基于頻譜分析法的注水泵故障診斷

江濤，張莉

（新疆鄯善吐哈油田溫米采油廠設(shè)備自動(dòng)化室，新疆 鄯善 838202）

0 引言

注水泵是油田的主力設(shè)備，用于向地下注水以保持地層壓力，從而提高油氣采收率。該類泵的特點(diǎn)是：壓力高，數(shù)量多，便于維護(hù)，但維護(hù)工作量大。目前吐哈油田溫米采油廠有各類注水泵55 臺(tái)，其中大多數(shù)注水泵都運(yùn)行10a 以上，動(dòng)力性能有所下降，正處于事故的高發(fā)期。保障注水泵的平穩(wěn)運(yùn)行，提前預(yù)知可能出現(xiàn)的故障是擺在我們?cè)O(shè)備管理人員面前一個(gè)亟待解決的問題。

1 注水泵性能參數(shù)

表1 注水泵參數(shù)表

注水泵性能參數(shù)如表1 所示。

2 測(cè)點(diǎn)的布置

根據(jù)五缸注水泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們選定了5 個(gè)測(cè)點(diǎn)來評(píng)價(jià)泵體的振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度指標(biāo)。其中點(diǎn)1位于驅(qū)動(dòng)電機(jī)皮帶輪端，點(diǎn)2 位于電機(jī)風(fēng)扇端，點(diǎn)3 位于泵大皮帶輪端，點(diǎn)4 位于泵體中部，和中間軸承在一條水平線上，點(diǎn)5 位于泵體后端。這5 個(gè)測(cè)點(diǎn)都位于滾動(dòng)軸承垂直或者水平直線上，離傳感器位置最近，可以準(zhǔn)確采集泵體的振動(dòng)信號(hào)且信號(hào)損失最小；不僅能評(píng)價(jià)泵體振動(dòng)指標(biāo)，而且可以評(píng)價(jià)電機(jī)的振動(dòng)指標(biāo)。

圖1 注水泵測(cè)點(diǎn)布置圖

3 各點(diǎn)的故障頻率計(jì)算

3.1 轉(zhuǎn)頻計(jì)算

電機(jī)n=990 r/min 時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率f=990/60=16.5 Hz。泵的轉(zhuǎn)速n=260 r/min 時(shí)，泵轉(zhuǎn)速頻率f=260/60=4.33 Hz，曲軸振動(dòng)頻率f=4.33×5=21.65 Hz。

3.2 曲軸箱軸承頻率計(jì)算

電機(jī)前端蓋軸承型號(hào)為N330E，后端蓋軸承型號(hào)為6328E，泵體兩端軸承型號(hào)為3210，中間軸承型號(hào)為7032172H。

內(nèi)環(huán)有剝落時(shí)，軸承故障頻率為

外環(huán)有剝落時(shí)，軸承故障頻率為

滾動(dòng)體剝落時(shí)，軸承故障頻率為

保持架故障頻率f=0.5f0D（D-dcosα）。

式中，f0為軸承轉(zhuǎn)速頻率，Z為滾珠個(gè)數(shù)，d為滾珠直徑，D為軸承滾道節(jié)徑，α為接觸角。

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 曲軸箱軸承故障頻率表 Hz

4 實(shí)例分析

2013 年7 月采用西馬力1910 振動(dòng)頻譜分析儀對(duì)聯(lián)合站8#注水泵進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)見表3，譜圖見圖2 和圖3。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知：泵體垂直方向振動(dòng)速度值超標(biāo)，達(dá)到9.07 mm/s；而泵體測(cè)點(diǎn)3、4、5 的振動(dòng)加速度值均超過標(biāo)準(zhǔn)值（0.71 m/s2）；空載時(shí)泵體的各項(xiàng)振動(dòng)指標(biāo)都正常。加載后測(cè)點(diǎn)3、4、5 點(diǎn)的振動(dòng)加速度值全部超標(biāo)，而振動(dòng)加速度值是高頻信號(hào)是考核軸承是否完好的重要參數(shù)。初步判斷可能是動(dòng)力箱內(nèi)一個(gè)軸承損壞。

表3 各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

圖2 第4 測(cè)點(diǎn)加速度頻譜

圖3 第4 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度頻譜

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)一般分為：隨機(jī)振動(dòng)，受機(jī)器的各種振動(dòng)激勵(lì)而產(chǎn)生的諧振，滾動(dòng)體具有缺陷后的故障振動(dòng)。振動(dòng)特征包括軸向振動(dòng)和徑向振動(dòng)，為排除動(dòng)平衡故障產(chǎn)生的徑向振動(dòng)干擾，可側(cè)重分析其軸向振動(dòng)值。

當(dāng)振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)某一故障頻率時(shí)，即可判知故障原因。根據(jù)實(shí)測(cè)頻譜可知，軸承的故障頻率為57.5 Hz。

根據(jù)第4 測(cè)點(diǎn)的速度頻譜和加速度頻譜可知道軸承的故障頻率為57.5Hz 和計(jì)算的中間軸承外圈故障頻率57.59Hz 基本一致，所以可以判定是中間軸承故障。

檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力箱中間軸承外環(huán)有剝落現(xiàn)象，更換軸承后，振動(dòng)值處于正常。

5 結(jié)語

應(yīng)用頻譜分析的方法對(duì)機(jī)泵實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，在設(shè)備維修中值得推廣。此方法不僅做到診斷正確，并能準(zhǔn)確地判斷故障的類型、性質(zhì)、部位和劣化程度，保障設(shè)備安全運(yùn)行，并節(jié)省大量人力、物力。

［1］李葆文.機(jī)電設(shè)備診斷原理與技術(shù)［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，1996.

［2］祁撲生.設(shè)備診斷工程［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1997.