游梁式抽油機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

1、游梁式抽油機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷摘  要：本文試論設(shè)備診斷技術(shù)在游梁式抽油機(jī)上的應(yīng)用，簡要介紹所用儀器、方法和現(xiàn)場(chǎng)開展的步驟。在石油裝備領(lǐng)域?qū)嵭幸誀顟B(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的設(shè)備預(yù)知維修制度是大勢(shì)所趨，該技術(shù)在油田生產(chǎn)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：游梁式抽油機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)；應(yīng)用    油田大部分油井停噴后采用機(jī)械采油的方式來生產(chǎn)。當(dāng)前，機(jī)械采油中有桿泵抽油機(jī)井占全國油井總數(shù)的94%。有桿抽油技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括油井的完井設(shè)計(jì)、有桿抽油設(shè)備參數(shù)選擇、設(shè)備優(yōu)選、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、智能診斷及優(yōu)化設(shè)計(jì)等。對(duì)油井的井下工況與井下設(shè)備的監(jiān)測(cè)與診斷在我國油田

2、開展得較為普遍，而對(duì)地面裝置則較少涉及。    游梁式抽油機(jī)是有桿抽油設(shè)備系統(tǒng)的地面裝置，以結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便而得到廣泛應(yīng)用，是油田生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備。游梁式抽油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷包括兩方面內(nèi)容，其一為對(duì)運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)與診斷，主要指懸點(diǎn)載荷、減速器扭矩、電動(dòng)機(jī)功率和電流等參數(shù)的定期檢測(cè)，以及平衡情況的檢查；其二為對(duì)各運(yùn)轉(zhuǎn)零件的潤滑與磨損情況，以及各主要受力零件故障隱患的監(jiān)測(cè)與診斷。    一、抽油機(jī)動(dòng)力與傳動(dòng)裝置的監(jiān)測(cè)與診斷    目前我采油廠有游梁抽油機(jī)120臺(tái)。其大

3、多由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用人字齒圓柱齒輪減速器，在野外露天作業(yè)。其動(dòng)力與傳動(dòng)裝置是一個(gè)典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)，適用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法有振動(dòng)、溫度、油液分析及電參數(shù)診斷法等。    1抽油機(jī)適用的監(jiān)測(cè)與診斷方法   (1振動(dòng)診斷。通過測(cè)定若干測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，以機(jī)械振動(dòng)、沖擊、機(jī)械導(dǎo)納和模態(tài)參數(shù)為檢測(cè)目標(biāo)，來檢測(cè)設(shè)備是否正常，常以超過允許值的多少表示故障的嚴(yán)重程度。    (2油液分析。油液中所含磨粒的數(shù)量、大小、形態(tài)以及分布情況，反映了不同的磨損類型和過程；磨粒的材料成分可反映機(jī)器磨損的零件和部位以及工作系

4、統(tǒng)的污染程度。通過對(duì)磨屑的檢測(cè)和分析，可知道機(jī)器零件磨損的部位、類型和程度，為設(shè)備診斷提供依據(jù)。    (3電氣診斷。針對(duì)點(diǎn)多、線長、面廣、野外分布的抽油機(jī)，適合電動(dòng)機(jī)的診斷方法有三相交流電機(jī)診斷技術(shù)、電機(jī)與電纜絕緣的測(cè)量等電氣診斷技術(shù)。    (4溫度診斷?？刹捎眉t外測(cè)溫儀、紅外熱成像技術(shù)等對(duì)抽油機(jī)電機(jī)的鐵芯、滑環(huán)、炭刷和配電箱進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而診斷出潛在的電氣故障。     2振動(dòng)診斷法在抽油機(jī)上的應(yīng)用    (1測(cè)量參數(shù)的選定。抽油機(jī)

5、的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在中頻段，測(cè)量參數(shù)選振動(dòng)速度；減速箱運(yùn)行在低頻段，測(cè)量參數(shù)選振動(dòng)位移。    (2測(cè)點(diǎn)的布置。測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)、效率等，以能捕捉機(jī)組故障為前提，合理安排。    游梁式抽油機(jī)動(dòng)力與傳動(dòng)裝置的測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。            (3測(cè)量周期的確定。依設(shè)備劣化程度和重要程度確定，抽油機(jī)可定為一個(gè)月。    (4特征故障頻率的分析：分析頻譜圖時(shí)，主要尋

6、找圖上對(duì)應(yīng)的設(shè)備轉(zhuǎn)頻、倍頻、特征頻率及可能產(chǎn)生的故障頻率，從而發(fā)現(xiàn)軸彎曲、碰摩、軸承損壞、齒輪嚙合不良等故障或隱患：游梁式抽油機(jī)常見故障類型的特征頻率如表1所示。                    表1 抽油機(jī)故障特征頻率表  3其它方法    (1油液分析法診斷齒輪減速器。游梁式抽油機(jī)齒輪減速器在重載、低速條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪的圓周速度小于3m/s，常

7、采用浸油潤滑方式。據(jù)資料介紹，齒輪減速器報(bào)廢總數(shù)的1/10是由滑和冷卻不良造成的，因而采用油液分析診斷法從潤滑油中獲得磨粒的數(shù)量、大小、形態(tài)、成分及其變化，油品的老化變質(zhì)程度等各種信息，利用油品理化指標(biāo)分析及光譜、鐵譜分析和污染度監(jiān)測(cè)，并作出趨勢(shì)分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪箱故障。    (2電參數(shù)法診斷異步電動(dòng)機(jī)二將電流傳感器夾持在電機(jī)的主回路或儀表盤的二次回路上，提取和分析電機(jī)定子線圈的輸入電流信號(hào)，通過分析電流譜判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可診斷的故障現(xiàn)象有轉(zhuǎn)子鑄條斷裂，鼠籠式線圈中的高阻接頭，銅基轉(zhuǎn)子中的不良銅焊接頭不規(guī)則，磁力不平衡，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)偏心問題，轉(zhuǎn)子端環(huán)

8、斷裂，壓鑄鋁轉(zhuǎn)子的鑄造空隙及氣泡，靜、動(dòng)態(tài)氣隙問題，機(jī)械不平衡，轉(zhuǎn)軸彎曲。    (3溫度診斷法。用溫度計(jì)和紅外點(diǎn)溫儀量鐵芯或機(jī)殼溫升，Y系列電動(dòng)機(jī)一般應(yīng)不超過40K，電機(jī)軸承的溫升用溫度計(jì)測(cè)量應(yīng)不超過55K。減速器軸承溫升不超過40K，油池溫升不超過15K，最高溫升均不應(yīng)超過70K。    二、抽油機(jī)運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)與診斷    抽油機(jī)運(yùn)行工況一般是利用動(dòng)力儀或診斷儀測(cè)量示功圖，對(duì)懸點(diǎn)載荷、減速器扭矩、平衡情況進(jìn)行分析。利用設(shè)備診斷技術(shù)，不測(cè)示功圖也可達(dá)到目的。 &

9、#160;  1判斷懸點(diǎn)載荷的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速法    用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)出曲柄軸一轉(zhuǎn)中電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，然后利用外特性曲線（Td-nd曲線）求出電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)輸出扭矩Tdi。假定皮帶不打滑，忽略傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性影響，且認(rèn)為傳動(dòng)系統(tǒng)效率不變，則可求出減速器輸出軸的瞬時(shí)扭矩Tni。        Tni=iTdim式中：i電機(jī)軸到減速器輸出軸的總傳動(dòng)比；           m一電機(jī)軸

10、到減速器輸出軸的傳動(dòng)效率；          m當(dāng)Tdi>0時(shí)，m=1；Tdi<0時(shí)，m=-1。    有了瞬時(shí)扭矩曲線，對(duì)是否超扭矩就可作出判斷。    2判斷平衡狀況的電流法    此法的依據(jù)是，假定電動(dòng)機(jī)電流與軸扭矩成正比。用鉗形安培表測(cè)出上沖程的最大電流I1和下沖程的最大電流I2，則         

11、;       當(dāng)T<0.7時(shí)，就應(yīng)及時(shí)調(diào)整平衡。    此法的優(yōu)點(diǎn)是比較簡單，但存在兩個(gè)問題：(1電流與軸扭矩之間的關(guān)系實(shí)際上是非線性的；(2調(diào)整量難以準(zhǔn)確計(jì)算。    3帶傳動(dòng)的振動(dòng)診斷法    帶的張緊度應(yīng)合適，過松初拉力不足，會(huì)引起帶在輪槽中打滑和發(fā)熱，傳動(dòng)功率下降；太緊則初拉力過大，帶磨損加劇，軸承發(fā)熱嚴(yán)重，帶和軸承壽命縮短。    振動(dòng)頻率是確定皮帶振動(dòng)本性的

12、關(guān)鍵因素。引起等于皮帶整倍數(shù)頻率振動(dòng)的缺陷包括皮帶表面的斷裂、硬點(diǎn)、軟點(diǎn)或塊團(tuán)和已經(jīng)斷離的片和塊。引起皮帶滑動(dòng)的不恰當(dāng)?shù)钠埩?、皮帶輪不?duì)中、不匹配的皮帶或者負(fù)載過大和要求功率過大，也可能產(chǎn)生高頻噪聲和振動(dòng)。皮帶轉(zhuǎn)速頻率的計(jì)算公式為    皮帶轉(zhuǎn)速=（皮帶輪直徑×3.14皮帶長度）×皮帶輪轉(zhuǎn)速    三、存在的問題與思考    以上是個(gè)人在本方面的想法和建議，還未運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)中去，存在阻力較大，原因幾下方面：1 人員緊張；無法對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)教育。2 對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)重視不夠。3 抽油機(jī)監(jiān)測(cè)需要的儀器較多，所用方法與儀器見表2，無法實(shí)現(xiàn)。