一种螺杆泵性能测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种螺杆泵性能测试装置及方法，包括螺杆泵性能模拟和检测两部分。它用于单相或两相介质的模拟实验，具有简单判断螺杆泵性能和优化螺杆泵转速的功能。本测试装置及方法可以对不同转速、泵进出口压差、原油粘度和输送介质气体质量分数等条件下螺杆泵性能进行研究。设计检测装置，包括传感器、PLC、上位机和变频控制柜，用于采集螺杆泵数据资料。采用实测转速与优化后转速的相对误差方法，判断螺杆泵性能情况。该装置操作实现了半自动化，螺杆泵性能情况判断方法简单方便，同时通过负反馈控制方法调节螺杆泵的转速，可以使螺杆泵处在最优运行状态，延长泵使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种螺杆泵性能测试装置
本技术涉及一种螺杆泵性能测试装置，属于油气地面集输

技术介绍
螺杆泵在性能检测方面，由于螺杆泵性能测试装置测量因素单一，无法较全面的了解螺杆泵在不同运行工况下的性能情况，从而无法及早发现缺陷进行改进，而计算机仿真技术无法代替螺杆泵实际操作。螺杆泵在参数运行过程中，需要科学、客观地了解螺杆泵性能优劣，降低人为判断失误的概率。因此，需要开发简单快速判断其性能优劣的方法以及时了解其状况；为螺杆泵转速优化控制，延长其工作寿命具有重要意义。现有技术中，申请日为2016年02月02日、公告号为CN105649978A的中国专利技术专利公开了一种单螺杆泵故障诊断和性能测试装置及方法。所述单螺杆泵在油田地面集输系统接转站内由终端设备和监控中心组成；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。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，在此基础上进行性能曲线绘制及存储。
技术实现思路
本技术的目的在于避免现有技术螺杆泵工况测试参数单一、泵效性能优劣判断不够迅速、泵效性能不能及时调整，使用寿命缩短的不足，提供一种用于螺杆泵在不同工况条下的性能检测装置和性能优良判断及转速优化控制方法。本技术的目的是通过下述技术方案实现的：一种螺杆泵性能测试装置，包括：调频器1、三相异步电机2、联轴器3、转速扭矩传感器4、螺杆泵转子5、γ射线型原油含气率分析仪6、螺杆泵7、流量传感器8、管线9、第一截止阀10、第一压力变送器11、电动调节阀12、三相分离器13、增压泵14、质量流量计15、储液罐16、电加热器17、液位计18、第二截止阀19、温度传感器20、油气混合器21、第三截止阀22、第二压力变送器23、第四截止阀24、单向阀25、调节阀26、压力计27、第五截止阀28、气体流量计29、减压阀30、储气罐31和压缩机32，该装置还包括由PLC33、上位机34、变频控制柜35和传感器36组成的参数监测装置；三相异步电机2与调频器1电线连接，其输出端通过联轴器3与螺杆泵转子5连结；转速扭矩传感器4安装在转轴上；γ射线型原油含气率分析仪6安装在螺杆泵7进口端的管线9上，螺杆泵7进、出口两端的管线9上分别安装有流量传感器8；第一截止阀10两端通过管线9分别连接流量传感器8和第一压力变送器11；电动调节阀12、三相分离器13、增压泵14、质量流量计15和储液罐16通过管线9依次连接；带有液位计18的储液罐16底部安装有电加热器17；储液罐16、第二截止阀19和油气混合器21依次相连，接入管线9；第三截止阀22一端与第二压力变送器23通过管线9连接；第四截止阀24一端与单向阀25、调节阀26、第五截止阀28一端、气体流量计29、减压阀30、储气罐31和压缩机32顺序连接；管线9依次连接第四截止阀24一端与单向阀25、调节阀26、第五截止阀28一端、气体流量计29、减压阀30、储气罐31和压缩机32，第五截止阀28一端与压力计27由管线9连接；PLC33分别与上位机34、变频控制柜35和传感器36通过有线方式连接，变频控制柜35、转速调频器1、泵7和转速扭矩传感器4依次通过有线方式连接。进一步的，所述γ射线型原油含气率分析仪6结构，由第一探测器61，管道62，γ射线发射源63、信号调理及数据处理模块64和第二探测器65组成；γ射线发射源63发射γ射线穿过气液两相介质，被探测器在投射方向和90度方向计数，通过信号调理及数据处理模块64进行数据处理后，进而得出混合介质的含气率。进一步的，所述传感器36包括转速扭矩传感器4、γ射线型原油含气率分析仪6、流量传感器8、压力变送器11、压力变送器23及温度传感器20。进一步的，所述PLC33包括电源331、输入模块332、CPU333、输出模块334、总线335、通信接口336和存储器337，电源331与输入模块332和输出模块334连接，输入模块332与总线335单通信连接，CPU333、通信接口336和存储器337与总线335双通信连接。进一步的，所述上位机34组成包括磨损间隙参数设置模块341、螺杆泵转速神经网络模型的计算优化模型342、交流伺服电机转速控制模块343、采集数据计算模块344、其他采集数据模块345、数据最小二乘法处理模块346、存储打印模块347和图表显示模块348；具体地，所述磨损间隙参数设置模块341和采集数据计算模块344为螺杆泵转速神经网络模型的计算优化模型342提供参数，优化结果传输到交流伺服电机转速控制模块343；采集数据计算模块344和其他采集数据模块345经数据最小二乘法处理模块346可在上位机上存储打印模块347和图表显示模块348操作。进一步的，本技术提供一种螺杆泵性能测试方法，具体包括以下步骤：(a)储气罐31储存空气，储液罐13装有密度800kg/m3和粘度为0.007Pa·s的稀油；打开第二截止阀19和第四截止阀24，开启压缩机32、增压泵14和电加热器17，控制调节阀26的开度，使液气在油气混合器21混合；(b)调节阀门19、阀门24、阀门26及调频器1，给定螺杆泵7一个进出口压力和转速；控制气液混合器21，给定进入螺杆泵7的介质的气体质量分数；(c)转速扭矩传感器4检测转速n和扭矩T，流量传感器8检测流量Q1，γ射线型原油含气率分析仪6检测原油含气率K，压力变送器11、压力变送器23检测泵进、出口压力P0、Pi及温度传感器20检测混合液体的温度t；(d)上位机中数据计算处理：利用公式ην＝Q/QT计算螺杆泵7的容积效率ην；公式W＝Tπn/30计算泵轴功率W；公式ηT＝W0/W计算泵总效率ηT；利用公式计算有效功率W0，其中γL为液相介质重度，P0为泵出口压力(MPa)，Pi为泵进口压力(MPa)，K为泵进口含气率，QL为液相介质体积流量(m3/s)；(e)改变步骤(b)中螺杆泵7的进出口压力、转速及进入螺杆泵7的气体质量分数，重复步骤(d)；(f)采用最小二乘法将数据点拟合为曲线；(g)在上位机中分别绘制和显示转矩ΔP～T，容积效率ΔP～ηv，泵轴功率ΔP～W，泵总效率ΔP～ηT图；(h)在螺杆泵性能测试装置中，压力变送器11、压力变送器23和温度传感器20检测泵端压力P0、Pi和温度t，原油粘度根据油品运动粘度公式：式中，υt、υ0—温度为t、t0时油品的运动粘度，m2/s；μ—粘温指数，1/℃。磨损间隙在上位机通过手动设置；(i)在上位机的数据优化模块中对RBF神经网络进行网络训练，再通过传感器采集和处理的实测数据进行优化处理，得出最优解；(j)比较最优转速ni与实测转速nj，采用转速相对误差方法判断螺杆泵性能情况；螺杆泵处于最优的运行状态，相对误差ε＝0；螺杆泵处于较优的运行状态，相对误差ε≈0；螺杆泵处于静止状态，相对误差ε＝1；(k)对于相对误差较大的实测转速，上位机将优化转速通过PLC传送给调频器，采用负反馈控制的方法，调节螺杆泵至最优转速。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺杆泵性能测试装置，其特征在于：包括调频器(1)、三相异步电机(2)、联轴器(3)、转速扭矩传感器(4)、螺杆泵转子(5)、γ射线型原油含气率分析仪(6)、螺杆泵(7)、流量传感器(8)、管线(9)、第一截止阀(10)、第一压力变送器(11)、电动调节阀(12)、三相分离器(13)、增压泵(14)、质量流量计(15)、储液罐(16)、电加热器(17)、液位计(18)、第二截止阀(19)、温度传感器(20)、油气混合器(21)、第三截止阀(22)、第二压力变送器(23)、第四截止阀(24)、单向阀(25)、调节阀(26)、压力计(27)、第五截止阀(28)、气体流量计(29)、减压阀(30)、储气罐(31)和压缩机(32)；所述装置还包括由PLC(33)、上位机(34)、变频控制柜(35)及传感器(36)组成的参数监测装置；三相异步电机(2)与调频器(1)通过电线连接，三相异步电机(2)的输出端通过联轴器(3)与螺杆泵转子(5)连接；转速扭矩传感器(4)安装在转轴上；γ射线型原油含气率分析仪(6)安装在螺杆泵(7)进口端的管线(9)上，螺杆泵(7)进、出口两端的管线(9)上都安装有流量传感器(8)；第一截止阀(10)两端通过管线(9)分别连接流量传感器(8)和第一压力变送器(11)；电动调节阀(12)、三相分离器(13)、增压泵(14)、质量流量计(15)和储液罐(16)通过管线(9)依次连接；带有液位计(18)的储液罐(16)底部安装有电加热器(17)；储液罐(16)、第二截止阀(19)和油气混合器(21)依次相连；第三截止阀(22)一端与第二压力变送器(23)通过管线(9)连接；第四截止阀(24)一端与单向阀(25)、调节阀(26)、第五截止阀(28)一端、气体流量计(29)、减压阀(30)、储气罐(31)和压缩机(32)顺序连接；第五截止阀(28)一端与压力计(27)由管线(9)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种螺杆泵性能测试装置，其特征在于：包括调频器(1)、三相异步电机(2)、联轴器(3)、转速扭矩传感器(4)、螺杆泵转子(5)、γ射线型原油含气率分析仪(6)、螺杆泵(7)、流量传感器(8)、管线(9)、第一截止阀(10)、第一压力变送器(11)、电动调节阀(12)、三相分离器(13)、增压泵(14)、质量流量计(15)、储液罐(16)、电加热器(17)、液位计(18)、第二截止阀(19)、温度传感器(20)、油气混合器(21)、第三截止阀(22)、第二压力变送器(23)、第四截止阀(24)、单向阀(25)、调节阀(26)、压力计(27)、第五截止阀(28)、气体流量计(29)、减压阀(30)、储气罐(31)和压缩机(32)；所述装置还包括由PLC(33)、上位机(34)、变频控制柜(35)及传感器(36)组成的参数监测装置；三相异步电机(2)与调频器(1)通过电线连接，三相异步电机(2)的输出端通过联轴器(3)与螺杆泵转子(5)连接；转速扭矩传感器(4)安装在转轴上；γ射线型原油含气率分析仪(6)安装在螺杆泵(7)进口端的管线(9)上，螺杆泵(7)进、出口两端的管线(9)上都安装有流量传感器(8)；第一截止阀(10)两端通过管线(9)分别连接流量传感器(8)和第一压力变送器(11)；电动调节阀(12)、三相分离器(13)、增压泵(14)、质量流量计(15)和储液罐(16)通过管线(9)依次连接；带有液位计(18)的储液罐(16)底部安装有电加热器(17)；储液罐(16)、第二截止阀(19)和油气混合器(21)依次相连；第三截止阀(22)一端与第二压力变送器(23)通过管线(9)连接；第四截止阀(24)一端与单向阀(25)、调节阀(26)、第五截止阀(28)一端、气体流量计(29)、减压阀(30)、储气罐(31)和压缩机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，张文涛，马群凯，曲国健，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川,51