[发明专利]一种基于相对均方根值的压裂泵泵阀故障诊断方法

说明书

一种基于相对均方根值的压裂泵泵阀故障诊断方法，基于现场采集的压裂泵振动信号及泵曲轴处键相信号，构造基准函数与振动信号进行互相关获取相位信息，根据相位信息构造两个权值函数分别对振动信号进行加权处理，得到两组加权后振动信号，并计算两组加权后振动信号的均方根值(RMS)比值，得到相对均方根特征值(RRMS)，最后结合相位信息与压裂泵各泵缸工作顺序定位故障缸；本发明能够有效的实现压裂泵的泵阀故障诊断，并实现故障泵阀的定位，为现场压裂作业及泵阀维修提供有效技术支持。

技术领域

本发明属于压裂泵故障诊断技术领域，具体涉及一种基于相对均方根值的压裂泵泵阀故障诊断方法。

背景技术

压裂泵是油气开采行业中的重要设备，其主要用来向油井中注入大量固体颗粒液体或酸、碱性液体，以进行地质层压裂、酸化作业，是提高油气产量的关键设备。由于压裂泵工作环境特殊，经常受到诸如腐蚀、疲劳载荷的冲击，其泵阀很容易出现故障，使得压裂泵发生泄漏，一旦压裂泵出现泄漏，开采石油的工作就需要暂停，这不仅会影响到施工的进度和企业的经济效益，甚至可能威胁到操作人员的人身安全。

目前压裂泵故障排查手段仍然主要依赖于人工，通过有经验的技术人员在施工现场监测压裂泵功率变化来判断是否发生泵阀泄漏，并配合维修工人在作业间歇期间定期巡检的方式来保障压裂泵的正常作业。但是，人工识别压裂泵泵阀故障的准确度主要依赖于技术人员的经验，容易造成误判、漏判等问题，并且不能够准确定位故障阀门位置，进而导致维修需要将所有阀门拆卸检查，维修时间和成本大大增加，严重影响压裂作业的效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于相对均方根值的压裂泵泵阀故障诊断方法，能够有效的实现五缸压裂泵的泵阀故障诊断，并实现故障泵阀的定位，为现场压裂作业及泵阀维修提供有效技术支持。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于相对均方根值的压裂泵泵阀故障诊断方法，基于现场采集的压裂泵振动信号及泵曲轴处键相信号，构造基准函数与振动信号进行互相关获取相位信息，根据相位信息构造两个权值函数分别对振动信号进行加权处理，得到两组加权后振动信号，并计算两组加权后振动信号的均方根值(RMS)比值，得到相对均方根特征值(RRMS)，最后结合相位信息与压裂泵各泵缸工作顺序定位故障缸。

一种基于相对均方根值的压裂泵泵阀故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤1：采集压裂泵的振动信号及键相信号，根据键相块安装的位置及压裂泵各缸工作顺序计算压裂泵各缸开始排液时刻与开始吸入时刻相对键相位置的角度；

步骤2：对振动信号进行滤波预处理，提取振动信号主要成分；

步骤3：对滤波后信号重采样与局部最大值处理：对滤波后信号进行重采样及局部最大值处理，类似于角度域重采样，使振动信号每个周期采样点数相同；

步骤4：构造一组方波信号作为互相关的基准信号，并与步骤3中的振动信号进行互相关；

步骤5：根据步骤4中互相关结果，构造两组权值函数对步骤3中振动信号进行加权，并计算两组加权后信号均方根比值，即RRMS值；

步骤6：根据历史故障数据，设定RRMS值的故障阈值，在后续监测过程中，计算振动信号的RRMS值，判断是否超过阈值，超过阈值则说明该泵阀门发生故障；此时，结合步骤1中各缸开始排液时刻与开始吸入时刻相对键相位置的角度确定发生阀门故障的缸的位置。

所述的步骤1包括：

通过在泵阀盖处安装振动加速度传感器获取振动加速度信号作为振动信号x_o，在曲轴处安装键相块和霍尔传感器获取键相信号x_t；

键相块安装的位置应位于曲轴死点处，并使得键相信号被触发时，压裂泵某个缸正好开始排液行程或者开始吸入行程。