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1、东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘 要钻井泥浆泵是石油钻井生产中不可缺少的主要设备之一，泥浆泵的质量对钻井生产的速度、质量和成本都有很大影响，并且随着钻井工艺的发展，其影响会越来越大。泥浆泵的液力端都是采用标准单元结构，而动力端采用曲轴十字头结构。泥浆泵主要由泵壳、叶轮、前后端盖、曲轴、十字头等零部件组成。在对泥浆泵状态监控及故障诊断、信号分析等理论研究的基础上，提出了一种振动监测的方法。监测诊断系统是指采用传感器固定安装，把信号通过现场布线引到指定的地点，采用硬件(主要是测量仪表)进行简易诊断，然后通过软件系统(主要采用便携式系统)进行精密诊断，精密诊断系统根据需要选择何时诊断以及采用在线
2、诊断或离线诊断。这样既可以方便现场工作人员进行常规性的检查，又可以深层次的诊断设备故障的原因、部位以及严重程度，进行深入分析，作出判断。本文通过对泥浆泵的一些主要零件进行强度校核、对泥浆泵机组进行振动监测试验与振动特征分析；并利用振动信号对泥浆泵模型进行信号监测和故障诊断分析，建立完整的泥浆泵振动监测系统。这样可以达到对设备运行状态“心中有数”，做到故障提前发现、及时维修、“防患于未然”。最大程度上提高了设备运行的可行性，提高钻机泥浆泵的效率，给企业带来极大的经济效益和社会效益。关键词：泥浆泵；监测；故障分析；振动测试14AbstractDrilling mud is one of the i
3、ndispensable to the production of oil drilling main equipment, the quality of the drilling mud pump to the rate of production, quality and cost have great influence, and with the drilling process of development, its impact will grow. The mud pump hydraulic end are using standard unit structure，And t
4、he crankshaft crosshead with power structure. Mud mainly by the pump casing, impeller, front and rear cover, crankshaft, crosshead and other component parts.In the mud pump condition monitoring and fault diagnosis, signal analysis based on the study of the theory, proposed a method of vibration moni
5、toring. Monitoring and diagnosis system is the use of sensors fixed installation, Cited by routing the signal to the specified site location, the use of hardware (mainly measuring instruments) for simple diagnosis, then the software system (mainly portable system) for precision diagnosis, precision
6、diagnosis system according to need to choose when to diagnosis and diagnosed online or offline the diagnosis. This can not only convenient field staff for regular check, but also deep-seated causes of diagnostic equipment, location and severity, depth analysis to make judgments.This article through
7、to the mud pump some of the key parts of the mud pump intensity, the vibration monitoring and analysis of characteristics of the vibration characteristics test; And the use of vibration signals of mud model signal monitoring and fault diagnosis, Establish a complete mud pump vibration monitoring sys
8、tem. This can be achieved for devices running a pretty good idea. Do fault to find out, timely maintenance, to nip in the bud. The biggest increases on the degree of the equipment operation feasibility, Improve the efficiency of mud pump rig, Bring great economic benefits to the enterprise and socia
9、l benefits. Keywords: Mud pump; Monitoring; Failure analysis; Vibration test目 录第1章 绪 论11.1 研究的目的和背景11.2 泥浆泵国内外发展情况11.3 泥浆泵监测系统的故障诊断现状21.4 论文结构图3第2章 钻机泥浆泵主要零件选择及强度的计算42.1 机架42.2 泵体42.3 连杆十字头连接处销子强度的计算42.4 V带传动的计算62.5 轴承的选择82.6 泥浆泵电动机的选择10第3章 泥浆泵机组振动试验监测与振动特征分析133.1 常见故障及改进措施133.2 泥浆泵机组智能故障诊断系统133.3 机
10、组工况及振动信号测试方案153.4 机身表面振动的振源初步分析163.5 机组振动频谱分析16第4章 泥浆泵振动监测系统设计234.1 泥浆泵的工作原理234.2 泥浆泵在线状态监测方案设计234.3 系统模块与监测参数254.4 泥浆泵状态监测图解264.5传感器的安装和使用274.6振动监测系统界面图28结 论29参考文献30致 谢32第1章 绪 论1.1 研究的目的和背景随着科学技术的迅猛发展，现代工业生产中的机械设备正朝着大型化、复杂化、高速化、自动化及大功率方向发展。由于设备中不同部分之间的相互联系、耦合程度更加紧密，一个部分出现故障，将引起整个生产流程中断，现代化的生产设备在提高生
11、产效率的同时也大幅度的增加了设备的维修费用。设备振动监测技术是目前国内外一项发展迅速、备受欢迎的重要技术。它是安全经济运行的需要，设备的状态监测与故障诊断越来越得到重视。因而研究设备振动监测系统是很有意义的。钻机泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分，对其振动监测也极其重要。泥浆泵分单作用及双作用两种形式，单作用式在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排浆动作。而双作用式每往复一次完成两次吸排浆动作。由于泵轴与电机不同心、叶轮不平衡、轴承损坏等原因泥浆泵会发生振动，出现故障。机械设备在运行过程中的振动及其特征是反映系统状态及其变化规律的主要参数之一，因此针对钻机泥浆泵进行振动监测系统设计1。结合钻
12、机泥浆泵的结构特点和整体振动工况条件，进行泵体整体振动和噪音分析，对故障多发部位或部件进行专门研究，并对经典的故障类型进行详细的分析，最终设计建立泥浆泵模型的振动测试系统。1.2 泥浆泵国内外发展情况我国的泥浆泵是从上世纪60年代才开始由引进美国技术发展起来的，目前也是随着世界的先进技术的发展而发展。根据2008年统计，中国拥有钻机1000余台，占世界钻机的32%，其中中石油集团公司拥有702台。因此，中石油集团公司的钻机情况基本反映了国内钻机的现状。国内生产钻井泵的企业主要有：宝鸡石油机械有限公司、兰州兰石国民油井石油工程有限公司。在中国石油集团公司拥有的702台钻机中，4000m以下的钻机
13、占总量的80%。平均新度系数仅为0.4，其中48%的钻机新度系数小于0.3,有500台左右的钻机服役10年以上，待更新。在“十五”期间，中石油集团公司投人巨资更新钻机，随之配套的钻井泵相应也需要更新。在2000年统计，中国石油集团公司年累计完成井数为7165口，进尺为10908km，其中井深小于4000 m 的井数和进尺分别为7056口和10383km，所占比例分别为98.5%和95.2%。从以上分析数据可知，在用钻机主要为4000m以下钻机。国外泵业发展迅速，高科技的发展和应用起了致关重要的作用，如CAD/CAM技术的应用，推动了泵的设计多样化，生产朝多品种、小批量方向发展。制造技术的提高给
14、泵业的发展注入了新的力量，由合成纤维、陶瓷及聚四氟乙烯等材料制成的低摩擦压缩填料和石棉填料相比，在多方面显出了优势，显示了新的生命力2。1.3 泥浆泵监测系统的故障诊断现状柱塞式泥浆泵是油田广泛使用的一种往复式机械，对维持油田正常生产具有重要作用。80 年代以来，我国广大科技工作者在旋转机械的状态监测和故障诊断方面做了大量工作，取得了许多成果。但在往复机械方面，则由于各种原因而相对落后。科技工作者经过大量实验，发现了柱塞式泥浆泵泵的几个重要故障特征频段，掌握了一些常见故障与这些特征频段的关系，并发现泥浆泵泵故障严重程度与频段内的能量大小有密切关系。在此基础上开发研制的故障诊断系统，基本上能比较
15、准确地判断柱塞式泥浆泵泵的故障。该系统由专门研制的数据采集器、软件和笔记本式计算机组成，操作简单，便于现场使用。泥浆泵是在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵泵一旦发生故障,常造成甚至高达数十万元的经济损失和严重的社会危害川。应用故障诊断技术,可以方便地判断出故障原因,随后采取解决措施。所谓采油设备故障诊断技术,是针对油田泥浆泵机组在其状态监测、故障诊断及维修决策管理等方面存在的诸多缺陷,研制开发出的集数据采集、信号处理、专家系统为一体的技术。专家系统,是一种以知识为基础的、智能化的计算机软件系统,它将领域专家的知识、经验加以总结,形成规则,存人计算机建立知识库。采用合适的控制
16、策略,按输人的原始数据进行推理、演绎,做出判断和决策,因此能起到领域专家的作用。近年来,专家系统在很多方面都有广泛的应用,尤其是在故障诊断方面,更是有了极大的发展。在国内,专家系统主要应用在诊断型的专家系统方面,而且主要在大型石化、石油企业中。其中专门针对油田关键设备泥浆泵泵的专家系统的开发,也有一些发展和应用。但是,目前大部分专门针对泥浆泵的诊断系统,很多都处于实验室研究阶段,极少有直接应用于实际生产的。并且,即使是应用于现场油田的一些诊断系统,其操作人员必须具有一定的相关知识背景,而且还需长时间的培训,方能熟练操作。这些都给实际应用带来了极大的不便。本文所研究的泥浆泵振动监测系统,根据泥浆泵机组的特点,开发了专门针对泥浆泵的小型专用知识库,并利用正反向棍合推理机制,提高了诊断效率。根据
