离心泵在线监控及故障诊断系统研究

离心泵在线监控及故障诊断系统研究

Summary：油田离心泵设备在实际运行的过程中，一旦发生故障问题，将会导致运行水平降低，功能消耗量过大，设备的应用成本增加，如果不能科学合理进行故障问题的控制，甚至会对油田正常生产造成不利影响，因此，在油田离心泵设备应用期间，应着重分析故障问题的原因所在，针对性进行维修处理，提高油田离心泵设备的运行水平。Keys：离心泵；故障诊断；模拟试验引言离心泵在偏离额定工况或入口发生堵塞时，会出现汽蚀现象。汽蚀的侵蚀可引起叶轮的麻点或裂纹，更严重的是可使叶片破裂，大大降低了离心泵的运行效率和使用寿命。因此，预防和减少离心泵汽蚀损伤具有重要意义。寻找适当的汽蚀故障诊断和识别方法，防止汽蚀破坏，提高水泵的抗汽蚀性能，具有重要的意义。有关研究表明,离心泵振动信号是检测汽蚀的重要参数。原始振动数据有三种类型的特征：时域特征、频域有限元特征和时频域特征。均方根值、峰度因子、峰值因子以及经验模态分解（EmpiricalModeDecomposition，EMD）信号的特征虽然可以提取出原始特征，但仍具有高维性，且包含冗余信息。因此，需要利用主成分分析（PrincipalComponentsAnalysis，PCA)对原始特征进行处理，得到典型的汽蚀特征，从而进行离心泵汽蚀故障的诊断。1离心泵故障模拟试验故障模拟试验即通过模拟在不同工况下不同故障时离心泵的运行状态，获取离心泵在不同故障状态下的运行数据，通过对比分析离心泵在正常运行状态与故障状态时的运行数据，选择对故障最敏感的信号类型及传感器布置测点位置。图1为故障模拟试验泵机组。该离心泵故障试验台为闭式试验台，为避免管路振动对离心泵运行产生影响，在泵进出口法兰与进出口管路法兰间安装避震喉。试验泵机组底座采用实心铸铁底座，试验泵与底座采用刚性连接，底座与地面间加装橡胶垫，以降低环境因素对试验产生的影响。试验泵经过磨合期，满足试验泵正常运行的技术参数要求后，将按顺序进行模拟故障试验，其顺序将遵循对泵技术参数影响从小到大的原则，故障模拟顺序为汽蚀、支座连接松动、转子不对中、转子不平衡、口环磨损。综合考虑现场实际情况和试验泵状态，设计了五种模拟故障试验。每一次完成模拟故障试验后将重新调整试验泵，使其满足泵正常运行的技术参数后再进行下一项模拟故障试验，确保每项模拟故障试验之间的独立性，不存在相互影响。2离心泵的故障诊断方法实时监测离心泵运行过程中的电流、温度和振动信号，通过初始故障判断实时判断三项指标。若以上三个指标均无异常，则认为离心泵未发生故障；如果在故障的初步判断中发现异常，则认为离心泵出现故障，程序会自动启动定位和识别故障。当离心泵出现异常时，根据故障的初步判断，进入典型故障特征判断，分析判断离心泵的实时运行数据。如果通过典型特征识别出离心泵的故障类型，将向用户发出报警。如果无法准确定位故障，则启动智能故障诊断模块。通过智能故障诊断算法，软件系统会自动对故障信号进行分类识别。如果无法识别故障类型，并认为此时离心泵故障的原因不是本研究的内容，将提示用户其他故障；如果可以通过智能故障诊断算法识别出故障，还会提示用户故障类型和故障位置。离心泵典型故障的智能诊断方法如下：（1）利用已有的故障测试数据建立故障数据库，提取特征值形成N×20。（2）KPCA算法用于标准化和将特征矩阵降维，形成N×5。(3)输入PSOSVM，利用PSO算法找出SVM分类准确率最高的参数，确定参数，建立智能诊断模型。(4)通过特征提取和KPCA降维将待诊断的原始数据输入到建立的SVM诊断模型中。如果故障数据属于数据库中的故障之一，则输出故障代码；如果故障数据不是数据库中的故障，则输出未知故障代码。3离心泵故障的原因和维修3.1无液体排出或是流量不足故障原因和维修油田生产过程中离心泵设备无液体排出或是流量不足故障问题的原因非常复杂，需按照具体的故障发生原因，针对性进行处理和维修。（1）如果设备是因为驱动一侧的原动机异常或是电源异常而产生无液体排出故障或流量不足的故障，在维修的工作中，就应检查明确供电系统的运行状态，及时进行电气故障问题的维修处理，确保电源系统安全稳定运行，预防再次出现故障问题。（2）检查是否由于泵卡死原因而导致的故障，手动进行盘车，如有必要还需进行泵体的解体检查，合理进行维修处理，直到盘车处于正常状态为止。（3）如果设备是由于平衡管不畅通而出现故障问题，对平衡管进行检查和疏通性维修，通过维修快速排除故障。（4）设备可能会由于入口阀部件或是叶轮部件被异物堵塞而发生故障，如果是此类原因而产生的故障，就要对入口阀部件和叶轮部件进行清理。（5）如果是由于设备的吸入高度过高或是吸入管线有泄漏问题而引发的故障，就要做好吸入高度的调整维修工作，查找管线的泄漏位置，做好泄漏位置的密封处理，如若不能将泄漏问题快速有效解决，就应更换吸入管线。（6）由于出入口阀门已经损坏，不能打开而导致发生故障问题，应做好出入口阀门的维修工作和更换工作。另外，油田离心泵设备的无液体排出或是流量不足故障问题发生原因，还可能是，还可能是叶轮部件发生磨损问题或是泵体部件、叶轮密封环部件严重磨损，应做好各类部件的维修或是更换，以免影响设备的正常运行。3.2振动或声音异常的故障原因与维修将油田离心泵设备处于小流量运行工况的情况下，可能会发生流动不稳定的问题。例如：流动分离的问题、回流的问题或是旋转失效的问题等，与此同时也可能会加重叶轮和蜗壳部件的动静干涉作用，引发震动异常的故障或是水利噪声的故障。如若是因为此类原因所产生的故障，在维修工作中应严格进行离心泵流量的调整，尽可能将流量控制在设计流量的范围，做好失效部件的更换；而如果是因为润滑油的质量不符合标准而导致设备异常振动故障，就应及时更换润滑油，确保润滑油的质量符合标准；如若是因为轴承间隙过高或是轴瓦有松动的问题而引发故障，就应及时调整轴承的间隙，做好轴瓦的紧固工作，通过全面维修处理，消除异常振动和异常声音的故障；另外，在检修工作中如果发现设备异常振动与异常声音的故障原因，是轴承损坏或是泵壳变形，维修技术人员就应及时更换轴承和泵壳，做好相应的维修，避免再次出现异常振动问题或是异常声音问题。结束语本文的研究解决了现有数据监测系统信息化、智能化程度低而无法对设备故障进行诊断的缺点。通过故障模拟试验，在已有的理论研究基础之上，对离心泵运行中的多类型信号及测点位置进行了研究，得到了对离心泵常见故障敏感的测点位置及信号类型。将试验和理论相结合，通过多源数据融合，实现了离心泵运行状态监测及故障诊断。Reference[1]邱莉.基于物联网的离心泵智能化维护及自诊断平台开发[D].北京化工大学,2021.[2]李亮,雷宇,杜仲军.基于频谱分析的离心泵振动故障诊断与处理[J].化工自动化及仪表,2021,48(03):291-294.[3]朱