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, согласно патенту РФ RU100579, содержащие 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. Основной недостаток этих устройств заключается в том, что в процессе работы в корпусе клапана оседают механические частицы (примеси), содержащиеся в жидкости, которые могут мешать герметичному закрытию запорного элемента (шарика), препятствуя его плотному прижатию к седлу.

Эта проблема была решена в патенте РФ RU2653142, согласно которому клапан обратный шариковый дополнительно содержит кольцевой упругий элемент, размещенный между седлом и клеткой. Применение упругого элемента увеличивает ресурс клапана и повышает его энергоэффективность при эксплуатации. Данный клапан может быть выбран в качестве ближайшего аналога заявленного технического решения.

Недостаток ближайшего аналога заключается в том, что поджим кольцевого упругого элемента к внутреннему кольцевому выступу корпуса клапана осуществляется посредством клетки. А поскольку клетка имеет продольные проточки для протока жидкости, прижим упругого элемента неоднороден вдоль его периметра, что приводит к неравномерному износу его торцевой поверхности обращенной к запорному элементу и даже выпадению. Последнее, очевидно, требует остановки работы клапана и его разборки, чистки и установки нового кольцевого упругого элемента.

В том числе и по этой причине в ближайшем аналоге внутренний диаметр кольцевого упругого элемента не должен превышать диаметр шарикового запорного элемента, иначе он может в какой-то момент выпасть. Однако в этом случае реализация заявленных функций упругого элемента-обеспечение дополнительного прижатия запорного элемента к седлу и дополнительной герметизации-представляется неэффективной.

Таким образом, существует задача повышения надежности и непрерывности работы клапана обратного шарикового, содержащего кольцевой упругий элемент, предназначенный для защиты клапанной пары (седла и запорного элемента) от механических частиц.

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, клетку с продольными проточками на внутренней поверхности клетки, кольцевой упругий элемент, размещенный между внутренним кольцевым выступом и клеткой, и поджимную шайбу, размещенную между упругим элементом и клеткой.

Использование поджимной шайбы для фиксации кольцевого упругого элемента обеспечивает равномерный поджим упругого элемента по его периметру к внутреннему кольцевому выступу корпуса. Как следствие, исключаются перекосы и частичное или полное выпадение упругого элемента из области его фиксации даже в случае, если внутренний диаметр кольцевого упругого элемента меньше диаметра запорного элемента, что повышает надежность и срок безотказной работы клапана. Кроме того, использование поджимной шайбы исключает влияние возможного проворота клетки при ее установке в корпус на равномерность прижатия упругого элемента.

Для еще более надежного прижатия кольцевого упругого элемента к внутреннему кольцевому выступу корпуса на кольцевом элементе могут быть выполнены один или несколько фиксирующих выступов, проходящих по существу перпендикулярно плоскости упругого элемента (т.е. по существу параллельно оси симметрии корпуса клапана). В этом случае также является предпочтительным, хотя и не обязательным, если поджимная шайба содержит соответственно одну или несколько выемок, форма которой или которых по существу соответствует форме фиксирующего выступа или фиксирующих выступов, что дополнительно улучшает удержание кольцевого упругого элемента в процессе работы клапана.

Также является предпочтительным, если внутренний диаметр кольцевого упругого элемента меньше диаметра запорного элемента, что обеспечивает более надежную защиту клапанной пары от механических частиц и дополнительное поджатие запорного элемента к седлу.

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

Краткое описание фигур

На фиг. 1 приведен вариант заявленного клапана обратного шарикового.

На фиг. 2 приведено увеличенное изображение области А на фиг. 1.

На фиг. 3 приведен еще один вариант заявленного клапана обратного шарикового, в котором кольцевой упругий элемент выполнен с фиксирующим выступом.

Позициями на фигурах отмечены следующие элементы:

1-корпус;

2-внутренний кольцевой выступ;

3-седло;

4-запорный элемент (шарик);

5-клетка;

6-продольная проточка;

7-кольцевой упругий элемент;

8-поджимная шайба;

9-фиксирующий выступ;

10-пружина;

11-верхняя часть клетки;

12-центрирующее кольцо.

Осуществление изобретения

В общем случае заявленный клапан обратный шариковый содержит корпус 1, в котором выполнен внутренний кольцевой выступ 2 (фиг.1, 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 продольные проточки 6, вдоль которых направляется поток жидкости, проходящий через клапан. Специалисту будет понятно, что продольные проточки 6 могут быть полностью или частично заменены на другие варианты выточек и/или отверстий в клетке 5, предназначенных для этих же целей, т.е. реализующих ту же функцию и при этом не влияющих на конструкцию и характеристики клапана обратного в целом.

В корпусе 1 также установлен кольцевой упругий элемент 7, который одной своей стороной опирается на внутренний кольцевой выступ 2. Противоположная сторона кольцевого упругого элемента 7 поджимается посредством клетки 5 через поджимную шайбу 8. Поскольку шайба 8 имеет по существу кольцевую форму, обеспечивается равномерный поджим кольцевого упругого элемента 7 к внутреннему кольцевому выступу 2, что позволяет надежно зафиксировать кольцевой упругий элемент 7 в требуемом положении и удерживать его в нем даже в таком предпочтительном варианте исполнения изобретения, когда внутренний диаметр кольцевого упругого элемента 7 меньше диаметра запорного элемента 4.

Как показали испытания, срок безотказной работы заявленного варианта клапана обратного шарикового существенно превышает таковое ближайшего аналога: замена кольцевого упругого элемента 7 требуется гораздо реже и отмечается заметно меньший износ клапанной пары.

Более надежная фиксация кольцевого упругого элемента 7 обеспечивается, когда он содержит по меньшей мере один фиксирующий выступ 9, проходящий (выступающий) по существу перпендикулярно его плоскости, как для примера показано на фиг. 3. Специалисту будет понятно, что помимо показанной на фиг. 3 Г-образной формы возможна, например, Т-образная форма, Ш-образная форма кольцевого упругого элемента 7 или любая другая форма, предполагающая наличие одного или нескольких фиксирующих выступов 9, направленных по существу вдоль оси симметрии клапана.

При наличии указанного по меньшей мере одного фиксирующего выступа 9 на поверхности кольцевого упругого элемента 7 предпочтительно, если в ответной стороне поджимной шайбы 8 были выполнены соответственно одна или несколько выемок, в которые заходят фиксирующие выступы 9, как показано на фиг. 3. Это обеспечивает еще более надежное удержание кольцевого упругого элемента 7 в требуемом положении.

Заявленный клапан обратный шариковый может содержать, хотя и не обязательно, пружину 10, размещаемую между верхней частью клетки 11 и запорным элементом 4, опираясь на последний либо непосредственно, либо через соответствующее центрирующее кольцо 12. Это обеспечивает дополнительное усилие, оказываемое на запорный элемент 4 в направлении к седлу 3 при закрывании клапана, что позволяет более эффективно очищать клапанную пару от механических примесей, особенно в случае, когда внутренний диаметр кольцевого упругого элемента 7 меньше диаметра запорного элемента 4 (см. фиг. 2), а также дополнительный поджим запорного элемента к седлу 3 в закрытом состоянии клапана.

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 более надежная фиксация кольцевого упругого элемента 7 между внутренним кольцевым выступом 2 и клеткой 5 посредством поджимной шайбы 8 существенно повышает надежность и срок безотказной работы 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, в частности к клапанам обратным шариковым. Клапан содержит полый цилиндрический корпус (1) с внутренним кольцевым выступом (2), установленную в корпусе клапанную пару в виде седла (3) и запорного элемента (4), клетку (5) с продольными проточками (6) на внутренней поверхности клетки (5). Кольцевой упругий элемент (7) размещен между внутренним кольцевым выступом (2) и клеткой (5). Клапан содержит поджимную шайбу (8), размещенную между упругим элементом (7) и клеткой (5). Достигается технический результат – повышение надежности работы клапана при его использовании с жидкостями, которые содержат механические примеси. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Клапан обратный шариковый, содержащий полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде седла и запорного элемента, клетку с продольными проточками на внутренней поверхности клетки и кольцевой упругий элемент, размещенный между внутренним кольцевым выступом и клеткой, отличающийся тем, что содержит поджимную шайбу, размещенную между упругим элементом и клеткой.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой упругий элемент выполнен с по меньшей мере одним фиксирующим выступом, проходящим перпендикулярно его плоскости.

3. Клапан по п. 2, отличающийся тем, что поджимная шайба выполнена с по меньшей мере одной выемкой, форма которой соответствует форме по меньшей мере одного фиксирующего выступа.

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 любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что внутренний диаметр кольцевого упругого элемента меньше диаметра запорного элемента.