单螺杆泵故障诊断和性能测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种单螺杆泵故障诊断和性能测试装置及方法，可实现单螺杆泵运行工况在线监测、故障诊断及性能测试。装置提供两种工作模式，即正常生产监测模式和性能在线测试模式。正常生产监测模式下，基于对正常生产过程中泵运行参数实时监测，实现泵运行工况在线监测；能够利用在线检测到的数据完成泵常见故障在线诊断，并在此基础上完成维修策略制定。泵性能测试模式下，可以实现在役单螺杆泵/非在役单螺杆泵在一般工况/极限工况下泵性能测试，完成不同工况下泵容积效率、轴功率、扬程及总效率等性能参数计算，并在此基础上进行性能曲线绘制及存储。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油田测试
，涉及油气集输系统中使用的多相混输泵的故障诊断和性能测试，具体涉及一种单螺杆泵在线故障诊断和性能测试装置，以及单螺杆泵故障诊断和性能测试方法。
技术介绍
在原油集输中，采用气液混输管路输送与用单相管路分别输送原油和天然气相比，可以简化集输流程，缩短集输工程设计和施工时间，降低集输工程投资，提高油田开发的经济效益。在沙漠、近海等特定环境的油田开发中，混输管路更有单相管路不可比拟的优点，突出地表现在能简化处理工艺、节省海上平台空间、减少运营管理费用、提高油气田的生产能力，是实现边际油田、沙漠深部或水下采油不可缺少的技术。在油田地面集输系统中，混输管路的应用日益广泛。多相混输泵是多相混输系统中的增压设备，出于深海石油及边际油田开发的需要，20世纪80年代法国、德国、挪威、美国等国家开发了多种多相混输泵，其中具有代表性的是法国石油研究院、法国道达尔和挪威国家石油公司联合开发的“海神”系列多相混输泵。按工作原理，多相混输泵可分为透平式和容积式两种类型。透平式混输泵靠叶轮的旋转使流体获得能量，包括螺旋轴流式混输泵和多级离心泵。容积泵工作原理是利用泵腔容积的变化将流体从低压侧输送到高压侧，包括双螺杆泵、单螺杆泵、反转轴多相泵、直线驱动活塞泵等。其中应用较广泛的是螺旋轴流式泵和螺杆泵。单螺杆油气混输泵(简称单螺杆泵)属于单螺杆水力机械，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。单螺杆泵主要工作部件是螺杆转子和橡胶衬套副，二者利用摆线的多等效动点效应在泵长度方向上形成多个封闭腔室，当二者作相对转动时，封闭腔室将作轴向移动，完成流体介质的增压输送。单螺杆泵独特的结构特点使其具有以下优点：(1)运行稳定，流量较均匀，特别是在转速较低的情况下；(2)排量与泵转速成正比，具有很好的变量调节性；(3)运动件少，流道短而简单，过流面积大，油流扰动小；(4)对砂、蜡的适应性较好，能够在高黏原油增压输送中保持较高效率。然而，单螺杆泵结构上的缺点也给其应用带来了较大的弊端。单螺杆泵螺杆转子和衬套副的配合方式为过盈配合，且衬套副的材质一般为橡胶材料，在运行中易发生定、转子磨损，进而造成泵故障率升高、性能降低。此外，初期安装不规范，运行中维护不及时也会导致泵寿命缩短，故障频率升高等不利情况发生。因此，设计一套单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，实现泵运行过程中运行工况在线实时监测、故障诊断及维修策略制定、泵性能在线测试，对保证单螺杆泵安全可靠运行具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对上述现有技术中存在的问题，提供一种单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，可用于实现对单螺杆泵运行中出现的故障进行在线诊断，并根据诊断结果制定维修策略；本专利技术提供的单螺杆泵故障诊断和性能测试装置可以进一步应用于单螺杆泵性能在线测试。本专利技术的另一目的在于提供一种单螺杆泵故障诊断和性能测试方法。为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案来实现：本专利技术提供了一种单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，包括设置在油田地面集输系统接转站内的终端设备和监控中心；终端设备根据控制命令进行工作模式的切换、运行参数的采集和运行工况的调节；监控中心实现单螺杆泵运行工况的监测、控制命令的下达、故障诊断和性能分析；终端设备与监控中心之间通过网关节点实现无线通信；接转站内设有正常生产监测区和性能测试区；正常生产监测区，实现正常生产过程中单螺杆泵运行参数监测，包括一条以上以并联方式连接的增压管路，每条增压管路上均安装有单螺杆泵；性能测试区，用于实现一般工况和极限工况下单螺杆泵性能测试，包括三条测试管路，分别为第一测试管路、第二测试管路和第三测试管路；第一测试管路与第三测试管路同时启用时构成液相测试管路，第二测试管路与第三测试管路同时启用时构成气相测试管路，三条测试管路同时启用构成气液混输测试管路；终端设备包括安装在增压管路和测试管路上的传感器节点、电控阀门执行机构以及安装在电机上的变频器；传感器节点，用于采集并上传单螺杆泵运行参数；电控阀门执行机构，用于控制阀门开度；变频器，通过对电机转速的无级调节实现泵转速调节；依据监控中心控制命令，终端设备实现正常生产监测模式和泵性能测试模式间的切换；正常生产监测模式下，可实现单螺杆泵运行参数在线监测及故障诊断；在性能测试模式下，可实现单螺杆泵性能测试。上述单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，增压管路的第一入口与第一集油汇管连接，出口与第二集油汇管连接。上述单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，第一测试管路的入口与气液分离器的液相输出端连接，出口与第三测试管路入口连接；第二测试管路入口与储气罐的输出端连接，出口与第三测试管路入口连接；第三测试管路出口与增压管路的第二入口连接；气液分离器的输入端与第一集油汇管连接；储气罐的输入端与气液分离器的气相输出端连接。第一测试管路上设置有定量泵，用于液相流量调节；储气罐输出端安装有气相流量调节阀，用于气相流量调节；第二测试管路上设置有增压旁路，用于对气相介质增压。上述单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，至少一条增压管路上的单螺杆泵入口和出口上设置有快接软管，用于将非在役单螺杆泵接入性能测试管路，实现非在役单螺杆泵性能在线测试。上述单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，传感器节点与网关节点之间通过ZigBee网络实现通信；网关节点与监控中心之间通过GPRS网络实现通信。本专利技术进一步提供了一种单螺杆泵故障诊断方法，利用上述单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，启动正常生产监测模式，井口采出液经第一集油汇管进入各增压管路，经各单螺杆泵增压后通过第二集油汇管进入集油干线；在此过程中，各传感器节点采集单螺杆泵运行参数，并将采集的运行参数通过无线网络传送至监控中心；监控中心依据运行参数可实现单螺杆泵运行工况在线监测，并能够结合故障诊断模型，完成故障在线诊断；出现故障时，监控中心根据故障类型，结合泵运行参数进行故障原因分析，并在此基础上制定相应维修策略；依据维修策略，监控中心进行维修方式的选择，维修方式包括远程调节泵运行工况进行故障消除和发送维修策略至管理终端，由技术人员现场维修进行故障消除两种方式；其中，监测的运行参数包括单螺杆泵进出口压力和温度、单螺杆泵入口介质含气率、电机参数、单螺杆泵振动参数、单螺杆泵泵轴扭矩及转速；故障诊断模型采用基于BP人工神经网络的方法构建。上述螺杆泵故障诊断方法中，故障诊断模型的构建包括以下步骤：步骤S1，建立BP人工神经网络，其中包括输入层、隐含层和输出层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，其特征在于，包括设置在油田地面集输系统接转站内的终端设备和监控中心；终端设备根据控制命令进行工作模式的切换、运行参数的采集和运行工况的调节；监控中心实现单螺杆泵运行工况监测、控制命令的下达、故障诊断和性能分析；终端设备与监控中心之间通过网关节点实现无线通信；接转站内设有正常生产监测区和性能测试区；正常生产监测区，实现正常生产过程中单螺杆泵运行参数监测，包括一条以上以并联方式连接的增压管路，每条增压管路上均安装有单螺杆泵；性能测试区，用于实现一般工况和极限工况下单螺杆泵性能测试，包括三条测试管路，分别为第一测试管路(35)、第二测试管路(36)和第三测试管路(37)；第一测试管路(35)与第三测试管路(37)同时启用时构成液相测试管路，第二测试管路(36)与第三测试管路(37)同时启用时构成气相测试管路，三条测试管路同时启用构成气液混输测试管路；终端设备包括安装在增压管路和测试管路上的传感器节点、电控阀门执行机构以及安装在电机上的变频器；传感器节点，用于采集并上传单螺杆泵运行参数；电控阀门执行机构，用于控制阀门开度；变频器，通过对电机转速的无级调节实现泵转速调节；依据监控中心控制命令，终端设备实现正常生产监测模式和泵性能测试模式间的切换；正常生产监测模式下，可实现单螺杆泵运行参数在线监测及故障诊断；性能测试模式下，可实现单螺杆泵性能测试。...

【技术特征摘要】
1.一种单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，其特征在于，包括设置在油田地面集输
系统接转站内的终端设备和监控中心；终端设备根据控制命令进行工作模式的切换、运行
参数的采集和运行工况的调节；监控中心实现单螺杆泵运行工况监测、控制命令的下达、
故障诊断和性能分析；终端设备与监控中心之间通过网关节点实现无线通信；
接转站内设有正常生产监测区和性能测试区；正常生产监测区，实现正常生产过程中
单螺杆泵运行参数监测，包括一条以上以并联方式连接的增压管路，每条增压管路上均安
装有单螺杆泵；性能测试区，用于实现一般工况和极限工况下单螺杆泵性能测试，包括三
条测试管路，分别为第一测试管路(35)、第二测试管路(36)和第三测试管路(37)；
第一测试管路(35)与第三测试管路(37)同时启用时构成液相测试管路，第二测试管路
(36)与第三测试管路(37)同时启用时构成气相测试管路，三条测试管路同时启用构成
气液混输测试管路；
终端设备包括安装在增压管路和测试管路上的传感器节点、电控阀门执行机构以及安
装在电机上的变频器；传感器节点，用于采集并上传单螺杆泵运行参数；电控阀门执行机
构，用于控制阀门开度；变频器，通过对电机转速的无级调节实现泵转速调节；
依据监控中心控制命令，终端设备实现正常生产监测模式和泵性能测试模式间的切换；
正常生产监测模式下，可实现单螺杆泵运行参数在线监测及故障诊断；性能测试模式下，
可实现单螺杆泵性能测试。
2.根据权利要求1所述的单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，其特征在于，增压管路
的第一入口与第一集油汇管(34)连接，出口与第二集油汇管(38)连接。
3.根据权利要求2所述的单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，其特征在于，第一测试
管路(35)的入口与气液分离器(17)的液相输出端连接，出口与第三测试管路(37)入
口连接；第二测试管路(36)入口与储气罐(22)的输出端连接，出口与第三测试管路(37)
入口连接；第三测试管路(37)出口与增压管路的第二入口连接；气液分离器(17)的输
入端与第一集油汇管(34)连接；储气罐(22)的输入端与气液分离器(17)的气相输出端连
接。
4.根据权利要求3所述的单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，其特征在于，第一测试
管路(35)上设置有定量泵(21)，用于液相流量调节；储气罐(22)输出端安装有电控
阀门(24)，用于调节气相流量；第二测试管路(36)上设置有增压旁路，用于对气相介
质增压。
5.根据权利要求1至4任一所述的单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，其特征在于，
至少一条增压管路上的单螺杆泵入口和出口上设置有快接软管，用于将非在役单螺杆泵接

\t入性能测试管路，实现非在役单螺杆泵在线性能测试。
6.根据权利要求1所述的单螺杆泵故障诊断和性能测试装置，传感器节点与网关节点
之间通过ZigBee网络实现通信；网关节点与监控中心之间通过GPRS网络实现通信。
7.一种单螺杆泵故障诊断方法，其特征在于，利用权利要求1至6任一所述的装置，
启动正常生产监测模式，井口采出液经第一集油汇管(34)进入各增压管路，经各单螺杆
泵增压后通过第二集油汇管(38)进入集油干线；在此过程中，各传感器节点采集单螺杆
泵运行参数，并将采集的运行参数通过无线网络传送至监控中心；监控中心依据运行参数
可实现单螺杆泵运行工况在线监测，并能够结合故障诊断模型，完成故障在线诊断；
出现故障时，监控中心根据故障类型，结合泵运行参数进行故障原因分析，并在此基
础上制定相应维修策略；依据维修策略，监控中心进行维修方式的选择，维修方式包括(i)
远程调节泵运行工况进行故障消除和(ii)将维修策略发送至管理终端，由技术人员现场维
修进行故障消除；
其中，监测的运行参数包括单螺杆泵进出口压力和温度、单螺杆泵入口介质含气率、
电机参数、单螺杆泵振动参数、单螺杆泵泵轴扭矩及转速；
故障诊断模型采用基于BP人工神经网络的方法构建。
8.根据权利7所述的单螺杆故障诊断方法，其特征在于，故障诊断模型的构建包括以
下步骤：
步骤S1，建立BP人工神经网络，其中包括输入层、隐含层和输出层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，董小桠，谷雪琴，钟煜，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51