螺桿泵測試系統(tǒng)改造方案

孫 文，王彥彬，劉麗娟

（1.天津市正方科技發(fā)展有限公司，天津 300270； 2.渤海裝備新世紀機械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

作為水利容積式泵，螺桿泵廣泛應用于油氣開采及液體介質(zhì)輸送。螺桿泵水力性能測試綜合試驗臺作為產(chǎn)品質(zhì)量評定的關鍵設備，通過模擬現(xiàn)場工況，采集分析測試參數(shù)，對泵的質(zhì)量提升，技術升級，生產(chǎn)制造及現(xiàn)場的合理使用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。改造前的系統(tǒng)試驗方法按照JB/T8091—1998和GB/T10886—2002標準制定建造，新改造的試驗系統(tǒng)測試方案按照國標GB/T21411.1—2014對螺桿泵試驗系統(tǒng)提出了新的要求；使改造后的試驗系統(tǒng)更好的為產(chǎn)品服務，能更高效、更準確的進行性能評定。

1 試驗系統(tǒng)總體功能

1.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

新系統(tǒng)的軟件使用labview開發(fā)，運行環(huán)境為 Windows7及以上版本，通過OPC實現(xiàn)與PLC間的通信通信，數(shù)據(jù)存儲采用tdms文件格式。新系統(tǒng)中增加螺桿泵入口點壓力測試數(shù)據(jù)p1，泵定子管中部溫度測試數(shù)據(jù)t2，泵輸入功率數(shù)據(jù)prep。新系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫文件的創(chuàng)建、試驗數(shù)據(jù)的采集、產(chǎn)品信息的錄入、操作人員信息的錄入方面都將做大幅改進，更加便于測試人員使用，減少測試過程的工作量，提高測試效率。

1.2 系統(tǒng)總體界面和分級界面的功能

螺桿泵測試系統(tǒng)運行后顯示的主畫中，可以調(diào)用數(shù)據(jù)管理、負載采集、試驗報表、螺桿泵曲線、合格證報表等畫面。

1.3 采集試驗數(shù)據(jù)

上位機與PLC系統(tǒng)建立通信后，讀取PLC中的螺桿泵試驗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)實時地顯示在實時監(jiān)視區(qū)，并按工藝需要，將實時監(jiān)視區(qū)的數(shù)據(jù)。有選擇性地采集到數(shù)據(jù)采集區(qū)，最后將數(shù)據(jù)采集區(qū)的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)文件，其中“入口泵壓”“定子中部溫度”是新增項目。可以在測試螺桿泵時新建數(shù)據(jù)文件或打開已測試過并保存的數(shù)據(jù)文件。

1.4 打印螺桿泵試驗報表

在窗口中可以錄入螺桿泵的生產(chǎn)廠商信息、客戶信息、產(chǎn)品信息、操作員信息，信息錄入后保存在系統(tǒng)里，可重復選用（圖2）。螺桿泵檢測數(shù)值區(qū)顯示螺桿泵的測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以手動修改。檢測數(shù)值區(qū)中，“泵輸入功率Pin”“輸出功率Pout”“容積效率ηv”“總效率 η”是經(jīng)計算獲得的，見式（1）。

式中TN·m——軸扭矩，N·m

n——泵轉速，r/min

Qp——特定壓差時的體積流量，L/min

Qc——差壓＜0.35MPa時的體積流量，L/min

檢測數(shù)值區(qū)中的“泵入口壓力”“定子中部溫度”“泵輸入功率”是新增項目。制作完成的螺桿泵試驗報表可以選擇用中文、英文、俄文3種語言形式打印輸出（圖3）。在打印之前，可以預覽要打印的報表；打印之后，將相應的報表數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)文件。在試驗報表畫面可以新建數(shù)據(jù)文件或打開已測試過并保存的數(shù)據(jù)文件。

根據(jù)泵所屬的系列和泵型自動調(diào)整坐標軸的刻度和范圍，可以將螺桿泵試驗數(shù)據(jù)形成曲線顯示在坐標系中。也可以選擇要顯示的曲線種類和編輯曲線的形狀，并將最終的曲線打印輸出。可以選擇用中文、英文、俄文3種語言形式打印曲線。打印之前，可以預覽要打印的曲線；打印之后，將相應的曲線數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。在螺桿泵曲線畫面，可以新建數(shù)據(jù)庫或打開已測試過并保存的數(shù)據(jù)庫。

1.5 打印產(chǎn)品合格證

錄入產(chǎn)品名稱、出廠編號、型號、規(guī)格、檢驗員、檢驗科長等數(shù)據(jù)，錄入后的數(shù)據(jù)信息保存在系統(tǒng)里，可重復選用。從數(shù)據(jù)庫載入螺桿泵試驗數(shù)據(jù)，也可以選擇打開已測試過并保存的數(shù)據(jù)庫。以上數(shù)據(jù)形成報表打印輸出（圖4）。打印之前，可以預覽要打印的合格證，打印之后，相應的合格證數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

2 系統(tǒng)改造升級內(nèi)容

（1）測量泵的入口壓力。在試驗臺泵入口處增加壓力測試裝置（負壓傳感器），測量泵的入口壓力。

（2）測量定子管中部溫度。在泵定子管中部增加測溫裝置（熱電偶），測量定子管中部溫度。上述傳感器信號先采集到數(shù)顯儀表，然后儀表以485通信方式，將采集到的數(shù)據(jù)傳送給PLC模塊，在PLC中計算整定后，通過PC/PPI通信方式將數(shù)據(jù)傳送給上位計算機。

圖1 試驗報表畫面

圖2 打印選擇界面

圖3 合格證報表畫面

（3）螺桿泵輸入功率。在上位機中，計算prep，T，n。泵入口壓力數(shù)據(jù)項和定子中部溫度數(shù)據(jù)項添加至“負載采集”畫面，在“實時監(jiān)視區(qū)”和“負載采集區(qū)”分別進行數(shù)據(jù)實時顯示和采集入庫（圖4）。

圖4 負載采集畫面

（4）螺桿泵試驗報告。撿驗報告采用Quickrep控件實現(xiàn)，新增“泵入口壓力”“泵中部溫”“泵輸入功率”“客戶名稱”“試驗地點”“產(chǎn)品編號”“定子尺寸”“轉子尺寸”“螺紋檢測”“螺紋粘合劑牌號”“轉子鍍層或鍍層材料”“裝配員”共12項內(nèi)容。新增數(shù)據(jù)項添加至“試驗報告”畫面，在畫面上顯示入庫。

（5）自動采集介質(zhì)溫度。原介質(zhì)溫控儀表以485通信方式，將采集到的數(shù)據(jù)傳送給PLC模塊，在PLC中計算整定后，通過PC/PPI通信方式將數(shù)據(jù)傳送給上位計算機，這樣介質(zhì)溫度數(shù)據(jù)由原來的人工手動抄錄升級到在系統(tǒng)中自動采集顯示入庫。

（6）根據(jù)泵型修改曲線坐標系刻度。曲線采用chart控件實現(xiàn)，根據(jù)泵型可修改Chart控件的Increment屬性值和Maxium屬性值來改變坐標系刻度單位和范圍，使坐標系上的曲線的布局更加合理直觀。

（7）修改原試驗數(shù)據(jù)界面。改變Chart控件的Tittle.Caption屬性值來改變坐標軸上試驗數(shù)據(jù)的單位、符號和名稱。

（8）增加總效率曲線。在“螺桿泵曲線”畫面中增加一條總效率曲線。

（9）任意界面可以新建和打開數(shù)據(jù)庫文件。在每個操作畫面上增加“數(shù)據(jù)庫”按鈕，新建數(shù)據(jù)庫和調(diào)用歷史數(shù)據(jù)庫可在各畫面上進行，不必返回到首畫面。

（10）錄入的信息可重復選用。系統(tǒng)中除由儀表采集得到的數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)錄入采用Combobox控件技術，可手動錄入，錄入后各條目保存在控件Combobox的Items屬性項內(nèi)，以后可以從中選擇使用，減少重復錄入帶來的麻煩。

（11）試驗報告使用多種語言形式.報表控件Quickrep中的QRband.QRLabel.Cption屬性值用多種語言來寫，便可創(chuàng)建多種語言形式的螺桿泵試驗報告。

（12）試驗曲線使用多種語言形式：曲線控件chart的Title屬性值用多種來寫，便可創(chuàng)建多種語言形式的螺桿泵試驗曲線。

3 系統(tǒng)改造效果

改造后的螺桿泵測試系統(tǒng)采用油水2種試驗介質(zhì)，將夾持裝置改造為全自動液壓控制，工作效率大幅提高。選用基于PLC的測控系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)，綜合運用PLC技術、數(shù)據(jù)庫技術、電氣控制技術等，提供數(shù)據(jù)查詢及數(shù)據(jù)共享，保證系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的實時性、有效性和安全性，選取參數(shù)快捷準確。該系統(tǒng)提高了測試精度，實現(xiàn)測試遠程控制及遠程監(jiān)控功能。

［1］黨磊.基于虛擬儀器的螺桿泵試驗臺測試系統(tǒng)的研制［D］.西安：西安石油大學，2016.

［2］萬汶靈.基于PLC的螺桿泵試驗臺測試系統(tǒng)研究［D］.蘭州：蘭州理工大學，2012.

［3］崔金榜，王燕嵩，張勝利，田偉，胡雄心.螺桿泵工況測試技術研究［J］.石油鉆采工藝，1999（6）：86-89，107.

［4］劉霞，薛潤斌，陳曦，鄧道明，李洪福，韓龍學，張雷.螺桿泵輸送摻稀稠油性能的現(xiàn)場測試［J］.油氣儲運，2015，34（10）：1062-1066.

［5］王興燕，李萌，程騰飛.標準GB/T21411.1-2014在螺桿泵試驗臺建設中的應用［J］.中國設備工程，2017（22）：174-176.