КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ НАСОСА Российский патент 2004 года по МПК F04B53/10 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в штанговых глубинных насосах.

Известно устройство [1], состоящее из корпуса, в цилиндрической расточке которого установлено направляющее устройство с упругими вертикальными ребрами, жестко связанными между собой в нижней части цилиндрическим кольцом-основанием с прорезью, шарик и седло клапана, прижатое к корпусу наконечником, надклапанной и подклапанной области. Направляющее устройство установлено в цилиндрической расточке корпуса свободно с образованием верхнего торцового и радиального зазоров. Ребра имеют выступы для ограничения подъема шарика.

Однако при открытии клапана шарик отрывается от седла и перемещается вверх до упругого контакта с упругими вертикальными ребрами, выполненными из металла, что гасит в какой-то мере кинетическую энергию шарика, но взаимодействие металлических деталей друг с другом при наличии механических частиц в добываемой продукции приводит к эрозионному износу последних. При посадке шарика на седло, которое жестко связано с корпусом, сохраняются негативные условия работы, а именно жесткий контакт седла и шара друг с другом, с соответствующим износом посадочных поверхностей и снижением долговечности работы.

Известна конструкция клапанного узла штангового насоса [2], включающего посадочное седло клапана, выполненное из двух частей: верхней седла и нижней опоры, между которыми установлен упругий элемент (резиновое кольцо), и сам шар, установленный с возможностью взаимодействия с седлом.

Однако механизм взаимодействия шара с седлом при закрытии клапана подразумевает первоначальный контакт металлических поверхностей шара и седла с упругим восприятием ударной нагрузки резиновым кольцом, расположенным между седлом и опорой и имеющим в исходном положении зазор относительно шара. Резиновое кольцо первоначально играет роль демпфера, снижающего ударные нагрузки при посадке шара на седло, а затем при его деформации образуется герметичный контакт с шаром, что не исключает механический эрозионный износ посадочных поверхностей на первом этапе. К тому же при открытии шара последний имеет жесткое взаимодействие с элементами клетки клапана с соответствующим их износом и снижением ресурса работы.

Известна конструкция клетки клапана штангового насоса [3], взятая авторами в качестве прототипа, которая имеет в своем составе резиновую направляющую, установленную в корпусе над седлом и жестко связанную с корпусом насоса.

При открытии клапана шар в верхнем положении упруго взаимодействует с резиновой направляющей, что приводит к гашению скорости шара с сохранением его поверхности от эрозионного износа и ударных нагрузок.

Однако при посадке шара на седло наблюдается жесткий удар, что при наличии в добываемой продукции механических частиц приводит к эрозионному износу посадочных поверхностей и снижению долговечности работы.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в повышении долговечности клапанного узла за счет упругого взаимодействия шара с элементами клетки при открытии и закрытии, уменьшении гидравлических сопротивлений, повышении эрозионной стойкости.

Технический результат достигается с помощью известного устройства, содержащего корпус, нижнюю опорную поверхность (седло), шар, направляющее устройство, выполненное в виде верхнего и нижнего опорных колец с подпятником в средней части, связанных друг с другом упругими вертикальными ребрами, разнесенными по их периметру, причем верхнее опорное кольцо зафиксировано в цилиндрической расточке корпуса, подпятник расположен над шаром, а нижнее опорное кольцо охватывает шар и опирается на торцевую поверхность седла.

Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 показано устройство в разрезе, при закрытом положении клапана;

на фиг.2 - устройство при открытом положении клапана;

на фиг.3 - поперечный разрез клетки клапана;

на фиг.4 - вариант места установки клапана в штанговом насосе.

Заявляемое устройство содержит полый корпус 1, в котором установлено седло 2 с шаром 3, поджатое переходником 4. В корпусе 1 выполнены кольцевая расточка 5 и цилиндрическая расточка 6. Направляющее устройство 7 выполнено в виде верхнего опорного кольца 8, установленного в кольцевой расточке 5 корпуса 1, нижнего опорного кольца 9 и подпятника 10 в средней части, связанных друг с другом вертикальными ребрами 11, разнесенными по периметру. Причем подпятник 10 расположен над шаром 3, а нижнее опорное кольцо 9 размещено с возможностью торцевого взаимодействия с седлом 2 и охватывает шар 3 снизу.

Работа клапанного узла.

Корпус 1 клапанного узла устанавливается на нижнем конце цилиндра штангового насоса (см. фиг.4) и в сборе спускается в скважину. При перемещении плунжера вниз шар 3 отрывается от седла 2 вместе с нижним опорным кольцом 9 и упирается в подпятник 10 (см. фиг.2). При перемещении шара 3 вверх происходят его упругое взаимодействие с вертикальными ребрами 11 и гашение его скорости. При упругом взаимодействии шара 3 с подпятником 10 гасится его скорость с передачей динамических нагрузок на вертикальные ребра 11 и верхнее опорное кольцо 8. Тем самым при взаимодействии с элементами клапанного узла, шар 3 постоянно ориентирован относительно оси устройства. В таком положении шара 3 осуществляется подача пластового флюида в цилиндр насоса над плунжером.

При изменении направления движения плунжера на противоположное шар 3 за счет собственного веса, упругой деформации вертикальных ребер 11 и перепада давления вместе с нижним опорным кольцом 9, с созданием растягивающих напряжений в вертикальных ребрах 11, мягко садится на седло 2 с образованием герметичного соединения между ними.

Предлагаемый клапанный узел может быть применен и для оснащения плунжера насоса как нагнетательный, с соответствующим изменением конструктивных размеров.

Заявляемое устройство позволяет упростить его изготовление за счет литья направляющего устройства 7 из резины или пластмассы.

Упругость и амортизационная способность системы: корпус-направляющее устройство-шар-седло, а также уменьшение гидравлических сопротивлений, повышенная сопротивляемость эрозионному износу, способствуют повышению ресурса работы насоса, уменьшению гидродинамических нагрузок, действующих на детали насоса.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Скважинный штанговый насос типа HCBIMI-32 с упругим направляющим устройством в клапанах. УДК 622.276.53.054.22. Каталог разработок АзНИПИнефти в области техники и технологии добычи нефти. УДК 622.276.5(085). АзНИПИнефть. Баку 1986, с.8-10.

2. Патент РФ №2005940, кл. F 16 K 15/04, 1994.

3. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами. SBS. Нефтепромысловая техника. Шеллер-Блекманн ГМБХ. 1988 г., с.35-36, рис.22, 23 - прототип.

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения в установках глубинных штанговых насосов. Устройство содержит полый корпус, в котором установлено седло с шаром, поджатое переходником. В корпусе выполнены кольцевая расточка и цилиндрическая расточка. Направляющее устройство выполнено в виде верхнего опорного кольца, установленного в кольцевой расточке корпуса, нижнего опорного кольца и подпятника в средней части, связанных друг с другом вертикальными ребрами, разнесенными по периметру. Нижнее опорное кольцо расположено на торце седла и охватывает шар снизу. Повышается ресурс работы, уменьшается гидравлическое сопротивление и повышается эрозионная стойкость. 4 ил.

Клапанный узел штангового насоса, содержащий корпус, направляющее устройство в его осевом канале, седло и шар, отличающийся тем, что направляющее устройство выполнено в виде верхнего и нижнего опорных колец и подпятника в средней части, связанных друг с другом вертикальными ребрами, разнесенными по их периметру, причем подпятник расположен над шаром, верхнее опорное кольцо установлено в кольцевой расточке корпуса, а нижнее опорное кольцо охватывает шар снизу и размещено с возможностью торцового взаимодействия с седлом.