[发明专利]一种悬点载荷频谱分析方法和装置

说明书

本发明公开了一种悬点载荷频谱分析方法和装置，所述方法包括：步骤1：获得抽油杆的纵向波动方程；步骤2：求解所述波动方程，获得杜哈梅积分式解析解；步骤3：获得所述杜哈梅积分式解析解的多次谐波解；步骤4：获得悬点载荷和泵位移的多次谐波解；步骤5：根据预设悬点位移和边界泵载荷时间函数计算悬点载荷时间序列、泵载荷时间序列；步骤6：对所述悬点载荷时间序列、泵载荷时间序列进行频谱分析，确定所述悬点载荷时间序列、泵载荷时间序列的规律，构建泵故障特征频谱图；步骤7：确定一个周期的所述悬点位移时间序列、悬点载荷时间序列；步骤8：对所述悬点载荷时间序列进行频谱分析，进行故障诊断。达到了故障诊断简易的技术效果。

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种悬点载荷频谱分析方法和装置。

背景技术

有杆泵采油是国内外广泛采用的一种采油方法，抽油杆是抽油机和抽油泵的中间连接部分，起到传递动力的作用，对其振动特性进行分析可以获取抽油杆以及抽油泵的相关信息，对抽油机的状态监测与故障诊断都具有重要的意义。抽油杆的纵向振动是一种含阻尼的二阶双曲偏微分方程，即Gibbs方程，抽油机工作过程中，Gibbs方程的上边界条件是悬点位移时间函数，下边界条件是泵载荷时间函数，构成了一种混合边界条件欠阻尼二阶双曲偏微分方程，其解析解一直是困扰研究人员的难题之一。频谱分析方法是振动信号的常用分析方法，对振动系统的检测和故障诊断都具有重要意义。抽油机悬点载荷的时域信号是常用的工况检测数据，常用来检测抽油泵的工况状况，但在频域内悬点载荷与抽油泵的工况之间的关系研究较少。

发明内容

本发明提供了一种悬点载荷频谱分析方法和装置，用以解决现有技术中对抽油机频域内悬点载荷与抽油泵的工况之间的关系研究较少的技术问题，达到了可以实现悬点载荷、泵位移的计算，为频谱分析提供故障生成、特性分析的基础，能够分析悬点位移和边界泵载荷时间序列对抽油杆振动信号的影响，故障诊断简易的技术效果。

一方面，本发明提供了一种悬点载荷频谱分析方法，所述方法包括：步骤1：获得抽油杆的纵向波动方程；步骤2：求解所述波动方程，获得杜哈梅积分式解析解；步骤3：获得所述杜哈梅积分式解析解的多次谐波解；步骤4：获得悬点载荷和泵位移的多次谐波解；步骤5：根据预设悬点位移和边界泵载荷时间函数计算悬点载荷时间序列、泵载荷时间序列；步骤6：对所述悬点载荷时间序列、泵载荷时间序列进行频谱分析，确定所述悬点载荷时间序列、泵载荷时间序列的规律，构建泵故障特征频谱图；步骤7：根据实测悬点位移、悬点载荷时间序列，确定一个周期的所述悬点位移时间序列、悬点载荷时间序列；步骤8：对所述悬点载荷时间序列进行频谱分析，进行故障诊断。

优选的，在所述步骤1中，根据声音在抽油杆中的传播速度为c，油井液体对抽油杆的阻尼系数为ν，并且为欠阻尼状态，上边界条件位移时间函数为S(t)，下边界条件载荷时间函数为q(t)，初始时刻位移与速度均为零，抽油杆的长度为l，获得所述波动方程为：其中，S(t)为悬点位移，q(t)为边界泵载荷，P_p＝-E_rA_rq(t)为泵载荷，E_r为抽油杆的杨氏模量，A_r为抽油杆的横截面积。