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Kugelventil
Die Erfindung betrifft ein Kugelventil, insbesondere für Erdöltiefpumpen, mit einer in einem Gehäuse zwischen einem Ventilsitz und einem gegenüberliegenden Anschlag bewegbaren Kugel, wobei die Kugel nur im Bereich ihrer Endstellungen geführt ist und vorteilhafterweise der Anschlag ring-oder kappenförmig ausgebildet ist.
Derartige Ventile sind jedoch insbesondere bei der Verwendung in Tiefpumpen zur Förderung von Erdöl aus Bohrlöchern sehr störanfällig.
Es ist bekannt, dass in vielen Ölfeldern beim Fördern des Erdöles mit Pumpen Schwierigkeiten durch Ablagern von Sand im Ventilgehäuse auftreten. So lange dieser Sand gleichmässig und in geringen Mengen mitgeführt wird, hat dieser Umstand einen normalen Verschleiss zur Folge. Es sind aber Fälle bekannt, bei denen Sand stossartig in grösseren Mengen in die Pumpe eindringt, wie beispielsweise beim Auflösen eines Sandpfropfens in der Verrohrung. Dadurch klemmt gewöhnlich ein Ventil und in weiterer Folge tritt durch das Absinken des in dem Steigrohr in Schwebe befindlichen Sandes ein Klemmen des Kolbens ein.
Bisher hat man versucht, dieser Erscheinung durch Vergrösserung des seitlichen Kugelspieles entgegenzuwirken. Der Erfolg dieser Massnahme ist jedoch gering, da einer Vergrösserung des seitlichen Kugelspieles Grenzen gesetzt sind. Die Intensität der im Betrieb auftretenden seitlichen Kugelschwingungen ist nämlich umso grösser, je grösser das seitliche Spiel ist. Demnach führt ein zu grosses seitliches Spiel der Kugel zur raschen Abnützung bzw. Zerstörung des Ventiles.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführung liegt darin, dass die Kugel mit voller Wucht auf den Ventilsitz aufschlägt, wodurch dieser grossen Beanspruchungen ausgesetzt wird, unter deren Wirkung oftmals ein Bruch auftritt.
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der Schliessstellung der Kugel zugeordneten Kugelmittelpunkt und dem Ventilsitz ein Leitring vorgesehen ist, der in der Schliessstellung die Kugel mit Spiel umgibt. Es wird hiebei von Führungsrippen, sowie auch von zylindrischen und andern bekannten Kugelkäfigformen, die den Zweck haben, der Kugel eine axiale Bewegung vorzuschreiben, Abstand genommen und eine Anordnung getroffen, bei der die Kugel gleich nach dem Anheben in eine etwa spiralige Bahn gelenkt wird. Dazu wird der Umstand ausgenützt, dass, die Kugel in angehobenem Zustand die Tendenz hat, zu kreisen.
Diese Rollbahn der Kugel ist durch die Oberkante des erfindungsgemässen Leitringes und die Unterkante einer Begrenzungskappe festgelegt. Die Kugel selbst tritt, wie durch Beobachtung und Forschung festgestellt werden konnte, bei normalem Betrieb in die kugelförmige Aushöhlung der Begrenzungskappe nicht völlig ein. Dieser Raum, dessen Form von keiner wesentlichen Bedeutung ist, hat den Zweck, bei Sandausfall der Kugel eine Bewegungsfreiheit zu sichern, so dass durch den Strömungsdruck der zu fördernden Flüssigkeit die eventuell abgelagerten Sandteile in Bewegung kommen, wobei die rotierende Bewegung derKugel eine zusätzliche Wirkung im gleichen Sinne aus- übt und dadurch sicher einen gleichmässigen Abtransport des Sandes gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässenAusbildung mit Leitring liegt darin, dass dieser vor allem den allzu harten, insbesondere exzentrischen Aufprall der Kugel auf den Sitz verhindert, da die Kugel oft bei ihrer Abwärtsbewegung zuerst den Leitring trifft. Dadurch erreicht maneinrelativ sanftes Aufsetzen der Kugel auf den Ventilsitz und in weiterer Folge eine Schonung dieses hochbeanspruchten Konstruktionselementes.
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Es hat sich gezeigt, dass die fUr die Wirtschaftlichkeit eines Förderbetriebss wesentliche Laufzeit der Tiefpumpen durch den Einbau des erfindungsgemässen Ventiles bedeutend verlängert werden konnte.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Kugel in einer der möglichen Zwischenlagen, bei der sie den Anschlag und den Leitring gleichzeitig berührt, von der Gehäusewandung trotzdem distanziert. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Gehäuses durch ein Anprallen der Kugel sicher verhindert.
EinwesentlichesMerkmalderErfindungbestehtweitersdarin, dass der zwischen dem Anschlag und dem Ventilgehäuse vorhandene Durchtrittsquerschnitt nach oben hin zunimmt.
Gegenüber bekanntgewordenen Anordnungen, bei welchen sich durch die Abnahme des mittleren, wirksamen Durchmessers nach oben zu eine Verkleinerung des freien Querschnittes ergibt, wird durch diese besondere Ausgestaltung hinsichtlich des Abtransportes des Sandes ein Vorteil erzielt, u. zw. dann, wenn der Strömungsdruck von unten wirkt.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Die Fig. 1 zeigt ein Fussventil und Fig. 2 ein Kolbenventil.
Im Ventilgehäuse 1 befindet sich eine bewegbare Kugel 2, deren Hub einerseits durch einen Ventilsitzkörper 3 mit dem Ventilsitz 3a und anderseits durch einen Anschlag 4 begrenzt ist. Die Kugel ist nur in ihren Endstellungen zentriert. Hiebei kann diese Zentrierung in der Schliessstellung durch den Ventilsitz 3a und in der Offenstellung durch den ring-oder kappenförmigen Anschlag 4 erreicht werden. Weiters ist entsprechend der Erfindung ein Leitring 5 vorgesehen, der parallel zum Ventilsitz verläuft, u. zw. in bezug auf die dargestellte Schliessstellung der Kugel im Bereich zwischen dem Kugelmittelpunkt und dem Ventilsitz liegt. Dieser Zentrierring 5 umgibt die Kugel an dieser Stelle mit geringem Spiel. In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird dieser Leitring 5 durch eine entsprechend ringförmige Verengung des Gehäuses 1 gebildet.
Der Anschlag 4 ist in bezug auf die Ventilmittellinie rotationssymmetrisch ausgebildet, insbesondere weist er im wesentlichen kalotten-oder kegelförmige Innen-und Aussenflächen 4a und 4b auf. Hiebei kann der Übergang von der Innenfläche 4a zur Aussenfläche 4b abgerundet sein.
Ein wesentliches. Merkmal der Erfindung besteht darin, dass insbesondere der Durchmesser A des Anschlages 4, der Durchmesser Z des Zentrierringes 5 bzw. der Durchmesser V des Ventilsitzes 3a, der Innendurchmesser G des Gehäuses 1 und der Durchmesser K der Kugel 2 zueinander sowie zu dem Abstand AZ zwischen Anschlag 4 und Zentrierring 5 bzw. dem Abstand AV zwischen Anschlag 4 und Ventilsitz 3a in einem solchen Verhältnis stehen, dass die Kugel an keiner Stelle die Innenwand des Gehäuses 1 beruhen kann. Die bereits erwähnte Rollbahn der Kugel ist durch die Oberkante X des Leitringes 5 und die Unterkante Y des Anschlages 4 festgelegt. -Falls sich im Betrieb Sandteile, z.
B. bis zur ringförmigen Enge R absetzen sollten, so kommen diese durch den Strömungsdruck der zu fördernden Flüssigkeit, sowie durch die erfindungsgemäss sichergestellte Bewegbarkeit der Kugel und deren Rührwirkung sicher in Bewegung.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann der kappenförmige Anschlag mit radialen Bohrungen 4c versehen sein.
Zweckmässig wird der Anschlag 4 von einem in das Ventilgehäuse einschiebbaren hohlen Körper 6 getragen. Dieser Anschlagkörper 6 weist Durchflussöffnungen 7 auf. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 münden diese Durchflussöffnungen 7 im wesentlichen seitlich von derAnschlagkappe 4 in den Ventilraum.
Der in Fig. 2 dargestellte Anschlagkörper ist röhrenförmig, wobei die Durchflussöffnungen 7 durch im wesentlichen oberhalb des Anschlages 4 liegende Schlitze gebildet werden.
DerVentilsitzkörper 3 wird im Ventil mittels eines Nippels 8 fixiert. Die Fixierung des Anschlagkör- pers 6 erfolgt. wie in der Zeichnung angedeutet, beimAnbau des Ventiles an den Pumpenzylinder 9 (Fig. l) bzw. an das Kolbenrohr 10 (Fig. 2). Gemäss Fig. 1 wird hiebei durch Verschrauben des Ventilgehäuses 1 mit dem Zylinder 9 ein Flansch 6a des Anschlagkörpers 6 zwischen die Laufbüchse 9a des Zylinders 9 und den pumpenseitigen Rand des Gehäuses 1 geklemmt. Die in Fig. 2 dargestellte Verbindung des Ventiles mit demKolbenrohr 10 ist vollkommen gleichartig, wobei der Zylinderlaufbüchse 9a ein Distanzring 10a entspricht.
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