石油鉆井工程石油設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用(共44張PPT)

石油設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用石油大學(xué)（北京）第1頁，共44頁。

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)動機(jī)如T815型有8個缸，經(jīng)常有1—2個缸熄火，燃油多消耗1/8—2/4，即12%—25%，若通過診斷進(jìn)行及時調(diào)整，則可節(jié)約燃油10%。第2頁，共44頁。

3、開展視情維修，節(jié)約維修費用1臺離心泵等大修一次15萬元左右，若根據(jù)情況將維修周期延長1/10，則節(jié)維1.5萬元，10臺泵則節(jié)約了15萬元。開展設(shè)備故障診斷工作，平均可節(jié)約維修費用25%。

4、科學(xué)化管理的要求總公司下文評選設(shè)備使用先進(jìn)單位時，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，需要依托故障診斷技術(shù)對設(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。第3頁，共44頁。

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)國內(nèi)第一*2項國家自然科學(xué)基金；*3項北京市自然科學(xué)基金；*1項教育部霍英東基金；*3項石油天然氣總公司創(chuàng)新基金；*5項總公司的重點項目2、從事診斷研究的人數(shù)國內(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4頁，共44頁。第二章、設(shè)備主要診斷方法1、振動診斷法：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、無損檢測法：超聲、聲發(fā)射技術(shù)5、溫度檢測法：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5頁，共44頁。第三章用振動法對石油設(shè)備的診斷一、診斷系統(tǒng)二、振動的基本診斷原理三、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)動機(jī)、天然氣發(fā)動機(jī)五、對齒輪箱的診斷六、對輸油管線的泄漏診斷第6頁，共44頁。一、石油大學(xué)的EDES型故障診斷系統(tǒng)

16通道，可測振動、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。第7頁，共44頁。1硬件系統(tǒng)組成第8頁，共44頁。2硬件系統(tǒng)的特點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，形式靈活，使計算機(jī)與診斷儀主機(jī)能夠獨立使用，保證軟件系統(tǒng)能夠長久升級；3）數(shù)據(jù)采集量大，數(shù)據(jù)直接進(jìn)入筆記本型計算機(jī)，無須二次數(shù)據(jù)傳遞，操作簡便；4）模塊化設(shè)計，前端、主控、通訊電路自成體系，可靠性高；同時便于維護(hù)，能夠使硬件系統(tǒng)永久升級；5）自帶電池，防塵、防潮設(shè)計，便于野外操作；第9頁，共44頁。3、軟件系統(tǒng)組成第10頁，共44頁。第11頁，共44頁。4軟件系統(tǒng)的特點1）診斷庫技術(shù):

設(shè)備層、故障層、故障特征層、參數(shù)層2）自動建庫技術(shù):自動建立注水泵、外輸泵、發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)、螺桿泵等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集庫及故障診斷庫。3）自動分析技術(shù):自動調(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):診斷庫與標(biāo)準(zhǔn)庫進(jìn)行自動對比，給出診斷結(jié)論。5）報表自動輸出:給出簡易、精密報告。6）診斷標(biāo)準(zhǔn)自建:自適應(yīng)尋優(yōu)。第12頁，共44頁。二、振動的基本診斷原理

1振動波形的表達(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)第13頁，共44頁。3振動的分類復(fù)雜周期振動準(zhǔn)周期振動

隨機(jī)振動第14頁，共44頁。4振動診斷機(jī)理

當(dāng)零部件間隙（如磨損）、質(zhì)量分布（如不平衡）、配合（如不對中、供油提前角）發(fā)生改變時，會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)為振動的增大（或減?。?。5振動診斷指標(biāo)的領(lǐng)域

按橫坐標(biāo)的量綱，分為以下幾個域：1）時域指標(biāo)2）頻域指標(biāo)3）倒頻域指標(biāo)4）幅值域指標(biāo)5）時延域6)相位域第15頁，共44頁。6、振動的時域診斷法1）峰值：靈敏性好(點)2）峰峰值:3）絕對均值:4）有效值:穩(wěn)定性好(面)第16頁，共44頁。5）方差值：時域診斷法的特點

1）簡單、方便2）當(dāng)振源較為復(fù)雜時，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/絕對均值，診斷軸承的故障第17頁，共44頁。7振動的頻域診斷法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

各個部件在運轉(zhuǎn)時，都以一定的特征頻率進(jìn)行振動，特征頻率所對應(yīng)的幅值即代表了該部件的振動大小。通過特征頻率，可將各個部件的振動分開，實現(xiàn)定位診斷。第18頁，共44頁。頻域定位診斷原理圖第19頁，共44頁。5frfr—軸頻開展設(shè)備故障診斷工作，平均可節(jié)約維修費用25%。第四章石油設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷極輕聲：0-10（安靜的環(huán)境）輕聲：20-30（圖書館）按橫坐標(biāo)的量綱，分為以下幾個域：壓力法：潤滑油、進(jìn)排氣（水）壓力。設(shè)備遠(yuǎn)程診斷技術(shù)主要特點AD590:(–50，150）；石油設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用復(fù)雜周期振動準(zhǔn)周期振動1負(fù)壓波法診斷原理復(fù)雜周期振動準(zhǔn)周期振動三、診斷離心泵、往復(fù)泵的軸承、軸等部件三、診斷注水泵、往復(fù)泵的軸承、軸等部件離心泵振動測點布置圖第20頁，共44頁。往復(fù)泵振動測點布置圖第21頁，共44頁。內(nèi)圈：外圈：滾珠：fa—軸的旋轉(zhuǎn)頻率；d—滾動體直徑；D—軸承的節(jié)徑；—接觸角1診斷滾動軸承第22頁，共44頁。2、滑動軸承

油膜渦動：0.5frfr—軸頻氣隙間振：0.8fr磨損嚴(yán)重：0.2fr—0.9fr3、軸不平衡:

frfr—軸頻4、軸不對中：

2frfr—軸頻5、轉(zhuǎn)子松動：

nfrn=2,3第23頁，共44頁。四、診斷壓縮機(jī)、發(fā)動機(jī)等1、診斷發(fā)動機(jī)供油角測試原理：振動傳感器放在某缸缸蓋；光電傳感器放置在各缸基準(zhǔn)點，對準(zhǔn)飛輪貼在該缸上止點處的反光片，同時進(jìn)行測量。第24頁，共44頁。

振動波形前沿與轉(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。第25頁，共44頁。壓縮機(jī)測點布置圖第26頁，共44頁。2、診斷發(fā)動機(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、閥門落座時產(chǎn)生沖擊振動的大小。發(fā)動機(jī)爆燃、壓縮機(jī)閥門磨損第27頁，共44頁。發(fā)動機(jī)熄火第28頁，共44頁。五、對齒輪箱的診斷齒輪箱最大特點是，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)頻波第29頁，共44頁。

齒輪箱故障特征：嚙合頻率fm=fr·z，為載波軸頻：fr，為調(diào)制波第30頁，共44頁。3）倒頻域指標(biāo)4）幅值域指標(biāo)*5項總公司的重點項目5frfr—軸頻5）報表自動輸出:給出簡易、精密報告。石油大學(xué)的近5年的故障診斷研究基礎(chǔ)AD590:(–50，150）；7、其它方法：壓力法、電流法、轉(zhuǎn)速法等二、振動的基本診斷原理第四章石油設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷第三章用振動法對石油設(shè)備的診斷復(fù)雜周期振動準(zhǔn)周期振動主機(jī)能夠獨立使用，保證軟件系統(tǒng)能夠長久升級；開展設(shè)備故障診斷工作，平均可節(jié)約維修費用25%。極輕聲：0-10（安靜的環(huán)境）輕聲：20-30（圖書館）3）絕對均值:振動頻域圖第31頁，共44頁。六、對輸油管線泄漏的診斷

1負(fù)壓波法診斷原理第32頁，共44頁。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)+工作站第33頁，共44頁。3診斷系統(tǒng)的特點

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/秒，每米波長能以33點進(jìn)行描述，可對微小泄漏信號進(jìn)行識別。2）采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對特有噪聲模式進(jìn)行記憶，并建立管線全局噪聲點結(jié)構(gòu)圖，對可能出現(xiàn)的泵、閥起動噪聲進(jìn)行智能判別。第34頁，共44頁。管線泄漏診斷系統(tǒng)第35頁，共44頁。捕捉到的泄漏波形第36頁，共44頁。振動診斷法

通過振動傳感器測試機(jī)體振動，對幅值、頻譜進(jìn)行分析，對各種故障進(jìn)行診斷。第37頁，共44頁。振動時域波形第38頁，共44頁。噪聲診斷法

振動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）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。第39頁，共44頁。無損檢測法

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)生變形時產(chǎn)生的聲音，用于診斷動（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PAC公司4通道聲發(fā)射診斷系統(tǒng)，取得了對多種設(shè)備磨損、管線泄漏的診斷成果。第40頁，共44頁。溫度檢測法

1.接觸法AD590:(–50，150）；PT100:（–50,300)；熱電偶:(-50,1200)度2.非接觸法紅外法測溫儀：點溫儀、紅外熱像溫儀應(yīng)力、應(yīng)變法

通過應(yīng)變片測試設(shè)備應(yīng)力、應(yīng)變水平，對強(qiáng)度進(jìn)行評度。其它方法

1.壓力法：潤滑油、進(jìn)排氣（水）壓力。2.電流法：電機(jī)診斷，變頻測轉(zhuǎn)子、定子故障。3.轉(zhuǎn)速法：無負(fù)載測功、動平衡校正。第41頁，共44頁。

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

(1)

采用多種網(wǎng)絡(luò)方式形成一個完整的企業(yè)級診斷系統(tǒng),實現(xiàn)對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控和管理；

(2)有利于提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性,實現(xiàn)企業(yè)和異地專家對設(shè)備故障進(jìn)行實時會診