注水泵的狀態監測與故障診斷探討

馬志圖

摘 要：油田多級離心式注水泵機組作為當前油田開采的重要工具，其施工質量已經成為人們關注的焦點。在實際操作的過程中，許多注水泵機組無法達到對各項指標的實時、自動、全過程監控，造成注水泵機組故障問題多發。文章就注水泵中的震動測試及譜頻分析狀況，對水泵機組運行各項指標進行控制，有效提升了故障預防及診斷的效果。

關鍵詞：注水泵；狀態監測；故障診斷

在當前油田開采的過程中，相關人員主要依靠注水泵完成對油層的注水工作，對油層壓力進行控制。常見的注水機組主要為高壓離心式注水泵和高壓柱塞泵機組兩種。注水泵可以明顯提升油田采油速度及采收率，改善油田經濟效益，對我國經濟發展具有至關重要的作用。注水泵在使用的過程中非常容易出現水泵抽空、電機燒損等現象，加強注水泵狀態監測及故障診斷在當前設備建設中已經刻不容緩。

1 注水泵機組的工作狀態監測

注水泵機組在工作的過程中存在諸多問題，加強對該機組的狀態監測，對各項指標進行診斷分析，可以確保注水泵機組處于良好的運行狀態，降低可能出現的故障發生率，對提升注水具有非常好的促進作用。

1.1 狀態監測機理

在進行狀態信息監測的過程中要對各項信號進行合理控制，確保機組及零部件能夠正常運行。相關人員要對振動、溫度、壓力等指標通過傳感器轉換為電信號、聲信號等物理信號量，將上述信號進行系統處理。相關人員要對上述計算中的設備運行狀態的特征參數進行全方位分析，完成檢測及監測操作。

當前注水泵機組在監測的過程中其特征參量主要為振幅、頻率、相位、轉速、時域波形、軸心位置、軸向位置等，檢測數據主要為振動位移、振動速度、振動加速度等。

1.2 測點選擇及布置

注水泵在連接的過程中主要是選取彈性聯軸器與電機形成系統，通過滑動軸承完成連接，保證底座之間相互分離。測試是要將測試點選取在注水泵的高壓端及低壓端或電機的驅動端及非驅動端，測試點在建立坐標軸是可以選取x負半軸、y負半軸、z負半軸或選取A處高壓端軸負半軸、B處泵低壓端負半軸、C處電機驅動端負半軸、D處電機非驅動端負半軸。

1.3 監測標準選取

在對監測標準進行制定的過程中，相關人員要對GB10889-89《泵的振動測量及評價方法》及《泵站等級評定標準》進行全方位分析，依照油田設備管理辦法，對各項管理操作進行確定。在上述管理的過程中，相關人員要結合當前注水泵管理參數標準進行振動監測及位移監測，一旦出現不良狀況要及時進行處理。

1.4 儀器診斷及監測方法

在對儀器進行診斷的過程中，相關人員要對定期監測內容進行明確，對定期檢測中的Var63測振儀狀況指標進行調節，測量振動狀況。上述監測的過程中主要是對振動速度及振動位移的監測，完成振動位移的提升。在對上述異常進行處理的過程中，NTK預測系統需要對數據信息定期采集，依照振動診斷分析軟件對頻譜狀況進行明確，觀察頻域幅值狀況及時域狀況，對故障部位進行明確。

2 注水泵機組故障特征分析

在對注水泵機組故障進行分析的過程中，相關人員要對信號分析處理及狀態監測中的各項內容及特征參數變化狀況進行控制，要依照特征參數狀況與設備要求狀況對比結果，觀察設備運行是否正常。在故障特征分析的過程中，一旦發現注水泵故障時，相關人員要對其故障性質及故障程度進行診斷，要對發生原因及發生部位進行明確，從根本上預測和及時控制故障狀況。當前注水泵在使用的過程中主要存在以下故障，其振動特征具有明顯典型性。

第一，不平衡故障。注水泵旋轉機械在操作的過程中非常容易出現振動不平衡現象，導致旋轉體軸心周圍不均勻，造成旋轉同步振動效果受到制約。不平衡主要是由于旋轉質量分布不均勻或旋轉過程中離心力不均衡引起的振動失衡現象，振動噪聲較大。不平衡故障中設備徑向振動較大，具有穩定的基頻高峰，軸向振動幅度較大。該振動的過程中時域波形一般為穩定的周期波形。

第二，電磁振動。電磁振動主要是由于機械轉動過程中機械因素或電磁作用導致的振動現象。該故障主要是由于電源頻率導致。電磁振動時域波一般不具有穩定的周期信號。

第三，機械松動。機械松動主要是由于不牢固引發的，在旋轉頻率中具有非常明顯的特征，振幅較大。導致機械松動的原因主要包括支承系統配合面間隙過大、固定螺栓強度不夠、基礎工程質量較差等。機械松動徑向振動較大，倍頻成分較高，軸向振動較小。該時域波形為不穩定的非周期信號。

第四，不對中故障。不對中故障主要是在聯軸器連接過程中中心連接不重合導致的現象，可以造成注水泵發生徑向振動或軸向振動。當前在操作的過程中裝機操作不良、機身內不對中故障徑向振動大，有穩定的基頻，2 倍頻成分超過其它成分， 高次諧波成分較小，軸向振動大。該故障中時域波形為穩定的周期波形。

部應力沒有徹底消除、管道附件安裝質量不高等都可以在很大程度上導致不對中的產生。

第五，基礎松動。基礎松動可以造成注水泵在使用的過程中出現機械無法旋轉或旋轉不均勻等障礙，導致噪聲的產生和機械的磨損。該種故障發生后會產生非常明顯的垂直方向振動，具有非常穩定的基頻成分。該時域波形具有穩定的周期信號。

在現場進行故障診斷應用的過程中，相關人員要對注水泵各項指標進行嚴格控制，對注水泵與自身電機之間進行檢修，觀察各項標準狀況。要對振動頻譜進行分析，防止出現嚴重的動態偏心狀況。當存在摩擦現象時，要及時停機檢查。要對電機進行檢修，對出現磨損及不均勻現象進行嚴格控制，及時調整電機氣隙，提升軸瓦與電機之間的配合效果。

3 結束語

對注水泵進行狀態監測可以及時預防和發現注水泵可能出現的各項故障，降低上述故障對油田開采的影響。除此之外，對注水泵狀態監測及故障診斷還可以及時對設備進行檢修，防止設備運行狀況惡化，造成設備損壞。

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