石油钻井工程石油设备故障诊断技术与应用(PPT页)

石油设备故障诊断技术与应用石油大学（北京）

第一章开展设备故障诊断的重要意义

1、避免恶性事故的发生，保证安全生产大型往复压缩机、发动机等设备若发生烧瓦、拉缸、阀门损坏等重大事故，损失将在数十万元以上。

2、降低能耗大型发动机如T815型有8个缸，经常有1—2个缸熄火，燃油多消耗1/8—2/4，即12%—25%，若通过诊断进行及时调整，则可节约燃油10%。

3、开展视情维修，节约维修费用

1台离心泵等大修一次15万元左右，若根据情况将维修周期延长1/10，则节维1.5万元，10台泵则节约了15万元。开展设备故障诊断工作，平均可节约维修费用25%。

4、科学化管理的要求总公司下文评选设备使用先进单位时，故障诊断工作占10%的比重。

5、未雨筹缪，为将来节约开支打基础资金紧张时，需要依托故障诊断技术对设备进行精细管理，在冶金、煤炭等行业目前已成为主要设备管理工作。

石油大学的近5年的故障诊断研究基础1、获得各类诊断类基金数国内第一*2项国家自然科学基金；*3项北京市自然科学基金；*1项教育部霍英东基金；*3项石油天然气总公司创新基金；*5项总公司的重点项目2、从事诊断研究的人数国内第一教授5名，副教授6名，博士生8名，硕士生49名。拥有国内外诊断设备300余万元；并自主开发了大型旋转、往复设备、管线泄漏的诊断系统。3、成果应用数国内第一自行开发的诊断系统在大庆、辽河、胜利、新疆、塔里木、华北、天津大港、江苏、南海等各油田都进行了使用。第二章、设备主要诊断方法1、振动诊断法：是主要使用的方法2、噪声诊断法：声压、声强法3、油液分析法：铁谱、光谱法4、无损检测法：超声、声发射技术5、温度检测法：接触法、红外法6、应力、应变法7、其它方法：压力法、电流法、转速法等第三章用振动法对石油设备的诊断一、诊断系统二、振动的基本诊断原理三、诊断离心泵、往复泵的轴承、轴等部件四、诊断压缩机、发动机、天然气发动机五、对齿轮箱的诊断六、对输油管线的泄漏诊断一、石油大学的EDES型故障诊断系统

16通道，可测振动、温度、压力、转速；

主频330KHz，12bit高精度分析；软件系统智能化分析。1硬件系统组成2硬件系统的特点1）12位高精度AD卡，主频高达330K，16通道，分析精度高。2）外挂式设计，形式灵活，使计算机与诊断仪主机能够独立使用，保证软件系统能够长久升级；3）数据采集量大，数据直接进入笔记本型计算机，无须二次数据传递，操作简便；4）模块化设计，前端、主控、通讯电路自成体系，可靠性高；同时便于维护，能够使硬件系统永久升级；5）自带电池，防尘、防潮设计，便于野外操作；3、软件系统组成4软件系统的特点1）诊断库技术:

设备层、故障层、故障特征层、参数层2）自动建库技术:自动建立注水泵、外输泵、发动机、压缩机、螺杆泵等设备的数据采集库及故障诊断库。3）自动分析技术:自动调用各种诊断方法，进行数据的处理及特征参数的提取。4）智能诊断技术:诊断库与标准库进行自动对比，给出诊断结论。5）报表自动输出:给出简易、精密报告。6）诊断标准自建:自适应寻优。二、振动的基本诊断原理

1振动波形的表达x(t)=A*sin(2πft+φ)A-振幅，大小f-频率，快慢2振动的位移、速度、加速度指标位移：x(t)速度：v(t)=dx(t)/dt=fAcos(2πft+φ)加速度：a(t)=dv(t)/dt=-f2Asin(2πft+φ)3振动的分类复杂周期振动准周期振动

随机振动4振动诊断机理

当零部件间隙（如磨损）、质量分布（如不平衡）、配合（如不对中、供油提前角）发生改变时，会使部件间的接触冲击发生变化，或产生附加的冲击，传递到机体表面，则表现为振动的增大（或减小）。5振动诊断指标的领域

按横坐标的量纲，分为以下几个域：

1）时域指标2）频域指标

3）倒频域指标4）幅值域指标

5）时延域6)相位域6、振动的时域诊断法1）峰值：灵敏性好(点)2）峰峰值:3）绝对均值:4）有效值:稳定性好(面)5）方差值：时域诊断法的特点

1）简单、方便

2）当振源较为复杂时，只能定性诊断，即指出设备有无异常；无法指出具体的故障部位。6）脉冲值:峰值/绝对均值，诊断轴承的故障7振动的频域诊断法1）特征频率：频谱图横坐标f，Hz2）特征频率幅值:频谱图纵坐标A,m/s2频域诊断法特点

各个部件在运转时，都以一定的特征频率进行振动，特征频率所对应的幅值即代表了该部件的振动大小。通过特征频率，可将各个部件的振动分开，实现定位诊断。频域定位诊断原理图三、诊断注水泵、往复泵的轴承、轴等部件离心泵振动测点布置图往复泵振动测点布置图内圈：外圈：滚珠：fa—轴的旋转频率；d—滚动体直径；D—轴承的节径；—接触角1诊断滚动轴承2、滑动轴承

油膜涡动：0.5fr

fr—轴频气隙间振：0.8fr

磨损严重：0.2fr—0.9fr3、轴不平衡:

fr

fr—轴频4、轴不对中：

2frfr—轴频5、转子松动：

nfrn=2,3四、诊断压缩机、发动机等1、诊断发动机供油角测试原理：振动传感器放在某缸缸盖；光电传感器放置在各缸基准点，对准飞轮贴在该缸上止点处的反光片，同时进行测量。

振动波形前沿与转速脉冲前沿之间形成的角度，即为供油提前角。可判断供油提前、落后的情况。压缩机测点布置图2、诊断发动机爆燃、熄火或压缩机阀门磨损

根据燃烧产生冲击振动、阀门落座时产生冲击振动的大小。发动机爆燃、压缩机阀门磨损发动机熄火五、对齿轮箱的诊断齿轮箱最大特点是，频率成份fm、fr是以调幅、调频的形式存在于频谱中的，因此诊断的关键是解调分析。

1）线性相加：

cos(fm·t)+cos(fr·t)

2）调幅：

fm—载波fr—调幅波

(1+A1·sin(fr·t))·A2·sin(fm·t)=A2·sin(fm·t)+0.5·A1·A2（cos(fm+fr)-cos(fm-fr)）3）调频：

A1·sin(fm·t+A2·sin(fr·t))fm—载波fr—调频波

齿轮箱故障特征：啮合频率fm=fr·z，为载波轴频：fr，为调制波振动频域图六、对输油管线泄漏的诊断

1负压波法诊断原理2诊断系统组成

压力传感器+采集系统+同步系统+通迅系统+工作站3诊断系统的特点

1）采用先进的双扭环采集技术，确保采集频率可达到10K，这样采集分辩率可达1万点/秒，每米波长能以33点进行描述，可对微小泄漏信号进行识别。

2）采用神经网络方法对特有噪声模式进行记忆，并建立管线全局噪声点结构图，对可能出现的泵、阀起动噪声进行智能判别。管线泄漏诊断系统捕捉到的泄漏波形振动诊断法

通过振动传感器测试机体振动，对幅值、频谱进行分析，对各种故障进行诊断。振动时域波形噪声诊断法

振动在空气中传播形成噪声。适于诊断远距离（车辆）、不易接近（涡轮增压器）的设备。

声压：声的应力值（分贝dB），n=20log10x

极轻声：0-10（安静的环境）轻声：20-30（图书馆）适中声：40-50（较静办公室）高声：60-70（大商场）甚高声：80-90（繁忙的大街）震耳欲聋：100-120

声强：声的单位能量值。无损检测法

频率<20HZ为次声波；

频率>20000HZ为超声波1、超声诊断用于探伤，双探头，发射、接收声波，根据反射波形的形状、时差决定零部件缺陷、位置。2、声发射接收声波，声发射：金属内部晶格发生变形时产生的声音，用于诊断动（高速）、静（压力容器）设备的结构强度。石油大学拥有当今最先进的美国PAC公司4通道声发射诊断系统，取得了对多种设备磨损、管线泄漏的诊断成果。温度检测法

1.接触法

AD590:(–50，150）；PT100:（–50,300)；热电偶:(-50,1200)度

2.非接触法红外法测温仪：点温仪、红外热像温仪应力、应变法

通过应变片测试设备应力、应变水平，对强度进行评度。其它方法

1.压力法：润滑油、进排气（水）压力。

2.电流法：电机诊断，变频测转子、定子故障。

3.转速法：无负载测功、动平衡校正。

第四章石油设备的远程诊断设备远程诊断技术主要特点

(1)

采用多种网络方式形成一个完整的企业级诊断系统,实现对远程设备进行实时监控和管理；

(2)

有利于提高诊断的准确性和可靠性,实现企业和异地专家对设备故障进行实时会诊；

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