基于物联网的海上石油平台提升泵的智能监测和故障诊断系统和处理方法与流程

1.本发明涉及石油开采技术领域，具体公开了一种基于物联网的海上石油平台 提升泵的智能监测和故障诊断系统和处理方法。


背景技术：

2.在海上石油开采的过程中需要使用提升泵组对开采的时候进行输送，但是在 长时间的石油开采过程中以及海上开采平台易受到外界海浪、天气等影响，需要 对提升泵组中的每个提升泵的状态进行实时监测，同时还需要对每个提升泵在运 行过程中出现的故障进行诊断和分析。然后，现有的还是石油开采平台中提升泵 的监测和故障诊断智能化程度低，需要人工进行具体情况具体分析，需要投入大 量的技术人工在还是石油平台上。
3.物联网是近年来随着互联网技术发展起来的一门新兴技术，其发展速度迅 猛，已经渗透到各行各业，并发挥了可观的作用。随着物联网时代的来临，将物 联网投入到石油开采中实现整个海上石油高度智能化已经是一种重要发展趋势。 通过物联网带来的便捷性，作业人员能够使用手机、互联网来实时监视提升泵组 运行状态，以减少系统维护的人员和成本。同时通过将分散在海上石油开采平台 上的提升泵组数据汇总到处理中心，以分析机组的工作状态，改进其工作效率； 通过掌握设备的健康状态和损害程度，提前预测可能发生的故障，及时采取恰当 的措施，使提升泵组始终保持自身的最优运行状态或者最佳经济效益状态，以有 效避免过度维护造成的巨大生产成本和设备故障率的提高，以及欠维护造成的重 大事故发生，提高设备运行的安全可靠性。基于目前这种物联网高速发展的背景， 本发明提供了基于物联网的海上石油平台提升泵的智能监测和故障诊断装置和 处理方法用于解决现有海上石油平台提升泵的监测以及故障诊断需要技术人员 现场诊断和分析所带来的一系列问题。


技术实现要素：

4.本发明基于目前这种物联网高速发展的背景，本发明提供了基于物联网的海 上石油平台提升泵的智能监测和故障诊断装置和处理方法用于解决现有海上石 油平台提升泵的监测以及故障诊断需要技术人员现场诊断和分析所带来的一系 列问题。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种基于物联网的海上石油平台提升泵的智能监测和故障诊断系统，包括若 干个提升泵、设置在每个提升泵上的机组监测采集装置和用于分析和无线输送的 参数分析机柜，若干个所述提升泵安装设置在同一个装载板上，且若干个所述提 升泵呈同一排规则布置，每个所述提升泵的出液端均连接有输油支管，所述输油 支管上设置有第一流量监测器，若干个所述输油支管的端部共同连接有输油总 管，所述输油总管上设置有第二流量监测器；
7.所述提升泵包括驱动电机和泵体，所述泵体的内部设置有叶轮，所述机组监 测采
集装置包括设置在驱动电机和泵体之间的装载板上表面的检测采集保护罩， 所述检测采集保护罩的前后端面均开设有圆孔，所述驱动电机的输出轴通过圆孔 中伸入检测采集保护罩中，并在驱动电机输出轴的端部通过联轴器连接有泵轴， 所述泵轴与泵体内的叶轮相连接，位于所述检测采集保护罩内部的装载板上表面 固定设置有第一转动座，所述第一转动座上设置有与泵轴转动连接的轴承，所述 泵轴上设置有第一齿轮，位于所述第一齿轮旁侧的装载板上设置有第二转动座， 所述第二转动座上也设置有轴承，所述轴承上转动连接有与泵轴平行的转杆，所 述转杆上连接有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合设置，所述转杆的端 部连接有第一角度传感器，所述驱动电机的输出轴上方有与其外表面相接触的铜 质传热导片，其铜质传热导片的内表面为光滑面，所述铜质传热导片上连接有温 度传感器，每个所述检测采集保护罩的上表面均开设有挡片，每个所述挡片上开 设有通孔，若干所述检测采集保护罩上挡片开设的通孔处于同一直线设置，位于 一排所述提升泵左右两侧的装载板的上表面分别设置有红外线发射器和红外线 接收器，所述红外线发射器发射出的红外线穿过每个通孔后直射到红外线接收器 上；
8.所述第一流量监测器和第二流量监测器均包括管体接管，所述管体接管中间 位置的上端设置有密封轴承，所述密封轴承中转动连接有伸入管体接管内部的转 轴，所述转轴上设置有与管体接管相适配的扇叶挡板，所述转轴伸出密封轴承的 上端连接有第二角度传感器；
9.所述参数分析机柜包括不锈钢柜体，所述不锈钢柜体的前面转动连接有柜 门，所述不锈钢柜体的内壁上设置有安装板，所述安装板的左右两端分别设置有 处理器cpu和无线传输模块，所述第一角度传感器、温度传感器、红外线接收 器、第二角度传感器与处理器cpu之间电性连接，所述无线传输模块与互联网 远程终端之间实现无线传输，位于所述安装板上方的不锈钢柜体的内壁上设置有 蓄电池。
10.作为上述技术方案的进一步设置，所述第一转动座的轴承上设置有振动传感 器，所述振动传感器与处理器cpu之间也电线连接。
11.作为上述技术方案的进一步设置，所述装载板上设置的提升泵的数量为3～8 个。
12.作为上述技术方案的进一步设置，所述挡片上开设的通孔孔径为5～10mm。
13.作为上述技术方案的进一步设置，所述不锈钢柜体的上端设置有防雨水罩。
14.作为上述技术方案的进一步设置，位于所述安装板下方的不锈钢柜体后侧面 开设有第一散热孔组，位于所述防雨水罩下方的不锈钢柜体上表面开设有第二散 热孔组。
15.作为上述技术方案的进一步设置，位于所述安装板和第一散热孔组之间的不 锈钢柜体内部设置有l型架板，所述l型架板的上表面设置有风扇安装块，所述 风扇安装块上设置有多个散热风机。
16.作为上述技术方案的进一步设置，所述风扇安装块上设置的散热风机为2～4 个。
17.作为上述技术方案的进一步设置，所述安装板通过螺丝可拆卸固定设置在不 锈钢柜体的内壁上。
18.一种基于上述智能监测和故障诊断装置的处理方法，包括如下步骤：
19.1)通过机组监测采集装置中的第一角度传感器、温度传感器、红外线接收 器、第二角度传感器对提升泵运行时的各种数据进行采集；
20.2)通过处理器cpu对采集的各类数据进行分析，从而得出提升泵的转速 稳定性、
运行温度、位置偏移、输油支管与输油总管的流量偏差的相关参数；
21.3)通过无线传输模块将分析得到的相关参数无线输送给互联网远程终端， 互联网远程终端将相关参数储存，同时根据相关参数向作业人员发出提升泵故障 原因，并提醒作业人员前去进行相关维修。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
23.1)本发明公开的基于物联网的海上石油平台提升泵的智能监测和故障诊断 装置其通过在输油支管和输油总管上设置的第一流量监测器、第二流量监测器采 集流量差；通过设置的铜质传热导片、温度传感器采集驱动电机运行时的温度； 通过第一角度传感器以及相互啮合的齿轮采集提升泵运行时的稳定性；通过设置 的红外线发射器、红外线接收器以及挡片上通孔判断提升泵位置是否发生移动； 然后将上述各类传感器采集到的数据传输至处理器cpu，再通过cpu处理器中 预先设定好的程序将其采集的数据转化至关于提升泵的各类参数，再通过无线传 输模块将采集转化后的各类参数无线输送至物联网终端，物联网终端将提升泵运 行时的各类数据储存并根据出现异常的参数进行计算分析，得出相关结论，并将 得出的结论在输送至作业人员的携带的设备上，提醒作业人员有针对性的对提升 泵的故障进行检修；整个装置的设计其智能化程度高，无需作业人员现场分析、 诊断故障原因，作业人员通过提示可直接针对性地对提升泵的故障处进行维修， 降低了作业人员的劳动强度，提高整套海上石油平台提升泵运行的安全可靠性。
24.2)本发明在具体设置时还在整个机组监测采集装置的外部设置一个保护 罩，防止长期海上作业时海水对各类传感器带来的腐蚀损害；同时将处理器 cpu、无线传输模块以及蓄电池设置在不锈钢柜体中，也能够最大程度上降低作 业环境对相关部件的损坏，同时其在柜体上开设散热孔，并配以散热风机能够对 长期运行的处理器cpu以及蓄电池进行有效散热，保证整个整套数据分析设备 的正常运行，极大提高了整套设备的使用寿命。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的原理示意图；
27.图2为本发明中提升泵、机组监测采集装置的立体结构示意图；
28.图3为本发明中检测采集保护罩、挡片的立体结构示意图；
29.图4为本发明中驱动电机和泵体之间各部件的第一角度立体结构示意图；
30.图5为本发明中驱动电机和泵体之间各部件的第二角度立体结构示意图；
31.图6为本发明中铜质传热导片、温度传感器的立体结构示意图；
32.图7为本发明中第一流量监测器或第二流量监测器的内部平面结构图；
33.图8为本发明中参数分析机柜的第一角度立体结构示意图；
34.图9为本发明中参数分析机柜的第二角度立体结构示意图；
35.图10为本发明中参数分析机柜的内部立体结构示意图；
36.图11为本发明中基于上述装置的处理方法步骤流程图。
37.其中：
[0038]1‑
提升泵，101
‑
驱动电机，102
‑
泵体，103
‑
泵轴，104
‑
第一转动座，105
‑ꢀ
第一齿轮；
[0039]2‑
机组监测采集装置，201
‑
检测采集保护罩，2011
‑
圆孔，202
‑
第二转动 座，203
‑
转杆，204
‑
第二齿轮，205
‑
第一角度传感器，206
‑
铜质传热导片，207
‑ꢀ
温度传感器，208
‑
挡片，2081
‑
通孔，209
‑
红外线发射器，210
‑
红外线接收器；
[0040]3‑
参数分析机柜，301
‑
不锈钢柜体，3011
‑
第一散热孔组，3012
‑
第二散热 孔组，302
‑
柜门，303
‑
安装板，304
‑
处理器cpu，305
‑
无线传输模块，306
‑ꢀ
防雨水罩，307
‑
l型架板，308
‑
风扇安装块，309
‑
散热风机，310
‑
蓄电池；
[0041]4‑
装载板，5
‑
输油支管，6
‑
第一流量监测器，601
‑
管体接管，602
‑
密封轴 承，603
‑
转轴，604
‑
扇叶挡板，605
‑
第二角度传感器，7
‑
输油总管，8
‑
第二流 量监测器。
具体实施方式
[0042]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例 中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都应当属于本技术保护的范围。
[0043]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0044]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语
″
第一
″
、
″
第二
″
仅用于方便描 述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所 指示的技术特征的数量。由此，限定有
″
第一
″
、
″
第二
″
的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。
[0045]
下面将参考附图1～11，并结合实施例来对本发明基于物联网的海上石油平 台提升泵的智能监测和故障诊断装置进行详细说明。
[0046]
实施例1
[0047]
本实施例1公开了一种基于物联网的海上石油平台提升泵的智能监测和故 障诊断系统，参考附图2和附图8，其主体包括若干个提升泵1、设置在每个提 升泵1上的机组监测采集装置2以及用于分析和无线输送的参数分析机柜3。具 体设置时装载板4上设置的提升泵1的数量为3～8个，将若干个提升泵1安装 设置在同一个装载板4上，并且若干个提升泵1呈同一排规则布置，每个提升 泵1的出液端均连接有输油支管5，输油支管5上设置有第一流量监测器6，若 干个输油支管5的端部共同连接有输油总管7，输油总管8上设置有第二流量监 测器8。
[0048]
参考附图7，其第一流量监测器6和第二流量监测器8均包括管体接管601， 管体接管601中间位置的上端设置有密封轴承602，密封轴承602中转动连接 有伸入管体接管601内部的转轴603，转轴603上设置有与管体接管601相适 配的扇叶挡板604，转轴603伸出密封轴承602的上端连接有第二角度传感器 605。当石油输送通过管体接管601时能够作用在扇叶挡板604上，从而使得 转轴603转动一定圈数，然后在第二角度传感器605监测得出该转轴603在相 同时间内的转动圈数，从而得出通过的石油流量。
[0049]
参考附图3、附图4、附图5和附图6，其中提升泵1包括驱动电机101和 泵体102，泵体102的内部设置有叶轮。其中，机组监测采集装置2包括设置 在驱动电机101和泵体102之间的装载板4上表面的检测采集保护罩201。在 检测采集保护罩201的前后端面均开设有圆孔2011，驱动电机101的输出轴 通过圆孔2011中伸入检测采集保护罩201中，并在驱动电机101输出轴的端 部通过联轴器连接有泵轴103，然后将泵轴103的端部与泵体102内的叶轮相 连接。位于检测采集保护罩201内部的装载板4上表面固定设置有第一转动座 104，第一转动座104上设置有与泵轴103转动连接的轴承。在泵轴103上设 置有第一齿轮105，位于第一齿轮105旁侧的装载板4上设置有第二转动座 202，第二转动座202上也设置有轴承，轴承上转动连接有与泵轴103平行的 转杆203，转杆203上连接有第二齿轮204，第一齿轮105与第二齿轮204相 啮合设置，转杆203的端部连接有第一角度传感器205。通过两个齿轮的啮合 作用使得转杆203转动，然后在通过第一角度传感器205得出转杆203转动时 的稳定性，同理得出驱动电机101上连接的泵轴103转动稳定性。
[0050]
在驱动电机101的输出轴上方有与其外表面相接触的铜质传热导片206， 其铜质传热导片206的内表面为光滑面，铜质传热导片206上连接有温度传感 器207。由于铜质传热导片206内表面光滑且与驱动电机101的输出轴相接触， 在驱动电机101长时间运行的过程中其产生的热量通过输出轴和铜质传热导片 206将温度传递给温度传感器207，然后再通过温度传感器207分析得出驱动 电机101实时运行温度。最后，还在每个检测采集保护罩201的上表面均开设 有挡片208，每个挡片208上开设有通孔2081，具体设置时挡片2081上开设 的通孔2081孔径为5～10mm。若干检测采集保护罩201上挡片208开设的通 孔2081处于同一直线设置。位于一排提升泵1左右两侧的装载板4的上表面分 别设置有红外线发射器209和红外线接收器210，红外线发射器209发射出的 红外线穿过每个通孔2081后直射到红外线接收器210上。当一排的提升泵1 组中的一个或若干提升泵1位置发生偏移时，其挡片208能够将发射出的红外 线挡住，此时红外线接收器210接收到的红外线消失，从而能够判断出提升泵 的位置是否发生偏移。
[0051]
最后，参考附图10，本实施例中的参数分析机柜3包括不锈钢柜体301，不 锈钢柜体301的前面转动连接有柜门302，不锈钢柜体301的内壁上设置有安 装板303，具体设置时安装板303通过螺丝可拆卸固定设置在不锈钢柜体301 的内壁上。在安装板303的左右两端分别设置有处理器cpu 304和无线传输模 块305，第一角度传感器205、温度传感器207、红外线接收器210、第二角度 传感器605与处理器cpu304之间电性连接，无线传输模块305与互联网远程 终端之间实现无线传输，并在位于安装板303上方的不锈钢柜体301的内壁上 设置有蓄电池310，其蓄电池310对处理器cpu 304、无线传输模块305以及 各类传感器的的运行提供电能，保证两者的稳定运行。
[0052]
实施例2
[0053]
实施例2公开了一种基于实施例1基础上改进后的基于物联网的海上石油 平台提升泵的智能监测和故障诊断装置，其与实施例1相同之处不做再次说明， 其不同之处在于：
[0054]
本实施例2还在第一转动座104的轴承上设置有振动传感器(图中未画出)， 振动传感器与处理器cpu304之间也电线连接；通过振动传感器用于检测提升 泵运行时的振动情况。
[0055]
另外，参考附图8、附图9和附图10，本实施例2还在不锈钢柜体301的 上端设置有
防雨水罩306。并在位于安装板303下方的不锈钢柜体301后侧面 开设有第一散热孔组3011，位于防雨水罩306下方的不锈钢柜体301上表面 开设有第二散热孔组3012。
[0056]
同时，在位于安装板303和第一散热孔组3011之间的不锈钢柜体301内 部设置有l型架板307，l型架板307的上表面设置有风扇安装块308，风扇安 装块308上设置有多个散热风机309。具体设置时，风扇安装块308上设置的 散热风机309为2～4个。通过上述对不锈钢柜体301的改进能够增加整个不锈 钢柜体301的防潮、防雨水以及散热效果，从而保证不锈钢柜体301内部处理 器cpu 304的稳定运行，提高设备的使用寿命。
[0057]
另外，本发明还公开了使用上述智能监测和故障诊断装置对提升泵故障诊断 和处理方法(参考附图11)，包括如下步骤：
[0058]
步骤1：通过机组监测采集装置中的第一角度传感器、温度传感器、红外线 接收器、第二角度传感器对提升泵运行时的各种数据进行采集；
[0059]
步骤2：通过处理器cpu对采集的各类数据进行分析，从而得出提升泵的 转速稳定性、运行温度、位置偏移、输油支管与输油总管的流量偏差的相关参数；
[0060]
步骤3：通过无线传输模块将分析得到的相关参数无线输送给互联网远程终 端，互联网远程终端将相关参数储存，同时根据相关参数向作业人员发出提升泵 故障原因，并提醒作业人员前去进行相关维修。
[0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。