東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I摘要鉆井泥漿泵是石油鉆井生產(chǎn)中不可缺少的主要設(shè)備之一，泥漿泵的質(zhì)量對(duì)鉆井生產(chǎn)的速度、質(zhì)量和成本都有很大影響，并且隨著鉆井工藝的發(fā)展，其影響會(huì)越來(lái)越大。泥漿泵的液力端都是采用標(biāo)準(zhǔn)單元結(jié)構(gòu)，而動(dòng)力端采用曲軸十字頭結(jié)構(gòu)。泥漿泵主要由泵殼、葉輪、前后端蓋、曲軸、十字頭等零部件組成。在對(duì)泥漿泵狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷、信號(hào)分析等理論研究的基礎(chǔ)上，提出了一種振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法。監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是指采用傳感器固定安裝，把信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布線引到指定的地點(diǎn)，采用硬件(主要是測(cè)量?jī)x表)進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷，然后通過(guò)軟件系統(tǒng)(主要采用便攜式系統(tǒng))進(jìn)行精密診斷，精密診斷系統(tǒng)根據(jù)需要選擇何時(shí)診斷以及采用在線診斷或離線診斷。這樣既可以方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行常規(guī)性的檢查，又可以深層次的診斷設(shè)備故障的原因、部位以及嚴(yán)重程度，進(jìn)行深入分析，作出判斷。本文通過(guò)對(duì)泥漿泵的一些主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核、對(duì)泥漿泵機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)與振動(dòng)特征分析；并利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)泥漿泵模型進(jìn)行信號(hào)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析，建立完整的泥漿泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這樣可以達(dá)到對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)“心中有數(shù)”，做到故障提前發(fā)現(xiàn)、及時(shí)維修、“防患于未然”。最大程度上提高了設(shè)備運(yùn)行的可行性，提高鉆機(jī)泥漿泵的效率，給企業(yè)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：泥漿泵；監(jiān)測(cè)；故障分析；振動(dòng)測(cè)試東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIAbstractDrillingmudisoneoftheindispensabletotheproductionofoildrillingmainequipment,thequalityofthedrillingmudpumptotherateofproduction,qualityandcosthavegreatinfluence,andwiththedrillingprocessofdevelopment,itsimpactwillgrow.Themudpumphydraulicendareusingstandardunitstructure，Andthecrankshaftcrossheadwithpowerstructure.Mudmainlybythepumpcasing,impeller,frontandrearcover,crankshaft,crossheadandothercomponentparts.Inthemudpumpconditionmonitoringandfaultdiagnosis,signalanalysisbasedonthestudyofthetheory,proposedamethodofvibrationmonitoring.Monitoringanddiagnosissystemistheuseofsensorsfixedinstallation,Citedbyroutingthesignaltothespecifiedsitelocation,theuseofhardware(mainlymeasuringinstruments)forsimplediagnosis,thenthesoftwaresystem(mainlyportablesystem)forprecisiondiagnosis,precisiondiagnosissystemaccordingtoneedtochoosewhentodiagnosisanddiagnosedonlineorofflinethediagnosis.Thiscannotonlyconvenientfieldstaffforregularcheck,butalsodeep-seatedcausesofdiagnosticequipment,locationandseverity,depthanalysistomakejudgments.Thisarticlethroughtothemudpumpsomeofthekeypartsofthemudpumpintensity,thevibrationmonitoringandanalysisofcharacteristicsofthevibrationcharacteristicstest；Andtheuseofvibrationsignalsofmudmodelsignalmonitoringandfaultdiagnosis,Establishacompletemudpumpvibrationmonitoringsystem.Thiscanbeachievedfordevicesrunningaprettygoodidea.Dofaulttofindout,timelymaintenance,tonipinthebud.Thebiggestincreasesonthedegreeoftheequipmentoperationfeasibility,Improvetheefficiencyofmudpumprig,Bringgreateconomicbenefitstotheenterpriseandsocialbenefits.Keywords:Mudpump；Monitoring；Failureanalysis；Vibrationtest東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）III目錄第1章緒論.11.1研究的目的和背景.11.2泥漿泵國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況.11.3泥漿泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障診斷現(xiàn)狀.21.4論文結(jié)構(gòu)圖.3第2章鉆機(jī)泥漿泵主要零件選擇及強(qiáng)度的計(jì)算.42.1機(jī)架.42.2泵體.42.3連桿十字頭連接處銷子強(qiáng)度的計(jì)算.42.4V帶傳動(dòng)的計(jì)算.62.5軸承的選擇.82.6泥漿泵電動(dòng)機(jī)的選擇.10第3章泥漿泵機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)特征分析.133.1常見(jiàn)故障及改進(jìn)措施.133.2泥漿泵機(jī)組智能故障診斷系統(tǒng).133.3機(jī)組工況及振動(dòng)信號(hào)測(cè)試方案.153.4機(jī)身表面振動(dòng)的振源初步分析.163.5機(jī)組振動(dòng)頻譜分析.16第4章泥漿泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).234.1泥漿泵的工作原理.234.2泥漿泵在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì).234.3系統(tǒng)模塊與監(jiān)測(cè)參數(shù).254.4泥漿泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)圖解.264.5傳感器的安裝和使用.274.6振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面圖.28結(jié)論.29東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IV參考文獻(xiàn).30致謝.32東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第1章緒論1.1研究的目的和背景隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備正朝著大型化、復(fù)雜化、高速化、自動(dòng)化及大功率方向發(fā)展。由于設(shè)備中不同部分之間的相互聯(lián)系、耦合程度更加緊密，一個(gè)部分出現(xiàn)故障，將引起整個(gè)生產(chǎn)流程中斷，現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)也大幅度的增加了設(shè)備的維修費(fèi)用。設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外一項(xiàng)發(fā)展迅速、備受歡迎的重要技術(shù)。它是安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷越來(lái)越得到重視。因而研究設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是很有意義的。鉆機(jī)泥漿泵是鉆探機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，對(duì)其振動(dòng)監(jiān)測(cè)也極其重要。泥漿泵分單作用及雙作用兩種形式，單作用式在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)中僅完成一次吸排漿動(dòng)作。而雙作用式每往復(fù)一次完成兩次吸排漿動(dòng)作。由于泵軸與電機(jī)不同心、葉輪不平衡、軸承損壞等原因泥漿泵會(huì)發(fā)生振動(dòng)，出現(xiàn)故障。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)及其特征是反映系統(tǒng)狀態(tài)及其變化規(guī)律的主要參數(shù)之一，因此針對(duì)鉆機(jī)泥漿泵進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1。結(jié)合鉆機(jī)泥漿泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和整體振動(dòng)工況條件，進(jìn)行泵體整體振動(dòng)和噪音分析，對(duì)故障多發(fā)部位或部件進(jìn)行專門研究，并對(duì)經(jīng)典的故障類型進(jìn)行詳細(xì)的分析，最終設(shè)計(jì)建立泥漿泵模型的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。1.2泥漿泵國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況我國(guó)的泥漿泵是從上世紀(jì)60年代才開始由引進(jìn)美國(guó)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，目前也是隨著世界的先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。根據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)，中國(guó)擁有鉆機(jī)1000余臺(tái)，占世界鉆機(jī)的32%，其中中石油集團(tuán)公司擁有702臺(tái)。因此，中石油集團(tuán)公司的鉆機(jī)情況基本反映了國(guó)內(nèi)鉆機(jī)的現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鉆井泵的企業(yè)主要有：寶雞石油機(jī)械有限公司、蘭州蘭石國(guó)民油井石油工程有限公司。在中國(guó)石油集團(tuán)公司擁有的702臺(tái)鉆機(jī)中，4000m以下的鉆機(jī)占總量的80%。平均新度系數(shù)僅為0.4，其中48%的鉆機(jī)新度系數(shù)小于0.3,有500臺(tái)左右的鉆機(jī)服役10年以上，待更新。在“十五”期間，中石油集團(tuán)公司投人巨資更新鉆機(jī)，隨之配套的鉆井泵相應(yīng)也需要更新。在2000年統(tǒng)計(jì)，中國(guó)石油集團(tuán)公司年累計(jì)完成井?dāng)?shù)為7165口，進(jìn)尺為10908km，其中井深小于4000m的井?dāng)?shù)和進(jìn)尺分別為7056口和10383km，所占比例分別為98.5%和95.2%。從以上分析數(shù)據(jù)可知，東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2在用鉆機(jī)主要為4000m以下鉆機(jī)。國(guó)外泵業(yè)發(fā)展迅速，高科技的發(fā)展和應(yīng)用起了致關(guān)重要的作用，如CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了泵的設(shè)計(jì)多樣化，生產(chǎn)朝多品種、小批量方向發(fā)展。制造技術(shù)的提高給泵業(yè)的發(fā)展注入了新的力量，由合成纖維、陶瓷及聚四氟乙烯等材料制成的低摩擦壓縮填料和石棉填料相比，在多方面顯出了優(yōu)勢(shì)，顯示了新的生命力2。1.3泥漿泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障診斷現(xiàn)狀柱塞式泥漿泵是油田廣泛使用的一種往復(fù)式機(jī)械，對(duì)維持油田正常生產(chǎn)具有重要作用。80年代以來(lái)，我國(guó)廣大科技工作者在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方面做了大量工作，取得了許多成果。但在往復(fù)機(jī)械方面，則由于各種原因而相對(duì)落后。科技工作者經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了柱塞式泥漿泵泵的幾個(gè)重要故障特征頻段，掌握了一些常見(jiàn)故障與這些特征頻段的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)泥漿泵泵故障嚴(yán)重程度與頻段內(nèi)的能量大小有密切關(guān)系。在此基礎(chǔ)上開發(fā)研制的故障診斷系統(tǒng)，基本上能比較準(zhǔn)確地判斷柱塞式泥漿泵泵的故障。該系統(tǒng)由專門研制的數(shù)據(jù)采集器、軟件和筆記本式計(jì)算機(jī)組成，操作簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)使用。泥漿泵是在鉆探過(guò)程中，向鉆孔輸送泥漿或水等沖洗液的機(jī)械。泥漿泵泵一旦發(fā)生故障,常造成甚至高達(dá)數(shù)十萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)危害川。應(yīng)用故障診斷技術(shù),可以方便地判斷出故障原因,隨后采取解決措施。所謂采油設(shè)備故障診斷技術(shù),是針對(duì)油田泥漿泵機(jī)組在其狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷及維修決策管理等方面存在的諸多缺陷,研制開發(fā)出的集數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、專家系統(tǒng)為一體的技術(shù)。專家系統(tǒng),是一種以知識(shí)為基礎(chǔ)的、智能化的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),它將領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)、經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié),形成規(guī)則,存人計(jì)算機(jī)建立知識(shí)庫(kù)。采用合適的控制策略,按輸人的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行推理、演繹,做出判斷和決策,因此能起到領(lǐng)域?qū)＜业淖饔谩＝陙?lái),專家系統(tǒng)在很多方面都有廣泛的應(yīng)用,尤其是在故障診斷方面,更是有了極大的發(fā)展。在國(guó)內(nèi),專家系統(tǒng)主要應(yīng)用在診斷型的專家系統(tǒng)方面,而且主要在大型石化、石油企業(yè)中。其中專門針對(duì)油田關(guān)鍵設(shè)備泥漿泵泵的專家系統(tǒng)的開發(fā),也有一些發(fā)展和應(yīng)用。但是,目前大部分專門針對(duì)泥漿泵的診斷系統(tǒng),很多都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,極少有直接應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的。并且,即使是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)油田的一些診斷系統(tǒng),其操作人員必須具有一定的相關(guān)知識(shí)背景,而且還需長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn),方能熟練操作。這些都給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了極大的不便。本文所研究的泥漿泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),根據(jù)泥漿泵機(jī)組的特點(diǎn),開發(fā)了專門針對(duì)泥