石油鉆井工程石油設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用(PPT頁(yè))

石油設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用石油大學(xué)（北京）

第一章開展設(shè)備故障診斷的重要意義

1、避免惡性事故的發(fā)生，保證安全生產(chǎn)大型往復(fù)壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備若發(fā)生燒瓦、拉缸、閥門損壞等重大事故，損失將在數(shù)十萬元以上。

2、降低能耗大型發(fā)動(dòng)機(jī)如T815型有8個(gè)缸，經(jīng)常有1—2個(gè)缸熄火，燃油多消耗1/8—2/4，即12%—25%，若通過診斷進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，則可節(jié)約燃油10%。

3、開展視情維修，節(jié)約維修費(fèi)用

1臺(tái)離心泵等大修一次15萬元左右，若根據(jù)情況將維修周期延長(zhǎng)1/10，則節(jié)維1.5萬元，10臺(tái)泵則節(jié)約了15萬元。開展設(shè)備故障診斷工作，平均可節(jié)約維修費(fèi)用25%。

4、科學(xué)化管理的要求總公司下文評(píng)選設(shè)備使用先進(jìn)單位時(shí)，故障診斷工作占10%的比重。

5、未雨籌繆，為將來節(jié)約開支打基礎(chǔ)資金緊張時(shí)，需要依托故障診斷技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)管理，在冶金、煤炭等行業(yè)目前已成為主要設(shè)備管理工作。

石油大學(xué)的近5年的故障診斷研究基礎(chǔ)1、獲得各類診斷類基金數(shù)國(guó)內(nèi)第一*2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金；*3項(xiàng)北京市自然科學(xué)基金；*1項(xiàng)教育部霍英東基金；*3項(xiàng)石油天然氣總公司創(chuàng)新基金；*5項(xiàng)總公司的重點(diǎn)項(xiàng)目2、從事診斷研究的人數(shù)國(guó)內(nèi)第一教授5名，副教授6名，博士生8名，碩士生49名。擁有國(guó)內(nèi)外診斷設(shè)備300余萬元；并自主開發(fā)了大型旋轉(zhuǎn)、往復(fù)設(shè)備、管線泄漏的診斷系統(tǒng)。3、成果應(yīng)用數(shù)國(guó)內(nèi)第一自行開發(fā)的診斷系統(tǒng)在大慶、遼河、勝利、新疆、塔里木、華北、天津大港、江蘇、南海等各油田都進(jìn)行了使用。第二章、設(shè)備主要診斷方法1、振動(dòng)診斷法：是主要使用的方法2、噪聲診斷法：聲壓、聲強(qiáng)法3、油液分析法：鐵譜、光譜法4、無損檢測(cè)法：超聲、聲發(fā)射技術(shù)5、溫度檢測(cè)法：接觸法、紅外法6、應(yīng)力、應(yīng)變法7、其它方法：壓力法、電流法、轉(zhuǎn)速法等第三章用振動(dòng)法對(duì)石油設(shè)備的診斷一、診斷系統(tǒng)二、振動(dòng)的基本診斷原理三、診斷離心泵、往復(fù)泵的軸承、軸等部件四、診斷壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)五、對(duì)齒輪箱的診斷六、對(duì)輸油管線的泄漏診斷一、石油大學(xué)的EDES型故障診斷系統(tǒng)

16通道，可測(cè)振動(dòng)、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速；

主頻330KHz，12bit高精度分析；軟件系統(tǒng)智能化分析。1硬件系統(tǒng)組成2硬件系統(tǒng)的特點(diǎn)1）12位高精度AD卡，主頻高達(dá)330K，16通道，分析精度高。2）外掛式設(shè)計(jì)，形式靈活，使計(jì)算機(jī)與診斷儀主機(jī)能夠獨(dú)立使用，保證軟件系統(tǒng)能夠長(zhǎng)久升級(jí)；3）數(shù)據(jù)采集量大，數(shù)據(jù)直接進(jìn)入筆記本型計(jì)算機(jī)，無須二次數(shù)據(jù)傳遞，操作簡(jiǎn)便；4）模塊化設(shè)計(jì)，前端、主控、通訊電路自成體系，可靠性高；同時(shí)便于維護(hù)，能夠使硬件系統(tǒng)永久升級(jí)；5）自帶電池，防塵、防潮設(shè)計(jì)，便于野外操作；3、軟件系統(tǒng)組成4軟件系統(tǒng)的特點(diǎn)1）診斷庫(kù)技術(shù):

設(shè)備層、故障層、故障特征層、參數(shù)層2）自動(dòng)建庫(kù)技術(shù):自動(dòng)建立注水泵、外輸泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、螺桿泵等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集庫(kù)及故障診斷庫(kù)。3）自動(dòng)分析技術(shù):自動(dòng)調(diào)用各種診斷方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理及特征參數(shù)的提取。4）智能診斷技術(shù):診斷庫(kù)與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比，給出診斷結(jié)論。5）報(bào)表自動(dòng)輸出:給出簡(jiǎn)易、精密報(bào)告。6）診斷標(biāo)準(zhǔn)自建:自適應(yīng)尋優(yōu)。二、振動(dòng)的基本診斷原理

1振動(dòng)波形的表達(dá)x(t)=A*sin(2πft+φ)A-振幅，大小f-頻率，快慢2振動(dòng)的位移、速度、加速度指標(biāo)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振動(dòng)的分類復(fù)雜周期振動(dòng)準(zhǔn)周期振動(dòng)

隨機(jī)振動(dòng)4振動(dòng)診斷機(jī)理

當(dāng)零部件間隙（如磨損）、質(zhì)量分布（如不平衡）、配合（如不對(duì)中、供油提前角）發(fā)生改變時(shí)，會(huì)使部件間的接觸沖擊發(fā)生變化，或產(chǎn)生附加的沖擊，傳遞到機(jī)體表面，則表現(xiàn)為振動(dòng)的增大（或減?。?振動(dòng)診斷指標(biāo)的領(lǐng)域

按橫坐標(biāo)的量綱，分為以下幾個(gè)域：

1）時(shí)域指標(biāo)2）頻域指標(biāo)

3）倒頻域指標(biāo)4）幅值域指標(biāo)

5）時(shí)延域6)相位域6、振動(dòng)的時(shí)域診斷法1）峰值：靈敏性好(點(diǎn))2）峰峰值:3）絕對(duì)均值:4）有效值:穩(wěn)定性好(面)5）方差值：時(shí)域診斷法的特點(diǎn)

1）簡(jiǎn)單、方便

2）當(dāng)振源較為復(fù)雜時(shí)，只能定性診斷，即指出設(shè)備有無異常；無法指出具體的故障部位。6）脈沖值:峰值/絕對(duì)均值，診斷軸承的故障7振動(dòng)的頻域診斷法1）特征頻率：頻譜圖橫坐標(biāo)f，Hz2）特征頻率幅值:頻譜圖縱坐標(biāo)A,m/s2頻域診斷法特點(diǎn)

各個(gè)部件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，都以一定的特征頻率進(jìn)行振動(dòng)，特征頻率所對(duì)應(yīng)的幅值即代表了該部件的振動(dòng)大小。通過特征頻率，可將各個(gè)部件的振動(dòng)分開，實(shí)現(xiàn)定位診斷。頻域定位診斷原理圖三、診斷注水泵、往復(fù)泵的軸承、軸等部件離心泵振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置圖往復(fù)泵振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置圖內(nèi)圈：外圈：滾珠：fa—軸的旋轉(zhuǎn)頻率；d—滾動(dòng)體直徑；D—軸承的節(jié)徑；—接觸角1診斷滾動(dòng)軸承2、滑動(dòng)軸承

油膜渦動(dòng)：0.5fr

fr—軸頻氣隙間振：0.8fr

磨損嚴(yán)重：0.2fr—0.9fr3、軸不平衡:

fr

fr—軸頻4、軸不對(duì)中：

2frfr—軸頻5、轉(zhuǎn)子松動(dòng)：

nfrn=2,3四、診斷壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等1、診斷發(fā)動(dòng)機(jī)供油角測(cè)試原理：振動(dòng)傳感器放在某缸缸蓋；光電傳感器放置在各缸基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)準(zhǔn)飛輪貼在該缸上止點(diǎn)處的反光片，同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

振動(dòng)波形前沿與轉(zhuǎn)速脈沖前沿之間形成的角度，即為供油提前角?？膳袛喙┯吞崆?、落后的情況。壓縮機(jī)測(cè)點(diǎn)布置圖2、診斷發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃、熄火或壓縮機(jī)閥門磨損

根據(jù)燃燒產(chǎn)生沖擊振動(dòng)、閥門落座時(shí)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)的大小。發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃、壓縮機(jī)閥門磨損發(fā)動(dòng)機(jī)熄火五、對(duì)齒輪箱的診斷齒輪箱最大特點(diǎn)是，頻率成份fm、fr是以調(diào)幅、調(diào)頻的形式存在于頻譜中的，因此診斷的關(guān)鍵是解調(diào)分析。

1）線性相加：

cos(fm·t)+cos(fr·t)

2）調(diào)幅：

fm—載波fr—調(diào)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）調(diào)頻：

A1·sin(fm·t+A2·sin(fr·t))fm—載波fr—調(diào)頻波

齒輪箱故障特征：嚙合頻率fm=fr·z，為載波軸頻：fr，為調(diào)制波振動(dòng)頻域圖六、對(duì)輸油管線泄漏的診斷

1負(fù)壓波法診斷原理2診斷系統(tǒng)組成

壓力傳感器+采集系統(tǒng)+同步系統(tǒng)+通迅系統(tǒng)+工作站3診斷系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）采用先進(jìn)的雙扭環(huán)采集技術(shù)，確保采集頻率可達(dá)到10K，這樣采集分辯率可達(dá)1萬點(diǎn)/秒，每米波長(zhǎng)能以33點(diǎn)進(jìn)行描述，可對(duì)微小泄漏信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。

2）采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)特有噪聲模式進(jìn)行記憶，并建立管線全局噪聲點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，對(duì)可能出現(xiàn)的泵、閥起動(dòng)噪聲進(jìn)行智能判別。管線泄漏診斷系統(tǒng)捕捉到的泄漏波形振動(dòng)診斷法

通過振動(dòng)傳感器測(cè)試機(jī)體振動(dòng)，對(duì)幅值、頻譜進(jìn)行分析，對(duì)各種故障進(jìn)行診斷。振動(dòng)時(shí)域波形噪聲診斷法

振動(dòng)在空氣中傳播形成噪聲。適于診斷遠(yuǎn)距離（車輛）、不易接近（渦輪增壓器）的設(shè)備。

聲壓：聲的應(yīng)力值（分貝dB），n=20log10x

極輕聲：0-10（安靜的環(huán)境）輕聲：20-30（圖書館）適中聲：40-50（較靜辦公室）高聲：60-70（大商場(chǎng)）甚高聲：80-90（繁忙的大街）震耳欲聾：100-120

聲強(qiáng)：聲的單位能量值。無損檢測(cè)法

頻率<20HZ為次聲波；

頻率>20000HZ為超聲波1、超聲診斷用于探傷，雙探頭，發(fā)射、接收聲波，根據(jù)反射波形的形狀、時(shí)差決定零部件缺陷、位置。2、聲發(fā)射接收聲波，聲發(fā)射：金屬內(nèi)部晶格發(fā)生變形時(shí)產(chǎn)生的聲音，用于診斷動(dòng)（高速）、靜（壓力容器）設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。石油大學(xué)擁有當(dāng)今最先進(jìn)的美國(guó)PAC公司4通道聲發(fā)射診斷系統(tǒng)，取得了對(duì)多種設(shè)備磨損、管線泄漏的診斷成果。溫度檢測(cè)法

1.接觸法

AD590:(–50，150）；PT100:（–50,300)；熱電偶:(-50,1200)度

2.非接觸法紅外法測(cè)溫儀：點(diǎn)溫儀、紅外熱像溫儀應(yīng)力、應(yīng)變法

通過應(yīng)變片測(cè)試設(shè)備應(yīng)力、應(yīng)變水平，對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)度。其它方法

1.壓力法：潤(rùn)滑油、進(jìn)排氣（水）壓力。

2.電流法：電機(jī)診斷，變頻測(cè)轉(zhuǎn)子、定子故障。

3.轉(zhuǎn)速法：無負(fù)載測(cè)功、動(dòng)平衡校正。

第四章石油設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷設(shè)備遠(yuǎn)程診斷技術(shù)主要特點(diǎn)

(1)

采用多種網(wǎng)絡(luò)方式形成一個(gè)完整的企業(yè)級(jí)診斷系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理；

(2)

有利于提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性,實(shí)現(xiàn)企業(yè)和異地專家對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行實(shí)時(shí)會(huì)診；

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