螺杆泵工况综合参数诊断系统

第一节 轴向压力和径向压力的计算单螺杆泵轴向压力和压力的计算是确保泵能正常运行的很重要的一环，其值也直接决定了泵的轴承的计算和选型.计算轴向压力值考虑正常状态下的运行，不考虑泵起动时或运行时发生干摩擦的情况,因为这些情况会出现轴向力非正常的增大，造成运行的不稳定。

目前关于轴向压力的计算（轴向压力直接影响径向压力）尚无精确的计算公式，主要是泵运行时摩擦力引起的轴向压力的计算至今无法解决,国内外都采用经验公式的方法.一、轴向压力的计算：A 。

B.Kpbuiob 认为单螺杆泵的轴向压力pz 由以下几部分构成：1) 密封腔内介质移动时定子内的分力pz1。

pz1应用彼得罗夫液体摩擦的公式计算：11z A vp μδ=（1）式中µ-—液体的动力粘度；A1——滑动表面面积,取A1为定子内螺旋腔总的表面积； ν—-表面相对滑动速度，取其值为轴向流速为Tn/60； δ—-摩擦面之间的液膜厚度。

定子和转子之间成过盈配合的橡胶类定子，不存在液膜厚度δ，故不考虑pz1。

2) 转子和定子表面的摩擦(视为半干摩擦）产生的分力pz2’以及转子转动时定子产生的轴向反作用压力pz2”之和pz2。

p z2= p z2’ +p z2’’ (2）2z p I ξ'= （3)式中I -—离心力，2I m e ω=，其中m 为转子质量；ξ为转子和定子表面的半干摩擦系数，镀铬转子和橡胶定子之间的介质为水时，ξ值为0.25-0.3.p z2’’只是在定子和转子间的配合为过盈时存在，配合为间隙时p z2’’=0.2z p p δξ''= （4）式中p δ——定子橡胶变形为δ（即过盈量）时的压缩力，max 2bLP δσπ=，其中max σ为橡胶压缩线性变形为δ时的最大应力，max hc B δσδ=+，其中h 为定子橡胶层平均厚度，c 和B为橡胶常数，硬度为55—65HR 的橡胶，c 为532，B 为0.99;b =为转子截面中心形成的螺旋长度,2l L t π=l 为工作长度；定子和转子配合为过盈时δ为负值.即2max 2z bLp p δσπξξξ''===- (5）将（3)、（5)带入（2）得：2222z z z p p p m e ξω⎡'''=+=⎢⎢⎣(6）3) 泵的排除压力和吸入压力的液差造成的分压力p z3。

251作者简介：刘士彬（2000—　），男，汉族，河南商丘人。

主要研究方向：机电设备智能化故障诊断技术。

基金项目：国家级大学生创新训练项目“防洪排涝水泵机组智能化诊断平台的设计与开发”（项目编号：202011481058）；浙江省水利厅基金资助项目“防洪排涝泵站水泵机组故障预测与健康管理技术研究”（项目编号：RC1962）。

我国是自然灾害多发国家，暴雨、洪水等给人民的生命财产造成了巨大的损失，而目前正在运行的防洪排涝水泵机组中，由于缺乏有效的状态监测手段，一方面机组带病运行引起流量、压力的降低，造成电量的浪费；另一方面，因水泵零部件损坏导致的突然停泵，也造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。

泵站计算机监控系统作为直接面向生产的控制系统，通常只对水泵机组和主变压器的温度进行简单的趋势分析，并通过事件顺序记录(SOF)对各报警信息进行“离散”、“经验性”地分析事故原因，但在“设备状态预测和事故分析诊断功能”方面较为欠缺，未能对水泵机组的运行进行智能化状态监测，也未能对故障预测和事故分析诊断进行“自动、快速”定位，因此寻找事故原因相对困难，特别是对于复杂的多起联动、突发事故，甚至找不出真正的事故根源，由于事故处理的低效率，影响了生产和经济效益。

目前，针对防洪排涝水泵机组的故障维修，采取的均是计划维修或事后维修。

而与之不同的是，视情维修可通过对水泵机组当前和将来状态的正确可靠预测来安排维修活动，具有自动化、高效率，经济性好，尤其是可以避免重大灾难性事故等显著优势。

实现视情维修的前提是水泵机组自身具有对其故障进行预测，并对其健康状态进行自我管理的能力，由此产生了针对水泵机组机的故障预测与健康管理（prognostic and health manage-ment，PHM）的概念。

即利用尽可能少的传感器采集水泵机组的各种数据信息，借助各种智能推理算法来评估水泵机组自身的健康状态，在故障发生前对其故障进行预测，并结合各种可利用的资源信息提供一系列的维修保障措施，最终实现针对水泵机组的视情维修。

简述泵机系统故障诊断方法摘要：伴随泵机在容量上的扩大，相应提出了较高的运行与维护等要求，对泵机的运行状态实施监测，并及时预测和上报相关故障，以便根据运行信息去分析、判断故障产生的实际原因，这针对泵机运行状态的安全性保证有重要影响。

因此，对泵机系统中出现的故障进行合理诊断是十分必要的，也是未来发展的趋势，对企业以及国家的发展有着深远意义。

关键词：泵机系统；故障诊断；方法引言影响泵机故障的因素有很多方面，主要包括滚动轴出现故障以及对中不平衡等，很多试验表明这些故障可以通过振动特征表现出来，因此，选择什么样的诊断方法以及特征来分析泵机系统故障就变得非常重要。

因此，对泵机的运行实施状态监测、故障诊断，并结合状态检修，从整体上提升泵机运行的稳定、安全性能具有重要意义。

1.泵机故障诊断技术发展问题我国在泵机的运行故障诊断方面具有一定研究成果，但也只是处在理论的研究时期，并未将其应用至监测与诊断的系统中。

国内相应研制了智能式诊断系统，但在应用中并无理想效果。

虽然在数据储备上有可靠的管理、分析等，但一直未实现在线、自动化诊断的目标。

因此，难以为运行管理者提供直接、及时的诊断检修结果，其故障的诊断技术在发展中呈现主要问题为：1.1缺乏解决故障的根本理论支持由于泵机的机械震动所产生故障具有一定复杂性。

该故障不仅包含了机械因素，还应综合流体因素、动压力因素、泵机的电磁力因素等重要影响，进而推测和判断其故障。

同时部分故障在机理、特征方面具有不同表现形式，因此难以实现深入性钻研故障的目标。

例如：泥沙的磨损、空化等影响，有力增加了泵机自身故障在诊断中的难度系数。

总之，其在根本上缺少解决故障理论性支持，是现今大中型层机组发展故障诊断应用技术的主要问题之一。

1.2无法将实际经验转化成推理机制由于泵机的故障诊断要求具有较强实践性技术，其研究者应尽可能结合现场诊断的实际经验、且具备丰富知识的诊断专家构建与之适应的实际规则，同时把推理机制、诊断的实际方法或思维以及诊断信息间的切实结合，进而构建人工化的诊断推理机制或系统。

综合运用多种方法判断螺杆泵井下故障作者：王云宝来源：《中国科技博览》2015年第01期[摘要]本文在对现场的实际生产资料进行分析的基础上，参考了目前的工况分析方法的多种手段，对螺杆泵工况表现形式进行归纳和分类，总结卧式驱动头螺杆泵和直驱驱动头螺杆泵出现断脱，漏失、卡泵等井下故障的简单判断方法，提高现场人员对螺杆泵井下故障判断的效率。

[关键词]螺杆泵井下故障判断中图分类号：F4224 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0049-01一、螺杆泵井下故障的常用判断方法螺杆泵井下常见故障分为杆管断脱、油管或泵漏失和卡泵三种，针对这些情况我们一般判断螺杆泵井下故障分为以下八种方法：①电流法②扭矩法③蹩压法④液面法⑤杆负荷与旋转判断法（提转子出泵筒）⑥盘皮带轮法⑦量油法⑧调参法。

由于螺杆泵不同于抽油机的特殊性，加之故障形式比抽油机复杂，如果仅凭一种方法判断某些故障，方法单一，对故障判断的准确率低，所以实际工作时，必须采用综合多种判断方法，才能作出正确的分析及判断。

二、针对螺杆泵出现的井下故障运用综合法判别目前在我厂应用的螺杆泵，根据驱动头形式可以分为两种，一种为卧式驱动头螺杆泵，一种为新型的直驱驱动头螺杆泵，针对这两种螺杆泵下面分别阐述断脱、漏失、和卡泵的三种情况的原因、特征及判断方法：1 抽油杆或油管断脱1.1 造成抽油杆断脱的原因造成抽油杆断脱的原因是多方面的，首先是因洗井不彻底或三元井杆、管、泵结垢，造成井下结蜡或结垢严重，使抽油杆在油管内旋转过程中，摩擦力增加。

结蜡或结垢严重时，使抽油杆被卡，当过流保护失灵或过流保护电流调的过高、保护时间设置过长等，就可使抽油杆扭断。

第二，泵下入较深，抽油杆材质不合格，达不到强度要求，被扭断。

第三，扶正器布置不合理或抽油杆在井内使用时间过长，造成管、杆摩擦，磨断抽油杆；第四，抽油杆在长期拉、压、扭不合理受力条件下工作，受疲劳应变过大而断脱。

螺杆泵的详细介绍螺杆泵属容积式转子泵，诞生于1931年。

由于结构独特，有自吸能力、效率高、体积小、工作可靠，且可输送粘度范围宽广的各种介质，螺杆泵被广泛应用于石油化工、航运、电力、机械液压系统、食品、造纸、污水处理等工业部门。

作为节能和节材产品，螺杆泵在我国的应用范围正在不断扩大，需求量连年增长，越来越受到重视。

虽然我国国内的螺杆泵与国外专业公司相比还存在差距，但随着我国螺杆泵科研力量的投入及应用实践的增多，螺杆泵在替代原来传统技术方面必将取得良好的使用效果，实现节能、节材效益。

螺杆泵的基本知识螺杆泵的家族虽然称不上庞大，但是按照螺杆的标准，它也可以分为不同的类型。

本文着重介绍最为常用的单螺杆泵、双螺杆泵以及三螺杆泵。

1、单螺杆泵：单螺杆泵是一种新型的内啮合回转式容积泵。

主要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。

与其他泵相比，单螺杆泵有着自己独特的优势：和离心泵相比，单螺杆泵不需要装阀门，而流量是稳定的线性流动。

和柱塞泵相比，单螺杆泵具有更好的自吸能力。

和隔膜泵相比，单螺杆泵可输送各种混合杂质，含有气体及固体颗粒或纤维的介质，也可输送各种腐蚀性物质。

和齿轮泵相比，单螺杆泵可输送高粘度的物质。

与柱塞泵、隔膜泵及齿轮泵不同的是，单螺杆泵可用于药剂填充和计量。

2.双螺杆泵：单从结构上而言，双螺杆泵是外啮合的螺杆泵。

它利用相互啮合，互不接触的两根螺杆来抽送液体。

在结构型式上双螺杆泵也很齐全，有卧式、立式、带加热套等各种类型，可以输送有颗粒的低粘度或高粘度介质，根据颗粒大小调节螺杆间距，选用正确的材质，甚至可以输送许多腐蚀性介质。

双螺杆泵作为一种容积式泵，泵内吸入室应与排出室严密地隔开。

这就要求泵体与螺杆外圆表面及螺杆与螺杆间隙应尽可能小些。

同时螺杆与泵体、螺杆与螺杆间又相互形成密封腔，保证密闭，否则就可能有液体从间隙中倒流回去。

双螺杆泵独特的结构使它可以实现无搅拌、无脉动、平稳的输送各种介质；由于泵体结构保证泵的工作元件内始终存有泵送液体作为密封液体，因此双螺杆泵有很强的自吸能力，且能汽液混输。