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輸油泵性能監(jiān)測(cè)與故障分析

文檔作者：崔海莉趙海俊陳鵬文檔來(lái)源： 1．中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司華東管道設(shè)計(jì)研究院 2．中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月27日
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第41卷第4期
2012年7月
石油化工設(shè)備
PETR()_CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．41 No．4
July 2012
文章編號(hào)：1000—7466(2012)04—0106—03
輸油泵性能監(jiān)測(cè)與故障分析
崔海莉 ，趙?？?，陳鵬
(1．中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司華東管道設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州 221008；
2．中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司儀長(zhǎng)輸油處，湖北武漢430077)
摘要：對(duì)輸油站場(chǎng)輸油泵經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行了分析，指出性能監(jiān)測(cè)和故障分析方法不當(dāng)是其主
要因素，提出了在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)方法，并對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，在線
監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)方法具有良好的推廣應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：輸油泵；故障診斷；原因分析；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TQ 050．7；TE 964 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Oil Pum p Perform ance Detection and Fault Analysis
CUI Hai—li’，ZHAO Hai-j un ，CHEN Peng2
(1．SINOPEC Pipeline Design&amp;amp; Research Institute of East China，Xuzhou 221008，China；
2．SINOPEC PSTC，W uhan Oil Transportion Department，W uhan 430077，China)
Abstract：The failures pumps on pipeline stations were analyzed．The main factors were the in—
correct performance monitoring and failure analysis method． The on—line monitoring method and
fault diagnosis system was put forward．Practical field applications show that the method has a
good prospect application．
Key words：oil transfer pump；fault diagnosis；cause analysis；field application
輸油泵(機(jī)組)是油品長(zhǎng)輸?shù)膭?dòng)力保障之一。目
前，我國(guó)各大油田及長(zhǎng)輸管線的輸油站場(chǎng)均使用輸
油泵。在使用過(guò)程中，由于大部分輸油站場(chǎng)對(duì)這些
輸油泵的運(yùn)行狀態(tài)缺乏有效的監(jiān)控和故障診斷，普
遍存在著油泵抽空、泵軸及電機(jī)損壞、軸承和軸瓦因
過(guò)熱而燒壞等現(xiàn)象，對(duì)輸油站場(chǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)造
成了一定的影響。
在缺乏有效監(jiān)管的情況下，輸油泵在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)
行后會(huì)不可避免地出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題_l ]。由于
大部分輸油泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)距離較長(zhǎng)，若某個(gè)零件配
合不當(dāng)，常會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)或軸承發(fā)熱的現(xiàn)象。為
此，對(duì)輸油泵的平衡性能提出了很高要求。如果泵
的平衡性能不能很好地得到保證，轉(zhuǎn)子容易產(chǎn)生軸
向振動(dòng)進(jìn)而影響到軸承的壽命。
目前，對(duì)輸油泵的管理和檢驗(yàn)大多采用人工監(jiān)
測(cè)方式，但由于員工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平等方面的差異
使得這種方式不能成為一個(gè)普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)
這一問(wèn)題，提出有效解決輸油泵運(yùn)行過(guò)程中安全監(jiān)
測(cè)和故障診斷等難題的方法是非常必要的，文中介
紹一種在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)。
1 在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ]
對(duì)輸油泵在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的基本
要求是必須保證采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，不但要完成對(duì)
多路信號(hào)的采集、特征運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸，而且要同步
對(duì)多路過(guò)程量信號(hào)進(jìn)行采集與處理。因此，數(shù)據(jù)處
理的工作量特別大。
1．1 硬件系統(tǒng)
硬件系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)傳輸電纜、傳感器、控制柜
收稿日期：2O12—02-09
作者簡(jiǎn)介：崔海莉(1980一)，女，山西運(yùn)城人，工程師，學(xué)士，從事長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)的工藝設(shè)計(jì)等工作。
第4期 崔海莉，等：輸油泵性能監(jiān)測(cè)與故障分析
以及PC機(jī)等幾部分組成。
傳感器實(shí)時(shí)獲取輸油泵的轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，并將數(shù)
據(jù)轉(zhuǎn)換成4～20 mA 的輸入、輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，通過(guò)數(shù)
據(jù)傳輸電纜將信號(hào)傳輸至控制柜進(jìn)行信號(hào)處理后進(jìn)
行數(shù)據(jù)采集，采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在PC機(jī)上。
1．2 軟件系統(tǒng)[
軟件系統(tǒng)的組成部分較為復(fù)雜，主要有以下幾
個(gè)組成部分。
1．2．1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
此系統(tǒng)主要功能是采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)以及驅(qū)動(dòng)診
斷儀主機(jī)，包含智能自動(dòng)采集法和人工采集法。
人工采集法可對(duì)任意通道、采樣長(zhǎng)度、采集頻率
的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。該方法測(cè)量準(zhǔn)確、意外可能性小，
但是要求操作者具有很高的專業(yè)知識(shí)。
智能自動(dòng)采集法需要先建立一個(gè)由輸油泵需要
采集參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。在此數(shù)據(jù)庫(kù)的引導(dǎo)下，操作者
才可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輕松的采集，具有實(shí)用、簡(jiǎn)便、高
智能性的顯著特點(diǎn)。
在本系統(tǒng)中推薦實(shí)用智能自動(dòng)采集法。
1．2．2 信號(hào)分析處理系統(tǒng)
此系統(tǒng)包含了數(shù)十種信號(hào)分析處理方法，如頻
域、包絡(luò)分析、時(shí)域、相關(guān)分析、小波分析、倒頻域等。
可以對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集出來(lái)的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分
析和處理，并能根據(jù)已有的故障對(duì)比得出相應(yīng)的故
障特征。
1．2．3 故障診斷庫(kù)管理系統(tǒng)
此系統(tǒng)指存放各種故障數(shù)據(jù)特征的數(shù)據(jù)庫(kù)，這
些故障包含了輸油泵常見(jiàn)的一些問(wèn)題，比如轉(zhuǎn)子不
平衡、氣蝕、軸彎曲、不對(duì)中、軸承工作異常、松動(dòng)等。
故障診斷庫(kù)具有普通數(shù)據(jù)庫(kù)的大部分特征，可進(jìn)行
刪除、添加、修改、查詢等各項(xiàng)操作。
1．2．4 自動(dòng)分析和處理系統(tǒng)
此系統(tǒng)和信號(hào)分析處理系統(tǒng)功能上有一定的相
似。信號(hào)分析處理系統(tǒng)更傾向于原始數(shù)據(jù)的分析，
而自動(dòng)分析和處理系統(tǒng)則是對(duì)數(shù)據(jù)的再處理。例
如，該系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)處理的數(shù)據(jù)再次處理和分析，并且
能夠自動(dòng)與輸油泵機(jī)組故障庫(kù)進(jìn)行比較，進(jìn)而診斷
出可能出現(xiàn)的故障。
2 監(jiān)測(cè)所需參數(shù)及測(cè)點(diǎn)選擇
2．1 輸油泵監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)啪
離心泵屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，具有不斷旋轉(zhuǎn)、體積小、
質(zhì)量輕且易于維修的顯著特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)長(zhǎng)輸
管線的輸油站場(chǎng)均采用離心式輸油泵。
輸油泵監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)包含輸油泵性能參數(shù)和
離心泵診斷參數(shù)兩個(gè)方面。輸油泵性能參數(shù)主要包
括油溫、效率、汽蝕余量、進(jìn)出口壓力、軸功率、允許
吸上真空高度、流量及揚(yáng)程等。診斷參數(shù)包括級(jí)數(shù)、
葉片數(shù)、轉(zhuǎn)速、軸承和齒輪的參數(shù)等。
2．2 測(cè)點(diǎn)選擇 ，叼
輸油泵通過(guò)彈性聯(lián)軸器同電機(jī)連接起來(lái)，軸承
采用的是滑動(dòng)軸承，并與底座屬于一個(gè)整體。數(shù)據(jù)
采集系統(tǒng)是通過(guò)測(cè)點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)的，也就是說(shuō)測(cè)點(diǎn)是
獲取監(jiān)測(cè)信息的窗口。
選取測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)則是用盡可能少的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行盡可
能準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，以獲取盡量多的現(xiàn)場(chǎng)信息。測(cè)點(diǎn)的
選取不僅要盡量使儀器布置靠近待測(cè)位置，而且還
要綜合考慮結(jié)構(gòu)件的剛度等因素。另外，傳感器的
安裝便利以及拆卸方便也是選定測(cè)點(diǎn)位置要考慮的
重要因素。常用的測(cè)點(diǎn)有泵殼、泵軸承、電動(dòng)機(jī)軸承
等。此外，還可根據(jù)具體的需求選取更加合適的
位置。
3 系統(tǒng)工作流程及原理[1 n]
選定合適的測(cè)點(diǎn)安裝傳感器后，輸油泵在工作
狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)及其他不同的信號(hào)通過(guò)電纜傳輸
給在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)采集到原始數(shù)據(jù)
后，信號(hào)分析處理系統(tǒng)對(duì)采集到的信息進(jìn)行處理。
若設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障，采集到的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)異常，
出現(xiàn)一定的頻率特征，這些頻率特征為故障診斷提
供重要判斷依據(jù)。
由振動(dòng)信號(hào)獲得的信息：i生監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)中占有
十分重要的地位，由振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成的電信號(hào)通過(guò)數(shù)
據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化處理，分析后能得到反映設(shè)備
故障狀態(tài)的特征信息圖譜，最后通過(guò)此圖譜可以直觀
了解到設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱、振動(dòng)特點(diǎn)、振動(dòng)來(lái)源、故障原
因及故障部位，為診斷決策提供有力依據(jù)。
4 診斷分析例證
4．1 頻譜分析
頻率為49．83～ 50．OO H Z及99．6～100 Hz
的電機(jī)(轉(zhuǎn)速2 980 r／rain)之間的差別很小。要想
能夠有效、準(zhǔn)確地將二者區(qū)分開來(lái)，高分辨率的頻譜
分析就能起到關(guān)鍵性的作用。
通過(guò)高分辨率頻譜分析的應(yīng)用，可以對(duì)故障產(chǎn)
生的具體原因進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)，尤其是機(jī)械方面
故障和電氣方面故障的區(qū)分。
石油化工設(shè)備 2012年第41卷
4．2 時(shí)域波形及其疊加
時(shí)域波形是基于傅里葉變換而得出的一種特殊
波形，用于在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的主要目
的是為了查看是否存在高頻沖擊等故障。
如若查看兩個(gè)方向上的振幅大小并做出比較，
需要對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行疊加。通過(guò)時(shí)域波形的疊加還
可以獲得兩個(gè)方向上振幅大小之間的關(guān)系。
以中石化某輸油處某一泵舉例說(shuō)明。將此泵的
垂直方向與水平方向的頻譜疊加后，可以看出垂直
方向的振幅明顯小于水平方向的振幅，相對(duì)于垂直
方向，水平方向的波形更接近于正弦波。因此，可以
判斷出泵出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)松動(dòng)，其中的一種可能性就是
泵機(jī)組同地基之間的聯(lián)系出現(xiàn)了不穩(wěn)定。
4．3 沒(méi)有濾波的軸心軌跡
軸心的平衡關(guān)系泵整體的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，通過(guò)軸心
軌跡可以看出不平衡、不對(duì)中、摩擦等故障。因此，
對(duì)軸心軌跡的監(jiān)測(cè)具有重要的意義。
、 需要注意的是，軸心軌跡的疊加能更進(jìn)一步判
斷故障的存在。同樣對(duì)上述泵的軸心軌跡圖進(jìn)行觀
察后可以發(fā)現(xiàn)，一倍頻軸心軌跡在圖中顯得非常的
突出，在范圍上明顯大于其他軌跡，也比其他軌跡更
加清晰，并且是接近于圓形的橢圓。對(duì)其分析后得
出，此泵出現(xiàn)了非驅(qū)動(dòng)端不平衡的故障。
4．4 軸承故障特征頻率
在故障診斷庫(kù)中，儲(chǔ)存有數(shù)萬(wàn)種滾動(dòng)軸承的故障
特診頻率特性。在確定了某泵的轉(zhuǎn)速和軸承型號(hào)后，
軟件系統(tǒng)能夠智能在頻譜圖中標(biāo)出一些特征線，這些
特征線代表著一些結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了軸承損壞，包括外圈、
內(nèi)圈、保持架、滾動(dòng)體等。判斷滾動(dòng)軸承哪部分出現(xiàn)
故障的途徑是觀察與頻譜特征線重合的那條線。
4．5 鏈接譜與滾動(dòng)軸承損壞評(píng)判值
通過(guò)使用鏈接譜的方式，可將同一視圖中放入
低頻和高頻波，以檢查整體設(shè)備是否出現(xiàn)故障。例
如，加入泵電機(jī)1倍頻中出現(xiàn)很多的諧波成分，且還
很清晰，說(shuō)明滑動(dòng)軸承存在過(guò)量余隙。
判斷軸承故障的另外一個(gè)方式就是分析特有的
評(píng)判值。結(jié)合峰值因數(shù)和加速度同頻，可以將評(píng)判
值分為幾個(gè)級(jí)別，1O以上為軸承損壞，5～9為軸承
出現(xiàn)早中期故障，1～5為軸承完好。
在以上分析的基礎(chǔ)上，對(duì)某泵機(jī)組電機(jī)軸承故
障進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)該泵振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集，分析
得到電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承的評(píng)判值為5．63，可知滾動(dòng)
軸承存在故障。將電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端水平方向頻譜圖進(jìn)
行對(duì)比分析，得出故障特征頻率同電機(jī)軸承內(nèi)圈頻
率重合，同時(shí)還伴隨著諧波以及邊頻的出現(xiàn)，可以推
斷軸承滾珠磨損嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)拆體大修檢查后發(fā)現(xiàn)，
軸承滾珠有傷痕，內(nèi)圈存在明顯劃痕，泵軸及泄壓套
損傷嚴(yán)重，因加油管堵塞內(nèi)部潤(rùn)滑脂而導(dǎo)致電機(jī)軸
承變質(zhì)。修復(fù)后，結(jié)果顯示軸承評(píng)判值僅為1．3，電
機(jī)內(nèi)圈故障特征也基本消失，系統(tǒng)運(yùn)行順暢。
5 結(jié)語(yǔ)
在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)
備的運(yùn)行狀況，對(duì)一些有故障的部位能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，
采取預(yù)知維修的策略，定期更換密封及軸承等易損
件，這樣就可以延長(zhǎng)設(shè)備的大修周期，極大增加設(shè)備
的使用壽命。
通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)可及早發(fā)現(xiàn)輸油泵的故障征
兆，消除突發(fā)性意外事故發(fā)生的可能性，保證安全輸
油生產(chǎn)，消除安全隱患，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)
效益。
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