三缸往复泵阀的故障多参数联合诊断方法的研究

５ ６
中 国设备工 Ｊ ００ ０ 月 程 ２ １￣ １
状 态 监测 与诊 断技术
技＿ 。 术
版
本 文研究 的对象是 大庆 油 田用 于注聚合 物 的３ Ｊ ． Ｄ 一２５ ／
／
（ Ｌｏ ／ 】
＼ ＼＼ ＼＼
Ｉ。 ｕ
，
ｌ 型往复泵 ，所用 测振仪 器为Ｉ ｔｃ－ Ｄ Ｋ 数据 采集 系统 ６ Ｏ ｅｈ Ｂ ４
应的能量 为Ｅ ｊｏ … ，７ ，则有 （＝ ，１ ）
：
在 往复泵 泵阀 的振 动信 号中 ，存 在大 量的连续分 布 的 频率成分 ，根据 以前的研究 资料可知 故障信 号的频 率一般
峰值指标 ｃ＝ ｆＡ ｍ 脉 冲指标， ｆ ＝
１ ０ ／
（） １
三层从低频 到高频８ 个频率成 份的信号特征 ，其 分解 结构 如
图１ 示。 所
（） ２
图１ 中， （ ）表示第ｉ 的身 个结点 ，其 ｑｉｏ ，２ ， 层 ￣ ，１ ， ＝ ３ ＝ ，１ ； ０ ，…，７ ，每个结点都代表一定的信号特征。其 中
版
文章编 号 ：１７ — ７ （０ ０ １０ ５ — ３ ６ １０ １ ２ １）０ — ０ ６ ０ ｌ
状 态监测 与诊 断技 术
． 一 ；
《 ÷
聋 ＃目
三缸往复泵 阀的故 障多参数 联 合诊 断方 法 的研 究 冰
王 长 忠 ，董 海 生
（ 大庆 职 业 学 院机 电工 程 系 ，黑 龙 江 大 庆 １３ ５ ） ６ ２４
裕度指标Ｃ ｆ Ｌ争 ＝
（ ３ ）
（，０ ０ ）结点代表原始 信号Ｓ （，０ ， １ ）结点代表小 波包分解 的第一层 低频 系数Ｘ （，１ １ ）结点代表小波包 分解第一层
基金 项 目 ：黑 龙江 省 教 育 厅 科研 项 目 （ １１０ １ Ｉ５ ５０ ）
的高频 系数
其他依此类推 。
一
、
故 障 特 征 的提 取
１利用幅值域分析提取故 障特征 ．
由往 复 泵 的 工 作 原 理 可 知 ，在 工 作 过 程 中泵 阀 关 闭 时 会 对 阀 座 产 生 冲击 ，而 在 发 生 故 障 时 ，会 对 阀座 产 生 更 大
２ 利用小波包分析提取故障特征 ． 小 波包 分析通过 对分解信 号在不 同尺度上 的分解 与重
构 ，能得到原信 号在不 同频段 上分布 的详 细信息 ，以及 信
号发生突变 的时 间点 。对信号进 行小波包 分解 的层数视具 体信 号和对特征参数 的要求决定 ，并可采用小 波包分解信
号 的 均 方 根 值 表 示 所 在频 带 的信 号 能 量 大 小 。 小 波 包 分 解
的瞬态冲击响应 ，所 以幅值域参数 的数值会增大。 因为有量纲 的幅值域诊 断参数随 载荷和往复泵转 速的
摘
要 ：针对往复泵运行 的实 际状况 ，分析提取 了幅值域 的四个参数 ，以及 小波包分解重构后能量的分
布特征 ，联合后构造了故 障特征向量 ，可 以明显提高故障诊断的准确率。 关键词 ：往复泵 ；泵阀 ；故障诊断
中图 分 类号 ：Ｔ ７ Ｈ１２ 文 献标 识 码 ：Ｂ
三缸 往复 泵是石 油矿场 中广 泛应用 的一种 关键 设备 ，
合于识别此类故 障的有 峰值指标 、脉 冲指标 、裕度指标 和
峭 度指 标 。 若 采 集 的振 动 信 号 为 一 组 离 散 数 据 其 幅值 域诊 断参 数 可 表示 为 … ， ，则
利用小波包分析提取故障特征信息 的方法如下 。 （）首先对采样信号进行三层小波包分解 ，分别提取第 １
式中 卢 —峭 对 散 号， ＝１ 。 ： — 度， 离 信 Ｊ ∑ ， Ｂ
』Ｖ ｉ ＝ ｌ
利用 以上 四式 ，分别求 得各 种泵 阀状态 下峰值 指标 、 脉 冲指标 、裕度指标 和峭度指标 ，这 几个幅值域参 数对 冲
击 类 信 号有 较 好 的 识别 能力 。
出多参数联合诊断的方法 。
阀 的振 动 信 号 。
／
／＼
／ ＼
／ ＼
图 １ 小波包分解树 （ 层） 三
（）对小波包 分解 系数 重构 ，提取各频 带范 围的信号 。 ２
以ｓ 表示 的重构信 号 ，５ 表示 的重构 信号 ，其他依 此 类推。则重构后总信号Ｓ 可以表示为
Ｓ Ｓ１ ＳｌＳ２Ｊ３５４Ｓ５Ｓ６Ｓ７ ＝＝ ３ ３ ｓ＋３ ３ ３ ３ ０ ＋ ＋３ ＋ ＋ ＋ ＋ （） ５
一
峭度指 ＝Ａ 标 告
wk.baidu.comｎｍ
（ ４ ）
Ⅳ
旦发生故障 ，会严重影 响整个工艺 。由于工况 比较恶 劣 ， 泵阀非 常容易发生故障 ，是 往复泵 的薄 弱环节 ，对 泵阀进
行状 态监 测与故障诊断具有 重要意义 。笔者针对各种 诊断
方 法 的优 点 与 不 足 ，确 定 了故 障 特 征 向量 的 构 造 规 则 ，提
（ 展为六通 道） 扩 ，采 用 六 个 Ｋ Ｓ Ｌ Ｒ ７ ４ ５ 型 压 电加 速 度 ＩＴ Ｅ ８０ Ｂ ０
／ ＼、
／
／ 一＼
／
传感 器 ，其测 点布置如 图２ 所示 ，其 中测点 １ 、３ 、２ 同时采 集三个排 出阀的振 动信号 ，测点４ 、６ 、５ ｍ于 同时采集 吸人
提取 的 ８ 频 率 成 分 Ｓ （ ０ ， … ，７ 个 Ｊ ，１ ＿ ＝ ）所 代 表 的 频 率
范 围是 将原 始信 号平均 分 为８ ，每一 频带 依 次 占八 分 之 份
— —
０
图 ２ 测 点 布置 图
（ ３ ）求各频带信号 的总能量 。设Ｓ ｊ ｏ ，…，７ （＝ ，１ ）对
变 化 会 产 生较 大 的 变 化 ，所 以 在 实 际 中很 难 应 用 。这 时 可 以使 用 无 量 纲 的 幅 值 域 参 数 来 提 取 幅 值 域 的 故 障 特 征 ，适
的实质 是对被检信号 的多带通滤波 ，正常运行状 态与故 障
状 态 下 设 备 输 出 信 号 的各 频 带 成 分 是 不 同 的 ，可 以 根 据 这 些 频 率分 量 的变 化 确定 故 障 是 否 发生 直 至 找 出 故 障原 因。