三缸往复泵泵阀故障诊断系统的应用

    三缸往复泵是石油矿场中广泛应用的一种关键设备，广泛用于钻井、注水或注聚合物驱油等工艺。由于工况比较恶劣，泵阀非常容易发生故障，是往复泵的薄弱环节，对泵阀进行状态监测与故障诊断具有重要的意义。以前，技术人员一般通过出口管线上的压力计和流量计来判断泵阀的故障，但是这种方法不能确定哪一个泵阀出现故障，只能把所有泵阀都拆卸下来进行检查，从而大大增加了维修时间和工作量。随着故障诊断技术与设备的不断完善，通过振动检测设备在一定时期的运行状态，按一定的方法进行分析，可以准确地判断故障原因。下面介绍一种基于振动信号分析的泵阀故障诊断系统。

    一、故障诊断系统的原理与结构

    1.诊断的原理[1]

    振动信号中含有丰富的机械状态信息量。设备制造和安装质量是否符合要求，运行操作是否正常等诸多原因产生的故障，都能从振动状态信息中反映出来。机械设备的运行状态，都具有自己的频率特征，这些特征正是故障诊断的重要判断依据。对设备的振动信号测试和分析，获得振动幅值、频率和相位相关信息，可了解设备的振动特点、结构强弱、振动来源、故障部位和故障原因。系统就是依据振动信号进行故障诊断的。

    2.系统的结构

    系统是以数据库为核心，集数据采集、数据处理、故障诊断等诸多功能为一体的往复泵诊断与维护系统。通过数据库管理系统在数据库中建立机组的有关信息，如设备的名称、技术参数、结构等信息；通过数据采集模块采集设备的振动状态数据，并将其存入数据库；包含各种分析方法的故障诊断模块对数据库的振动数据进行分析，结构如图1所示。

    二、振动信号的主要分析方法及实例

    1.时域分析

    测得振动信号后，首先经过数据预处理，然后进行分析，时域波形实例如图2、图3所示。

    时域波形能在一定程度上反映泵阀的状态变化，可以初步了解基本状况。若要进一步判断泵阀的具体状态，系统可计算输出振动信号的均值、方差、分布密度、峭度指标、峰值指标、脉冲指标和裕度指标等时域参数值，常用的几个指标的变化规律如表1所示。这几个幅值域参数对冲击类信号有较好的识别能力[2]。

    2.小波分析

    小波分析是一种信号的时间—尺度（时频）分析方法，具有多分辨率分析的特点，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，是一种窗口大小固定不变，但形状、时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。利用连续小波变换进行动态系统故障的检测和诊断具有较好的效果[3]。