畢業(yè)設(shè)計（論文）-鉆機泥漿泵振動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計.doc

東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）I摘要鉆井泥漿泵是石油鉆井生產(chǎn)中不可缺少的主要設(shè)備之一，泥漿泵的質(zhì)量對鉆井生產(chǎn)的速度、質(zhì)量和成本都有很大影響，并且隨著鉆井工藝的發(fā)展，其影響會越來越大。泥漿泵的液力端都是采用標準單元結(jié)構(gòu)，而動力端采用曲軸十字頭結(jié)構(gòu)。泥漿泵主要由泵殼、葉輪、前后端蓋、曲軸、十字頭等零部件組成。在對泥漿泵狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷、信號分析等理論研究的基礎(chǔ)上，提出了一種振動監(jiān)測的方法。監(jiān)測診斷系統(tǒng)是指采用傳感器固定安裝，把信號通過現(xiàn)場布線引到指定的地點，采用硬件(主要是測量儀表)進行簡易診斷，然后通過軟件系統(tǒng)(主要采用便攜式系統(tǒng))進行精密診斷，精密診斷系統(tǒng)根據(jù)需要選擇何時診斷以及采用在線診斷或離線診斷。這樣既可以方便現(xiàn)場工作人員進行常規(guī)性的檢查，又可以深層次的診斷設(shè)備故障的原因、部位以及嚴重程度，進行深入分析，作出判斷。本文通過對泥漿泵的一些主要零件進行強度校核、對泥漿泵機組進行振動監(jiān)測試驗與振動特征分析；并利用振動信號對泥漿泵模型進行信號監(jiān)測和故障診斷分析，建立完整的泥漿泵振動監(jiān)測系統(tǒng)。這樣可以達到對設(shè)備運行狀態(tài)“心中有數(shù)”，做到故障提前發(fā)現(xiàn)、及時維修、“防患于未然”。最大程度上提高了設(shè)備運行的可行性，提高鉆機泥漿泵的效率，給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟效益和社會效益。關(guān)鍵詞：泥漿泵；監(jiān)測；故障分析；振動測試東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）IIAbstractDrillingmudisoneoftheindispensabletotheproductionofoildrillingmainequipment,thequalityofthedrillingmudpumptotherateofproduction,qualityandcosthavegreatinfluence,andwiththedrillingprocessofdevelopment,itsimpactwillgrow.Themudpumphydraulicendareusingstandardunitstructure，Andthecrankshaftcrossheadwithpowerstructure.Mudmainlybythepumpcasing,impeller,frontandrearcover,crankshaft,crossheadandothercomponentparts.Inthemudpumpconditionmonitoringandfaultdiagnosis,signalanalysisbasedonthestudyofthetheory,proposedamethodofvibrationmonitoring.Monitoringanddiagnosissystemistheuseofsensorsfixedinstallation,Citedbyroutingthesignaltothespecifiedsitelocation,theuseofhardware(mainlymeasuringinstruments)forsimplediagnosis,thenthesoftwaresystem(mainlyportablesystem)forprecisiondiagnosis,precisiondiagnosissystemaccordingtoneedtochoosewhentodiagnosisanddiagnosedonlineorofflinethediagnosis.Thiscannotonlyconvenientfieldstaffforregularcheck,butalsodeep-seatedcausesofdiagnosticequipment,locationandseverity,depthanalysistomakejudgments.Thisarticlethroughtothemudpumpsomeofthekeypartsofthemudpumpintensity,thevibrationmonitoringandanalysisofcharacteristicsofthevibrationcharacteristicstest；Andtheuseofvibrationsignalsofmudmodelsignalmonitoringandfaultdiagnosis,Establishacompletemudpumpvibrationmonitoringsystem.Thiscanbeachievedfordevicesrunningaprettygoodidea.Dofaulttofindout,timelymaintenance,tonipinthebud.Thebiggestincreasesonthedegreeoftheequipmentoperationfeasibility,Improvetheefficiencyofmudpumprig,Bringgreateconomicbenefitstotheenterpriseandsocialbenefits.Keywords:Mudpump；Monitoring；Failureanalysis；Vibrationtest東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）III目錄第1章緒論.11.1研究的目的和背景.11.2泥漿泵國內(nèi)外發(fā)展情況.11.3泥漿泵監(jiān)測系統(tǒng)的故障診斷現(xiàn)狀.21.4論文結(jié)構(gòu)圖.3第2章鉆機泥漿泵主要零件選擇及強度的計算.42.1機架.42.2泵體.42.3連桿十字頭連接處銷子強度的計算.42.4V帶傳動的計算.62.5軸承的選擇.82.6泥漿泵電動機的選擇.10第3章泥漿泵機組振動試驗監(jiān)測與振動特征分析.133.1常見故障及改進措施.133.2泥漿泵機組智能故障診斷系統(tǒng).133.3機組工況及振動信號測試方案.153.4機身表面振動的振源初步分析.163.5機組振動頻譜分析.16第4章泥漿泵振動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計.234.1泥漿泵的工作原理.234.2泥漿泵在線狀態(tài)監(jiān)測方案設(shè)計.234.3系統(tǒng)模塊與監(jiān)測參數(shù).254.4泥漿泵狀態(tài)監(jiān)測圖解.264.5傳感器的安裝和使用.274.6振動監(jiān)測系統(tǒng)界面圖.28結(jié)論.29東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）IV參考文獻.30致謝.32東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）1第1章緒論1.1研究的目的和背景隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的機械設(shè)備正朝著大型化、復雜化、高速化、自動化及大功率方向發(fā)展。由于設(shè)備中不同部分之間的相互聯(lián)系、耦合程度更加緊密，一個部分出現(xiàn)故障，將引起整個生產(chǎn)流程中斷，現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備在提高生產(chǎn)效率的同時也大幅度的增加了設(shè)備的維修費用。設(shè)備振動監(jiān)測技術(shù)是目前國內(nèi)外一項發(fā)展迅速、備受歡迎的重要技術(shù)。它是安全經(jīng)濟運行的需要，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷越來越得到重視。因而研究設(shè)備振動監(jiān)測系統(tǒng)是很有意義的。鉆機泥漿泵是鉆探機械設(shè)備的重要組成部分，對其振動監(jiān)測也極其重要。泥漿泵分單作用及雙作用兩種形式，單作用式在活塞往復運動的一個循環(huán)中僅完成一次吸排漿動作。而雙作用式每往復一次完成兩次吸排漿動作。由于泵軸與電機不同心、葉輪不平衡、軸承損壞等原因泥漿泵會發(fā)生振動，出現(xiàn)故障。機械設(shè)備在運行過程中的振動及其特征是反映系統(tǒng)狀態(tài)及其變化規(guī)律的主要參數(shù)之一，因此針對鉆機泥漿泵進行振動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計1。結(jié)合鉆機泥漿泵的結(jié)構(gòu)特點和整體振動工況條件，進行泵體整體振動和噪音分析，對故障多發(fā)部位或部件進行專門研究，并對經(jīng)典的故障類型進行詳細的分析，最終設(shè)計建立泥漿泵模型的振動測試系統(tǒng)。1.2泥漿泵國內(nèi)外發(fā)展情況我國的泥漿泵是從上世紀60年代才開始由引進美國技術(shù)發(fā)展起來的，目前也是隨著世界的先進技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。根據(jù)2008年統(tǒng)計，中國擁有鉆機1000余臺，占世界鉆機的32%，其中中石油集團公司擁有702臺。因此，中石油集團公司的鉆機情況基本反映了國內(nèi)鉆機的現(xiàn)狀。國內(nèi)生產(chǎn)鉆井泵的企業(yè)主要有：寶雞石油機械有限公司、蘭州蘭石國民油井石油工程有限公司。在中國石油集團公司擁有的702臺鉆機中，4000m以下的鉆機占總量的80%。平均新度系數(shù)僅為0.4，其中48%的鉆機新度系數(shù)小于0.3,有500臺左右的鉆機服役10年以上，待更新。在“十五”期間，中石油集團公司投人巨資更新鉆機，隨之配套的鉆井泵相應也需要更新。在2000年統(tǒng)計，中國石油集團公司年累計完成井數(shù)為7165口，進尺為10908km，其中井深小于4000m的井數(shù)和進尺分別為7056口和10383km，所占比例分別為98.5%和95.2%。從以上分析數(shù)據(jù)可知，東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）2在用鉆機主要為4000m以下鉆機。國外泵業(yè)發(fā)展迅速，高科技的發(fā)展和應用起了致關(guān)重要的作用，如CAD/CAM技術(shù)的應用，推動了泵的設(shè)計多樣化，生產(chǎn)朝多品種、小批量方向發(fā)展。制造技術(shù)的提高給泵業(yè)的發(fā)展注入了新的力量，由合成纖維、陶瓷及聚四氟乙烯等材料制成的低摩擦壓縮填料和石棉填料相比，在多方面顯出了優(yōu)勢，顯示了新的生命力2。1.3泥漿泵監(jiān)測系統(tǒng)的故障診斷現(xiàn)狀柱塞式泥漿泵是油田廣泛使用的一種往復式機械，對維持油田正常生產(chǎn)具有重要作用。80年代以來，我國廣大科技工作者在旋轉(zhuǎn)機械的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方面做了大量工作，取得了許多成果。但在往復機械方面，則由于各種原因而相對落后?？萍脊ぷ髡呓?jīng)過大量實驗，發(fā)現(xiàn)了柱塞式泥漿泵泵的幾個重要故障特征頻段，掌握了一些常見故障與這些特征頻段的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)泥漿泵泵故障嚴重程度與頻段內(nèi)的能量大小有密切關(guān)系。在此基礎(chǔ)上開發(fā)研制的故障診斷系統(tǒng)，基本上能比較準確地判斷柱塞式泥漿泵泵的故障。該系統(tǒng)由專門研制的數(shù)據(jù)采集器、軟件和筆記本式計算機組成，操作簡單，便于現(xiàn)場使用。泥漿泵是在鉆探過程中，向鉆孔輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵泵一旦發(fā)生故障,常造成甚至高達數(shù)十萬元的經(jīng)濟損失和嚴重的社會危害川。應用故障診斷技術(shù),可以方便地判斷出故障原因,隨后采取解決措施。所謂采油設(shè)備故障診斷技術(shù),是針對油田泥漿泵機組在其狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及維修決策管理等方面存在的諸多缺陷,研制開發(fā)出的集數(shù)據(jù)采集、信號處理、專家系統(tǒng)為一體的技術(shù)。專家系統(tǒng),是一種以知識為基礎(chǔ)的、智能化的計算機軟件系統(tǒng),它將領(lǐng)域?qū)＜业闹R、經(jīng)驗加以總結(jié),形成規(guī)則,存人計算機建立知識庫。采用合適的控制策略,按輸人的原始數(shù)據(jù)進行推理、演繹,做出判斷和決策,因此能起到領(lǐng)域?qū)＜业淖饔?。近年?專家系統(tǒng)在很多方面都有廣泛的應用,尤其是在故障診斷方面,更是有了極大的發(fā)展。在國內(nèi),專家系統(tǒng)主要應用在診斷型的專家系統(tǒng)方面,而且主要在大型石化、石油企業(yè)中。其中專門針對油田關(guān)鍵設(shè)備泥漿泵泵的專家系統(tǒng)的開發(fā),也有一些發(fā)展和應用。但是,目前大部分專門針對泥漿泵的診斷系統(tǒng),很多都處于實驗室研究階段,極少有直接應用于實際生產(chǎn)的。并且,即使是應用于現(xiàn)場油田的一些診斷系統(tǒng),其操作人員必須具有一定的相關(guān)知識背景,而且還需長時間的培訓,方能熟練操作。這些都給實際應用帶來了極大的不便。本文所研究的泥漿泵振動監(jiān)測系統(tǒng),根據(jù)泥漿泵機組的特點,開發(fā)了專門針對泥