【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械故障诊断，更为具体地讲，涉及一种往复泵工况辨识及其液力端部件故障检测方法。
技术介绍
1、三缸往复式钻井泵简称为往复泵，是钻井液循环系统的关键设备，其主要功能是将机械能转化为钻井液的液压能，以供应钻井液循环和井底动力钻具的驱动力。钻井泵广泛应用于钻探、注水或灌注高分子驱油等领域，成为石油矿场中的关键设备。然而，恶劣的工作环境使得动力端与液力端易于发生故障，如液力端故障可能导致卸压、憋压等现象，进而引发卡钻、埋钻等严重事故。因此，检测液力端部件的健康状态及对其进行故障诊断具有重要的工程意义。
2、目前，石油钻井现场等钻井泵依然采用定期维修及事后维修的方式来排除往复泵的故障，这种方法在速度和规模上都比较弱。近年来，随着故障诊断在线监测技术的研究发展，在线监测设备的健康状态已成为可能。故障检测有多种手段，例如振动和压力检测方法。振动诊断方法是最常用的，幅值域参数和频率域参数是通过对振动信号进行时域分析和频域分析所获取的。当液力端部件出现故障时，这些参数会有显著变化，且携带故障进行作业十分危险，因此，一种使用健康数据设定阈值来进行故障检测的方法是必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种往复泵工况辨识及其液力端部件故障检测方法，通过采集往复泵健康状态下的振动信号，并匹配多种转速工况并运用信号处理方法设定阈值来实现故障检测。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术一种往复泵工况辨识及其液力端部件故障检测方法，其特征在
3、(1)、根据现场作业情况制定工况区间表；
4、工况区间表的第一列为工况编号，第二列为泵送频率区间，其中，工况编号为1～5，工况1对应的泵送频率区间为[0.8,1.1)hz、工况2对应的泵送频率区间为[1.1,1.4)hz、工况3对应的泵送频率区间为[1.4,1.7)hz、工况4对应的泵送频率区间为[1.7,2.0)hz、工况5对应的泵送频率区间为[2.0,2.3)hz；
5、(2)、采集往复泵液力端缸盖位置处的振动信号；
6、采集往复泵正常工作时的液力端出液阀缸盖上的振动信号，记为x＝{x1,x2,…,xi,…,xn}，xi表示第i个采样点的采样值，n为采样点的个数；
7、(3)、判断往复泵启停状态；
8、计算振动信号x的均方根值rms：
9、
10、判断振动信号的rms值是否小于预设阈值，若rms值小于阈值，则判定往复泵为停机状态；否则判定往复泵为启动状态；
11、(4)、利用包络谱提取泵送频率并识别转速工况；
12、(4.1)、对振动信号x进行离散傅里叶变换；
13、
14、其中，x(f)为x的频域表示，f表示频率，j是复数单位；
15、(4.2)、将x(f)的负频率部分置0，正频率部分乘2，得到处理后的频域表示x*(f)；
16、(4.3)、对x*(f)作离散傅里叶变换的逆变换，得到振动信号x的希尔伯特变换表示；
17、
18、(4.4)、获取振动信号x的解析信号s(x)：
19、s(x)＝x+jh(x)
20、(4.5)、计算解析信号的包络e(x)：
21、
22、(4.6)、对包络e(x)进行离散傅里叶变换得到其频域表示f(f)：
23、
24、其中，e(xi)表示包络e(x)中第i个采样点对应的包络值；
25、(4.7)、对f(f)取绝对值便得到了包络谱；
26、(4.8)、在包络谱中通过峰值搜索方法提取第一个峰值位置频点作为泵送频率f*；
27、(4.9)、辨识往复泵的运行工况；
28、根据泵送频率在工况区间表中确定往复泵的运行工况；
29、(4.10)、判断往复泵处于变转速工况或定转速工况；
30、当往复泵处于启动状态时，将振动信号x分为n段，再将每一段数据按照步骤(4.1)至步骤(4.8)进行处理，得到n组泵送频率；
31、计算n组泵送频率的标准差和均值，若标准差大于均值乘以一个阈值，则判定往复泵为变转速工况；否则判定往复泵为定转速工况；
32、(5)、对振动信号进行信号处理，提取泵送频率处的幅值；
33、(5.1)、利用低通滤波器对振动信号x进行低通滤波处理，保留低频信号；
34、(5.2)、根据泵送频率f*确定解卷积周期点数t：
35、
36、其中，fs为采样频率；
37、(5.3)、基于解卷积周期点数t对低频信号作最大相关峭度解卷积滤波，得到冲击增强信号，再对冲击增强信号作包络谱，提取泵送频率处的幅值
38、(6)、获取不同工况下的故障诊断阈值；
39、(6.1)、将振动信号x分为n段，再将每一段数据按照步骤(5)进行处理，得到n组泵送频率处的幅值
40、(6.2)、计算本组工况下的故障诊断阈值；
41、首先计算均值μ：
42、
43、再计算标准差σ：
44、
45、确定往复泵健康状态下的阈值范围[μ-2σ,μ+2σ]；
46、(6.3)、遍历每一种工况，在各种工况下采集往复泵正常工作时的液力端出液阀缸盖上的振动信号，然后按照步骤(6.1)～(6.2)确定往复泵健康状态下的阈值范围；
47、(7)、基于故障阈值对往复泵液力端进行故障检测；
48、取一段未知工况类型且未知健康状态的振动信号，按照步骤(3)、(4)判断往复泵的启停状态及转速工况类型；然后按照步骤(5)提取泵送频率处的幅值，判断该幅值是否处于对应工况下往复泵健康状态下的阈值范围内，如果是，则判定往复泵的液力端部件运行状态正常，否则判定往复泵的液力端部件运行状态故障。
49、本专利技术的专利技术目的是这样实现的：
50、本专利技术一种往复泵工况辨识及其液力端部件故障检测方法，首先根据现场作业情况建立工况表，然后获取往复泵在正常工作下液力端缸盖振动信号数据，判断往复泵启停状态，随后提取信号的泵送频率，并基于泵送频率工况；之后通过信号处理方法增强冲击信号，提取不同工况下的泵送频率幅值作为不同工况下的故障阈值；最后根据故障阈值，对采集的未知振动信号进行故障诊断。
51、同时，本专利技术一种往复泵工况辨识及其液力端部件故障检测方法还具有以下有益效果：
52、(1)、本专利技术提出了一种往复泵工况辨识及其液力端部件故障检测方法，该方法可以识别往复泵运行工况且仅使用少量健康液力端振动数据来进行故障诊断。
53、(2)、本专利技术提出了包络谱泵送频率幅值指标，并采用最大相关峭度解卷积方法增强时域冲击，可以有效地判断故障。
54、(3)、本专利技术采用2-sigma准则来计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种往复泵工况辨识及其液力端部件故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种往复泵工况辨识及其液力端部件故...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志亮，李喆仁，陈志鹏，郭斌，左明健，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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