CN112696345A - 一种油田注水泵机组故障在线诊断***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断***及方法，包括数据处理单元和安装在注水泵机组上的数据采集单元，数据采集单元和数据处理单元电信号连接，数据处理单元电通讯连接有站控计算机；数据处理单元用于对数据采集单元发送的数据进行处理分析，站控计算机内存储有注水泵机组故障知识库，注水泵机组故障知识库包括各类故障频谱特征值、温度、压力及转速特征参数，站控计算机用于对数据处理单元处理及频谱分析后得到的特征参数与注水泵机组故障知识库中的特征参数进行比对，以判断故障原因。本发明能够对注水泵机组进行实时在线状态监测和故障诊断，准确判断故障的类型、部位和劣化程度，保障注水泵机组安全运行，节省大量人力、物力。
Description
技术领域
本发明属于石油行业油田生产及数字化技术领域，具体涉及一种油田注水泵机组故障在线诊断***及方法。
背景技术
油田注水是保持油层压力、降低原油递减率、提高采收率的主要措施，注水泵机组是油田生产的关键，其运行状态是设备管理的重点，一旦发生故障，常造成较为严重的经济损失和社会危害。
目前长庆油田对注水泵机组的运行状况仍采用人工常规分析诊断的方法，存在工作量大，效率低，可靠性差以及问题发现滞后等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油田注水泵机组故障在线诊断***，克服现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的目的在于提供一种油田注水泵机组故障在线诊断方法，能够降低现场人员工作强度，提升注水泵机组智能管理水平。
为此，本发明提供的技术方案如下：
一种油田注水泵机组故障在线诊断***，包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元安装在注水泵机组上，所述数据采集单元和数据处理单元电信号连接，所述数据处理单元电通讯连接有站控计算机；
所述数据处理单元用于对数据采集单元发送的数据进行处理及频谱分析，所述站控计算机内存储有注水泵机组故障知识库，所述注水泵机组故障知识库包括各类故障频谱特征值数据表、温度、压力及转速特征参数，所述站控计算机用于对数据处理单元处理及频谱分析后得到的特征参数与注水泵机组故障知识库中的特征参数进行比对，以判断故障原因。
所述注水泵机组包括驱动电机、皮带轮、注水泵和基座。
所述数据处理单元包括滤波模块、中心处理模块和数据存储模块，所述滤波模块和数据存储模块均与中心处理模块电信号连接，所述滤波模块用于对数据采集单元的数据进行滤波处理，所述中心处理模块用于频谱分析。
所述站控计算机内设有报警模块。
所述数据采集单元包括振动传感器一、转速传感器一、温度传感器一、压力传感器一、振动传感器二、温度传感器二、压力传感器二和转速传感器一；
所述振动传感器一安装在电动机轴承外壳上，所述转速传感器安装在电动机轴承上，所述温度传感器和压力传感器均安装在注水泵入口端管段上，所述振动传感器二安装在注水泵叶轮及基座上，所述温度传感器二和压力传感器二安装在注水泵出口端管段上，转速传感器二安装在注水泵轴承上。
所述数据处理单元安装在室内防爆箱内。
一种油田注水泵机组故障在线诊断方法，采用油田注水泵机组故障在线诊断***，包括以下步骤：
步骤1）数据处理单元将数据传输给数据处理单元；
步骤2）数据处理单元中的滤波模块首先对接收到的信号波进行滤波处理，再由中心处理模块对信号进行分析得到各项频谱特征参数和其他特征参数，并储存在数据存储模块中供调用；
步骤3）各项频谱特征参数通过通讯接口转换为RS485信号输出至站控计算机，站控计算机将各项频谱特征参数与故障知识库中存储的各类故障频谱特征值进行比对，初步判定故障原因；
步骤4）根据匹配的故障名称，继续匹配其他的特征参数，若匹配成功,则认为初步判定的结果正确，可得最终故障结论，并进行报警提示。若未能正确匹配，则重新根据特征参数判断故障原因。
所述各项频谱特征参数包括水泵、基座、电动机的转轴、滑动轴承的功率谱、幅值谱、倒频谱和差谱。
所述其他特征参数包括温度、压力和转速。
本发明的有益效果是：
本发明提供的这种油田注水泵机组故障在线诊断***，采用数据采集单元采集注水泵机组的温度、压力、振动、转速信号，通过数据分析单元进行处理及分析后，与站控计算机内存储的注水泵机组故障知识库的各类故障特征值进行比对，实现在线实时诊断其工作故障的***，能够降低现场人员工作强度，提升注水泵机组智能管理水平。
本发明方法通过建立故障知识库，在注水泵机组安装多个采集点，可以准确判断故障的类型、部位和劣化程度，保障注水泵机组安全运行，并节省大量人力、物力。
下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明故障在线诊断***的结构组成图；
图2是本发明的数据采集单元的数据采集点分布示意图；
图3是本发明在线诊断***知识库比对诊断流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
实施例1：
本实施例提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断***，包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元安装在注水泵机组上，所述数据采集单元和数据处理单元电信号连接，所述数据处理单元电通讯连接有站控计算机；
所述数据处理单元用于对数据采集单元发送的数据进行处理及频谱分析，所述站控计算机内存储有注水泵机组故障知识库，所述注水泵机组故障知识库包括各类故障频谱特征值数据表、温度、压力及转速特征参数，所述站控计算机用于对数据处理单元处理及频谱分析后得到的特征参数与注水泵机组故障知识库中的特征参数进行比对，以判断故障原因。
本发明能够利用注水泵机组各部位振动频谱，通过建立故障知识库，实现在线实时诊断其工作故障，能够降低现场人员工作强度，提升注水泵机组智能管理水平。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断***，所述注水泵机组包括驱动电机、皮带轮、注水泵和基座。
分别在驱动电机、皮带轮、注水泵和基座的对应部位安装传感器，实时监测各部位的运转情况，以准确判断故障的类型、部位和劣化程度，保障注水泵机组安全运行。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断***，所述数据处理单元包括滤波模块、中心处理模块和数据存储模块，所述滤波模块和数据存储模块均与中心处理模块电信号连接，所述滤波模块用于对数据采集单元的数据进行滤波处理，所述中心处理模块用于频谱分析。
如图1所示，中心处理模块为基于单片机的频谱分析模块，能够实现频谱分析计算功能。数据处理单元安装在室内防爆箱中，通过防爆软管中的信号电缆与各传感器实现信号传输。
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断***，所述站控计算机内设有报警模块。
当诊断油田注水泵机组出现故障后，通过站控计算机内的报警模块进行报警提示。
实施例5：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断***，所述数据采集单元包括振动传感器一、转速传感器一、温度传感器一、压力传感器一、振动传感器二、温度传感器二、压力传感器二和转速传感器一；
所述振动传感器一安装在电动机轴承外壳上，所述转速传感器安装在电动机轴承上，所述温度传感器和压力传感器均安装在注水泵入口端管段上，所述振动传感器二安装在注水泵叶轮及基座上，所述温度传感器二和压力传感器二安装在注水泵出口端管段上，转速传感器二安装在注水泵轴承上。
如图2所示，本发明针对注水泵机组，共设4个数据采集点位，分别为电动机非驱动端采集点1、电动机驱动端采集点2、注水泵入口端采集点3、注水泵出口端采集点4。其中，采集点1的振动传感器一安装在电动机轴承外壳上，采集电动机轴承水平方向、垂直方向、轴向的振动信号。采集点2的转速传感器安装在电动机轴承上，采集电动机转速信号。采集点3的温度传感器一、压力传感器一安装在注水泵入口端管段上，采集泵入口端温度、压力信号；振动传感器二安装在注水泵叶轮及基座上，采集注水泵的叶轮及基座的振动信号。采集点4的温度传感器二、压力传感器二安装在注水泵出口端管段上，采集泵出口端温度、压力信号；转速传感器二安装在注水泵轴承上，采集注水泵的转速信号。
图2中，振动传感器包括振动传感器一和振动传感器二；转速传感器包括转速传感器一和转速传感器二；温度传感器包括温度传感器一和温度传感器二；压力传感器包括压力传感器一和压力传感器二。
实施例6：
本实施例提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断方法，采用油田注水泵机组故障在线诊断***，包括以下步骤：
步骤1）数据处理单元将数据传输给数据处理单元；
步骤2）数据处理单元中的滤波模块首先对接收到的信号波进行滤波处理，再由中心处理模块对信号进行分析得到各项频谱特征参数和其他特征参数，并储存在数据存储模块中供调用；
步骤3）各项频谱特征参数通过通讯接口转换为RS485信号输出至站控计算机，站控计算机将各项频谱特征参数与故障知识库中存储的各类故障频谱特征值进行比对，初步判定故障原因；
步骤4）根据匹配的故障名称，继续匹配其他的特征参数，若匹配成功,则认为初步判定的结果正确，可得最终故障结论，并进行报警提示。若未能正确匹配，则重新根据特征参数判断故障原因。
站控计算机安装有注水泵机组故障知识库，知识库通过海量各油田注水泵机组故障信息历史数据，已预先将不同型号的注水泵及电动机各类故障频谱特征值以数据表形式存储在数据库中，且对每一次故障信息诊断结果进行持续存储。
本方法能够对注水泵机组进行实时在线状态监测和故障诊断，准确判断故障的类型、部位和劣化程度，保障注水泵机组安全运行，并节省大量人力、物力。
实施例7：
在实施例6的基础上，本实施例提供了一种油田注水泵机组故障在线诊断方法，所述各项频谱特征参数包括水泵、基座、电动机的转轴、滑动轴承的功率谱、幅值谱、倒频谱和差谱。
故障诊断流程如下：
（1）数据采集传输：数据采集单元中各传感器每小时采集一次温度、压力、振动、转速等信号，并通过电缆传输至数据处理单元。
（2）数据分析处理：数据处理单元中的滤波模块首先对接收到的信号波进行滤波处理，再由中心处理模块对信号进行频谱分析，求取注水泵与电动机的基座、转轴、滑动轴承等各部位的功率谱、幅值谱、倒频谱、差谱等频域指标，得到注水泵、电动机振动轴心偏移轨迹。所得结果数据存储在数据存储模块中供调用，并通过通讯接口转换为RS485信号输出至站控计算机。
（3）知识库比对诊断：图3为知识库比对诊断流程图，将求得的各项频谱特征参数，与故障知识库中存储的各类故障频谱特征值进行比对，初步判定故障原因。然后再依据匹配得到的故障名称，继续匹配与其相关联的其他的特征信息（温度、压力和转速），若匹配成功,则认为初步判定的结果正确，可得最终故障结论，并进行报警提示。若未能正确匹配，则重新根据特征参数判断故障原因。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种油田注水泵机组故障在线诊断***，其特征在于：包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元安装在注水泵机组上，所述数据采集单元和数据处理单元电信号连接，所述数据处理单元电通讯连接有站控计算机；
所述数据处理单元用于对数据采集单元发送的数据进行处理及频谱分析，所述站控计算机内存储有注水泵机组故障知识库，所述注水泵机组故障知识库包括各类故障频谱特征值数据表、温度、压力及转速特征参数，所述站控计算机用于对数据处理单元处理及频谱分析后得到的特征参数与注水泵机组故障知识库中的特征参数进行比对，以判断故障原因。
2.根据权利要求1所述的一种油田注水泵机组故障在线诊断***，其特征在于：所述注水泵机组包括驱动电机、皮带轮、注水泵和基座。
3.根据权利要求1所述的一种油田注水泵机组故障在线诊断***，其特征在于：所述数据处理单元包括滤波模块、中心处理模块和数据存储模块，所述滤波模块和数据存储模块均与中心处理模块电信号连接，所述滤波模块用于对数据采集单元的数据进行滤波处理，所述中心处理模块用于频谱分析。
4.根据权利要求1所述的一种油田注水泵机组故障在线诊断***，其特征在于：所述站控计算机内设有报警模块。
5.根据权利要求2所述的一种油田注水泵机组故障在线诊断***，其特征在于：所述数据采集单元包括振动传感器一、转速传感器一、温度传感器一、压力传感器一、振动传感器二、温度传感器二、压力传感器二和转速传感器一；
所述振动传感器一安装在电动机轴承外壳上，所述转速传感器安装在电动机轴承上，所述温度传感器和压力传感器均安装在注水泵入口端管段上，所述振动传感器二安装在注水泵叶轮及基座上，所述温度传感器二和压力传感器二安装在注水泵出口端管段上，转速传感器二安装在注水泵轴承上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种油田注水泵机组故障在线诊断***，其特征在于：所述数据处理单元安装在室内防爆箱内。
7.一种油田注水泵机组故障在线诊断方法，采用权利要求5所述的油田注水泵机组故障在线诊断***，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）数据处理单元将数据传输给数据处理单元；
步骤2）数据处理单元中的滤波模块首先对接收到的信号波进行滤波处理，再由中心处理模块对信号进行分析得到各项频谱特征参数和其他特征参数，并储存在数据存储模块中供调用；
步骤3）各项频谱特征参数通过通讯接口转换为RS485信号输出至站控计算机，站控计算机将各项频谱特征参数与故障知识库中存储的各类故障频谱特征值进行比对，初步判定故障原因；
步骤4）根据匹配的故障名称，继续匹配其他的特征参数，若匹配成功,则认为初步判定的结果正确，可得最终故障结论，并进行报警提示；若未能正确匹配，则重新根据特征参数判断故障原因。
8.根据权利要求7所述的一种油田注水泵机组故障在线诊断方法，其特征在于：所述各项频谱特征参数包括水泵、基座、电动机的转轴、滑动轴承的功率谱、幅值谱、倒频谱和差谱。
9.根据权利要求7所述的一种油田注水泵机组故障在线诊断方法，其特征在于：所述其他特征参数包括温度、压力和转速。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210423 |