[发明专利]一种压裂泵在线监测及故障诊断系统

权利要求书

1.一种压裂泵在线监测及故障诊断系统，所述压裂泵包括动力输入端和液力输出端，其特征在于，包括信号采集模块、信号处理模块和数据模块，所述信号采集模块与所述信号处理模块通讯联接；所述信号处理模块与所述数据模块通讯联接；

所述信号采集模块包括前置采集器及与前置采集器电连接的传感器组件，所述前置采集器主要包括振动信号采集模块、通用信号采集模块、存储模块、数据传输模块，负责接收各传感器信号、对信号预处理和数据存储，并把数据打包发送；所述传感器组件包括安装于动力输入端的转速传感器、第一振动传感器、第二振动传感器、温度传感器及安装在液力输出端的第三振动传感器；

所述信号处理模块包括故障预测与并发控制模块、阈值与窗函数设定模块以及分别与故障预测与并发控制模块、阈值与窗函数设定模块数据交联的振动信号特征提取与辨识模块、通用信号处理模块、基于规则的预测算法模块、数据共享缓冲模块；

所述数据模块包括旋转部件特征库、往复和拍击部件特征库、历史故障数据库和专家知识数据库；用于对压裂泵的数据分析提供基准数据及技术支持数据；

信号采集模块采集来的数据通过信号处理模块中的振动信号特征提取与辨识和通用信号处理后，再通过设定的阈值和窗函数与数据模块进行信号滤波，并与各特征数据库数据进行对比，最后利用基于规则的预测算法模块得出泵的主要部件的工作状态；

所述基于规则的预测算法模块对液力输出端阀箱内的阀门的预测步骤如下：

（1）把键相脉冲信号与振动信号对应起来；

（2）根据振动幅值水平，确定具体阀门振动；

（3）把每个阀门的振动信号与基准数据进行对比，判断阀门工作状态；

（4）如果振动信号超过基准值正常的波动区间，把信号特征与历史故障数据进行对比，给出故障预警。

2.根据权利要求1所述的压裂泵在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述转速传感器安装于动力输入端转轴上；所述第一振动传感器安装在曲轴支撑轴承座上；所述第二振动传感器、温度传感器安装于十字头滑套外筒上；所述第三振动传感器安装于液力输出端阀箱外部。

3.根据权利要求1或2所述的压裂泵在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述数据模块包括现场数据模块与后方数据模块，所述现场数据模块包括旋转部件特征库、往复和拍击部件特征库以及简化版历史故障数据库，存储于压裂泵现场数据处理中心计算机内；所述后方数据模块包括完整版历史故障数据库和专家知识数据库，存储于远端大数据中心服务器内，所述压裂泵现场数据处理中心计算机与所述远端大数据中心服务器通过网络实现通讯联接。

4.根据权利要求1所述的压裂泵在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述基于规则的预测算法模块对动力输入端转动轴的预测，包括以下步骤：

（1）判断振动信号是轴承还是齿轮振动特征；

把滤波后的振动信号特征分别与旋转部件特征库的“轴承特征”和“齿轮特征”信号进行对比，判断当前振动信号是轴承特征信号或齿轮特征信号；

（2）分别把轴承特征信号和齿轮特征信号与基准数据进行对比，判断部件工作状态；

（3）如果信号数值超出基准值正常的波动区间，把信号特征与历史故障数据进行对比，给出故障预警；

所述基于规则的预测算法模块对十字头滑套的预测步骤如下：

（1）分别把振动信号与温度信号与基准数据进行对比；

（2）如果信号超出基准值正常的波动区间，或者上升速率超过正常上升速率的波动区间，对振动和温度信号综合对比；

（3）如果振动信号超过基准值正常的波动区间，而温度信号无变化，把其他振动传感器信号考虑进来，排除是否为其他部件振动变化对其影响；

（4）如果振动信号超过基准值正常的波动区间，温度信号超过基准值正常的波动区间，基本判定是该十字头滑套问题；

（5）把两种信息特征与历史数据进行对比，给出故障预警。

5.根据权利要求1所述的压裂泵在线监测及故障诊断系统，其特征在于，还包括专家技术支持模块，所述专家技术支持模块与所述数据模块、所述信号处理模块通讯联接，用于在发生未知故障时，向专家组传输压裂泵现场运行数据，同时向现场传送专家组的指导意见。