注水泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷探討

馬志圖

摘 要：油田多級(jí)離心式注水泵機(jī)組作為當(dāng)前油田開采的重要工具，其施工質(zhì)量已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在實(shí)際操作的過程中，許多注水泵機(jī)組無(wú)法達(dá)到對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)、自動(dòng)、全過程監(jiān)控，造成注水泵機(jī)組故障問題多發(fā)。文章就注水泵中的震動(dòng)測(cè)試及譜頻分析狀況，對(duì)水泵機(jī)組運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制，有效提升了故障預(yù)防及診斷的效果。

關(guān)鍵詞：注水泵；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷

在當(dāng)前油田開采的過程中，相關(guān)人員主要依靠注水泵完成對(duì)油層的注水工作，對(duì)油層壓力進(jìn)行控制。常見的注水機(jī)組主要為高壓離心式注水泵和高壓柱塞泵機(jī)組兩種。注水泵可以明顯提升油田采油速度及采收率，改善油田經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。注水泵在使用的過程中非常容易出現(xiàn)水泵抽空、電機(jī)燒損等現(xiàn)象，加強(qiáng)注水泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷在當(dāng)前設(shè)備建設(shè)中已經(jīng)刻不容緩。

1 注水泵機(jī)組的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)

注水泵機(jī)組在工作的過程中存在諸多問題，加強(qiáng)對(duì)該機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行診斷分析，可以確保注水泵機(jī)組處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，降低可能出現(xiàn)的故障發(fā)生率，對(duì)提升注水具有非常好的促進(jìn)作用。

1.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)理

在進(jìn)行狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)的過程中要對(duì)各項(xiàng)信號(hào)進(jìn)行合理控制，確保機(jī)組及零部件能夠正常運(yùn)行。相關(guān)人員要對(duì)振動(dòng)、溫度、壓力等指標(biāo)通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、聲信號(hào)等物理信號(hào)量，將上述信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)處理。相關(guān)人員要對(duì)上述計(jì)算中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù)進(jìn)行全方位分析，完成檢測(cè)及監(jiān)測(cè)操作。

當(dāng)前注水泵機(jī)組在監(jiān)測(cè)的過程中其特征參量主要為振幅、頻率、相位、轉(zhuǎn)速、時(shí)域波形、軸心位置、軸向位置等，檢測(cè)數(shù)據(jù)主要為振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度等。

1.2 測(cè)點(diǎn)選擇及布置

注水泵在連接的過程中主要是選取彈性聯(lián)軸器與電機(jī)形成系統(tǒng)，通過滑動(dòng)軸承完成連接，保證底座之間相互分離。測(cè)試是要將測(cè)試點(diǎn)選取在注水泵的高壓端及低壓端或電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端，測(cè)試點(diǎn)在建立坐標(biāo)軸是可以選取x負(fù)半軸、y負(fù)半軸、z負(fù)半軸或選取A處高壓端軸負(fù)半軸、B處泵低壓端負(fù)半軸、C處電機(jī)驅(qū)動(dòng)端負(fù)半軸、D處電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端負(fù)半軸。

1.3 監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)選取

在對(duì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定的過程中，相關(guān)人員要對(duì)GB10889-89《泵的振動(dòng)測(cè)量及評(píng)價(jià)方法》及《泵站等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行全方位分析，依照油田設(shè)備管理辦法，對(duì)各項(xiàng)管理操作進(jìn)行確定。在上述管理的過程中，相關(guān)人員要結(jié)合當(dāng)前注水泵管理參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)及位移監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)不良狀況要及時(shí)進(jìn)行處理。

1.4 儀器診斷及監(jiān)測(cè)方法

在對(duì)儀器進(jìn)行診斷的過程中，相關(guān)人員要對(duì)定期監(jiān)測(cè)內(nèi)容進(jìn)行明確，對(duì)定期檢測(cè)中的Var63測(cè)振儀狀況指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，測(cè)量振動(dòng)狀況。上述監(jiān)測(cè)的過程中主要是對(duì)振動(dòng)速度及振動(dòng)位移的監(jiān)測(cè)，完成振動(dòng)位移的提升。在對(duì)上述異常進(jìn)行處理的過程中，NTK預(yù)測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)數(shù)據(jù)信息定期采集，依照振動(dòng)診斷分析軟件對(duì)頻譜狀況進(jìn)行明確，觀察頻域幅值狀況及時(shí)域狀況，對(duì)故障部位進(jìn)行明確。

2 注水泵機(jī)組故障特征分析

在對(duì)注水泵機(jī)組故障進(jìn)行分析的過程中，相關(guān)人員要對(duì)信號(hào)分析處理及狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的各項(xiàng)內(nèi)容及特征參數(shù)變化狀況進(jìn)行控制，要依照特征參數(shù)狀況與設(shè)備要求狀況對(duì)比結(jié)果，觀察設(shè)備運(yùn)行是否正常。在故障特征分析的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)注水泵故障時(shí)，相關(guān)人員要對(duì)其故障性質(zhì)及故障程度進(jìn)行診斷，要對(duì)發(fā)生原因及發(fā)生部位進(jìn)行明確，從根本上預(yù)測(cè)和及時(shí)控制故障狀況。當(dāng)前注水泵在使用的過程中主要存在以下故障，其振動(dòng)特征具有明顯典型性。

第一，不平衡故障。注水泵旋轉(zhuǎn)機(jī)械在操作的過程中非常容易出現(xiàn)振動(dòng)不平衡現(xiàn)象，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)體軸心周圍不均勻，造成旋轉(zhuǎn)同步振動(dòng)效果受到制約。不平衡主要是由于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量分布不均勻或旋轉(zhuǎn)過程中離心力不均衡引起的振動(dòng)失衡現(xiàn)象，振動(dòng)噪聲較大。不平衡故障中設(shè)備徑向振動(dòng)較大，具有穩(wěn)定的基頻高峰，軸向振動(dòng)幅度較大。該振動(dòng)的過程中時(shí)域波形一般為穩(wěn)定的周期波形。

第二，電磁振動(dòng)。電磁振動(dòng)主要是由于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)過程中機(jī)械因素或電磁作用導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象。該故障主要是由于電源頻率導(dǎo)致。電磁振動(dòng)時(shí)域波一般不具有穩(wěn)定的周期信號(hào)。

第三，機(jī)械松動(dòng)。機(jī)械松動(dòng)主要是由于不牢固引發(fā)的，在旋轉(zhuǎn)頻率中具有非常明顯的特征，振幅較大。導(dǎo)致機(jī)械松動(dòng)的原因主要包括支承系統(tǒng)配合面間隙過大、固定螺栓強(qiáng)度不夠、基礎(chǔ)工程質(zhì)量較差等。機(jī)械松動(dòng)徑向振動(dòng)較大，倍頻成分較高，軸向振動(dòng)較小。該時(shí)域波形為不穩(wěn)定的非周期信號(hào)。

第四，不對(duì)中故障。不對(duì)中故障主要是在聯(lián)軸器連接過程中中心連接不重合導(dǎo)致的現(xiàn)象，可以造成注水泵發(fā)生徑向振動(dòng)或軸向振動(dòng)。當(dāng)前在操作的過程中裝機(jī)操作不良、機(jī)身內(nèi)不對(duì)中故障徑向振動(dòng)大，有穩(wěn)定的基頻，2 倍頻成分超過其它成分， 高次諧波成分較小，軸向振動(dòng)大。該故障中時(shí)域波形為穩(wěn)定的周期波形。

部應(yīng)力沒有徹底消除、管道附件安裝質(zhì)量不高等都可以在很大程度上導(dǎo)致不對(duì)中的產(chǎn)生。

第五，基礎(chǔ)松動(dòng)。基礎(chǔ)松動(dòng)可以造成注水泵在使用的過程中出現(xiàn)機(jī)械無(wú)法旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)不均勻等障礙，導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生和機(jī)械的磨損。該種故障發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生非常明顯的垂直方向振動(dòng)，具有非常穩(wěn)定的基頻成分。該時(shí)域波形具有穩(wěn)定的周期信號(hào)。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障診斷應(yīng)用的過程中，相關(guān)人員要對(duì)注水泵各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)注水泵與自身電機(jī)之間進(jìn)行檢修，觀察各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)狀況。要對(duì)振動(dòng)頻譜進(jìn)行分析，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)偏心狀況。當(dāng)存在摩擦現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)停機(jī)檢查。要對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢修，對(duì)出現(xiàn)磨損及不均勻現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)格控制，及時(shí)調(diào)整電機(jī)氣隙，提升軸瓦與電機(jī)之間的配合效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)注水泵進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)預(yù)防和發(fā)現(xiàn)注水泵可能出現(xiàn)的各項(xiàng)故障，降低上述故障對(duì)油田開采的影響。除此之外，對(duì)注水泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷還可以及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，防止設(shè)備運(yùn)行狀況惡化，造成設(shè)備損壞。

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