油田往复式注水电机轴承故障诊断技术的应用研究

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在油田开发过程中,因石油不断采出,油层间的压力会持续降低,为使石油安全高效的产出,采油现场会通过注水泵向油田注水的方式,增加油层的压力。注水泵在注水时需要极大的注水压力,所以其注水电机往往要超负荷高速运转,使电机的滚动轴承发生磨损、变形等故障,最终影响油田的生产及效益。本课题开展的注水电机滚动轴承故障诊断研究能够及时发现电机早期不易察觉的微小故障,从而根据故障现象及发展趋势对电机故障部位进行替换和维修。针对庆新油田的油藏特点,对油田采用的往复式柱塞泵故障进行分析,从而引出本课题所研究的注水电机滚动轴承故障。在对滚动轴承的故障机理及现象和相应的诊断方法进行研究后,推理得到轴承故障的特征频率计算公式,为故障诊断做好了理论基础。在特征提取环节中,由于经典的经验模态分解(EMD)采用了递归式的分解,所以在分解过程中易产生模态混叠现象,本课题应用变分模态分解(VMD)对其进行改善,通过计算出相关度和能量比来确定变分模态分解最优的本征模态(IFM)个数,从而分别对轴承仿真信号进行EMD分解和VMD分解。通过实验对比表明,变分模态分解的信号分解效果在抗模态混叠现象上明显优于经验模态分解。本课题首次将变分模态分解与快速谱峭度结合的故障诊断方法运用在注水电机滚动轴承的故障诊断中,此方法首先将输入信号经VMD分解,得到各个相互独立的本征模态分量,然后根据峭度值大小选取含有轴承故障信息的主要模态,并对主要模态进行信号重组,将重组的信号运用快速谱峭度计算,根据结果图中的最优滤波器参数,完成轴承的故障诊断。为了让诊断结果更加直观有效,在MATLAB的图形用户界面(GUI)上设计了用户登陆界面、注水电机轴承故障诊断主界面,并在M文件中完成对回调函数的编写工作。通过对程序的不断调试,成功以VMD分解和快速谱峭度为基础,开发了注水电机滚动轴承的故障诊断平台,并用设计好的故障诊断平台对庆新油田注水电机轴承故障进行了实例验证。
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