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Druck- bzw. Saugventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Druck- bzw.
Saugventil, insbesondere für Erdöltiefpumpen, mit einer in einem rohrförmigen Gehäuse
zwischen einem Ventilsitz und einem gegenüberliegenden ring- oder kappenförmigen
Anschlag bewegbaren, nur im Bereich ihrer Endstellungen geführten Kugel als Ventilverschlußstück.
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Derartige Ventile sind jedoch insbesondere bei der Verwendung in Tiefpumpen
zur Förderung von Erdöl aus Bohrlöchern sehr störanfällig.
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Es ist bekannt, daß in vielen Ölfeldern beim Fördern des Erdöls mit
Pumpen Schwierigkeiten durch Ablagern von Sand im Ventilgehäuse auftreten. Solange
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 Veirohrung. 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.
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Dieser Nachteil kann insbesondere auch bei einem bekannten Ventil
auftreten, bei dem abweichend von der eingangs genannten Ventilart die als Ventilverschlußstück
dienende Kugel über ihren gesamten Hubweg durch ein zylindrisches Rohr geführt ist,
das mit dem Anschlag einstückig hergestellt ist und die Kugel mit sehr kleinem Spiel,
z. B. 0,25 mm, umschließt. Bei diesem bekannten Ventil kann der Anschlag gemeinsam
mit dem Führungsrohr austauschbar sein.
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Bisher hat man versucht, der obengenannten nachteiligen Erscheinung
durch Vergrößerung des seitlichen Kugelspieles entgegenzuwirken. Bei derart ausgebildeten
Ventilen der eingangs genannten Art wird das Ventilverschlußstück lediglich in seinen
beiden Endstellungen geführt, wobei zur Führung die ring-oder kappenförmige Haube
bzw. der Ventilsitz dienen. 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 um so größer, je
größer das seitliche Spiel ist. Demnach führt ein zu großes seitliches Spiel der
Kugel zur raschen Abnützung bzw. Zerstörung des Ventils. Ein weiterer Nachteil der
bekannten Ausführung liegt darin, daß die auch beim Aufsetzen schwingende Kugel
mit voller Wucht auf den Ventilsitz aufschlägt, wodurch dieser großen Beanspruchungen
ausgesetzt wird, unter deren Wirkung oftmals ein Bruch auftritt. Der Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der vorgenannten Art so auszubilden, daß
Verstopfungen durch mitgeführten Sand und ein Bruch des Sitzringes durch hartes
Aufschlagen der Kugel vermieden werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß zwischen dem Mittelpunkt der in der Schließstellung befindlichen Kugel
und dem Ventilsitz ein Leitring vorgesehen ist, der in der Schließstellung die Kugel
mit Spiel umgibt. Es wird hierbei von Führungsrippen sowie auch von zylindrischen
und anderen 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 des ring- oder kappenförmigen Anschlages festgelegt.
Die Kugel selbst tritt, wie durch Beobachtung und Forschung festgestellt werden
konnte, bei normalem Betrieb in eine kugelförmige Aushöhlung des Anschlages nicht
völlig ein. Dieser Raum, dessen Form von keiner wesentlichen Bedeutung ist, hat
den Zweck, bei Sandanfall 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 der Kugel eine zusätzliche Wirkung
im gleichen Sinne ausübt und dadurch sicher einen gleichmäßigen Abtransport des
Sandes gewährleistet.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung mit Leitring
liegt darin, daß dieser vor allem den allzuharten, insbesondere exzentrischen Aufprall
der Kugel auf den Ventilsitz verhindert, da die Kugel oft bei ihrer Abwärtsbewegung
zuerst den Leitring trifft. Dadurch erreicht man ein relativ 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 für die Wirtschaftlichkeit eines Förderbetriebes
wesentliche Laufzeit der Tiefpumpen durch den Einbau des erfindungsgemäßen Ventils
bedeutend verlängert werden konnte.
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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 Innenwandung des Ventilgehäuses trotzdem distanziert. Auf diese
Weise wird eine Beschädigung des Gehäuses durch ein Anprallen der Kugel sicher verhindert.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht weiter darin, daß der
zwischen dem Anschlag und dem Ventilgehäuse vorhandene Durchtrittsquerschnitt nach
oben hin zunimmt.
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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, und zwar dann, wenn der Strömungsdruck
von unten wirkt.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand von Ausführungsbeispielen
dargestellt. Die F i g. 1 zeigt ein Fußventil und F i g. 2 ein Kolbenventil.
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Im Ventilgehäuse 1 befindet sich eine bewegbare Kugel 2, deren Hub
einerseits durch einen Ventilsitzring 3 mit dem Ventilsitz 3 a und andererseits
durch einen Anschlag 4 begrenzt ist. Die Kugel ist nur in ihren Endstellungen zentriert.
Hierbei kann diese Zentrierung in der Schließstellung durch den Ventilsitz 3 a und
in der Offenstellung durch den ring- oder kappenförmigen Anschlag 4 erreicht werden.
Weiter ist entsprechend der Erfindung ein Leitring 5 vorgesehen, der parallel zum
Ventilsitz läuft, und zwar im Bereich zwischen dem Kugelmittelpunkt in der dargestellten
Schließstellung der Kugel und dem Ventilsitz. Dieser zentrierte Leitring 5 umgibt
die Kugel an dieser Stelle mit geringem Spiel. In den dargestellten Ausführungsbeispielen
wird dieser Leitring 5 durch eine entsprechend ringförmige Verengung des Ventilgehäuses
1 gebildet.
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Der Anschlag 4 ist in bezug auf die Ventilmittellinie rotationssymmetrisch
ausgebildet, insbesondere weist er im wesentlichen kalotten- oder kegelförmige Innen-
und Außenflächen 4 a und 4 b auf. Hierbei kann der übergang von der Innenfläche
4 a zur Außenfläche 4 b abgerundet sein.
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Das Verhältnis der Durchmesser des Anschlages 4 bei A, des Leitringes
5 bei Z bzw. des Ventilsitzes 3 a bei V, des Ventilgehäuses 1 bei G und der Kugel
2 bei K zueinander sowie zu dem Abstand AZ zwischen Anschlag 4 und Leitring 5 bzw.
dem Abstand AV zwischen Anschlag 4 und Ventilsitz 3 a ist so bemessen, daß die Kugel
an keiner Stelle die Innenwand des Gehäuses 1 berühren 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 sichergestellte Bewegbarkeit der Kugel und deren Rührwirkung
sicher in Bewegung.
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Wie in F i g. 1 dargestellt, kann der kappenförmige Anschlag mit radialen
Bohrungen 4 c versehen sein. Der Anschlag 4 kann von einem in das Ventilgehäuse
1 einschiebbaren hohlen Träger 6 gehalten werden. Dieser Anschlagträger 6 weist
DurchflußöfEnungen 7 auf. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 münden diese Durchflußöffnungen
7 im wesentlichen seitlich von dem kappenförmigen Anschlag 4 in den Ventilraum.
Der in F i g. 2 dargestellte Anschlagträger 6 ist röhrenförmig, wobei die DurchflußöfEnungen
7 durch im wesentlichen oberhalb des Anschlages 4 liegende Schlitze gebildet werden.
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Der Ventilsitzring 3 wird im Ventil mittels eines Nippels 8 fixiert.
Die Fixierung des Anschlagträgers 6 erfolgt wie in der Zeichnung angedeutet beim
Anbau des Ventils an den Pumpenzylinder 9 (F i g. 1) bzw. an das Kolbenrohr 10 (F
i g. 2). Gemäß F i g. 1 wird hierbei durch Verschrauben des Ventilgehäuses 1 mit
dem Zylinder 9 ein Flansch 6a des Anschlagträgers 6 zwischen die Laufbüchse 9 a
des Zylinders 9 und den pumpenseitigen Rand des Ventilgehäuses 1 geklemmt. Die in
F i g. 2 dargestellte Verbindung des Ventils mit -dem Kolbenrohr 10 ist vollkommen
gleichartig, wobei der Zylinderlaufbüchse 9a ein Distanzring 10 a entspricht.
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Der Leitring 5 kann gesondert auswechselbar sein, wobei er vorzugsweise
zwischen dem Ventilsitzring 3 und einem Ansatz des Ventilgehäuses 1 sitzt. Ebenso
kann der Anschlag 4, wie an sich bekannt, gesondert auswechselbar sein, wobei er
mit dem Träger 6 durch Lötung oder Verschraubung lösbar verbunden ist.