核心詞匯：潛油螺桿泵采油系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、遠(yuǎn)距離感應(yīng)
控制與側(cè)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究王世杰，張新敏，于百勝沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)要潛油螺桿泵采油設(shè)備被置于井下1500多米深處工作，般的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)很難適用于此。本文提出基于井口采集下來(lái)的振動(dòng)信號(hào)以專家系統(tǒng)的運(yùn)作模式，走建造樣本庫(kù)將實(shí)時(shí)采集的信號(hào)與樣本進(jìn)行比較分析的路線進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的構(gòu)想，同時(shí)提出了相應(yīng)的信息傳輸與處理的網(wǎng)絡(luò)體系，介紹了監(jiān)測(cè)平臺(tái)的組成并總結(jié)了該平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)和可深入探討之處。
這套采油系統(tǒng)投入生產(chǎn)后與其他采油設(shè)備樣面臨的個(gè)重要問就是在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)。由于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所致，旦某個(gè)零件或部件出現(xiàn)問，可能產(chǎn)生故障傳播現(xiàn)象導(dǎo)致其他零部件受損或使其使用壽命受到影響，為了將損失控制在最小范圍內(nèi)，必須對(duì)其進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的問實(shí)時(shí)作出反應(yīng)。
目前我們采用的辦法是變頻控制，但是它保護(hù)的只是電機(jī)，對(duì)故障傳播響應(yīng)的速度不是太快，按照筆者振動(dòng)信號(hào)采集下來(lái)，做個(gè)樣本，然后在線實(shí)時(shí)采集王世杰系統(tǒng)工作時(shí)的振動(dòng)輸出信號(hào)與樣本進(jìn)行比較，以此來(lái)判別系統(tǒng)是否有故障以及故障出現(xiàn)的位置。
對(duì)這種系統(tǒng)進(jìn)行基于振動(dòng)信號(hào)的狀態(tài)判別與其他系統(tǒng)比較還有很大差異，就目前的般機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)而言，各種信號(hào)傳感器通常可以置放于被監(jiān)測(cè)對(duì)象本體或附近，采集出的信號(hào)反映出的問相對(duì)比較真實(shí)，而對(duì)于潛油螺桿泵采油系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其機(jī)械部分整體被置于150，1以下的油井中，在其模塊化部件上安置傳感器是不太現(xiàn)實(shí)的，而能夠采集的信號(hào)是油溫，是電機(jī)的電流電壓，是在井口壁上安放位移傳感器采集振動(dòng)信號(hào)。油溫反映系統(tǒng)的狀態(tài)效果不太明顯，來(lái)自于變頻器的電流電壓的效果我們前面討論過(guò)，本文旨在從振動(dòng)信號(hào)作切入點(diǎn)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)甄別來(lái)進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)。因?yàn)椴还茉摬捎拖到y(tǒng)哪部分出現(xiàn)故障，其以井壁為媒體的振動(dòng)信號(hào)測(cè)模型和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成的根本所在。
潛油螺桿泵采油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)常故障及輸出信號(hào)的影響因素潛油螺桿泵采油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，作者簡(jiǎn)介王世杰1965，男，遼寧省人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副院長(zhǎng)，教授，博士，沈陽(yáng)市機(jī)械傳動(dòng)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)，自下而上由下面5部分組成聯(lián)軸體；5螺桿泵生產(chǎn)試運(yùn)行結(jié)果顯，系統(tǒng)的常故障如下在聯(lián)軸體內(nèi)的推力偏心軸承破碎；聯(lián)軸體內(nèi)的密封件密封功能失效，導(dǎo)致原油中的砂粒下泄堆積，使減速器不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)；減速器內(nèi)的齒輪斷齒或由于膠合磨損而失效；減速器內(nèi)行星架。的滾針軸承破裂；原油液面的位置；原油中的水油比例。
在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本原理潛油螺桿泵采油系統(tǒng)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能由該可知，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采取的主要技術(shù)手段如下采集標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并建立標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)樣本庫(kù)；建立基于知識(shí)的信號(hào)比較分析單元；信號(hào)的壓縮技術(shù)與聯(lián)軸體內(nèi)的主軸與滑動(dòng)軸承干摩擦導(dǎo)致滑動(dòng)軸承或主軸面嚴(yán)重?zé)齻\(yùn)轉(zhuǎn)不正常；聯(lián)軸體推力軸承以下部位的潤(rùn)滑油蒸發(fā)或泄漏，導(dǎo)致些零件干摩。
以上僅列舉幾種主要情形供參考，這些并不能囊括可能出現(xiàn)的全部故障。事實(shí)上，系統(tǒng)還有些其他常故障如電機(jī)燒毀或螺桿泵定子橡膠與原油中的酸或堿反應(yīng)而失效，但是這些因素不會(huì)導(dǎo)致故障傳播，因而不在再我們考慮的范疇之列。除了系統(tǒng)自身故障導(dǎo)致信號(hào)的傳輸技術(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的采集與樣本庫(kù)的建立這里所說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是指設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從井口壁上輸出的信號(hào)，當(dāng)整套設(shè)備下井經(jīng)過(guò)天左右特征是無(wú)太大的脈沖的，即使有脈沖，也有固定的周期，非常規(guī)律，這點(diǎn)己經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，我們將這樣的信號(hào)取出，經(jīng)過(guò)處理后附上編號(hào)存入樣本庫(kù)，作為日后比較的參照物。樣本庫(kù)的功能與般專家系統(tǒng)中損井下工況的變化，輸出的信號(hào)必然發(fā)生變化，但是只要不出現(xiàn)波形畸變，仍視設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，不過(guò)這時(shí)要對(duì)樣本庫(kù)中的內(nèi)容進(jìn)行更新。按照我們目前現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所摸的規(guī)律，設(shè)備運(yùn)行個(gè)月更新次為宜，設(shè)備運(yùn)行5個(gè)月后，適當(dāng)縮短更新周期為20天。
信號(hào)的分析與征兆提取該項(xiàng)技術(shù)是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心技術(shù)，它采用但由于它的比較對(duì)象的本質(zhì)不同于般專家系統(tǒng)中推理機(jī)作用的對(duì)象，所以采用的技術(shù)手段也有差異。我們這里所做比較的關(guān)鍵有3方面1比較個(gè)周期內(nèi)被監(jiān)測(cè)信號(hào)所產(chǎn)生的畸變脈沖次數(shù)；2脈沖的幅值；3周期內(nèi)脈沖信號(hào)的規(guī)則性，綜合這3項(xiàng)因素進(jìn)行比較來(lái)判斷采油系統(tǒng)所處的狀態(tài)。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索特征信號(hào)的積累，不僅可以判別故障通常將由工作設(shè)備實(shí)測(cè)到的信號(hào)分為平穩(wěn)信號(hào)和非平穩(wěn)信號(hào)兩大類1平穩(wěn)信號(hào)的故障征兆對(duì)于平穩(wěn)信號(hào)，在對(duì)信號(hào)處理后所得到的頻譜中，包含了大量反映設(shè)備工作狀態(tài)的征兆信息，它們的數(shù)值與相互之間的比例關(guān)系往往可以征設(shè)備是否正常運(yùn)行及故障的類別和部位。下面簡(jiǎn)要列出常用的征兆Sl1倍頻成分大；S22倍頻成分大；S33倍頻成分大；S4低頻成分大；S5高頻成分大；1倍頻大于2倍頻；1倍頻小于2倍頻；頻譜呈縱樹形；S9軸向振動(dòng)大。
非平穩(wěn)信號(hào)的故障征兆小波分析由于可在時(shí)頻域內(nèi)局部變化，故可監(jiān)測(cè)到突變信號(hào)。信號(hào)的小波變換的模在信號(hào)的突變點(diǎn)取局部極大值，隨分辨尺度的增大，噪聲引起的極值成份迅速減小，而故障引起的極大值點(diǎn)得以顯露。
另外，由于信號(hào)中含有突變成分，其頻域現(xiàn)為寬帶形式，因此不能采用全程濾波，而小波變換可以做到在突變區(qū)外濾波，不在突變區(qū)內(nèi)濾波，改為上下各階小波系數(shù)的致性處理。
數(shù)據(jù)壓縮與傳輸息，這種信息在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)占用的頻帶寬，損耗大，運(yùn)營(yíng)成本昂貴，解決這問的有效辦法是信號(hào)是十龐大的，我們綜合了61公司推出的1！61技術(shù)美國(guó)，伽如61公司推出的304技術(shù)江1公司推出的01了++技術(shù)，這些技術(shù)可將視頻信息壓縮約1.4MBS的純數(shù)據(jù)流，用專線網(wǎng)傳輸保證信號(hào)的可靠度，并提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。
故障信息的載體有數(shù)據(jù)信號(hào)視頻信號(hào)音頻信號(hào)及控制信號(hào)等，不同的信號(hào)有不同的傳輸特征和要求，它們要借助于通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，但并非所有的信道均可滿足對(duì)壓縮后監(jiān)測(cè)信號(hào)的傳輸要求，為了保證信號(hào)的失真度控制在3.5以下，并且具有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性，我們采用了綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)130，它的數(shù)碼傳輸率在38418以上，提供了比普通電話網(wǎng)傳輸速度快，容量更大，質(zhì)量更高的信息通道，并可以與1加61網(wǎng)相連，為日后系統(tǒng)的擴(kuò)充奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
攜式雙通道實(shí)時(shí)頻譜分析，進(jìn)行初步分析，并可與存儲(chǔ)在分析，內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)問，可將信號(hào)通過(guò)正488并口從網(wǎng)絡(luò)傳給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或存儲(chǔ)在磁盤內(nèi)帶回再輸入計(jì)算機(jī)，利用8 13560分析系統(tǒng)及自行開發(fā)的故障診斷專家系統(tǒng)作進(jìn)步的詳細(xì)分析，并決定是否采取相應(yīng)的措施對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行處理。
結(jié)束語(yǔ)基于振動(dòng)信號(hào)對(duì)潛油螺桿泵采油系統(tǒng)進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)這種思維框架經(jīng)過(guò)筆者對(duì)8套采油設(shè)備的實(shí)踐，取得了預(yù)期的效果。由于這種監(jiān)測(cè)是對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的遠(yuǎn)距離感應(yīng)，即傳感器不能置放在被監(jiān)測(cè)體上，使得這種監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究在監(jiān)測(cè)與故障診斷研究領(lǐng)域中獨(dú)具特色，相信該項(xiàng)技術(shù)的研究成果會(huì)對(duì)豐富發(fā)展故障診斷學(xué)科起重要作用。另外，這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還有如下優(yōu)點(diǎn)它利用了現(xiàn)代信息的傳播工具網(wǎng)絡(luò)，可以縮短監(jiān)測(cè)信息的收集時(shí)間，可以加速信息采集站控制站觀察站診斷站行動(dòng)站之間情況實(shí)時(shí)反饋給采油設(shè)備的制造商；它采用了專家系統(tǒng)的運(yùn)作模式設(shè)計(jì)軟硬件平臺(tái)，便于獲取積累繼承利用多方面的知識(shí)去采集分析采油系統(tǒng)的輸出信息，對(duì)振動(dòng)信號(hào)所載的信息特征進(jìn)行準(zhǔn)確有甄別對(duì)號(hào)。
這種基于獲取遠(yuǎn)距離傳播的振動(dòng)信號(hào)來(lái)對(duì)采油設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)涉及的學(xué)科知識(shí)面很廣，細(xì)節(jié)問多，偶然影響因素多，本文對(duì)此還僅僅是嘗試，些具體的理論和技術(shù)還有待進(jìn)步深入探討，筆者希望借此機(jī)會(huì)引起故障診斷領(lǐng)域的廣大同行關(guān)注，以使這項(xiàng)技術(shù)早日服務(wù)于石油開采業(yè)。 |