КЛАПАН ОБРАТНЫЙ ШАРИКОВЫЙ Российский патент 2024 года по МПК E21B34/06 E21B34/08 F16K15/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к клапанам, в частности клапанам обратным шариковым, которые могут использоваться с насосами для перекачивания жидкостей с механическими примесями, например, в нефтегазовой промышленности.

Уровень техники

Широко известны и используются клапаны обратные шариковые.

Например, клапан, согласно патенту РФ RU100579, который может быть выбран в качестве ближайшего аналога заявленного технического решения, содержит полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде седла и запорного элемента и клетку с отверстиями или проточками для протока жидкости. Клетка выполнена сложной формы, так что она простирается, по сути, вдоль всей внутренней рабочей поверхности корпуса, формируя тоннель для размещения запорного элемента в закрытом состоянии, и упирается в седло. С одной стороны, это позволяет производить замену запорных элементов единым блоком, извлекая клапанную пару в условиях производства, и использовать различные по составу и размерам клапанные пары. Однако, с другой стороны, это существенно усложняет конструкцию и производство клапана, учитывая, что клетка имеет сложную форму и выполняется из материала, имеющего повышенные твердость и износостойкость. Кроме того, учитывая форму внутренней поверхности клетки в области до указанного тоннеля, на которой выполняются проточки для прохода жидкой среды, клапанная пара известного клапана подвергается механическому воздействию частиц, присутствующих в жидкой среде, так что снижается надежность работы такого клапана.

Таким образом, существует задача упрощения конструкции и способа производства клапана обратного шарикового при повышении надежности, следовательно, и непрерывности работы клапана.

Раскрытие сущности изобретения

Перед авторами настоящего изобретения была поставлена техническая задача разработки нового клапана обратного шарикового, в котором устранены недостатки ближайшего аналога.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение надежности и срока безотказной работы клапана обратного шарикового при его использовании с жидкостями, которые могут содержать механические частицы (примеси).

Поставленная техническая задача решается, а заявленный технический результат достигается в клапане обратном шариковом, содержащем полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде седла и запорного элемента и клетку с продольными проточками на внутренней поверхности клетки. Кольцевой выступ выполнен скошенным под углом скоса к плоскости, перпендикулярной оси симметрии корпуса, по направлению к седлу, так что вдоль указанной оси симметрии основание кольцевого выступа отстоит от седла дальше, чем вершина кольцевого выступа от седла. Участок корпуса от вершины кольцевого выступа до седла выполнен, по существу, параллельным оси симметрии корпуса для размещения в нем запорного элемента. Клетка, по существу, примыкает к кольцевому выступу в области основания кольцевого выступа.

Благодаря конструкции заявленного клапана, имеющий скос кольцевой выступ эффективно препятствует накоплению механических частиц, содержащихся в текучей среде (жидкости), прокачиваемой через клапан, поскольку скос образован сплошной конусной поверхностью, в отличие от неровной внутренней поверхности клетки ближайшего аналога. При этом благодаря примыканию друг к другу также не происходит забивания частиц в области между клеткой и кольцевым выступом корпуса. Накопление же частиц может привести к неконтролируемому и преждевременному выходу клапана из строя, требующему либо его разборки и очистки, либо даже замены элементов клапанной пары. А для более точной установки запорного элемента на седло и, соответственно, также повышения надежности работы клапана, в том числе и при наличии механических частиц, используется участок корпуса от вершины кольцевого выступа до седла. Все это вместе упрощает конструкцию и способ производства клапана, повышает надежность и срок его безотказной работы, особенно при его использовании с жидкостями, которые могут содержать механические частицы (примеси).

Клетка в корпусе может фиксироваться любым известным способом, но является предпочтительным, если клапан содержит стопорное кольцо для фиксации клетки в корпусе, который поджимает клетку к кольцевому выступу, так что между ними не образуется щели, в которую могут забиваться частицы.

Является предпочтительным, если величина угла скоса составляет от 10 до 30 градусов, что предотвращает повышенное осаждение частиц примесей на поверхности скоса и контролирует их поступление дальше в клапанную пару и при этом не сильно препятствует проходу потока жидкой среды через клапан.

Для более надежного поджатия запорного элемента к седлу, особенно в случае попадания частиц примесей в данную область, следовательно, и для повышения надежности и долговечности работы клапана клапан может содержать пружину, размещенную между запорным элементом и верхней частью клетки, удаленной от запорного элемента.

Как показали исследования, является предпочтительным, если длина участка корпуса от вершины кольцевого выступа до седла выбрана такой, что в закрытом состоянии запорного элемента проекция центра симметрии запорного элемента на ось симметрии корпуса лежит между проекциями на указанную ось вершины кольцевого выступа и седла. В частности, наиболее предпочтительным является расстояние между проекциями вершины кольцевого выступа и центра симметрии запорного элемента на ось симметрии корпуса, составляющее не менее 3 мм.

Далее изобретение и некоторые варианты его исполнения, которыми, однако, изобретение не ограничивается, более подробно поясняются со ссылками на приложенную фигуру.

Краткое описание чертежа

На чертеже приведен частичный вид в разрезе одного из вариантов заявленного клапана.

Позициями на чертеже отмечены следующие элементы:

1 - корпус;

2 - кольцевой выступ;

3 - седло;

4 - запорный элемент (шарик);

5 - клетка;

6 - стопорное кольцо;

7 - угол скоса;

8 - ось симметрии корпуса;

9 - основание кольцевого выступа;

10 - вершина кольцевого выступа;

11 - пружина;

12 - верхняя часть клетки;

13 - центрирующее кольцо.

Осуществление изобретения

В общем случае заявленный клапан обратный шариковый содержит корпус 1, в котором выполнен внутренний кольцевой выступ 2.

В корпусе 1 размещены элементы клапанной пары - седло 3 и запорный элемент 4 в виде шарика, а также клетка 5, ограничивающая ход запорного элемента 4.

В клетке 5 выполнены проточки (на фигуре не показаны), вдоль которых направляется поток жидкости, проходящий через клапан. Специалисту будет понятно, что проточки могут быть продольными, поперечными, их комбинацией и другими вариантами проточек и/или отверстий в клетке, предназначенных для этих же целей, т.е. реализующих ту же функцию и при этом не влияющих на конструкцию и характеристики клапана обратного в целом.

Для фиксации клетки 5 в корпусе 1 может использоваться любой известный способ, например, выполнение резьбового соединения на ответных поверхностях клетки 5 и корпуса 1, но при этом важно, чтобы клетка 5, по существу, примыкала к кольцевому выступу 2, выполненному в корпусе 1, в частности, в области основания кольцевого выступа 2, чтобы предотвращать нежелательное накопление частиц примесей в данной области. Предпочтительно, если для этих целей используется стопорное кольцо 6, что упрощает конструкцию клапана в целом и позволяет надежно поджимать клетку 5 к указанному основанию кольцевого выступа 6, как показано на фигуре.

Упомянутый кольцевой выступ 2, согласно настоящему изобретению, выполнен скошенным под углом 7 скоса к плоскости, перпендикулярной оси 8 симметрии корпуса 1, по направлению к седлу 3, так что вдоль указанной оси 8 симметрии основание 9 кольцевого выступа 2 отстоит от седла 3 дальше, чем вершина 10 кольцевого выступа от седла 3.

Как было упомянуто выше, наличие скоса позволяет предотвратить нежелательное накопление частиц в области перед клапанной парой. Согласно проведенным испытаниям, оптимальная величина угла 8 скоса лежит в диапазоне от 10 до 30 градусов, который оказался обусловленным несколькими факторами: контролируемым осаждением частиц примесей на поверхности скоса и их поступлением дальше в клапанную пару, контролируемым проходом потока жидкой среды через клапан.

Корпус 1 также содержит участок, простирающийся от вершины 10 кольцевого выступа до седла 3, который выполнен, по существу, параллельным оси 8 симметрии и в котором размещается запорный элемент 4. Наличие указанного участка обеспечивает более точную установку запорного элемента 4 на седло 3 и, соответственно, повышает надежность работы клапана, что особенно существенно при наличии механических частиц в потоке проходящей через клапан жидкости. Длина указанного участка корпуса 1 предпочтительно такова, чтобы в закрытом состоянии запорного элемента 4 проекция центра симметрии запорного элемента 4 на ось 8 симметрии лежала между проекциями на ось 8 симметрии вершины 10 кольцевого выступа и седла 3. Говоря более простым языком, является предпочтительным, если в закрытом состоянии клапана запорный элемент 4 в виде шарика входит в тоннель, формируемый указанным участком корпуса 1, так, что величина выступающей из указанного участка корпуса части шарика вдоль оси 8 симметрии не превышает его радиуса.

Как показали испытания, наиболее предпочтительным является вариант клапана, в котором указанный участок корпуса 1 имеет такую длину, при которой расстояние между проекциями на ось 8 симметрии вершины 10 кольцевого выступа и центра симметрии запорного элемента 4 в закрытом состоянии клапана составляет не менее 3 мм. С одной стороны, этого достаточно для надежного и точного направления движения запорного элемента 4 в сторону седла 3 при закрытии клапана, а с другой - не сильно ограничивает поток проходящей через клапан жидкости, таким образом повышая надежность работы клапана в целом.

Заявленный клапан обратный шариковый может содержать, хотя и не обязательно, пружину 11, размещаемую между верхней частью клетки 12 и запорным элементом 4, опираясь на последний либо непосредственно, либо через соответствующее центрирующее кольцо 13. Это обеспечивает дополнительное усилие, оказываемое на запорный элемент 4 в направлении к седлу 3 при закрывании клапана, что позволяет надежно прижимать запорный элемент 4 к седлу 3 в случае наличия механических частиц в потоке проходящей жидкости.

В целом работа заявленного клапана обратного шарикового не отличается от таковой для других аналогичных клапанов, включая работу ближайшего аналога, и поэтому не требует особых пояснений для специалиста. Отличие состоит лишь в том, что одновременное использование в конструкции клапана скошенного кольцевого выступа, прямого участка корпуса от вершины кольцевого выступа до седла и клетки, примыкающей к кольцевому выступу в области основания кольцевого выступа, привели к наиболее эффективному контролю прохода через клапан жидкости, содержащей механические частицы, результатом чего явилось существенное повышение надежности работы и долговечности клапана.

Таким образом, заявленный клапан обратный шариковый устраняет недостатки ближайшего аналога и других известных аналогов, позволяет повысить надежность и срок безотказной работы при его использовании с жидкостями, которые могут содержать механические частицы (примеси).

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности. Клапан обратный шариковый содержит полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде седла и запорного элемента и клетку с продольными проточками на внутренней поверхности клетки. Кольцевой выступ выполнен скошенным под углом скоса к плоскости, перпендикулярной оси симметрии корпуса, по направлению к седлу так, что вдоль указанной оси симметрии основание кольцевого выступа отстоит от седла дальше, чем вершина кольцевого выступа от седла. Участок корпуса от вершины кольцевого выступа до седла выполнен параллельным оси симметрии корпуса для размещения в нем запорного элемента. Клетка примыкает к кольцевому выступу в области основания кольцевого выступа. Достигается технический результат - повышение надежности работы клапана обратного шарикового при его использовании с жидкостями, содержащими механические частицы. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Клапан обратный шариковый, содержащий полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде седла и запорного элемента и клетку с продольными проточками на внутренней поверхности клетки, отличающийся тем, что кольцевой выступ выполнен скошенным под углом скоса к плоскости, перпендикулярной оси симметрии корпуса, по направлению к седлу, так что вдоль указанной оси симметрии основание кольцевого выступа отстоит от седла дальше, чем вершина кольцевого выступа от седла, участок корпуса от вершины кольцевого выступа до седла выполнен параллельным оси симметрии корпуса для размещения в нем запорного элемента, и клетка примыкает к кольцевому выступу в области основания кольцевого выступа.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что содержит стопорное кольцо для фиксации клетки в корпусе.

3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что величина угла скоса составляет от 10 до 30 градусов.

4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что содержит пружину, размещенную между запорным элементом и верхней частью клетки, удаленной от запорного элемента.

5. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что длина участка корпуса от вершины кольцевого выступа до седла выбрана такой, что в закрытом состоянии запорного элемента проекция центра симметрии запорного элемента на ось симметрии корпуса лежит между проекциями на указанную ось вершины кольцевого выступа и седла.

6. Клапан по п. 5, отличающийся тем, что расстояние между проекциями вершины кольцевого выступа и центра симметрии запорного элемента на ось симметрии корпуса составляет не менее 3 мм.