往復泵十字頭對中狀態監測方法與流程
2023-05-10 22:11:27 4
本發明涉及一種往復泵十字頭對中狀態監測方法，屬於機械設備狀態監測領域，用於石油、化工等行業的往復泵十字頭對中狀態檢測或實時監測。
背景技術：
往復泵是一種利用活塞或柱塞在液力缸腔室內的往復運動，對流體進行壓縮做功，達到提高流體壓力進而實現流體輸送的目的。因其具有高效率、高壓力、高流量的特徵，在石油勘探開發、石油化工等領域有廣泛的應用，例如鑽井泵、壓裂泵等，屬於重要的機械裝備。在生產過程中，往復泵往往具有高負荷（鑽井泵的壓力通常需達到20-40mpa，壓裂泵的壓力通常需達到70-100mpa）、環境惡劣等工況特點，且需要連續不間斷作業，因而對其關鍵部件的可靠性要求極高。
在往復泵的各機構中，十字頭是連接曲柄和介杆的關鍵部件，往復泵則是利用十字頭在上下導板之間的往復運動，將曲柄的作用力水平且平穩的傳遞給介杆，利用介杆驅動活塞或柱塞往復做功。在運轉過程中，十字頭與上下導板間會發生摩擦磨損，十字頭與導板間的間隙將逐漸增大，即發生十字頭「不對中」現象。按照設備操作規範，當磨損量達到一定值後，則發生「不對中」故障，必須停機進行維修。十字頭發生不對中故障後，不僅會產生非正常振動，同時會使連杆、活塞等機構受力不均，從而導致曲軸和連杆的軸承加速磨損，以及活塞缸套偏磨失效。因而，在設備日常維保過程中，十字頭檢查是一項重要的例行工作，每日都需進行巡檢。
鑑於此，工程界一直在研究如何有效、及時、方便的掌握十字頭對中狀態的方法。通過現有技術的檢索發現，《振動診斷技術在鑽井泵故障診斷中的應用》（機械工程師2015年第11期），該文獻對基于振動測試原理的鑽井泵故障診斷技術進行了闡述，還有一些類似的文獻也是基于振動測試方法進行往復式泵的故障診斷，文章表示能夠對十字頭進行故障診斷。但是，往復泵的結構較為複雜，振動傳感器很難與十字頭這類的泵體內部組件直接接觸，採集到的振動信號背景噪聲和幹擾信號非常多，加上振動信號的預處理、分析、識別難度極高，對人員的技術要求很高，導致這類故障診斷技術在工程現場並未得到推廣應用。因此，這項檢測或監測工作目前仍然依靠機修人員用耳聽方式，根據振動或噪聲特徵進行判斷，或定期停機拆卸側蓋，用塞尺測量十字頭和導板間隙進行判斷。這些方式不僅勞動強度大，對人員經驗要求高，影響工期，且在高壓泵組旁邊開展巡檢工作還存在極大的安全風險。因此亟需一種監測方法對十字頭對中狀態進行監測，實時掌握十字頭導板間的磨損情況。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術存在的上述問題，提供一種往復泵十字頭對中狀態監測方法。本發明通過直接測量往復泵介杆的位移參量及趨勢，反映出十字頭與導板間的磨損情況，從而直觀、高效、準確的實現了對十字頭對中狀態的在線實時監測。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
一種往復泵十字頭對中狀態監測方法，其特徵在於，包括如下步驟：
a、測試往復泵介杆初始位移值，將初始位移值作為數據分析的參考中線；
b、當泵運轉後，測試往復泵介杆的實時位移值；
c、對比實時位移值與初始位移值是否出現相對位移變化量；
d、根據相對位移變化量，判斷對中狀態。
所述方法中，通過雷射位移傳感器採集往復泵介杆的位移值並轉換成電信號，並輸出至數據採集卡，數據採集卡輸出數位訊號到數據分析終端，由數據分析終端進行顯示和分析。
所述雷射位移傳感器的雷射束與往復泵介杆截面的鉛垂中線重合。
所述雷射位移傳感器設置於往復泵的機殼上，雷射位移傳感器與數據採集卡有線或無線配合，數據採集卡和數據分析終端通過信號線聯通。
所述雷射位移傳感器與數據採集卡無線配合時，在雷射位移傳感器上設置有電源和與電源連接的無線信號發生器，在數據採集卡上設置無線信號接收器。
所述雷射位移傳感器上設置有保護殼或防護塗層。
所述數據分析終端具有信號處理、數據記錄、數據顯示及分析功能。
所述實時位移值在數據分析終端上以位移-時間曲線形式進行顯示，通過位移-時間曲線反應十字頭與導板間的磨損狀態，即監測出十字頭對中狀態。
所述數據分析終端上設定有判斷閾值，當實時位移值大於判斷閾值時，進行自動預警和故障判斷。
採用本發明的優點在於：
1、本發明可以用於各類往復泵十字頭對中狀態的實時監測，並可進行數據記錄、存儲和分析。通過測試數據的分析觀察，獲取介杆的相對初始位移值的變化量和發展趨勢，而介杆與十字頭是固定連接，在製造和維修過程中，通常是利用介杆相對機殼的位置進行十字頭對中調試，因此介杆的位移值可以直接反映出十字頭與導板間的磨損間隙參數，即可實時反應出十字頭的對中狀態。
2、本發明只需要對狀態良好的十字頭進行初始值測定，此後既可以根據測量值和劣化趨勢，判斷對中狀態是否良好，也可靠數據積累和總結，制定出狀態的判斷閾值，從而實現自動預警和故障判斷。
3、對比人工依靠經驗或拆檢，本監測方法不僅具有實時性和高效性，且極大的降低了人員的勞動強度，有效的規避了高壓泵區巡檢的安全風險，為往復泵的可靠性提供了有力的監控技術保障。同時，可以根據需要，設置信號處理、分析、自動診斷等功能，並配套聲光電報警、預警信息遠程推送等功能模塊，擴大適用範圍。
附圖說明
圖1為本發明採用有線時的結構原理示意圖；
圖2為本發明採用無線時的結構原理示意圖；
圖3為雷射位移傳感器安裝方式示意圖；
圖中標記為：1、雷射位移傳感器，2、數據採集卡，3、數據分析終端，4、十字頭，5、往復泵介杆，6、機殼，7、導板，8、信號線，9、無線信號接收器，10、無線信號發生器，11、天線，12、雷射束。
具體實施方式
實施例1
一種往復泵十字頭對中狀態監測方法，包括如下步驟：
a、測試往復泵介杆初始位移值，將初始位移值作為數據分析的參考中線；
b、當泵運轉後，測試往復泵介杆的實時位移值；
c、對比實時位移值與初始位移值是否出現相對位移變化量；
d、根據相對位移變化量，判斷對中狀態。
所述方法中，通過雷射位移傳感器1採集往復泵介杆5的位移值並轉換成電信號，並輸出至數據採集卡2，數據採集卡2輸出數位訊號到數據分析終端3，由數據分析終端3進行顯示和分析。
所述雷射位移傳感器1的雷射束與往復泵介杆5截面的鉛垂中線重合。
所述雷射位移傳感器1設置於往復泵的機殼6上，雷射位移傳感器1與數據採集卡2有線或無線配合，數據採集卡2和數據分析終端3通過信號線8聯通。
所述雷射位移傳感器1與數據採集卡2無線配合時，在雷射位移傳感器1上設置有電源和與電源連接的無線信號發生器10，在數據採集卡2上設置無線信號接收器9。
所述雷射位移傳感器1上設置有保護殼或防護塗層。
所述數據分析終端3具有信號處理、數據記錄、數據顯示及分析功能。數據分析終端3的信號處理、數據顯示及分析功能所涉及到的軟體採用現有技術即可。
所述實時位移值在數據分析終端3上以位移-時間曲線形式進行顯示，通過位移-時間曲線反應十字頭與導板間的磨損狀態，即監測出十字頭對中狀態。
所述數據分析終端3上設定有判斷閾值，當實時位移值大於判斷閾值時，進行自動預警和故障判斷。
本發明利用固裝在泵機殼上的雷射位移傳感器，測試往復泵介杆的相對位移變化量和趨勢，而往復泵介杆與十字頭是固定連接，在製造和維修過程中，通常是利用往復泵介杆相對機殼的位置進行十字頭對中調試，因此往復泵介杆的位移值可以直接反映出十字頭與導板間的磨損間隙參數，即可實時反應出十字頭的對中狀態。
實施例2
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1和2所示，本實施例所涉及到的設備包括：雷射位移傳感器1、數據採集卡2、數據分析終端3。其中：雷射位移傳感器1設置於往復泵的機殼6上，將往復泵介杆5的位移量轉換成電信號，並輸出至數據採集卡2，數據採集卡2輸出數位訊號，並由數據分析終端3進行顯示和分析。
所述的雷射位移傳感器1外加裝保護殼或防護塗層，以達到防水、防潮和防爆要求，其尺寸大小、精度、監測頻率可根據往復泵的型號、性能參數等進行選型配置。
所述的雷射位移傳感器1的雷射束與往復泵介杆5截面的鉛垂中線重合。
所述的雷射位移傳感器1與數據採集卡2之間的通訊形式，可根據現場需求設計為有線或無線數據通訊模式。
所述的數據分析終端3具有信號處理、數據記錄、數據顯示及分析功能，用位移-時間歷程曲線圖，直觀展示往復泵介杆5的位移狀態，從而反映出十字頭4與導板7間的磨損狀態，即不對中狀態。
監測時，首先將雷射位移傳感器固定安放在往復泵殼體上，並讓雷射束12與介杆截面的鉛垂中線儘量重合，如圖3所示，以保證測量效果，並安裝好保護殼或防護塗層，以達到防水、防潮、防爆等保護功能。
將雷射位移傳感器1、數據採集卡2和數據分析終端3用信號線8相互聯通，雷射位移傳感器1與數據採集卡2之間的通訊可以根據需求採用有線或無線方式連接。當採用無線連接時，如圖2所示，需在雷射傳感器上加裝無線信號發生器10，並按需封裝高能電池作為獨立電源，從而實現遠距離狀態數據監控。無線信號發生器10的天線11根據需要採用防水、防潮、防爆型天線。在數據採集卡2上加裝無線信號接收器9。安裝好各組件後，進行初始位移值測試，作為數據分析的參考中線。當泵運轉後，即可實時測試到往復泵介杆5的位移值，並在數據分析終端3的界面上以位移-時間曲線形式進行顯示，由此直觀反應出十字頭4與導板7間的磨損情況，即監測出十字頭4的對中狀態。