潛油電泵機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)虛擬儀器設(shè)計(jì)

張淑云

大慶讓區(qū)乘風(fēng)莊裝備制造集團(tuán)特車公司修理二廠，黑龍江大慶 163000

1 課題來源及研究意義

近年來，潛油電泵采油得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其原理是通過潛油電機(jī)帶動(dòng)離心泵旋轉(zhuǎn)將井液舉升到地面，達(dá)到了采油的目的。但是，由于泵細(xì)長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用中復(fù)雜多變的油井和井液條件的影響等原因，使得潛油電泵故障率高。其故障種類繁多，原因復(fù)雜，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)整個(gè)機(jī)組落井的重大故障。因此，開發(fā)出相應(yīng)的檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)具有非常重要的意義。

2 機(jī)組振動(dòng)故障分析

潛油多級(jí)離心泵存在3種典型的磨損故障：泵軸與扶正套摩擦副嚴(yán)重磨損；葉輪和導(dǎo)輪的配合段偏磨；導(dǎo)輪、葉輪的墊片安裝部劇烈磨損或偏磨。可以推斷，過度振動(dòng)是造成以上故障的主要原因。

3 虛擬儀器設(shè)計(jì)

虛擬儀器（Virtual Instrument,簡(jiǎn)稱VI），就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶自己設(shè)計(jì)定義，具有虛擬模板，測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

3.1 系統(tǒng)主要硬件介紹

數(shù)據(jù)采集卡是本系統(tǒng)的硬件核心部分，它主要完成數(shù)據(jù)的采集、A/D轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。本系統(tǒng)采用的是PCI-6024E型數(shù)據(jù)采集卡。

由于潛油電泵的振動(dòng)信號(hào)較弱，本文從位移、速度和加速度傳感器中選擇加速度傳感器來測(cè)量信號(hào)。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 數(shù)據(jù)采集顯示儀

該模塊是通過創(chuàng)建用戶界面、編寫源程序代碼，最后生成工程文件，來采集振動(dòng)信號(hào)。

該面板可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，波形存儲(chǔ)和波形的讀取及回放。實(shí)時(shí)采集時(shí)，能改變信號(hào)顯示點(diǎn)數(shù)。

3.2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

該面板設(shè)計(jì)主要是在軸承和電機(jī)處放置壓電式加速度傳感器，為了達(dá)到測(cè)量的不失真，需要在每一測(cè)點(diǎn)上采集3個(gè)方向，即水平、垂直和軸向的振動(dòng)信號(hào)。設(shè)計(jì)出的面板能夠進(jìn)行通道選擇。

3.2.4 振動(dòng)信號(hào)預(yù)處理模塊

本系統(tǒng)在信號(hào)截取過程中設(shè)置5種窗函數(shù)為：三角窗、漢寧窗、海明窗、余弦窗、矩形窗。對(duì)濾波和加窗后的數(shù)據(jù)保存，以便進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

3.2.5 振動(dòng)信號(hào)的幅域分析

對(duì)波形進(jìn)行幅域分析，其設(shè)計(jì)面板顯示出預(yù)處理后的振動(dòng)信號(hào)波形，并且對(duì)該信號(hào)能顯示出其均值、方差、最小值和最大值。

3.2.6 振動(dòng)信號(hào)的頻域分析

頻域分析是將時(shí)域信號(hào)變換至頻域加以分析。首先將預(yù)處理后的振動(dòng)信號(hào)讀入，進(jìn)行傅立葉變換，計(jì)算信號(hào)的功率譜。

3.3 機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)的采集

本文以10203022機(jī)組為例，簡(jiǎn)單介紹其利用PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡，在LabWindows編程環(huán)境中進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集的應(yīng)用。在采樣頻率設(shè)定為8192Hz時(shí)，采集得到10203022機(jī)組的多通道的振動(dòng)速度信號(hào)，下面以該機(jī)組的3個(gè)通道的第一通道的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。

3.3.1 機(jī)組振動(dòng)信號(hào)的預(yù)處理

對(duì)1023022機(jī)組的1通道的振動(dòng)速度信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理則得到經(jīng)過濾波和加窗之后的振動(dòng)信號(hào)，由于振動(dòng)信號(hào)是高頻信號(hào)，采用高通濾波，濾波頻率設(shè)定為10Hz，窗函數(shù)選用海明窗。

3.3.2 機(jī)組振動(dòng)信號(hào)頻域分析

對(duì)潛油電泵進(jìn)行頻域分析， 10203022機(jī)組1通道1的頻譜分析如下圖所示。

圖2 1023022機(jī)組1通道振動(dòng)信號(hào)頻域分析

[1]徐長航，楊其俊.一種改進(jìn)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其在往復(fù)泵泵閥故障診斷中的應(yīng)用[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2000，13(增刊).

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