振動測速法在潛油電泵機組性能測試中的應用 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要： 本文介紹了振動測速原理，分析了潛油電泵機組的振動特點，設計了便攜式的振動測速設備，獲取了振動數據，并用 Chirp Z-Transform 進行了轉速分析。該設備已正式在潛油電泵機組性能測試試驗中正常使用。 Abstract： The theory of vibration speed measurement is introduced， the vibration characters of electric submersible pump unit are analyzed. The portable instrument for vibration speed testing is designed， and vibration data are obtained for speed analyzing by Chirp Z-Transform algorithm. The instrument has been used for the property test of electric submersible pump unit. 關鍵詞： 潛油電泵機組；振動；轉速測量 Key words： electric submersible pump unit；vibration； speed measurement TH89 A 1006-4311（ 2013） 09-0028-02 0 引言 潛油電泵機組是油田開發中的一種重要采油設備，需模擬潛油電泵抽油時的工作情況進行分層性能測試，在油田開發中發揮著重要的 作用，在潛油電泵井檢泵時，用此資料分析潛油電泵井的生產狀況是比較可靠的，它可以測試出潛油電泵井各種動態數據和資料。而一臺潛油電泵用不同的潛油電機驅動，或在不同的工況下，轉速是一個需要準確測量的重要參數，在潛油電機和潛油電泵性能測試中，其轉速是不同的，并且一般都與額定轉速有較大差距。但是由于潛油電泵機組結構和工作環境的特殊性，需要利用其他的信息間接的得到電泵的轉速，傳統的常用的同軸測速方法已經不再適用， 1-3因此，研究潛油電泵的測速方法具有重要的理論和技術意義，在實際應用中可以節約大量的人力、物力，同時可 以提高潛油電泵井的管理水平和自動化程度，對于目前各采油廠控制成本、節能增效方面是很有益處的。 1 振動測速原理和方法 1.1 測速方法介紹 閃光測速法、振動測速法、漏磁測速法、測速發電機測速法、離心式轉速表測速法、霍爾元件測速法、光電碼盤測速法是國內外常用的測速方法，轉速是各類旋轉機械和電機運行中的一個重要的物理量。在這七種測速方法中，由于潛油電機位于油面下且軸不外露，所以前五種方法都不適用。漏磁測速法和振動測速法可以不必與電機接觸就可以得到轉速的測量方法，主要是通過間接測量的方法測得轉 速。 4 1.2 振動測速原理 振動測速方法是基于對振動理論的基礎研究，利用旋轉機器存在旋轉離心力產生振動的特征，以振動傳感器獲得信號，分析各種旋轉機械的內在激勵對機體造成的振動影響，它無需分拆機械就能在線檢測。利用振動信號中確定性振動分析方法將振動波形轉換到頻域內分析，利用它可判別特定組件的運轉情況，得到轉動機械的轉速。 旋轉機械在生產安裝過程中，不可避免的會產生一些偏心、不同軸等情況，磨損和輕微質量偏心是難免的，同時其轉軸等旋轉部件的工作環境不可能是均一的。當工作過程中旋轉到一定位 置時，將會受到某一特定方向的應力，因而振動也不可避免，并且這些機械振動是和機械的轉速相關的。 2 潛油電泵機組振動特征 潛油電泵機組的轉子是一個特殊的超細長軸，各部件都是采用小直徑高強度的連軸器連接起來的，在旋轉過程中，轉子處于完全封閉的狀態，封閉體內電機的轉速對評價電機本身和整機性能都極為重要，是一項重要的被測項目。同時，機組結構復雜，激勵源多，噪聲干擾嚴重，這些因素都給潛油電泵測速工作帶來困難。 測量封閉體內電機或者機械的轉速，必須采用間接測量法。間接測量法有兩種基本方法： 漏磁檢測技術和振動檢測技術。由于封閉體一般都有一定的厚度，電磁屏蔽作用很強，漏磁法測轉速效果不好；目前，振動檢測技術是一種易于實現而又可靠的方法。因為振動信號中攜帶著機械設備內部運行狀態的大量信息，對于潛油電泵機組來說，人們可以通過對這些信息進行采集和分析，根據得到的信號特征進行轉速的測量。隨著信號分析技術的發展，通過分析振動信號的頻率成分、幅值大小、相位差別、波形形狀、能量分布狀況，可以從振動信號中尋找規律，進而測得準確的轉速有了更多的依據。 5-6 在進行電泵機組性能測試時，將配套安裝后的完 整機組下入幾十米深的模擬試驗井中，試驗井中潛油電泵的振動信號可以沿試驗油管和法蘭盤傳遞上來，進行機組性能的測試。在地面井口上測量的信號包含了潛油電泵井中的振動信息。不需要改變機組性能測試的流程，基本上不會對試驗現場有其他的環境要求和影響，這是采用振動法進行機組測速的優勢所在。 潛油泵屬于葉片機械，當其主軸旋轉時，會攪動增壓器內的空氣流，使之產生氣流振動，帶動主軸上的葉片旋轉。葉片旋轉時，振動信號中含有一定的周期信號成份，它是由于被葉片攪動所產生的氣流。 5-6 本文采用三維加速度傳感器 來檢測振動信號，如圖 1是在試驗井口采集到的一組加速度信號，潛油電泵機組性能測試試驗時，得到潛油電泵的轉速。主要是通過對加速度傳感器的采集的信號進行數據處理來完成的。 由周期性的旋轉引起的振動信號淹沒在其他因素振動中。由于工況復雜，實際采集的信號中夾雜著很多噪聲，本文主要采用 Chirp Z-Transform（ CZT）作為數據處理工具。CZT7-10可以對頻譜進行細化分析，從而精確地計算出與轉速相對應的振動信號的頻率。目前得到的轉速分辨率為 1 轉 /分。 3 振動測速系統介紹 便攜式 振動測速系統由便攜式下位機、通信電路、上位機組成。 便攜式下位機是振動測速系統的核心部分。實物如圖 2所示。主要由 MEMS 三維振動傳感器、電源、 MCU 微處理器、信號調理單元、信號采集單元、數據存儲器、數據處理單元、信號轉換單元、無線通信電路及其它外圍電路組成。信號的分析與處理主要由下位機軟件通過先進的算法來完成。處理后的結果及原始數據通過無線通信電路傳送到上位機。 便攜式下位機的電源由可充電電池組提供，可以非常方便地進行更換，當電池電量不足時提前報警。 通信電路包括兩個部分，一部 分是位于便攜式下位機的通信電路，要求低功耗、高效率、體積小、重量輕。另一部分是連接工控機的通信電路，具有功率大、通信距離遠的特點。 上位機即進行潛油電泵性能測試試驗用的工控機。控制并從下位機接收數據。 4 結論 本文分析了潛油電泵機組的振動特點，指出振動法測速是目前所有測速方法中最適合的方法。設計了便攜式的振動測速設備，采集了振動數據，用 Chirp Z-Transform 進行了數據處理，獲得了高精度的轉速數據。該套設備已在勝利采油廠電泵試驗車間使用一年以上，實踐證明，該設計是非常成功的。 參考文獻： 1Trevisan， Francisco Exaltacao， Ph.D.Modeling and visualization of air and viscous liquid in Electrical Submersible PumpJ. Oklahoma 2009， 11：42-48. 2席文靜 .基于振動檢測的潛油電泵機組故障診斷的研究 碩士學位論文 .東營：中國石油大學（華東），2008， 5： 1-32. 3李新光 .基于振動信號分析的潛油電泵機組故障診斷的研究 碩士學位論文 .東營：中國石油大學（華東），2010， 5： 21-40. 4劉小華 .便攜式潛油電泵機組轉速測量儀的研究與實現 碩士學位論文 .東營：中國石油大學（華東），2008， 5： 1-32. 5劉廣孚，田冀，陶鳳陽，姚誠 .基于樣本內主成分分析的潛油電泵偏磨診斷 J.儀器儀表學報， Vol.33， No.7， 2012（ 7）： 1527-1532. 6陶鳳陽，劉廣孚，李新光 .潛油電泵機組故障特征提取的實驗 研究 J.噪聲與振動控制， 2012（ 2）： 140-142， 167. 7劉廣孚，席文靜等 .基于數字信號處理器的潛油電泵機組轉速測量系統的設計 J.中國石油大學學報（自然科學版）， 2009（ 2）： 153-156. 8Guangfu Liu， Zidi Dong， ShuanghuaYang， etc.Power Fundamental Frequency Detection Based on Orthometric Average Chirp Z-Transform. Proceedings of the 18th International Conference on Automation Computing（ ICAC）， 8 Sep. 2012， Loughborough University， UK. 9Tomasz Tarasiuk. Application of CZT Transform for Spectrum Analysis in Systems with Varying Frequency. IEEE International Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems： Technology and Applications， 6-8 September 2007， Dortmund， Germany. 10 Tomasz Tarasiuk. Estimator-Analyzer of Power Quality： Part I-Methods and Algorithms. Measurement， Vol. 44， No. 1， pp. 238-247， Jan. 2011. 閱讀相關文檔 :基于物聯網技術的物流信息系統集成研究 基于農校對接的鮮活農產品冷鏈物流體系構建研究 徐州闞山電廠一期 #2 機組 A335P92鋼焊接技術 我國物流高成本運營的制度因素分析與創新研究 知識網絡下的集群企業創新績效研究 “ 觀點類 ” 材料作文寫作指津 期貨品種上市降溫背后 新一輪財稅體制改革啟動 時尚 “ 短命 ” 連鎖項目大揭秘 網絡語言對作文教學的影響研究 轉