振动测速法在潜油电泵机组性能测试中的应用[权威资料]

振动测速法在潜油电泵机组性能测试中的应用 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 摘要： 本文介绍了振动测速原理，分析了潜油电泵机组的振动特点，设计了便携式的振动测速设备，获取了振动数据，并用 Chirp Z-Transform 进行了转速分析。该设备已正式在潜油电泵机组性能测试试验中正常使用。 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. 关键词： 潜油电泵机组；振动；转速测量 Key words： electric submersible pump unit；vibration； speed measurement TH89 A 1006-4311（ 2013） 09-0028-02 0 引言 潜油电泵机组是油田开发中的一种重要采油设备，需模拟潜油电泵抽油时的工作情况进行分层性能测试，在油田开发中发挥着重要的 作用，在潜油电泵井检泵时，用此资料分析潜油电泵井的生产状况是比较可靠的，它可以测试出潜油电泵井各种动态数据和资料。而一台潜油电泵用不同的潜油电机驱动，或在不同的工况下，转速是一个需要准确测量的重要参数，在潜油电机和潜油电泵性能测试中，其转速是不同的，并且一般都与额定转速有较大差距。但是由于潜油电泵机组结构和工作环境的特殊性，需要利用其他的信息间接的得到电泵的转速，传统的常用的同轴测速方法已经不再适用， 1-3因此，研究潜油电泵的测速方法具有重要的理论和技术意义，在实际应用中可以节约大量的人力、物力，同时可 以提高潜油电泵井的管理水平和自动化程度，对于目前各采油厂控制成本、节能增效方面是很有益处的。 1 振动测速原理和方法 1.1 测速方法介绍 闪光测速法、振动测速法、漏磁测速法、测速发电机测速法、离心式转速表测速法、霍尔元件测速法、光电码盘测速法是国内外常用的测速方法，转速是各类旋转机械和电机运行中的一个重要的物理量。在这七种测速方法中，由于潜油电机位于油面下且轴不外露，所以前五种方法都不适用。漏磁测速法和振动测速法可以不必与电机接触就可以得到转速的测量方法，主要是通过间接测量的方法测得转 速。 4 1.2 振动测速原理 振动测速方法是基于对振动理论的基础研究，利用旋转机器存在旋转离心力产生振动的特征，以振动传感器获得信号，分析各种旋转机械的内在激励对机体造成的振动影响，它无需分拆机械就能在线检测。利用振动信号中确定性振动分析方法将振动波形转换到频域内分析，利用它可判别特定组件的运转情况，得到转动机械的转速。 旋转机械在生产安装过程中，不可避免的会产生一些偏心、不同轴等情况，磨损和轻微质量偏心是难免的，同时其转轴等旋转部件的工作环境不可能是均一的。当工作过程中旋转到一定位 置时，将会受到某一特定方向的应力，因而振动也不可避免，并且这些机械振动是和机械的转速相关的。 2 潜油电泵机组振动特征 潜油电泵机组的转子是一个特殊的超细长轴，各部件都是采用小直径高强度的连轴器连接起来的，在旋转过程中，转子处于完全封闭的状态，封闭体内电机的转速对评价电机本身和整机性能都极为重要，是一项重要的被测项目。同时，机组结构复杂，激励源多，噪声干扰严重，这些因素都给潜油电泵测速工作带来困难。 测量封闭体内电机或者机械的转速，必须采用间接测量法。间接测量法有两种基本方法： 漏磁检测技术和振动检测技术。由于封闭体一般都有一定的厚度，电磁屏蔽作用很强，漏磁法测转速效果不好；目前，振动检测技术是一种易于实现而又可靠的方法。因为振动信号中携带着机械设备内部运行状态的大量信息，对于潜油电泵机组来说，人们可以通过对这些信息进行采集和分析，根据得到的信号特征进行转速的测量。随着信号分析技术的发展，通过分析振动信号的频率成分、幅值大小、相位差别、波形形状、能量分布状况，可以从振动信号中寻找规律，进而测得准确的转速有了更多的依据。 5-6 在进行电泵机组性能测试时，将配套安装后的完 整机组下入几十米深的模拟试验井中，试验井中潜油电泵的振动信号可以沿试验油管和法兰盘传递上来，进行机组性能的测试。在地面井口上测量的信号包含了潜油电泵井中的振动信息。不需要改变机组性能测试的流程，基本上不会对试验现场有其他的环境要求和影响，这是采用振动法进行机组测速的优势所在。 潜油泵属于叶片机械，当其主轴旋转时，会搅动增压器内的空气流，使之产生气流振动，带动主轴上的叶片旋转。叶片旋转时，振动信号中含有一定的周期信号成份，它是由于被叶片搅动所产生的气流。 5-6 本文采用三维加速度传感器 来检测振动信号，如图 1是在试验井口采集到的一组加速度信号，潜油电泵机组性能测试试验时，得到潜油电泵的转速。主要是通过对加速度传感器的采集的信号进行数据处理来完成的。 由周期性的旋转引起的振动信号淹没在其他因素振动中。由于工况复杂，实际采集的信号中夹杂着很多噪声，本文主要采用 Chirp Z-Transform（ CZT）作为数据处理工具。CZT7-10可以对频谱进行细化分析，从而精确地计算出与转速相对应的振动信号的频率。目前得到的转速分辨率为 1 转 /分。 3 振动测速系统介绍 便携式 振动测速系统由便携式下位机、通信电路、上位机组成。 便携式下位机是振动测速系统的核心部分。实物如图 2所示。主要由 MEMS 三维振动传感器、电源、 MCU 微处理器、信号调理单元、信号采集单元、数据存储器、数据处理单元、信号转换单元、无线通信电路及其它外围电路组成。信号的分析与处理主要由下位机软件通过先进的算法来完成。处理后的结果及原始数据通过无线通信电路传送到上位机。 便携式下位机的电源由可充电电池组提供，可以非常方便地进行更换，当电池电量不足时提前报警。 通信电路包括两个部分，一部 分是位于便携式下位机的通信电路，要求低功耗、高效率、体积小、重量轻。另一部分是连接工控机的通信电路，具有功率大、通信距离远的特点。 上位机即进行潜油电泵性能测试试验用的工控机。控制并从下位机接收数据。 4 结论 本文分析了潜油电泵机组的振动特点，指出振动法测速是目前所有测速方法中最适合的方法。设计了便携式的振动测速设备，采集了振动数据，用 Chirp Z-Transform 进行了数据处理，获得了高精度的转速数据。该套设备已在胜利采油厂电泵试验车间使用一年以上，实践证明，该设计是非常成功的。 参考文献： 1Trevisan， Francisco Exaltacao， Ph.D.Modeling and visualization of air and viscous liquid in Electrical Submersible PumpJ. Oklahoma 2009， 11：42-48. 2席文静 .基于振动检测的潜油电泵机组故障诊断的研究 硕士学位论文 .东营：中国石油大学（华东），2008， 5： 1-32. 3李新光 .基于振动信号分析的潜油电泵机组故障诊断的研究 硕士学位论文 .东营：中国石油大学（华东），2010， 5： 21-40. 4刘小华 .便携式潜油电泵机组转速测量仪的研究与实现 硕士学位论文 .东营：中国石油大学（华东），2008， 5： 1-32. 5刘广孚，田冀，陶凤阳，姚诚 .基于样本内主成分分析的潜油电泵偏磨诊断 J.仪器仪表学报， Vol.33， No.7， 2012（ 7）： 1527-1532. 6陶凤阳，刘广孚，李新光 .潜油电泵机组故障特征提取的实验 研究 J.噪声与振动控制， 2012（ 2）： 140-142， 167. 7刘广孚，席文静等 .基于数字信号处理器的潜油电泵机组转速测量系统的设计 J.中国石油大学学报（自然科学版）， 2009（ 2）： 153-156. 8Guangfu Liu， Zidi Dong， ShuanghuaYang， etc.Power Fundamental Frequency Detection Based on Orthometric Average Chirp Z-Transform. Proceedings of the 18th International Conference on Automation Computing（ ICAC）， 8 Sep. 2012， Loughborough University， UK. 9Tomasz Tarasiuk. Application of CZT Transform for Spectrum Analysis in Systems with Varying Frequency. IEEE International Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems： Technology and Applications， 6-8 September 2007， Dortmund， Germany. 10 Tomasz Tarasiuk. Estimator-Analyzer of Power Quality： Part I-Methods and Algorithms. Measurement， Vol. 44， No. 1， pp. 238-247， Jan. 2011. 阅读相关文档 :基于物联网技术的物流信息系统集成研究 基于农校对接的鲜活农产品冷链物流体系构建研究 徐州阚山电厂一期 #2 机组 A335P92钢焊接技术 我国物流高成本运营的制度因素分析与创新研究 知识网络下的集群企业创新绩效研究 “ 观点类 ” 材料作文写作指津 期货品种上市降温背后 新一轮财税体制改革启动 时尚 “ 短命 ” 连锁项目大揭秘 网络语言对作文教学的影响研究 转