Клапан золотниковый Российский патент 2024 года по МПК F04B53/10 F16K15/02 F16K47/02 F16K1/36 F16K1/46 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано в составе глубинно- насосного оборудования для добычи нефти, а также в других отраслях машиностроения.

Известен клапан штангового глубинного насоса (патент RU №2202711, МПК F04B 53/10, F04B 47/00, опубл. 20.04.2003г., Бюл. №11) содержащий корпус с установленным в нем седлом, взаимодействующую с седлом тарель со штоком, проходящим через направляющую, выполненную в перегородке корпуса с периферийными отверстиями для прохода жидкости, и пружину сжатия, поджимающую тарель в сторону седла, причем между перегородкой и пружиной установлен подвижный груз.

Недостатками такого клапана являются наличие в конструкции пружинного элемента, что в условиях агрессивных сред снижает надёжность, большие гидравлические сопротивления из-за малых проходных сечений.

Известен также клапан погружного насоса (патент RU №2247865, МПК F04B 53/10, F16K 15/02, опубл. 10.03.2005, бюл. №7), содержащий корпус, в котором размещен запорный орган со штоком и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с внутренней поверхностью седла, при этом седло выполнено из набора подвижных в радиальном направлении и уплотненных эластомерными кольцами, посадочные поверхности которых смещены эксцентрично относительно друг друга и подпружинены в осевом направлении, причем запорный орган нагружен пружиной и снабжен расположенным на его штоке гидротормозом.

Недостатками данного клапана являются:

- невысокая эксплуатационная надежность;

- значительные гидравлические сопротивления из-за малых проходных сечений;

- низкая работоспособность устройства, связанная с наличием в конструкции пружины, которая не выдерживает нагрузок и перепадов давления в процессе перекачки жидкости, что может привести к заклиниванию и потере работоспособности устройства.

Наиболее близким аналогом является клапан золотниковый (патент RU № 69186, МПК F16K 15/02, опубл. 10.12.2007г., Бюл. №34), содержащий корпус, в котором размещен запорный орган со штоком и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью седла за счет набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотненных эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещенных относительно друг друга на угол 360°/n, где n - число пар колец, причем эластичные кольца размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах, глубина которых меньше на 0,3-0,5 диаметра поперечного сечения эластичного кольца, при этом золотник выполнен с кольцевым буртом и опорным уступом, уплотнительные кольца размещены на золотнике между последними, а расстояние вдоль оси золотника между кольцевым буртом и опорным уступом превышает суммарную высоту уплотнительных колец в 1,01- 1,02 раза.

Недостатками такого клапана являются низкая эксплуатационная надежность, связанная с относительно небольшими проходными сечениями, вызывающие значительные гидравлические сопротивления, а также то, что центрирование запорного органа осуществляется посредством штока.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной надежности клапана за счет обеспечения более надежного центрирования запорного органа, повышения эффективности работы клапана, за счёт увеличения проходных сечений, уменьшающих гидравлические сопротивления.

Технический результат достигается клапаном золотниковым, содержащим корпус, в котором размещён запорный орган и выполнено цилиндрическое седло, причём запорный орган выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью цилиндрического седла за счёт набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотнённых эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещённых относительно друг друга на угол 360°/ n, где n - число пар колец, при этом эластичные кольца размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах, глубина которых меньше на 0,3- 0,5 диаметра поперечного сечения эластичного кольца.

Новым является то, что запорный орган снизу оснащён центратором проходным, а нижняя часть центратора проходного выполнена в виде кольцевого упора, внешний диаметр которого больше внутреннего диаметра цилиндрического седла, помимо этого выше седла установлено дополнительное металлическое износостойкое седло, а в верхней части запорного органа закреплено коническое опорное металлическое износостойкое кольцо, герметично взаимодействующее с дополнительным металлическим износостойким седлом, в нижнем положении запорного органа, при этом коническое опорное металлическое износостойкое кольцо большим основанием обращёно к устью скважины.

На фиг. 1 изображён продольный разрез клапана золотникового в положении закрыто, на фиг. 2 в положении - открыто и на фиг. 3 сечение А-А (см. фиг. 2).

Клапан золотниковый содержит корпус 1, в котором размещён запорный орган 2, выполненый в виде золотника, состоящий из тарели 3, оправки 4 с канавками 5, комплекта металлических уплотнительных колец 6, эластомерных колец 7, центратор проходной 8, который содержит продольные элементы 9, концы которых заканчиваются кольцевым упором 10.

Запорный орган 2 образует запорную пару с внутренней поверхностью цилиндрического седла 11 за счёт набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотнённых эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещённых относительно друг друга на угол 360°/ n, где n- число пар колец, при этом эластичные кольца размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах, глубина которых меньше на 0,3- 0,5 диаметра поперечного сечения эластичного кольца.

Запорный орган 2 снизу оснащён центратором проходным 8, а нижняя часть центратора проходного 8 выполнена в виде кольцевого упора 10, внешний диаметр которого больше внутреннего диаметра седла (на фиг. 1-2 не обозначено).

Помимо этого выше седла установлено дополнительное металлическое износостойкое седло 11, а в верхней части запорного органа 2, между тарелью 3 и оправкой 4, закреплено коническое опорное металлическое износостойкое кольцо 12, герметично взаимодействующее с дополнительным металлическим износостойким седлом 11, в нижнем положении запорного органа 2, при этом коническое опорное металлическое износостойкое кольцо 12 большим основанием обращёно к устью скважины (на фиг. 1-2 не обозначено).

Работает золотниковый клапан следующим образом.

С началом движения клапана вверх, сборка запорного органа 2, под действием давления надклапанной жидкости, опускается вниз, при этом комплект уплотнительных колец 6, уплотнённых эластичными кольцами 7, перекрывают цилиндрическое седло в корпусе 1, а в конце хода вниз, опорное износостойкое кольцо 14 герметично взаимодействуя с седлом износостойким 13, окончательно герметизирует клапанный узел.

При движении клапана вверх, сборка запорного органа 2 перемещается вверх, при этом упор кольцевой 12 ограничивает движение вверх, внутренним торцом корпуса 1, с этого момента, подклапанная жидкость перетекает в надклапанную полость.

После чего циклы повторяются.

Таким образом, предлагаемое изобретение повышает эксплуатационную надежность золотникового клапана за счет обеспечения более надежного центрирования запорного органа, повышения эффективности работы золотникового клапана за счёт увеличения проходных сечений, уменьшающих гидравлические сопротивления. А также повысит эффективность работы штанговых насосных установок при эксплуатации наклонных и горизонтальных скважин.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано в составе глубинно-насосного оборудования для добычи нефти, а также в других отраслях машиностроения. Клапан золотниковый содержит корпус, в котором размещён запорный орган и выполнено цилиндрическое седло, причём запорный орган выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью цилиндрического седла за счёт набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотнённых эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещённых относительно друг друга на угол 360°/n, где n - число пар колец, при этом эластичные кольца размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах, глубина которых меньше на 0,3-0,5 диаметра поперечного сечения эластичного кольца. Запорный орган снизу оснащён центратором проходным, а нижняя часть центратора проходного выполнена в виде кольцевого упора, внешний диаметр которого больше внутреннего диаметра цилиндрического седла, помимо этого выше седла установлено дополнительное металлическое износостойкое седло, а в верхней части запорного органа закреплено коническое опорное металлическое износостойкое кольцо, герметично взаимодействующее с дополнительным металлическим износостойким седлом, в нижнем положении запорного органа, при этом коническое опорное металлическое износостойкое кольцо большим основанием обращено к устью скважины. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной надежности клапана за счет обеспечения более надежного центрирования запорного органа, повышения эффективности работы клапана, за счёт увеличения проходных сечений, уменьшающих гидравлические сопротивления. 3 ил.

Клапан золотниковый, содержащий корпус, в котором размещён запорный орган и выполнено цилиндрическое седло, причём запорный орган выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью цилиндрического седла за счёт набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотнённых эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещённых относительно друг друга на угол 360°/n, где n - число пар колец, при этом эластичные кольца размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах, глубина которых меньше на 0,3-0,5 диаметра поперечного сечения эластичного кольца, отличающийся тем, что запорный орган снизу оснащён центратором проходным, а нижняя часть центратора проходного выполнена в виде кольцевого упора, внешний диаметр которого больше внутреннего диаметра цилиндрического седла, помимо этого выше седла установлено дополнительное металлическое износостойкое седло, а в верхней части запорного органа закреплено коническое опорное металлическое износостойкое кольцо, герметично взаимодействующее с дополнительным металлическим износостойким седлом, в нижнем положении запорного органа, при этом коническое опорное металлическое износостойкое кольцо большим основанием обращено к устью скважины.