基于振动检测的潜油电泵机组故障诊断的研究

论文摘要

潜油电泵是目前国内外各大油田机械采油的主要设备之一,其可靠性和高效性是油田持续稳产高产的重要保证。潜油电泵机组的结构较为复杂,发生的许多故障都会引起机组的振动,因此可以通过对机组振动信号的分析,初步判断出相关故障。对潜油电泵试验井井口的振动信号进行采集和分析,提取了潜油电泵机组故障的振动信号特征,完成了某些故障的诊断。论文完成的主要工作包括:1.设计了一套基于数字信号处理器(DSP)和微机电系统(MEMS)加速度传感器的振动信号采集系统,以便对潜油电泵井井口的振动信号进行采集。并在采集系统中开发了通用串行总线(USB)主机功能,从而可以将采集到的数据直接以文本格式写入移动存储器中,实现了潜油电泵机组振动信号的便携式海量存储采集。2.探讨了旋转机械故障诊断中传统的信号分析方法,如时域分析、幅值分析、频域分析等,阐述了这些方法的基本原理、优缺点及其应用场合。3.研究了小波分析理论和小波变换在振动信号分析中的应用。小波分析属于时频分析的一种,具有多分辨分析的特点,克服了傅里叶变换的缺点。通过对潜油电泵机组的振动信号进行各种小波分析研究,可以实现对故障特征的提取。利用时域波形、功率谱、小波分解、小波包分解等多种方法对已测得的潜油电泵机组的多组振动信号数据进行了分析,经过分析对比和归纳总结,得到了潜油电泵机组轴窜动量过大和磨损这两种故障特征的提取方法,从而实现了这两种故障的诊断。实验证明,对潜油电泵试验井井口的振动信号分析,并从中提取故障特征信息是可行和有效的。本文的工作为潜油电泵机组故障诊断技术的研究提供了有益的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 潜油电泵概述
• 1.3 课题研究现状
• 1.3.1 潜油电泵机组故障分析及诊断研究现状
• 1.3.2 旋转机械设备故障的振动诊断方法的研究现状
• 1.3.3 振动检测在潜油电泵故障诊断中的应用现状
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 潜油电泵机组振动检测系统的设计
• 2.1 系统的整体设计
• 2.2 DSP最小系统的设计
• 2.2.1 TMS320F2812 简介
• 2.2.2 DSP扩展存储器
• 2.2.3 DSP电源设计
• 2.2.4 DSP时钟和复位电路的设计
• 2.3 传感器的选择及电路设计
• 2.4 模数转换模块
• 2.5 USB总线协议
• 2.5.1 USB总线简介
• 2.5.2 USB总线的发展历程
• 2.5.3 USB接口设计原理
• 2.6 USB主机开发
• 2.6.1 USB主机硬件设计
• 2.6.2 USB主机软件设计
• 2.7 人机交互模块设计
• 2.8 系统软件设计
• 2.9 本章小结
• 第3章 旋转机械故障诊断中的振动信号分析方法
• 3.1 时域分析
• 3.1.1 时域波形分析
• 3.1.2 自相关分析
• 3.1.3 互相关分析
• 3.2 幅值分析
• 3.3 频域分析
• 3.3.1 周期信号的离散谱
• 3.3.2 傅里叶变换
• 3.3.3 功率谱分析
• 3.3.4 细化分析
• 3.3.5 倒频谱分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 小波分析在潜油电泵机组故障特征提取中的应用
• 4.1 小波分析理论
• 4.1.1 连续小波变换
• 4.1.2 离散小波变换
• 4.1.3 二进制小波变换
• 4.1.4 多分辨率分析与Mallat算法
• 4.1.5 小波包分析
• 4.2 小波变换在振动信号分析中的典型应用
• 4.3 潜油电泵机组的振动信号分析与故障特征提取
• 4.3.1 潜油电泵轴窜量过大的振动信号特征提取
• 4.3.2 机组磨损故障振动信号特征提取
• 4.3.3 试验数据分析小结
• 4.3.4 数据分析软件设计
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢