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钻井泵阀的故障特征提取与基于GSM的远程故障报警仪

作　者: 王泽栋
导　师: 杨国安
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 泵阀希尔伯特—黄(HHT) 内模函数故障诊断海上平台 GSM 远程报警
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 116次
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内容摘要

本论文以国家自然基金项目“钻井泥浆泵阀工作状态综合评价及多参数无冲击理论研究”和中石化项目“海上采油平台安全保障系统开发”为依托,以泵阀和抽油机为研究对象,进行了泵阀故障特征提取研究,以及抽油机的远程故障报警仪的研发和应用。因此,本论文也是分成了两大部分展开论述:典型设备的故障特征提取的研究和基于GSM远程故障报警仪开发与应用。在机械设备故障诊断中,最重要、最关键,同时也是最困难的问题之一就是信号故障特征的提取。它直接关系到故障诊断的准确性和早期故障预报的可靠性。本文针对钻井设备的核心构件泥浆泵的泵阀进行了研究,通过现场观察发现对于泵阀平均寿命只有几十个小时,需要经常拆换,但是对于6个泵阀那个损坏的识别大多还采用传统的方式,即靠有经验的工人用耳朵贴近阀座处听,这种方法不但可靠性低,而且对工人的健康具有很大的伤害性。为了解决这个问题,本文在研究和改进了新方法“希尔伯特—黄变换”的基础上,将改进的希尔伯特—黄运用到故障泵阀识别上,通过分析提出了一种基于希尔伯特—黄故障泵阀识别的简易新方法,很好的解决了现场存在的问题。理论与方法研究是关键,他可以提高分析结果的可靠性和准确性。但是将理论和方法运用到实际的设备预防,维护和诊断中才是故障诊断的最终目的。基于GSM远程故障报警仪就是在充分考虑了海上平台卫星子平台分布“散”与GSM网络覆盖“广”的特点,对各种分布设施进行统一管理,实现集中监控,从而提高了整个系统的运行效率,降低维护成本,并满足控制方式的多样性和灵活性。对于该远程故障报警仪功能主要包括了三大板块:数据采集功能,状态监测功能,以及监测报警功能。本论文还从系统硬件设计和软件设计两个方面进行了介绍,其中结合自己的心得谈了硬件电路板的布线需要注意的问题,程序设计的流程等等。该仪器在现场调试中获得了一次性的成功,根据传感器的不同,该报警仪可以应用于很多领域,例如:汽车报警,家庭防盗报警和门禁系统等等。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-19
   1.1 选题的背景及意义  15-16
    1.1.1 海洋平台的检测与诊断  15-16
    1.1.2 典型设备的故障诊断  16
  1.2 本论文研究内容和框架  16-18
    1.2.1 课题提出  16-17
    1.2.2 课题的主要研究内容  17-18
  1.3 本章小结  18-19
第二章声学基础及其常见的几种监测方法  19-23
  2.1 声学基础  19-20
    2.1.1 声波的物理性质  19-20
    2.1.2 声波的传播性质  20
  2.2 声信号监测技术几种常见方法  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章传统信号分析方法与HILBERT-HUANG变换  23-39
  3.1 HHT的发展情况概述  23-24
  3.2 传统的时频分析方法  24-29
    3.2.1 短时傅立叶变换  24-25
    3.2.2 Wigner-Ville分布(WVD)  25-26
    3.2.3 小波变换的基本原理  26-29
  3.3 希尔伯特—黄变换的基础理论及方法  29-36
    3.3.1 希尔伯特变换(Hilbert变换)  29-30
    3.3.2 瞬时幅值,瞬时相位与瞬时频率  30-31
    3.3.3 内模函数IMF(Intrinsic Mode Function)  31-32
    3.3.4 经验模态分解(Empirical Mode Decomposition简称EMD)  32-36
  3.4 传统信号分析方法与希尔伯特—黄变换的比较  36
  3.5 HHT的几个关键问题  36-38
    3.5.1 模态混迭  37
    3.5.2 边界问题  37-38
    3.5.3 包络线和均值曲线的拟合  38
    3.5.4 筛法  38
  3.6 本章小结  38-39
第四章 HHT的改进及其在泵阀声发射信号分析中的应用  39-49
  4.1 概述  39
  4.2 希尔伯特—黄的改进  39-41
    4.2.1 新的EMD分解的停止条件  39
    4.2.2 对称镜像延拓  39-41
    4.2.3 Masking函数的原理  41
  4.3 泵阀的工作原理及其失效  41-44
    4.3.1 钻井泥浆泵阀工作原理  41-43
    4.3.2 泵阀的失效机理  43-44
  4.4 改进的希尔伯特—黄在泵阀声发射信号分析中的应用  44-48
    4.4.1 测试方法的选定  44
    4.4.2 传统的故障诊断  44-46
    4.4.3 新方法的故障诊断  46-48
  4.5 结论及其新方法的提出  48
  4.6 本章小结  48-49
第五章基于GSM的远程故障报警仪  49-75
  5.1 危险气体泄漏监测声发射技术及其特点  49-51
  5.2 气体泄漏的声发射信号及其产生  51-52
  5.3 GSM远程故障报警仪  52-57
    5.3.1 系统硬件组成  52-56
    5.3.2 系统功能介绍  56-57
  5.4 系统架构及其特点  57-58
    5.4.1 系统框架  57
    5.4.2 系统特点  57-58
  5.5 系统的功能设计  58-61
    5.5.1 数据采集功能  58-59
    5.5.2 状态监测功能  59
    5.5.3 监测报警功能  59-61
  5.6 系统硬件设计与实现  61-72
    5.6.1 系统的总体结构  61
    5.6.2 信号调理模块  61-63
    5.6.3 数据转换模块  63-66
    5.6.4 数据通信模块  66-71
    5.6.5 硬件的抗干扰设计  71-72
  5.7 系统软件设计与实现  72-74
    5.7.1 软件的开发与调试环境  72
    5.7.2 GSM程序流程图  72-74
  5.8 现场调试结果  74
  5.9 本章小结  74-75
第六章总结和展望  75-77
  6.1 泵阀声发射信号的希尔伯特—黄分析的总结与展望  75
  6.2 基于GSM远程故障报警仪的总结与展望  75-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
研究成果及发表的论文  81-82
导师与作者介绍  82-83
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  83-84

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