阅读说明：本技术 一种抽油机运行监测装置及故障预警系统 (Pumping unit operation monitoring device and fault early warning system ) 是由 李巍 秦克伟 高德育 李晨亮 安志军 宗超伦 孟兵川 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种抽油机运行监测装置及故障预警系统,包括：毛辫子伸长量监测装置监测抽油机毛辫子的伸长量；曲柄销锁紧螺母监测装置用于监测曲柄销螺母的位移变化量；中轴及尾轴轴承振动监测装置用于监测抽油机的中轴和尾轴的振动量；减速箱皮带轮转速监测装置用于监测抽油机的减速箱皮带轮的转速量；减速箱主轴的位移量的监测；控制装置对监测数据进行分析,在判断出现异常情况时,向报警装置和显示装置发出报警指令；报警装置根据报警指令发出报警信号；显示装置用于显示需要报警的装置名称和监测数据,以供用户查看。本发明可以及时发现各部件是否出现故障,及时报警提醒用户,采用相应措施排除,从而可以极大的提升抽油机运行中的安全性。(The invention provides an oil pumping unit operation monitoring device and a fault early warning system, which comprise: the method comprises the following steps that a hair braid elongation monitoring device monitors the elongation of a hair braid of the pumping unit; the crank pin locking nut monitoring device is used for monitoring the displacement variation of the crank pin nut; the middle shaft and tail shaft bearing vibration monitoring device is used for monitoring the vibration quantity of a middle shaft and a tail shaft of the pumping unit; the speed monitoring device of the reduction gearbox belt pulley is used for monitoring the speed of the reduction gearbox belt pulley of the pumping unit; monitoring the displacement of the main shaft of the reduction gearbox; the control device analyzes the monitoring data and sends an alarm instruction to the alarm device and the display device when judging that an abnormal condition occurs; the alarm device sends out an alarm signal according to the alarm instruction; the display device is used for displaying the device name and monitoring data which need to be alarmed for the user to view. The invention can find whether each component has faults in time, alarm in time to remind a user, and remove the faults by adopting corresponding measures, thereby greatly improving the safety of the oil pumping unit in operation.)

一种抽油机运行监测装置及故障预警系统

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种抽油机运行监测装置及故障预警系统。

背景技术

游梁式抽油机是石油开采过程中的主要生产设备之一。抽油机在长期使用过程中，设备的运行状态在不断的发生变化，因设备隐患引起的设备停运时有发生，影响了生产及开机时率。

目前，抽油机设备的运行还是依靠人工巡视的方式，通过目视检查，凭经验确认设备的运行状态。这种方式存在以下问题：缺乏实时定量监测和故障预判的手段，从而无法完全保证抽油机长时间的安全运行，存在抽油机因为故障非计划停机的隐患。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种抽油机运行监测装置及故障预警系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种抽油机运行监测装置及故障预警系统，包括：

毛辫子伸长量监测装置、曲柄销锁紧螺母监测装置、中轴及尾轴轴承振动监测装置和减速箱皮带轮转速监测装置、无线通信装置、控制装置、报警装置和显示装置，其中，

所述毛辫子伸长量监测装置安装于抽油机的悬绳器的位置上，用于监测抽油机毛辫子的伸长量；

所述曲柄销锁紧螺母监测装置安装于所述抽油机的曲柄内侧的左侧和右侧，用于监测曲柄销螺母的位移变化量；

所述中轴及尾轴轴承振动监测装置包括：中轴轴承监测单元和尾轴轴承监测单元，其中，所述中轴轴承监测单元安装在所述抽油机的中轴的左侧和右侧，用于监测抽油机的中轴的振动量；所述尾轴轴承监测单元安装于所述抽油机的尾轴的左侧和右侧，用于监测抽油机的中轴和尾轴的振动量；

所述减速箱皮带轮转速监测装置安装于所述抽油机的减速箱的输入轴的皮带轮处，用于监测抽油机的减速箱皮带轮的转速量；

所述无线通信装置用于接收来自毛辫子伸长量监测装置、曲柄销锁紧螺母监测装置、中轴及尾轴轴承振动监测装置和减速箱皮带轮转速监测装置的监测数据，并通过无线网关发送至所述控制装置；

所述控制装置对监测数据进行分析，在判断出现以下任一情况时，向所述报警装置和所述显示装置发出报警指令：

(1)所述毛辫子伸长量监测装置监测到的伸长量位于异常状态；

(2)所述曲柄销锁紧螺母监测装置监测到的位移变化量超过预设位移阈值；

(3)所述中轴及尾轴轴承振动监测装置监测到的振动量超过预设振动阈值；

(4)所述减速箱皮带轮转速监测装置检测到的转速量低于预设转速阈值；

所述报警装置根据所述报警指令发出报警信号；

所述显示装置用于显示需要报警的装置名称和监测数据，以供用户查看。

进一步，所述控制装置在判断毛辫子伸长量监测装置监测到的伸长量超过预设上限值时，预报警为上行时蜡卡或者泵卡；当判断伸长量减少时，预报警为下行时蜡卡或者泵卡。

进一步，所述控制装置在判断曲柄销锁紧螺母监测装置监测到的位移变化量超过预设位移阈值时，判断螺母已经松动。

进一步，所述控制装置在判断所述中轴及尾轴轴承振动监测装置监测到的振动量超过预设振动阈值时，则判断中轴或尾轴的轴承故障。

进一步，所述控制装置在判断所述减速箱皮带轮转速监测装置监测到的转速量低于预设转速阈值时，则判断出现皮带打滑、负荷过大、泵卡或蜡卡的问题。

进一步，所述毛辫子伸长量监测装置采用拉绳位移传感器；所述曲柄销锁紧螺母监测装置采用LVDT位移传感器；所述中轴及尾轴轴承振动监测装置采用电涡流式振动传感器；所述减速箱皮带轮转速监测装置采用角度传感器或转速传感器。

进一步，还包括：减速箱振动监测装置，用于监测减速箱的振动量，并发送至无线通信装置，由无线通信装置进一步转发至控制装置，当控制装置判断减速箱的振动超过预设减速箱振动量阈值时，判断减速箱轴承故障或者是减速箱的螺丝松动，控制报警装置发出报警信号。

进一步，还包括：抽油机底座振动量的监测装置，安装于所述抽油机底座前端的左侧和右两侧，用于监测抽油机底座的振动量，并发送至无线通信装置，由无线通信装置进一步转发至控制装置，当控制装置判断抽油机底座的振动量超过预设抽油机底座振动量阈值时，判断抽油机底座不稳固，控制报警装置发出报警信号。

进一步，还包括：减速箱主轴串轴量监测装置，安装于所述抽油机的皮带轮和减速箱的外壳之间，用于监测减速箱主轴的轴串量，并发送至无线通信装置，由无线通信装置进一步转发至控制装置，当控制装置判断减速箱主轴的轴串量超过预设轴串量阈值时，判断主轴发生了串轴，控制报警装置发出报警信号。

进一步，还包括：视频监测装置，用于监测采油树盘根盒的视频信号，并发送至无线通信装置，由无线通信装置进一步转发至控制装置，当控制装置接收到视频信号，然后传输到显示装置通过视频图像判断盘根盒是不是漏油，判断采油树盘根盒发生泄漏时，控制报警装置发出报警信号。

根据本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，通过在抽油机上安装毛辫子伸长量监测装置、曲柄销锁紧螺母监测装置、中轴及尾轴轴承振动监测装置和减速箱皮带轮转速监测装置，通过上述运行监测装置对抽油机的主要部件运行状态监测，从而可以及时发现各部件是否出现故障，及时报警提醒用户，采用相应措施排除，从而可以极大的提升抽油机运行中的安全性，减少操作管理人员的工作量，提升运行的安全性，避免抽油机因为故障导致的非计划停机的隐患。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统的结构图。

附图标记：

毛辫子伸长量监测装置-1、曲柄销锁紧螺母监测装置-2、中轴及尾轴轴承振动监测装置-3、减速箱皮带轮转速监测装置-4、无线通信装置-5、控制装置-6、报警装置-7、显示装置-8、减速箱振动监测装置-9、抽油机底座振动量的监测装置-10、减速箱主轴串轴轴量监测装置-11、视频监测装置-12。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，包括：毛辫子伸长量监测装置1、曲柄销锁紧螺母监测装置2、中轴及尾轴轴承振动监测装置3和减速箱皮带轮转速监测装置4、无线通信装置5、控制装置6、报警装置7和显示装置8，

具体的，毛辫子伸长量监测装置1位于抽油机的悬绳器的位置上，另一端安装在驴头顶部挂毛辫子处，用于监测抽油机毛辫子的伸长量。

在本发明的实施例中，毛辫子伸长量监测装置1采用拉绳位移传感器，又称拉绳传感器、拉绳电子尺、拉绳编码器。拉绳位移传感器是直线位移传感器在结构上的精巧构成，充分结合了角度传感器和直线位移传感器的优点，成为一款安装尺寸小、结构紧凑、测量行程大、精度高的传感器，行程从几百毫米至几十米不等。

在本发明的实施例中，毛辫子伸长量监测装置1采用型号为MT60的拉绳位移传感器。该传感器属于微型拉线(绳)位移传感器，用来记录测量长度0～500mm的线性距离、模拟量型和数字量型输出，标准化接口，可以坚固耐用特别适合短距离，高分辨率的场合，主要特点：安装方便，设有备用安装基准面，根据需要多种选择；安装空间小，安装难度低；无需导向。机械公差不影响测量精度；广泛应用于直线导轨系统，液压气缸系统、伸缩系统，仓储位置定位，压力机械。造纸机械，纺织机械、金属板材机械、印刷机械、水平控制仪、建筑机械等相关尺寸测量和位置控制；可外接PLC二次仪表和单片机等采集系统。

曲柄销锁紧螺母监测装置2包括两个，分别安装于所述抽油机的曲柄内侧的左侧和右侧，即曲柄内侧曲柄销锁紧螺母处，用于监测曲柄销螺母的位移变化量。其中，曲柄销锁紧螺母监测装置2采用LVDT位移传感器，测定螺母是不是松动，实现螺丝帽松动监测。曲柄销锁紧螺母监测装置2可同时监测抽油机左右两个曲柄销子的锁紧螺母。

在本发明的实施例中，曲柄销锁紧螺母监测装置2的传感器型号为BS24的位移传感器。

中轴及尾轴轴承振动监测装置3包括：中轴轴承监测单元和尾轴轴承监测单元，其中，中轴轴承监测单元安装在抽油机的中轴的左侧和右侧，用于监测抽油机的中轴的振动量；尾轴轴承监测单元安装于抽油机的尾轴的左侧和右侧，用于监测抽油机的中轴和尾轴的振动量。其中，中轴及尾轴轴承振动监测装置3采用电涡流式振动传感器。

其中，电涡流式振动传感器采用型号为SD-051/1/105/10/0/0；制作工艺:集成；输出信号:模拟型；材料:金属；材料物理性质:导体；材料晶体结构:单晶；防护等级:IP67；线性度:100％F.S；迟滞:100％F.S；重复性:120％F.S；灵敏度:100；分辨率:20*30。

减速箱皮带轮转速监测装置4安装于抽油机的减速箱的输入轴的皮带轮处，用于监测抽油机的减速箱皮带轮的转速量。在本发明的实施例中，减速箱皮带轮转速监测装置4采用角度传感器或速度传感器。单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度，与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器，都统称为速度传感器。而该位置应使用角速度传感器，例如：分辨率0.1；品牌鑫嵩种类速度材料不锈钢；重复性0.02(％F.S.)；迟滞0.2(％F.S.)；制作工艺集成漂移0.01；材料物理性质导体；防护等级IP56；线性度0.3(％F.S.)；加工定制；输出信号模拟型；材料晶体结构单晶；灵敏度0.2型号QZKT-40H-600-C10-30E。

例如，减速箱皮带轮转速监测装置4采用型号为LAT216T高精度数字型角度传感器，具有以下参数：精度0.1°，分辨率0.015°；量程0～360°可选；宽电压输入DC 9～36V；输出接口RS232、TTL、RS485、MODBUS可选；高抗震性>20000g；宽温工作-40～85℃；IP66防护等级(可定制)；采样率1K HZ。

无线通信装置5用于接收来自毛辫子伸长量监测装置1、曲柄销锁紧螺母监测装置2、中轴及尾轴轴承振动监测装置3和减速箱皮带轮转速监测装置4的监测数据，并通过无线网关发送至控制装置6。

具体的，上述各个监测装置的传感器所产生的模拟信号传输到无线通信装置5，再由无线通信装置5传输到无线网关，然后无线传输到终端机或者笔记本电脑及手机平板电脑等。即，上述监测位置的传感器输出信号到无线传输传感器，传感器的输出信号采用4-20mA的电流输出信号。无线传输装置采用CZ80DTD模拟量无线传输装置。通过无线传输装置到中间网关实现更远距离的无线传输。或者直接传输到终端机或者笔记本电脑及手机或者平板电脑。

控制装置6对监测数据进行分析，在判断出现以下任一情况时，向报警装置7和显示装置8发出报警指令：

(1)毛辫子伸长量监测装置1监测到的伸长量位于异常状态；

控制装置6在判断毛辫子伸长量监测装置1监测到的伸长量超过预设上限值时，预报警为上行时蜡卡或者泵卡；当判断伸长量减少时，预报警为下行时蜡卡或者泵卡。

具体的，毛辫子主要是监测长度的变形量，在正常的负荷情况下伸长量是弹性变形量，还包括因为温度变化引起的变形量。假如以春秋季节的平均温度为基准，冬季的总伸长量变小，夏季变大。

毛辫子伸长量监测装置1的故障预警系统一是负荷波动预报警系统，主要是结合抽油机毛辫子伸长量判断抽油机的载荷变化，当数值超过预设上限值的时候，证明第一种情况是伸长量超值，预报警为上行时蜡卡或者泵卡。第二种情况是伸长量减少，预报警为下行时蜡卡或者泵卡。依据报警情况可以方便监控人员及时对故障进行处置。

(2)曲柄销锁紧螺母监测装置2监测到的位移变化量超过预设位移阈值；

通过LVDT位移传感器监测位移变化，控制装置6在判断曲柄销锁紧螺母监测装置2监测到的位移变化量超过预设位移阈值时，判断螺母已经松动。其中，螺母的松动量可以通过相对位移来测量。

(3)中轴及尾轴轴承振动监测装置3监测到的振动量超过预设振动阈值；

控制装置6在判断中轴及尾轴轴承振动监测装置3监测到的振动量超过预设振动阈值时，则判断中轴或尾轴的轴承故障。

中轴和尾轴测定的的是轴的振动量，根据转速查定其振动值，超过数值则判断振动量超标。通过电涡流位移传感器通过监测振动幅度的变化来判断中轴和尾轴的运行情况，振幅超过设定值就说明中轴尾轴的轴承故障。

(4)减速箱皮带轮转速监测装置4检测到的转速量低于预设转速阈值；

在本发明的实施例中，减速箱皮带轮转速监测装置4采用转速传感器，监测皮带轮是否打滑，通过监测减速箱皮带轮的转速来监测皮带是不是打滑，防止皮带打滑造成过热损坏，造成抽油机因皮带断停机。

减速箱皮带轮的转速可以通过监测转速值来监测。考虑传动效率当电机的皮带轮的减速箱的皮带轮直径确定后速度比就是定值。低于定值一定范围则发出报警提示，可能出现的问题包括：皮带打滑，负荷过大，包括泵卡，蜡卡等。通过转速的波动量来判断抽油机皮带的松紧程度或者是抽油机运行是否出现超负荷造成的转速降低。需要说明的是，上述监测判断可以和毛辫子的变形量结合起来综合考虑。由于抽油机安装使用条件的限制，其实际变形量和振动量要比固定基础的设备的振动量要大。实际测试过程中要根据每台设备的具体情况设定基础数值，还要根据变化情况及时作出调整。

控制装置6在判断减速箱皮带轮转速监测装置4监测到的转速量低于预设转速阈值时，则判断出现皮带打滑、负荷过大、泵卡或蜡卡的问题。

报警装置7根据来自控制装置6的报警指令发出报警信号。其中，报警信号可以为声音信号或光电信号。

显示装置8用于显示需要报警的装置名称和监测数据，以供用户查看，这样用户就可以实时查看到发生故障的设备名称、故障数据、故障内容，从而可以及时安排人员进行维修排查。

此外，本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，还包括：减速箱振动监测装置9，用于监测减速箱的振动量，并发送至无线通信装置5，由无线通信装置5进一步转发至控制装置6，当控制装置6判断减速箱的振动超过预设减速箱振动量阈值时，判断减速箱轴承故障或者是减速箱的螺丝松动，控制报警装置7发出报警信号。

在本发明的一个实施例中，减速箱振动监测装置采用的转动传感器安装在减速箱的输出轴处，可以选择中心安装一个或者两侧各一个。

在本发明的实施例中，减速箱振动监测装置9采用电涡流振动传感器进行振动量的监测。例如，电涡流振动传感器采用以下：

型号:SD-051/1/105/10/0/0；制作工艺:集成；输出信号:模拟型；材料:金属；材料物理性质:导体；材料晶体结构:单晶；防护等级:IP67；线性度:100％F.S；迟滞:100％F.S；重复性:120％F.S；灵敏度:100；分辨率:20*30。

本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，还包括：抽油机底座振动量的监测装置10，安装于抽油机底座前端的左侧和右侧，或前后端的左右两侧均可，用于监测抽油机底座的振动量，并发送至无线通信装置5，由无线通信装置5进一步转发至控制装置6，当控制装置6判断抽油机底座的振动量超过预设抽油机底座振动量阈值时，判断抽油机底座不稳固，控制报警装置7发出报警信号。

在本发明的实施例中，抽油机底座振动量的监测装置7采用位移传感器，通过位移传感器来测定抽油机上下行时的振幅的变化来监测抽油机基础的稳固情况，方便设备管理人员及时抽油机压杠螺丝的松紧情况及抽油机基础的稳固情况。

其中，抽油机底座振动量的监测装置7可以采用型号为LZDWL1的一体化防爆振动位移传感器。主要技术参数：

1.输出方式：直流电流输出(4-20mA)(注释：如果振动值不变输出电流值保持不变)

温度输出可以选4-20mA或PT100铂电阻

2.速度方向：从底部到传感器(正向)

3.环境温度：-40℃～+85℃

4.频响：5～2000HZ

5.精确度：±2％

6.分辨率：0.5mgRMS

7.横向灵敏度比：≤5％

8.电源电压：+10～+28VDC

9.负载电阻：＜750Ω

10.量程范围(有效值)：0～10mm

11.冲击极限(峰值):1000g

12.结构形式:剪切

13.压电材料：PZT-5

14.防护等级：Ip67

15.外壳材料：不锈钢

16.重量：80克

本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，还包括：减速箱主轴串轴量监测装置11安装于抽油机的皮带轮和减速箱的外壳之间，即安装于抽油机大皮带轮内侧，用于监测减速箱主轴的轴串量，并发送至无线通信装置5，由无线通信装置5进一步转发至控制装置6，当控制装置6判断减速箱主轴的轴串量超过预设轴串量阈值时，判断主轴发生了串轴，控制报警装置7发出报警信号。

减速箱主轴的串轴量可以通过相对位移来测量，减速箱主轴串轴量监测装置11通过位移传感器测定相对位置的变化来判断主轴是不是串轴了，一旦超出设定的数值就可以预报警。

在本发明的实施例中，减速箱主轴串轴量监测装置11采用位移传感器，例如型号为R60D RVIT(旋转可变电感传感器)是直流非接触式角度位移传感器，参数如下：传感器类型:RVIT；角度感应范围(°):±60；电源电压(VDC):13.5–16.5；InputCurrent(Max)(mA):25；非线性(％):±.5。

本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，还包括：视频监测装置12，用于监测采油树盘根盒的视频信号，采用无线视频信号传输方式，将视频信号发送至无线通信装置5，由无线通信装置5进一步转发至控制装置6，当控制装置6接收到视频信号，然后传输到显示装置通过视频图像判断盘根盒是不是漏油，判断采油树盘根盒发生泄漏时，控制报警装置7发出报警信号。

此外，本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，还包括：电机温度传感器，用于监测抽油机的电机温度变化，将温度值发送至无线通信装置5，由无线通信装置5进一步转发至控制装置6，当控制装置6判断温度值超过预设温度阈值时，则认为电机可能出现故障，控制报警装置发出报警信号。

根据本发明实施例的抽油机运行监测装置及故障预警系统，通过在抽油机上安装毛辫子伸长量监测装置、曲柄销锁紧螺母监测装置、中轴及尾轴轴承振动监测装置和减速箱皮带轮转速监测装置，通过上述运行监测装置对抽油机的主要部件运行状态监测，从而可以及时发现各部件是否出现故障，及时报警提醒用户，采用相应措施排除，从而可以极大的提升抽油机运行中的安全性，减少操作管理人员的工作量，提升运行的安全性，避免抽油机因为故障导致的非计划停机的隐患。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。