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Ventil für Tiefpumpen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Tiefpumpen, insbesondere für Erdölsonden, u. zw. im besonderen auf das im Kolben einer solchen Tiefpumpe angeordnete Ventil. Solche Ventile werden üblicherweise mit einer Ventilkugel ausgestattet. Von den Ventilen von Tiefpumpen ist das im Kolben angeordnete Ventil einem besonderen Verschleiss ausgesetzt, da die Kugel im hin-und hergehenden Kolben grossen Massenkräften unterworfen ist. Insbesondere bei dem im Kolben angeordneten Ventil neigt daher die Kugel zu Schwingungen bzw. zum Flattern, was sich im Sinne einer Zerstörung der Ventilteile auswirkt. Gerade bei Tiefpumpen bereiten aber die Schäden an der Pumpe besondere Schwierigkeiten, da das manchmal über 1000 m lange Gestänge stückweise ausgebaut werden muss, um eine Reparatur der Pumpe oder der Ventile derselben zu ermöglichen.
Diese Ausbauarbeiten sind kostspielig und verursachen einen beträchtlichen Betriebsstillstand.
Es ist bereits ein Ventil für Tiefpumpen bekannt, bei welchem die Ventilkugel durch einen in das Ventilgehäuse bildenden Teil eingesetzten Ventileinsatz umschlossen ist. Es ist weiters bekannt, den Ventilsitz als gesonderten Teil in das Ventilgehäuse einzusetzen. Bei diesen bekannten Anordnungen kann zwar der Austausch der dem Verschleiss unterworfenen Teile des Ventils auf einfachere Weise erfolgen, jedoch wird dem Verschleiss dieser Teile selbst in keiner Weise entgegengewirkt.
Die Erfindung geht nun aus von einem Ventil für Tiefpumpen, insbesondere für Erdölpumpen, mit einer Ventilkugel, die durch einen in den das Ventilgehäuse bildenden Teil eingesetzten Ventileinsatz umschlossen ist, und die Erfindung zielt darauf ab, die Betriebssicherheit eines solchen Ventils zu erhöhen sowie den Verschleiss der einzelnen Teile herabzusetzen. Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass in dem Ventileinsatz ein hohlkalottenförmiger, dem Durchmesser der Ventilkugel angepasster Anschlagteil für die Kugel vorgesehen ist, dessen Radius vorzugsweise geringfügig, z. B. um 0, 5 mm grösser ist als der Radius der Ventilkugel, und dass der Ventileinsatz zwischen axialen Stegen gebildete Durchtrittsschlitze aufweist, welche sich über den Bereich des Anschlagteiles sowie oberhalb und unterhalb desselben erstrecken.
Durch die Kombination aller dieser Merkmale wird ein Flattern der Ventilkugel praktisch vollständig unterbunden. Der hohlkalottenförmige Anschlag für die Kugel legt die Stellung der Kugel bei offenem Ventil fest und wirkt einem Flattern entgegen. Die Ausbildung des Ventileinsatzes mit Stegen, zwischen welchen Durchtrittsschlitze vorgesehen sind, ermöglicht eine geregelte Umströmung der Kugel und sichert diese in der Anschlaglage, so dass auch wieder die Flattertendenz vermieden wird. Wenn hiebei der Radius der Kalotte geringfügig, beispielsweise um 0, 5 mm grösser ist als der Radius der Ventilkugel, so ist wohl die Kugel in ihrer Lage gesichert, klebt oder klemmt jedoch nicht an der Kalotte. Weiters bietet die gesonderte Ausbildung des Ventileinsatzes die Möglichkeit, ein besonders verschleissfestes Material zu verwenden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anschlagteil von einer Kalotte aus Gummi oder gummiartigem Material gebildet, dessen Rückenteil gegen eine Querwand des Ventileinsatzes abgestützt und mit dieser verbunden ist. Damit wird die Kugel elastisch abgefangen und es wird ein Verschlagen des Ventileinsatzes und gegebenenfalls auch des Ventilsitzes durch die Kugel vermieden.
Von besonderem Vorteil ist es gemäss der Erfindung, dass der hohlkalottenförmige Anschlagteil eine durchgehende zentrale Bohrung aufweist. Diese durchgehende Bohrung mündet in denjenigen
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Raum des Ventileinsatzes, welcher in der Strömungsrichtung hinter dem Anschlagteil liegt, so dass durch die Strömung eine gewisse Saugwirkung auf die Bohrung ausgeübt wird, durch welche die Kugel, solange das Ventil durchströmt wird, in ihrer Lage am Anschlagteil festgesaugt wird. Erst wenn die Strömung abbricht, soll das Ventil geschlossen werden und dann entfällt einerseits die Saugwirkung auf die Bohrung und anderseits wirkt nun wieder die Bohrung im umgekehrten Sinne, nämlich im Sinne eines Verhinderns des Festsaugens der Kugel an der Hohlkalotte, so dass die Schliessbewegung nicht behindert wird.
Solange aber das Ventil geöffnet ist, wird durch die auf die Zentralbohrung ausgeübte Saugwirkung ein Flattern der Kugel verhindert.
Um einem Flattern der Kugel entgegen zu wirken, ist die Beherrschung der Strömungsverhältnisse von besonderer Wichtigkeit. Gemäss der Erfindung ist daher der lichte Durchströmquerschnitt durch den Ventilsitz kleiner als die Summe der Durchströmquerschnitte durch die von der in der vom Ventilsitz abgehobenen Anschlagslage befindlichen Kugel freigegebenen Durchströmschlitze des Ventilgehäuses. Es wird sich dadurch eine ruhige Umströmung der Kugel ergeben, wodurch wieder einem Flattern erselben entgegengewirkt wird. Hiebei ist es vorteilhaft, auch die andern hintereinander geschalteten Durchströmquerschnitte aufeinander abzustimmen.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert, welches ein im Kolben einer Tiefpumpe für Erdölsonden angeordnetes Ventil zeigt. Fig. l zeigt einen Axialschnitt durch das Ventil. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach Linie 11-11 der Fig. 1.
An das strichpunktiert angedeutete Kolbenrohr-l-der Tiefpumpe ist ein Rohrteil-2angeschlossen, welcher das Ventilgehäuse bildet. Innerhalb dieses Rohrteiles --2-- liegt ein Ventileinsatz--3--, in welchem die Ventilkugel --4-- geführt ist, die ihrerseits auf dem Ventilsitz --5-- aufliegt. --6-- ist die Ventilverschraubung, durch welche die Einströmung aus dem unter dem Kolben liegenden Teil der Sonde erfolgt.
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Stege-7-auf,hohlkolbenförmiger Gummikörper --11--, beispielsweise durch Vulkanisation, befestigt ist. Die Hohlkalotte --12-- weist einen Radius auf, welcher ungefähr um 0, 5 mm grösser ist als der Radius der Ventilkugel-4--.
In dieser Hohlkalotte wird beim öffnen des Ventils die Ventilkugel-4elastisch abgefangen, jedoch bewirkt der kleine Radiusunterschied, dass die Kugel in dieser Hohlkalotte --12-- nicht festklebt, sondern nach Beendigung des Strömungsvorganges wieder auf ihren Sitz --5-- zurückfällt.
In der angehobenen Stellung gibt die Kugel--4--den Ventilsitz und die Schlitze --8-- frei.
Die Strömung erfolgt vom Durchströmquerschnitt--14--des Ventilsitzes--5--über die Schlitze --8-- und die Schlitze --9-- oberhalb des Anschlagteiles --10,11-- zur Kolbenbüchse --1--, Im Bereich des Anschlagteiles-10, 11- sind die Schlitze-8, 9- durch diesen Anschlagteil abgeschlossen und bilden somit nur Nuten--15--. Durch diese Nuten--15--und einen Ringraum
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Um eine ruhige Bewegung der Kugel zu ermöglichen, sollen die Durchströmquerschnitte aufeinander abgestimmt sein. Der lichte Durchströmquerschnitt --14-- des Ventilsitzes --5-- ist kleiner als oder gleich wie die Summe der Durchströmquerschnitte durch die Schlitze --8-- und die Summe der Durchströmquerschnitte durch die Schlitze --9-- ist wieder gleich wie oder grösser als die Summe der Durchströmquerschnitte der Schlitze--8--und das gleiche gilt auch für den durch die Nuten --15-- und den Ringraum --13-- gebildeten Durchströmquerschnitt im Bereich des Anschlagteiles--10, 11--, wobei dieser Durchströmquerschnitt auch etwa der Summe der
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beruhigt.
Der Anschlagteil--10, 11-- weist eine zentral durchgehende Bohrung --16-- auf. Im Raum oberhalb der Querwand--10--wird sich, solange das Ventil durchströmt wird, ein geringerer Druck ausbilden als im Raum unterhalb der sich in der Offenstellung befindlichen Kugel --4--. Durch diesen Druckunterschied wird die Kugel unter Vermittlung der Bohrung --16-- an die Hohlkalotte --12-- angesaugt. In dieser Stellung wird sie gehalten, solange die Strömung herrscht und erst nach Aufhören der Strömung, wenn also das Vetil schliessen soll, ird die Kugel abfallen und auf den Ventilsitz --5-- gelangen. Dadurch wird ein Flattern der Kugel mit Sicherheit vermieden und es
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