潜油电泵机组振动检测虚拟仪器设计

张淑云

大庆让区乘风庄装备制造集团特车公司修理二厂，黑龙江大庆 163000

1 课题来源及研究意义

近年来，潜油电泵采油得到了越来越广泛的应用。其原理是通过潜油电机带动离心泵旋转将井液举升到地面，达到了采油的目的。但是，由于泵细长且结构复杂，使用中复杂多变的油井和井液条件的影响等原因，使得潜油电泵故障率高。其故障种类繁多，原因复杂，严重时会出现整个机组落井的重大故障。因此，开发出相应的检测及故障诊断系统具有非常重要的意义。

2 机组振动故障分析

潜油多级离心泵存在3种典型的磨损故障：泵轴与扶正套摩擦副严重磨损；叶轮和导轮的配合段偏磨；导轮、叶轮的垫片安装部剧烈磨损或偏磨。可以推断，过度振动是造成以上故障的主要原因。

3 虚拟仪器设计

虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI），就是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟模板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。

系统的总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图

3.1 系统主要硬件介绍

数据采集卡是本系统的硬件核心部分，它主要完成数据的采集、A/D转换和存储。本系统采用的是PCI-6024E型数据采集卡。

由于潜油电泵的振动信号较弱，本文从位移、速度和加速度传感器中选择加速度传感器来测量信号。

3.2 系统软件设计

3.2.1 数据采集显示仪

该模块是通过创建用户界面、编写源程序代码，最后生成工程文件，来采集振动信号。

该面板可实现信号的实时采集，波形存储和波形的读取及回放。实时采集时，能改变信号显示点数。

3.2.3 数据采集模块

该面板设计主要是在轴承和电机处放置压电式加速度传感器，为了达到测量的不失真，需要在每一测点上采集3个方向，即水平、垂直和轴向的振动信号。设计出的面板能够进行通道选择。

3.2.4 振动信号预处理模块

本系统在信号截取过程中设置5种窗函数为：三角窗、汉宁窗、海明窗、余弦窗、矩形窗。对滤波和加窗后的数据保存，以便进行进一步的处理。

3.2.5 振动信号的幅域分析

对波形进行幅域分析，其设计面板显示出预处理后的振动信号波形，并且对该信号能显示出其均值、方差、最小值和最大值。

3.2.6 振动信号的频域分析

频域分析是将时域信号变换至频域加以分析。首先将预处理后的振动信号读入，进行傅立叶变换，计算信号的功率谱。

3.3 机组的振动信号的采集

本文以10203022机组为例，简单介绍其利用PCI-6024E数据采集卡，在LabWindows编程环境中进行振动信号采集的应用。在采样频率设定为8192Hz时，采集得到10203022机组的多通道的振动速度信号，下面以该机组的3个通道的第一通道的振动信号进行分析。

3.3.1 机组振动信号的预处理

对1023022机组的1通道的振动速度信号进行预处理则得到经过滤波和加窗之后的振动信号，由于振动信号是高频信号，采用高通滤波，滤波频率设定为10Hz，窗函数选用海明窗。

3.3.2 机组振动信号频域分析

对潜油电泵进行频域分析， 10203022机组1通道1的频谱分析如下图所示。

图2 1023022机组1通道振动信号频域分析

[1]徐长航，杨其俊.一种改进的模糊神经网络模型及其在往复泵泵阀故障诊断中的应用[J].振动工程学报，2000，13(增刊).

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