注水泵的状态监测与故障诊断探讨

马志图

摘 要：油田多级离心式注水泵机组作为当前油田开采的重要工具，其施工质量已经成为人们关注的焦点。在实际操作的过程中，许多注水泵机组无法达到对各项指标的实时、自动、全过程监控，造成注水泵机组故障问题多发。文章就注水泵中的震动测试及谱频分析状况，对水泵机组运行各项指标进行控制，有效提升了故障预防及诊断的效果。

关键词：注水泵；状态监测；故障诊断

在当前油田开采的过程中，相关人员主要依靠注水泵完成对油层的注水工作，对油层压力进行控制。常见的注水机组主要为高压离心式注水泵和高压柱塞泵机组两种。注水泵可以明显提升油田采油速度及采收率，改善油田经济效益，对我国经济发展具有至关重要的作用。注水泵在使用的过程中非常容易出现水泵抽空、电机烧损等现象，加强注水泵状态监测及故障诊断在当前设备建设中已经刻不容缓。

1 注水泵机组的工作状态监测

注水泵机组在工作的过程中存在诸多问题，加强对该机组的状态监测，对各项指标进行诊断分析，可以确保注水泵机组处于良好的运行状态，降低可能出现的故障发生率，对提升注水具有非常好的促进作用。

1.1 状态监测机理

在进行状态信息监测的过程中要对各项信号进行合理控制，确保机组及零部件能够正常运行。相关人员要对振动、温度、压力等指标通过传感器转换为电信号、声信号等物理信号量，将上述信号进行系统处理。相关人员要对上述计算中的设备运行状态的特征参数进行全方位分析，完成检测及监测操作。

当前注水泵机组在监测的过程中其特征参量主要为振幅、频率、相位、转速、时域波形、轴心位置、轴向位置等，检测数据主要为振动位移、振动速度、振动加速度等。

1.2 测点选择及布置

注水泵在连接的过程中主要是选取弹性联轴器与电机形成系统，通过滑动轴承完成连接，保证底座之间相互分离。测试是要将测试点选取在注水泵的高压端及低压端或电机的驱动端及非驱动端，测试点在建立坐标轴是可以选取x负半轴、y负半轴、z负半轴或选取A处高压端轴负半轴、B处泵低压端负半轴、C处电机驱动端负半轴、D处电机非驱动端负半轴。

1.3 监测标准选取

在对监测标准进行制定的过程中，相关人员要对GB10889-89《泵的振动测量及评价方法》及《泵站等级评定标准》进行全方位分析，依照油田设备管理办法，对各项管理操作进行确定。在上述管理的过程中，相关人员要结合当前注水泵管理参数标准进行振动监测及位移监测，一旦出现不良状况要及时进行处理。

1.4 仪器诊断及监测方法

在对仪器进行诊断的过程中，相关人员要对定期监测内容进行明确，对定期检测中的Var63测振仪状况指标进行调节，测量振动状况。上述监测的过程中主要是对振动速度及振动位移的监测，完成振动位移的提升。在对上述异常进行处理的过程中，NTK预测系统需要对数据信息定期采集，依照振动诊断分析软件对频谱状况进行明确，观察频域幅值状况及时域状况，对故障部位进行明确。

2 注水泵机组故障特征分析

在对注水泵机组故障进行分析的过程中，相关人员要对信号分析处理及状态监测中的各项内容及特征参数变化状况进行控制，要依照特征参数状况与设备要求状况对比结果，观察设备运行是否正常。在故障特征分析的过程中，一旦发现注水泵故障时，相关人员要对其故障性质及故障程度进行诊断，要对发生原因及发生部位进行明确，从根本上预测和及时控制故障状况。当前注水泵在使用的过程中主要存在以下故障，其振动特征具有明显典型性。

第一，不平衡故障。注水泵旋转机械在操作的过程中非常容易出现振动不平衡现象，导致旋转体轴心周围不均匀，造成旋转同步振动效果受到制约。不平衡主要是由于旋转质量分布不均匀或旋转过程中离心力不均衡引起的振动失衡现象，振动噪声较大。不平衡故障中设备径向振动较大，具有稳定的基频高峰，轴向振动幅度较大。该振动的过程中时域波形一般为稳定的周期波形。

第二，电磁振动。电磁振动主要是由于机械转动过程中机械因素或电磁作用导致的振动现象。该故障主要是由于电源频率导致。电磁振动时域波一般不具有稳定的周期信号。

第三，机械松动。机械松动主要是由于不牢固引发的，在旋转频率中具有非常明显的特征，振幅较大。导致机械松动的原因主要包括支承系统配合面间隙过大、固定螺栓强度不够、基础工程质量较差等。机械松动径向振动较大，倍频成分较高，轴向振动较小。该时域波形为不稳定的非周期信号。

第四，不对中故障。不对中故障主要是在联轴器连接过程中中心连接不重合导致的现象，可以造成注水泵发生径向振动或轴向振动。当前在操作的过程中装机操作不良、机身内不对中故障径向振动大，有稳定的基频，2 倍频成分超过其它成分， 高次谐波成分较小，轴向振动大。该故障中时域波形为稳定的周期波形。

部应力没有彻底消除、管道附件安装质量不高等都可以在很大程度上导致不对中的产生。

第五，基础松动。基础松动可以造成注水泵在使用的过程中出现机械无法旋转或旋转不均匀等障碍，导致噪声的产生和机械的磨损。该种故障发生后会产生非常明显的垂直方向振动，具有非常稳定的基频成分。该时域波形具有稳定的周期信号。

在现场进行故障诊断应用的过程中，相关人员要对注水泵各项指标进行严格控制，对注水泵与自身电机之间进行检修，观察各项标准状况。要对振动频谱进行分析，防止出现严重的动态偏心状况。当存在摩擦现象时，要及时停机检查。要对电机进行检修，对出现磨损及不均匀现象进行严格控制，及时调整电机气隙，提升轴瓦与电机之间的配合效果。

3 结束语

对注水泵进行状态监测可以及时预防和发现注水泵可能出现的各项故障，降低上述故障对油田开采的影响。除此之外，对注水泵状态监测及故障诊断还可以及时对设备进行检修，防止设备运行状况恶化，造成设备损坏。

参考文献

[1]张海波，王会山，汤洪刚，等.状态监测技术在油田机泵设备中的应用环节特点分析[J].中国设备工程，2013，5（5）：17-18.

[2]徐秀芬，殷海双，侯永强，等.基于虚拟仪器的油田注水泵机组故障诊断系统[J].大庆石油学院学报，2009，6（3）：92-93.

[3]李开连，郑生宏，雷长森，等.电参曲线分析法在往复泵状态监测中的英语[J].石油矿场机械，2013，3（8）：116-117.