振動(dòng)測(cè)速法在潛油電泵機(jī)組性能測(cè)試中的應(yīng)用[權(quán)威資料]

振動(dòng)測(cè)速法在潛油電泵機(jī)組性能測(cè)試中的應(yīng)用 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要： 本文介紹了振動(dòng)測(cè)速原理，分析了潛油電泵機(jī)組的振動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了便攜式的振動(dòng)測(cè)速設(shè)備，獲取了振動(dòng)數(shù)據(jù)，并用 Chirp Z-Transform 進(jìn)行了轉(zhuǎn)速分析。該設(shè)備已正式在潛油電泵機(jī)組性能測(cè)試試驗(yàn)中正常使用。 Abstract： The theory of vibration speed measurement is introduced， the vibration characters of electric submersible pump unit are analyzed. The portable instrument for vibration speed testing is designed， and vibration data are obtained for speed analyzing by Chirp Z-Transform algorithm. The instrument has been used for the property test of electric submersible pump unit. 關(guān)鍵詞： 潛油電泵機(jī)組；振動(dòng)；轉(zhuǎn)速測(cè)量 Key words： electric submersible pump unit；vibration； speed measurement TH89 A 1006-4311（ 2013） 09-0028-02 0 引言 潛油電泵機(jī)組是油田開(kāi)發(fā)中的一種重要采油設(shè)備，需模擬潛油電泵抽油時(shí)的工作情況進(jìn)行分層性能測(cè)試，在油田開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著重要的 作用，在潛油電泵井檢泵時(shí)，用此資料分析潛油電泵井的生產(chǎn)狀況是比較可靠的，它可以測(cè)試出潛油電泵井各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和資料。而一臺(tái)潛油電泵用不同的潛油電機(jī)驅(qū)動(dòng)，或在不同的工況下，轉(zhuǎn)速是一個(gè)需要準(zhǔn)確測(cè)量的重要參數(shù)，在潛油電機(jī)和潛油電泵性能測(cè)試中，其轉(zhuǎn)速是不同的，并且一般都與額定轉(zhuǎn)速有較大差距。但是由于潛油電泵機(jī)組結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的特殊性，需要利用其他的信息間接的得到電泵的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的常用的同軸測(cè)速方法已經(jīng)不再適用， 1-3因此，研究潛油電泵的測(cè)速方法具有重要的理論和技術(shù)意義，在實(shí)際應(yīng)用中可以節(jié)約大量的人力、物力，同時(shí)可 以提高潛油電泵井的管理水平和自動(dòng)化程度，對(duì)于目前各采油廠控制成本、節(jié)能增效方面是很有益處的。 1 振動(dòng)測(cè)速原理和方法 1.1 測(cè)速方法介紹 閃光測(cè)速法、振動(dòng)測(cè)速法、漏磁測(cè)速法、測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法、離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法、霍爾元件測(cè)速法、光電碼盤測(cè)速法是國(guó)內(nèi)外常用的測(cè)速方法，轉(zhuǎn)速是各類旋轉(zhuǎn)機(jī)械和電機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)重要的物理量。在這七種測(cè)速方法中，由于潛油電機(jī)位于油面下且軸不外露，所以前五種方法都不適用。漏磁測(cè)速法和振動(dòng)測(cè)速法可以不必與電機(jī)接觸就可以得到轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法，主要是通過(guò)間接測(cè)量的方法測(cè)得轉(zhuǎn) 速。 4 1.2 振動(dòng)測(cè)速原理 振動(dòng)測(cè)速方法是基于對(duì)振動(dòng)理論的基礎(chǔ)研究，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)器存在旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生振動(dòng)的特征，以振動(dòng)傳感器獲得信號(hào)，分析各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的內(nèi)在激勵(lì)對(duì)機(jī)體造成的振動(dòng)影響，它無(wú)需分拆機(jī)械就能在線檢測(cè)。利用振動(dòng)信號(hào)中確定性振動(dòng)分析方法將振動(dòng)波形轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)分析，利用它可判別特定組件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，得到轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械在生產(chǎn)安裝過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些偏心、不同軸等情況，磨損和輕微質(zhì)量偏心是難免的，同時(shí)其轉(zhuǎn)軸等旋轉(zhuǎn)部件的工作環(huán)境不可能是均一的。當(dāng)工作過(guò)程中旋轉(zhuǎn)到一定位 置時(shí)，將會(huì)受到某一特定方向的應(yīng)力，因而振動(dòng)也不可避免，并且這些機(jī)械振動(dòng)是和機(jī)械的轉(zhuǎn)速相關(guān)的。 2 潛油電泵機(jī)組振動(dòng)特征 潛油電泵機(jī)組的轉(zhuǎn)子是一個(gè)特殊的超細(xì)長(zhǎng)軸，各部件都是采用小直徑高強(qiáng)度的連軸器連接起來(lái)的，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子處于完全封閉的狀態(tài)，封閉體內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)評(píng)價(jià)電機(jī)本身和整機(jī)性能都極為重要，是一項(xiàng)重要的被測(cè)項(xiàng)目。同時(shí)，機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，激勵(lì)源多，噪聲干擾嚴(yán)重，這些因素都給潛油電泵測(cè)速工作帶來(lái)困難。 測(cè)量封閉體內(nèi)電機(jī)或者機(jī)械的轉(zhuǎn)速，必須采用間接測(cè)量法。間接測(cè)量法有兩種基本方法： 漏磁檢測(cè)技術(shù)和振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。由于封閉體一般都有一定的厚度，電磁屏蔽作用很強(qiáng)，漏磁法測(cè)轉(zhuǎn)速效果不好；目前，振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是一種易于實(shí)現(xiàn)而又可靠的方法。因?yàn)檎駝?dòng)信號(hào)中攜帶著機(jī)械設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)的大量信息，對(duì)于潛油電泵機(jī)組來(lái)說(shuō)，人們可以通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行采集和分析，根據(jù)得到的信號(hào)特征進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量。隨著信號(hào)分析技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)的頻率成分、幅值大小、相位差別、波形形狀、能量分布狀況，可以從振動(dòng)信號(hào)中尋找規(guī)律，進(jìn)而測(cè)得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速有了更多的依據(jù)。 5-6 在進(jìn)行電泵機(jī)組性能測(cè)試時(shí)，將配套安裝后的完 整機(jī)組下入幾十米深的模擬試驗(yàn)井中，試驗(yàn)井中潛油電泵的振動(dòng)信號(hào)可以沿試驗(yàn)油管和法蘭盤傳遞上來(lái)，進(jìn)行機(jī)組性能的測(cè)試。在地面井口上測(cè)量的信號(hào)包含了潛油電泵井中的振動(dòng)信息。不需要改變機(jī)組性能測(cè)試的流程，基本上不會(huì)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)有其他的環(huán)境要求和影響，這是采用振動(dòng)法進(jìn)行機(jī)組測(cè)速的優(yōu)勢(shì)所在。 潛油泵屬于葉片機(jī)械，當(dāng)其主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)攪動(dòng)增壓器內(nèi)的空氣流，使之產(chǎn)生氣流振動(dòng)，帶動(dòng)主軸上的葉片旋轉(zhuǎn)。葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)信號(hào)中含有一定的周期信號(hào)成份，它是由于被葉片攪動(dòng)所產(chǎn)生的氣流。 5-6 本文采用三維加速度傳感器 來(lái)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，如圖 1是在試驗(yàn)井口采集到的一組加速度信號(hào)，潛油電泵機(jī)組性能測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，得到潛油電泵的轉(zhuǎn)速。主要是通過(guò)對(duì)加速度傳感器的采集的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理來(lái)完成的。 由周期性的旋轉(zhuǎn)引起的振動(dòng)信號(hào)淹沒(méi)在其他因素振動(dòng)中。由于工況復(fù)雜，實(shí)際采集的信號(hào)中夾雜著很多噪聲，本文主要采用 Chirp Z-Transform（ CZT）作為數(shù)據(jù)處理工具。CZT7-10可以對(duì)頻譜進(jìn)行細(xì)化分析，從而精確地計(jì)算出與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)的頻率。目前得到的轉(zhuǎn)速分辨率為 1 轉(zhuǎn) /分。 3 振動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)介紹 便攜式 振動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)由便攜式下位機(jī)、通信電路、上位機(jī)組成。 便攜式下位機(jī)是振動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)的核心部分。實(shí)物如圖 2所示。主要由 MEMS 三維振動(dòng)傳感器、電源、 MCU 微處理器、信號(hào)調(diào)理單元、信號(hào)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)處理單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、無(wú)線通信電路及其它外圍電路組成。信號(hào)的分析與處理主要由下位機(jī)軟件通過(guò)先進(jìn)的算法來(lái)完成。處理后的結(jié)果及原始數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信電路傳送到上位機(jī)。 便攜式下位機(jī)的電源由可充電電池組提供，可以非常方便地進(jìn)行更換，當(dāng)電池電量不足時(shí)提前報(bào)警。 通信電路包括兩個(gè)部分，一部 分是位于便攜式下位機(jī)的通信電路，要求低功耗、高效率、體積小、重量輕。另一部分是連接工控機(jī)的通信電路，具有功率大、通信距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。 上位機(jī)即進(jìn)行潛油電泵性能測(cè)試試驗(yàn)用的工控機(jī)?？刂撇南挛粰C(jī)接收數(shù)據(jù)。 4 結(jié)論 本文分析了潛油電泵機(jī)組的振動(dòng)特點(diǎn)，指出振動(dòng)法測(cè)速是目前所有測(cè)速方法中最適合的方法。設(shè)計(jì)了便攜式的振動(dòng)測(cè)速設(shè)備，采集了振動(dòng)數(shù)據(jù)，用 Chirp Z-Transform 進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，獲得了高精度的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。該套設(shè)備已在勝利采油廠電泵試驗(yàn)車間使用一年以上，實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)是非常成功的。 參考文獻(xiàn)： 1Trevisan， Francisco Exaltacao， Ph.D.Modeling and visualization of air and viscous liquid in Electrical Submersible PumpJ. 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