轴流泵的振动监测与故障诊断
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作者: 李颖
【摘要】随着国家经济和工业的发展，工业机械设备运行的安全显得越来越重要，机械设备安全监测更加的重要。轴流泵是油田生产过程中应用过程中最重要的设备，被广泛应用，轴流泵运行状态的好坏将直接影响到原油生产的产量和稳定性。对轴流泵进行状态实时监测，可以及时预测轴流泵运行状态，并及时发现轴流泵存在的故障，对故障种类和原因进行分析，并及时维修，防止设备损坏严重带来经济损失，造成油田生产事故。
【关键词】轴流泵；检测；故障诊断
影响轴流泵运行稳定的因素包括流体压力脉动和机械结构振动。为了研究轴流泵的机械结构振动和流体压力脉动的特性，需要对轴流泵各种不同的运行状况下流体压力脉动和机械振动的加速度进行检测，分析检测出的幅值信号和频域信号，研究不同位置上的流体压力脉动特性和机械结构振动特性来对轴流泵进行故障监测。
轴流泵机组振动是机械结构振动和流体压力脉动共同作用的结果，采取识别机组振动的源，得到相应信号，利用函数进行计算分析，通过分析，主要激励源是机械结构振动，次要源是流体压力脉动。
1、状态检测原理
轴流泵机组在线监测和故障诊断系统可采集轴流泵的设备运行信息，将监测到的信息发送到监控中心，这样就实现了同意管理注水系统中的各种信息，从而避免了单机系统监测中每一个设备的运行信息都互相独立的缺点。此系统的最高级是监控中心，是整个系统的核心，监控中心可以直接监控并处理每个设备的运行，还可以对监控得到的所有数据进行统计、分析和管理。
2、监测信号的原理
包含设备运行状态信息的信号主要有流量信号、振动信号、温度信号和进出水信号等。包含着大量轴流泵机组的运行状态信息和各机械零部件的运行状态信息。对这些信号在运行情况下进行实时在线监测和信息诊断，不但可及时发现轴流泵系统的运行状态，发现问题，还可以调整系统的运行参数，对发现的故障进行及时的处理。所以，分析和处理监测信号是对轴流泵监测和故障诊断的重要组部分。目前，很多人对轴流泵机组系统进行振动测试，分析影响轴流泵的水力因素和机械机械等原因，但对引起机组振动的具体因素还不能准确的判断。
3、测试分析振动信号
测试轴流泵的振动信号是在其稳定运行状态下进行的，测试轴流泵的电机、轴承和机脚的振动加速度，振动平价点是轴流泵的机脚，激励源是轴流泵轴承和电机。
引起流体压力脉动的主要因素是动静干扰，叶轮和导叶间流动干扰为动静干扰。引发流体压力脉动的动静干扰可以使轴流泵内部湍流。一些专家深入探究了动静干扰的机理，他们认为引起动静干扰主要是尾流和势流，在静止导叶和旋转叶轮间相对运动，叶轮部分产生尾流，尾流进入导叶后，将会产生冲击和对流，所以尾流比势流更加复杂。研究人员采用湍流模型方程，在轴流泵的叶轮导叶之间，建立一个网格滑移交界面，计算出叶轮与导叶间的动静干扰，整理和分析监测的压力脉动信号，发现了叶轮与导叶的振动信号包含于脉动信号。
4、故障诊断原理
故障树分析法是由果到因的逆向分析方法，它以故障模式的影响和对后果进行分析，从整体到局部树枝状的细化和分析整个系统的故障形成原因。故障树诊断方法是对故障事件在一定条件下进行可靠推理的诊断方法。对树枝图形进行清晰观察，对各种系统故障的联系进行分析，从而得到系统与各零件的故障之间存在的联系，进行深入的分析。通过分析系统的较薄弱的环节，对系统进行优化，实现监测和诊断轴流泵系统的故障，这种诊断方法安全、可靠，可以显著的对轴流泵设备进行故障预测和数据分析。故障树分析法的诊断技术不仅可以应用在轴流泵系统故障的检测与分析，在实际中系统的故障诊断也有很广泛的应用，这种诊断分析方法是即简单又可靠有效。
建立故障树前需要深刻了解将要进行故障分析的系统，对系统的设备技术资料、技术文件和系统运行流程进行大量的收集，并对收集的信息进行深入的研究和分析整理。对故障定义进行明确，不能模棱两可，模糊不清。对选好的顶端事件进行分解，就可以找到发生的次级事件。确定故障诊断系统的初始条件、顶端事件、假设和不许可事件。分清整个诊断系统的逻辑关系和条件，防止对事件分析模糊，产生系统逻辑关系紊乱和矛盾的出现。
5、总结
对于轴流泵系统，已往建设的项目中大多没有设置系统状态监测和故障诊断系统。虽然现在有一些新建系统设置了监测系统，但这种监测系统一般只能监测一些常规问题，并不能对整个轴流泵机组状态进行系统的监测与故障诊断分析。有些油田虽然在国外买进了维修预测系统，可以定期监测和分析机组数据，但是这种系统对轴流泵系统的针对性不强，通常需要专业的维修人员来进行人工监测和分析，这样不能实现完全自动化，需要更大的投入人力物力等进行人工测试，不能从根本上改变轴流泵机组的故障诊断方式。而轴流泵的振动监测技术是对整个系统进行宏观监测，对机组运行状况进行宏观控制，并且能对监测得到的数据进行自动化的统计、高效分析和直接管理，使监测覆盖整个机组，能够快速准确的找到出现故障部位，从而进行及时有效的诊断。
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