复泵是否故障的故障结果。
此处需要说明的是，上述获取模块1202，第一确定模块1204，第二确定模块1206，第三确定模块1208，第四确定模块1210和第五确定模块1212对应于实施往复泵的故障确定方法中的步骤S102至步骤S112，多个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。
实施例3
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器，其中，处理器被配置为执行指令，以实现上述任一项的往复泵的故障确定方法。
实施例4
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，当计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上述任一项的往复泵的故障确定方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种往复泵的故障确定方法，其特征在于，包括：
获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，所述目标振动数据由位于所述往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，所述目标键相数据包括目标键相信号值；
依据所述目标键相数据，确定第一对照关系，其中，所述第一对照关系用于表示时间与键相信号值之间的对应关系；
依据所述目标振动数据与所述第一对照关系，确定第二对照关系，其中，所述第二对照关系用于表示所述往复泵内齿轮转过的角度与所述预定位置处部件的振幅的对应关系；
依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域柱状图与角域包络图；
确定所述角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及所述角域包络图中的目标包络面积；
依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域柱状图，包括：
确定用于生成角域柱状图的第一角度数；
依据所述第二对照关系，确定在预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值；
依据所述预定角度范围内每第一角度数对应的振幅平均值，确定所述往复泵对应的角域柱状图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域包络图，包括：
确定用于生成角域包络图的第二角度数；
依据所述第二对照关系，确定在预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值；
依据所述预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，确定所述往复泵对应的角域包络图。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据所述预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，确定所述往复泵对应的角域包络图，包括：
依据希尔伯特变换方法，变换所述预定角度范围内每第二角度数对应的振幅极大值与振幅极小值，得到所述预定角度范围内每第二角度数对应的包络值；
依据所述预定角度范围内每第二角度数对应的包络值，确定所述往复泵对应的角域包络图。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果之后，还包括：
在所述目标振动数据包括由位于所述往复泵多个预定位置处部件上的传感器采集得到多组目标振动数据，所述故障结果为所述往复泵故障的情况下，依据所述多组目标振动数据，确定往复泵故障位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据之前，还包括：
获取所述往复泵的至少一个周期的初始键相数据与初始振动数据；
分别对所述初始键相数据与所述初始振动数据进行滤波，得到所述往复泵的至少一个周期的所述目标键相数据与所述目标振动数据。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果，包括：
在所述目标数目大于预定数目，和/或，所述目标包络面积大于预定包络面积的情况下，确定所述往复泵的所述故障结果为所述往复泵故障。
8.一种往复泵的故障确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取往复泵的至少一个周期的目标键相数据与目标振动数据，其中，所述目标振动数据由位于所述往复泵预定位置处部件上的传感器采集得到，所述目标键相数据包括目标键相信号值；
第一确定模块，用于依据所述目标键相数据，确定第一对照关系，其中，所述第一对照关系用于表示时间与键相信号值之间的对应关系；
第二确定模块，用于依据所述目标振动数据与所述第一对照关系，确定第二对照关系，其中，所述第二对照关系用于表示所述往复泵内齿轮转过的角度与所述预定位置处部件的振幅的对应关系；
第三确定模块，用于依据所述第二对照关系，确定所述往复泵对应的角域柱状图与角域包络图；
第四确定模块，用于确定所述角域柱状图中柱状对象的高度值超过预定阈值的目标数目，以及所述角域包络图中的目标包络面积；
第五确定模块，用于依据所述目标数目与所述目标包络面积，确定所述往复泵是否故障的故障结果。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至7中任一项所述的往复泵的故障确定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1至7中任一项所述的往复泵的故障确定方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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