離心泵在線監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)研究

離心泵在線監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)研究

Summary：油田離心泵設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，一旦發(fā)生故障問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行水平降低，功能消耗量過(guò)大，設(shè)備的應(yīng)用成本增加，如果不能科學(xué)合理進(jìn)行故障問(wèn)題的控制，甚至?xí)?duì)油田正常生產(chǎn)造成不利影響，因此，在油田離心泵設(shè)備應(yīng)用期間，應(yīng)著重分析故障問(wèn)題的原因所在，針對(duì)性進(jìn)行維修處理，提高油田離心泵設(shè)備的運(yùn)行水平。Keys：離心泵；故障診斷；模擬試驗(yàn)引言離心泵在偏離額定工況或入口發(fā)生堵塞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。汽蝕的侵蝕可引起葉輪的麻點(diǎn)或裂紋，更嚴(yán)重的是可使葉片破裂，大大降低了離心泵的運(yùn)行效率和使用壽命。因此，預(yù)防和減少離心泵汽蝕損傷具有重要意義。尋找適當(dāng)?shù)钠g故障診斷和識(shí)別方法，防止汽蝕破壞，提高水泵的抗汽蝕性能，具有重要的意義。有關(guān)研究表明,離心泵振動(dòng)信號(hào)是檢測(cè)汽蝕的重要參數(shù)。原始振動(dòng)數(shù)據(jù)有三種類(lèi)型的特征：時(shí)域特征、頻域有限元特征和時(shí)頻域特征。均方根值、峰度因子、峰值因子以及經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EmpiricalModeDecomposition，EMD）信號(hào)的特征雖然可以提取出原始特征，但仍具有高維性，且包含冗余信息。因此，需要利用主成分分析（PrincipalComponentsAnalysis，PCA)對(duì)原始特征進(jìn)行處理，得到典型的汽蝕特征，從而進(jìn)行離心泵汽蝕故障的診斷。1離心泵故障模擬試驗(yàn)故障模擬試驗(yàn)即通過(guò)模擬在不同工況下不同故障時(shí)離心泵的運(yùn)行狀態(tài)，獲取離心泵在不同故障狀態(tài)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比分析離心泵在正常運(yùn)行狀態(tài)與故障狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，選擇對(duì)故障最敏感的信號(hào)類(lèi)型及傳感器布置測(cè)點(diǎn)位置。圖1為故障模擬試驗(yàn)泵機(jī)組。該離心泵故障試驗(yàn)臺(tái)為閉式試驗(yàn)臺(tái)，為避免管路振動(dòng)對(duì)離心泵運(yùn)行產(chǎn)生影響，在泵進(jìn)出口法蘭與進(jìn)出口管路法蘭間安裝避震喉。試驗(yàn)泵機(jī)組底座采用實(shí)心鑄鐵底座，試驗(yàn)泵與底座采用剛性連接，底座與地面間加裝橡膠墊，以降低環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生的影響。試驗(yàn)泵經(jīng)過(guò)磨合期，滿足試驗(yàn)泵正常運(yùn)行的技術(shù)參數(shù)要求后，將按順序進(jìn)行模擬故障試驗(yàn)，其順序?qū)⒆裱瓕?duì)泵技術(shù)參數(shù)影響從小到大的原則，故障模擬順序?yàn)槠g、支座連接松動(dòng)、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、轉(zhuǎn)子不平衡、口環(huán)磨損。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和試驗(yàn)泵狀態(tài)，設(shè)計(jì)了五種模擬故障試驗(yàn)。每一次完成模擬故障試驗(yàn)后將重新調(diào)整試驗(yàn)泵，使其滿足泵正常運(yùn)行的技術(shù)參數(shù)后再進(jìn)行下一項(xiàng)模擬故障試驗(yàn)，確保每項(xiàng)模擬故障試驗(yàn)之間的獨(dú)立性，不存在相互影響。2離心泵的故障診斷方法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)離心泵運(yùn)行過(guò)程中的電流、溫度和振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)初始故障判斷實(shí)時(shí)判斷三項(xiàng)指標(biāo)。若以上三個(gè)指標(biāo)均無(wú)異常，則認(rèn)為離心泵未發(fā)生故障；如果在故障的初步判斷中發(fā)現(xiàn)異常，則認(rèn)為離心泵出現(xiàn)故障，程序會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)定位和識(shí)別故障。當(dāng)離心泵出現(xiàn)異常時(shí)，根據(jù)故障的初步判斷，進(jìn)入典型故障特征判斷，分析判斷離心泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。如果通過(guò)典型特征識(shí)別出離心泵的故障類(lèi)型，將向用戶發(fā)出報(bào)警。如果無(wú)法準(zhǔn)確定位故障，則啟動(dòng)智能故障診斷模塊。通過(guò)智能故障診斷算法，軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別。如果無(wú)法識(shí)別故障類(lèi)型，并認(rèn)為此時(shí)離心泵故障的原因不是本研究的內(nèi)容，將提示用戶其他故障；如果可以通過(guò)智能故障診斷算法識(shí)別出故障，還會(huì)提示用戶故障類(lèi)型和故障位置。離心泵典型故障的智能診斷方法如下：（1）利用已有的故障測(cè)試數(shù)據(jù)建立故障數(shù)據(jù)庫(kù)，提取特征值形成N×20。（2）KPCA算法用于標(biāo)準(zhǔn)化和將特征矩陣降維，形成N×5。(3)輸入PSOSVM，利用PSO算法找出SVM分類(lèi)準(zhǔn)確率最高的參數(shù)，確定參數(shù)，建立智能診斷模型。(4)通過(guò)特征提取和KPCA降維將待診斷的原始數(shù)據(jù)輸入到建立的SVM診斷模型中。如果故障數(shù)據(jù)屬于數(shù)據(jù)庫(kù)中的故障之一，則輸出故障代碼；如果故障數(shù)據(jù)不是數(shù)據(jù)庫(kù)中的故障，則輸出未知故障代碼。3離心泵故障的原因和維修3.1無(wú)液體排出或是流量不足故障原因和維修油田生產(chǎn)過(guò)程中離心泵設(shè)備無(wú)液體排出或是流量不足故障問(wèn)題的原因非常復(fù)雜，需按照具體的故障發(fā)生原因，針對(duì)性進(jìn)行處理和維修。（1）如果設(shè)備是因?yàn)轵?qū)動(dòng)一側(cè)的原動(dòng)機(jī)異?；蚴请娫串惓６a(chǎn)生無(wú)液體排出故障或流量不足的故障，在維修的工作中，就應(yīng)檢查明確供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行電氣故障問(wèn)題的維修處理，確保電源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防再次出現(xiàn)故障問(wèn)題。（2）檢查是否由于泵卡死原因而導(dǎo)致的故障，手動(dòng)進(jìn)行盤(pán)車(chē)，如有必要還需進(jìn)行泵體的解體檢查，合理進(jìn)行維修處理，直到盤(pán)車(chē)處于正常狀態(tài)為止。（3）如果設(shè)備是由于平衡管不暢通而出現(xiàn)故障問(wèn)題，對(duì)平衡管進(jìn)行檢查和疏通性維修，通過(guò)維修快速排除故障。（4）設(shè)備可能會(huì)由于入口閥部件或是葉輪部件被異物堵塞而發(fā)生故障，如果是此類(lèi)原因而產(chǎn)生的故障，就要對(duì)入口閥部件和葉輪部件進(jìn)行清理。（5）如果是由于設(shè)備的吸入高度過(guò)高或是吸入管線有泄漏問(wèn)題而引發(fā)的故障，就要做好吸入高度的調(diào)整維修工作，查找管線的泄漏位置，做好泄漏位置的密封處理，如若不能將泄漏問(wèn)題快速有效解決，就應(yīng)更換吸入管線。（6）由于出入口閥門(mén)已經(jīng)損壞，不能打開(kāi)而導(dǎo)致發(fā)生故障問(wèn)題，應(yīng)做好出入口閥門(mén)的維修工作和更換工作。另外，油田離心泵設(shè)備的無(wú)液體排出或是流量不足故障問(wèn)題發(fā)生原因，還可能是，還可能是葉輪部件發(fā)生磨損問(wèn)題或是泵體部件、葉輪密封環(huán)部件嚴(yán)重磨損，應(yīng)做好各類(lèi)部件的維修或是更換，以免影響設(shè)備的正常運(yùn)行。3.2振動(dòng)或聲音異常的故障原因與維修將油田離心泵設(shè)備處于小流量運(yùn)行工況的情況下，可能會(huì)發(fā)生流動(dòng)不穩(wěn)定的問(wèn)題。例如：流動(dòng)分離的問(wèn)題、回流的問(wèn)題或是旋轉(zhuǎn)失效的問(wèn)題等，與此同時(shí)也可能會(huì)加重葉輪和蝸殼部件的動(dòng)靜干涉作用，引發(fā)震動(dòng)異常的故障或是水利噪聲的故障。如若是因?yàn)榇祟?lèi)原因所產(chǎn)生的故障，在維修工作中應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行離心泵流量的調(diào)整，盡可能將流量控制在設(shè)計(jì)流量的范圍，做好失效部件的更換；而如果是因?yàn)闈?rùn)滑油的質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致設(shè)備異常振動(dòng)故障，就應(yīng)及時(shí)更換潤(rùn)滑油，確保潤(rùn)滑油的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)；如若是因?yàn)檩S承間隙過(guò)高或是軸瓦有松動(dòng)的問(wèn)題而引發(fā)故障，就應(yīng)及時(shí)調(diào)整軸承的間隙，做好軸瓦的緊固工作，通過(guò)全面維修處理，消除異常振動(dòng)和異常聲音的故障；另外，在檢修工作中如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常振動(dòng)與異常聲音的故障原因，是軸承損壞或是泵殼變形，維修技術(shù)人員就應(yīng)及時(shí)更換軸承和泵殼，做好相應(yīng)的維修，避免再次出現(xiàn)異常振動(dòng)問(wèn)題或是異常聲音問(wèn)題。結(jié)束語(yǔ)本文的研究解決了現(xiàn)有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息化、智能化程度低而無(wú)法對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷的缺點(diǎn)。通過(guò)故障模擬試驗(yàn)，在已有的理論研究基礎(chǔ)之上，對(duì)離心泵運(yùn)行中的多類(lèi)型信號(hào)及測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行了研究，得到了對(duì)離心泵常見(jiàn)故障敏感的測(cè)點(diǎn)位置及信號(hào)類(lèi)型。將試驗(yàn)和理論相結(jié)合，通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)了離心泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷。Reference[1]邱莉.基于物聯(lián)網(wǎng)的離心泵智能化維護(hù)及自診斷平臺(tái)開(kāi)發(fā)[D].北京化工大學(xué),2021.[2]李亮,雷宇,杜仲軍.基于頻譜分析的離心泵振動(dòng)故障診斷與處理[J].化工自動(dòng)化及儀表,2021,48(03):291-294.[3]朱