石油钻井工程-石油设备故障诊断技术与应用(PPT 44页)

5、未雨筹缪，为将来节约开支打基础 未雨筹缪，
资金紧张时，需要依托故障诊断技术对设备进行精细管 理，在冶金、煤炭等行业目前已成为主要设备管理工作。
石油大学的近 5 年的故障诊断研究基础
1、获得各类诊断类基金数国内第一 * 2 项国家自然科学基金； * 3 项北京市自然科学基金； * 1 项教育部霍英东基金； * 3 项石油天然气总公司创新基金； * 5 项总公司的重点项目 2、从事诊断研究的人数国内第一 教授5名，副教授6名，博士生8名，硕士生49名。拥有国内外诊断设 备300余万元；并自主开发了大型旋转、往复设备、管线泄漏的诊断系统。 3、成果应用数国内第一 自行开发的诊断系统在大庆、辽河、胜利、新疆、塔里木、华北、 天津大港、江苏、南海等各油田都进行了使用。
管线泄漏诊断系统
捕捉到的泄漏波形
振动诊断法
通过振动传感器测试机体振动，对幅值、频谱进行分析，对 幅值、频谱 幅值 各种故障进行诊断。
振动时域波形
噪声诊断法
振动在空气中传播形成噪声。适于诊断远距离（车 辆）、不易接近（涡轮增压器）的设备。 声压：声的应力值（分贝dB）， 声压：声的应力值（分贝dB）， n=20log10 x 极轻声：0 10（安静的环境） 极轻声：0-10（安静的环境） 适中声：40-50（较静办公室） 适中声：40-50（较静办公室） 甚高声：80-90（繁忙的大街） 甚高声：80-90（繁忙的大街） 声强：声的单位能量值。 声强：声的单位能量值。 轻声：20轻声：20-30 （图书馆） 高声：60-70（大商场） 高声：60-70（大商场） 震耳欲聋：100震耳欲聋：100-120
3 振动的分类
振动 正弦周期振动 周期振动 复杂周期振动 确定性振动 准周期振动 非周期振动 瞬态振动 非确定性振动 ( 随机振动 )
复杂周期振动 随机振动
准周期振动
4 振动诊断机理
当零部件间隙（如磨损）、质量分布（如不平衡）、配 合（如不对中、供油提前角）发生改变时，会使部件间的接 触冲击发生变化，或产生附加的冲击，传递到机体表面，则 表现为振动的增大（或减小）。
2、滑动轴承
油膜涡动：0.5 fr 气隙间振：0.8 fr 磨损严重：0.2 fr—0.9fr
fa
fr—轴频
3、轴不平衡: 4、轴不对中： 5、转子松动：
fr 2fr nfr
fr—轴频 — fr—轴频 n=2,3
四、诊断压缩机、发动机等 诊断压缩机、
1、诊断发动机供油角 测试原理：振动传感 器放在某缸缸盖；光电传 感器放置在各缸基准点， 对准飞轮贴在该缸上止点 处的反光片，同时进行测 量。
第二章、设备主要诊断方法
1、振动诊断法：是主要使用的方法 振动诊断法： 2、噪声诊断法：声压、声强法 3、油液分析法：铁谱、光谱法 油液分析法：铁谱、 4、无损检测法：超声、声发射技术 5、温度检测法：接触法、红外法 6、应力、应变法 7、其它方法： 压力法、电流法、转速法等
第三章 用振动法对石油设备的诊断
第四章
•
石油设备的远程诊断
设备远程诊断技术主要特点
(1) 采用多种网络方式形成一个完整的企业级诊断
系统 ,实现对远程设备进行实时监控和管理；
(2) 有利于提高诊断的准确性和可靠性,实现企业
和异地专家对设备故障进行实时会诊 ；
(3) 能够形成统一的数据库 ,实现大范围内的诊断
知识与诊断数据的共享 ；
一、诊断系统 二、振动的基本诊断原理 三、诊断离心泵、往复泵的轴承、轴等部件 三、诊断离心泵、往复泵的轴承、轴等部件 四、诊断压缩机、发动机、天然气发动机 四、诊断压缩机、发动机、天然气发动机 五、对齿轮箱的诊断 六、对输油管线的泄漏诊断
一、石油大学的EDES型故障诊断系统 石油大学的EDES EDES型故障诊断系统
16 通道，可 测振动、温度、压 力、转速；
主频330KHz， 主频330KHz， 12bit 高精度分析；
软件系统智能 化分析。
1 硬件系统组成
2 硬件系统的特点
1）12位高精度AD卡，主频高达330K，16通道，分析精度高。 2）外挂式设计，形式灵活，使计算机与诊断仪 主机能够独立使用，保证软件系统能够长久升级； 3）数据采集量大，数据直接进入笔记本型计算机， 无须二次数据传递，操作简便； 4）模块化设计，前端、主控、通讯电路自成体系， 可靠性高；同时便于维护，能够使硬件系统永久升级； 5）自带电池，防尘、防潮设计，便于野外操作；
离心泵振动测点布置图
往复泵振动测点布置图
1 诊断滚动轴承
内圈： 外圈：
fa
fi
1 d = f a (1 + cos α ) Z 2 D
fo =
1 d f a (1 − cos α ) Z 2 D
滚珠：
d 2 D 2 f b = f a (1 − ( ) cos α ) D d
fa—轴的旋转频率； d— 滚动体直径； D— 轴承的节径； α—接触角
2 诊断系统组成
压力传感器+采集系统+同步系统+通迅系统+ 压力传感器+采集系统+同步系统+通迅系统+工作站
3 诊断系统的特点
1）采用先进的双扭环采集技术，确保采集频率可达到 10K，这样采集分辩率可达1万点/秒，每米波长能以33点进 行描述，可对微小泄漏信号进行识别。 2）采用神经网络方法对特有噪声模式进行记忆，并建 立管线全局噪声点结构图，对可能出现的泵、阀起动噪声 进行智能判别。
诊断结论。
给出
5）报表自动输出:给出简易、精密报告。 6）诊断标准自建:自适应寻优。
二、振动的基本诊断原理
1 振动波形的表达
x(t)=A*sin(2πft+φ) A-振幅，大小 f-频率，快慢
2 振动的位移、速度、加速度指标
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)
(4) 具有良好的可扩展性 , 可以灵活地根据企业
规模进行扩展。
远程专家 会诊
技术人员 数据库
企业内技术 资源共享
电子邮件
Internet
防火墙及 网站缓存
Internet 与故障网站 故障诊断 WEB 服务器
故障诊断库 服务器
网络采集卡 振动传感器 网络采集卡 温度压力流量
设备
现场数据采集 与实时检测
x=
x rms =
∑|
0
T
x ( t ) | dt
∫
T 0
1 T
x
2
( t ) dt
稳定性好(面)
5）方差值：
σ
2 x
1 = T
T
∫
0
( x ( t ) − x ) dt
2
6）脉冲值: 峰值/绝对均值，诊断轴承的故障
时域诊断法的特点
1）简单、方便 2）当振源较为复杂时，只能定性诊断，即指出 设备有无异常；无法指出具体的故障部位。
温度检测法
1. 接触法 AD590:(–50，150）；PT100:（ 50,300)； 热电偶:(-50,1200)度 AD590:(–50，150）；PT100:（–50,300)； 热电偶:(-50,1200)度 2 .非接触法 .非接触法 红外法测温仪：点温仪、红外热像温仪
应力、应变法 应力、
齿轮箱故障特征：啮合频率fm=fr·z，为载波 轴频：fr，为调制波
振动频域图
六、对输油管线泄漏的诊断
1 负压波法诊断原理
S Leak Location
S1
T1
S2
T2
负压波检测法(negative pressure wave method) 负压波检测法 当管道发生泄漏时， 会产生负压波向两个站点 传播。 如果在两个站点安装压力传感器捕捉到两个 负压波信号， 则根据其波形大小及到达两个站点的 时间差，就可确定出泄漏的程度及位置。
无损检测法
频率< 频率< 20HZ 1、超声诊断 用于探伤，双探头，发射、接收声波，根据反射波形 的形状、时差决定零部件缺陷、位置。 2、声发射 接收声波，声发射：金属内部晶格发生变形时产生的 声音，用于诊断动（高速）、静（压力容器）设备的结 构强度。石油大学拥有当今最先进的美国PAC公司4 构强度。石油大学拥有当今最先进的美国PAC公司4通道 声发射诊断系统，取得了对多种设备磨损、管线泄漏的 诊断成果。 为次声波； 频率>20000HZ 频率>20000HZ 为超声波
石油设备故障诊断技 术与应用
石油大学（北京） 石油大学（北京）
第一章 开展设备故障诊断的重要意 义
1、避免恶性事故的发生，保证安全生产 避免恶性事故的发生，
大型往复压缩机、发动机等设备若发生烧瓦、拉缸、 阀门损坏等重大事故，损失将在数十万元以上。
2、降低能耗
大型发动机如T815型有8个缸，经常有1 大型发动机如T815型有8个缸，经常有1—2个缸熄火， 燃油多消耗1/8—2/4，即12%—25%，若通过诊断进行及时 燃油多消耗1/8—2/4，即12%—25%，若通过诊断进行及时 调整，则可节约燃油10%。 调整，则可节约燃油10%。
7 振动的频域诊断法
1）特征频率： 频谱图横坐标 f，Hz 2）特征频率幅值: 频谱图纵坐标 A, m/s2
频域诊断法特点
各个部件在运转时，都以一定的特征频率进行振动，特征 频率所对应的幅值即代表了该部件的振动大小。通过特征频率 ，可将各个部件的振动分开，实现定位诊断。
频定位诊断原理图
三、诊断注水泵、往复泵的轴承、轴等 诊断注水泵、往复泵的轴承、 部件
3、软件系统组成
4 软件系统的特点 1）诊断库技术: