FR2543228A1

FR2543228A1 - Piston with a non-return valve

Info

Publication number: FR2543228A1
Application number: FR8304962A
Authority: FR
Inventors: Vadasz Fekete
Original assignee: Intevep SA
Current assignee: Intevep SA
Priority date: 1983-03-25
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1984-09-28
Anticipated expiration: 2003-03-25
Also published as: FR2543228B1

Abstract

The invention relates to a piston of a pump or of a volumetric compressor. This piston comprises a movable non-return valve 6 consisting of a stopper 4, of a ring 5 and of a seat formed on the cylindrical body 2 arranged inside a cylinder 1 in which the piston performs a reciprocating movement. Field of application: pumps and compressors.

Description

L'invention a pour objectif d'éliminer les limitations imposées aux pistons utilisés dans des pompes (ou des compresseurs) fonctionnant en mode volumétrique, afin de permettre l'obtention d'une pompe (ou d'un compresseur) ayant un rapport de pression optimal et d'accroître au maximum la section possible d'écoulement à travers un clapet de retenue composé fixé au piston. The object of the invention is to eliminate the limitations imposed on the pistons used in pumps (or compressors) operating in volumetric mode, in order to allow obtaining a pump (or a compressor) having a pressure ratio. optimal and to maximize the possible flow section through a compound check valve attached to the piston.

Le piston permettant d'atteindre les objectifs de l'invention est constitué d'un corps cylindrique qui se déplace dans un autre cylindre, d'une tige qui transmet un mouvement périodique à un obturateur pouvant entrer en contact avec un anneau (ou plusieurs anneaux) par l'intermédiaire d'un siège qui, luiwmdme, peut entrer en contact avec le corps cylindrique par l'intermédiaire d'un autre siège, dans une direction, et qui peut transmettre, par n'importe quel autre procédé, le mouvement de la tige au corps cylindrique dans l'autre direction. The piston allowing the objectives of the invention to be achieved consists of a cylindrical body which moves in another cylinder, a rod which transmits a periodic movement to a shutter which can come into contact with a ring (or several rings ) through a seat which, itself, can come into contact with the cylindrical body through another seat, in one direction, and which can transmit, by any other process, the movement from the rod to the cylindrical body in the other direction.

Le-piston selon l'invention constitue, avec un clapet de retenue fixé au cylindre dans lequel le piston se déplace, une pompe pouvant astre utilise pour le pompage de fluides très visqueux, contenant ou non des matières solides en suspension. Si un autre clapet de retenue est ainsi fixé au cylindre dans lequel le piston se déplace, de manière que ledit piston se déplace entre les deux clapets de retenue, la pompe le compresseur) est égale- ment capable de pomper des fluides contenant une proportion importante de gaz dissous et/ou de vapeur d'eau. The piston according to the invention constitutes, with a non-return valve fixed to the cylinder in which the piston moves, a star-capable pump used for pumping very viscous fluids, containing or not containing suspended solids. If another check valve is thus attached to the cylinder in which the piston moves, so that said piston moves between the two check valves, the pump the compressor) is also capable of pumping fluids containing a large proportion dissolved gas and / or water vapor.

L'invention sera décrite plus en détail, dans son application à une pompe (ou un compresseur), en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe longitudinale schématique des pièces du piston selon l'invention. The invention will be described in more detail, in its application to a pump (or a compressor), with reference to the attached drawing by way of non-limiting example and in which the single figure is a schematic longitudinal section of the parts of the piston according to the 'invention.

La figure 1 représente une forme possible de réalisation du piston selon l'invention. Ce piston se déplace à l'intérieur d'un cylindre 1 et il est constitué d'un corps cylindrique 2, d'une tige 3, d'un obturateur 4 et d'un anneau 5. L'obturateur 4, l'anneau 5 et la partie du corps cylindrique 2 contre laquelle l'anneau 5 vient s'appuyer constituent un clapet mobile de retenue 6. Figure 1 shows a possible embodiment of the piston according to the invention. This piston moves inside a cylinder 1 and it consists of a cylindrical body 2, a rod 3, a shutter 4 and a ring 5. The shutter 4, the ring 5 and the part of the cylindrical body 2 against which the ring 5 abuts constitute a movable retaining valve 6.

Etant donné que le clapet mobile 6 est placé à l'extrémité aspiration du piston, le rapport de pression dans la pompe est optimal. Since the movable valve 6 is placed at the suction end of the piston, the pressure ratio in the pump is optimal.

L'espace libre compris entre la tige 3 et la surface intérieure du corps cylindrique 3 constitue le seul facteur limitant la section d'écoulement à travers le piston ; il est donc possible d'obtenir une section d'écoulement optimal à travers le clapet mobile 6 en concevant ce dernier de manière que la section d'écoulement entre l'obturateur 4, l'anneau 5 et le cylindre 1 soit égale à la section d'écoulement comprise entre la tige 3 et la surface intérieure du corps cylindrique 2. The free space between the rod 3 and the inner surface of the cylindrical body 3 constitutes the only factor limiting the flow section through the piston; it is therefore possible to obtain an optimal flow section through the movable valve 6 by designing the latter so that the flow section between the shutter 4, the ring 5 and the cylinder 1 is equal to the section flow between the rod 3 and the inner surface of the cylindrical body 2.

Au-deld du fonctionnement du piston, l'invention est présentée dans son application à des pompes dans lesquelles la tige est déplacée dans une direction verticale, comme c'est le cas des pompes souterraines utilisées dans l'industrie du pétrole. Le mode de fonctionnement est valable pour toutes les pompes (ou tous les compresseurs) à fonctionnement volumétrique. Si la tige est déplacée dans une direction autre que verticale, seules, alors, les composantes de la gravité qui agissent dans la direction verticale doiVent etre considérées. Beyond the operation of the piston, the invention is presented in its application to pumps in which the rod is moved in a vertical direction, as is the case of underground pumps used in the petroleum industry. The operating mode is valid for all pumps (or all compressors) with volumetric operation. If the rod is moved in a direction other than vertical, then only the components of gravity which act in the vertical direction should be considered.

Pendant le fonctionnement de la pompe, lorsque la tige 3 commence à descendre de sa position d'élévation extrême, un clapet annulaire 7 de retenue (fixé au cylindre t sur le côté refoulement du piston), utilisé facultative- ment lorsqu'une proportion importante de gaz et/ou de vapeur d'eau est dissoute dans le fluide, est fermé au début afin de supporter les effets de la contre-pression et les effets du poids de la colonne de fluide située audessus du clapet ;; entre temps, le piston descend sous l'action mécanique de la tige 3 aidée par liefet du poids de la colonne de fluide réduite située entre le clapet mobile 6 et le clapet annulaire 7, ou de la totalité de la colonne de fluide lorsque le clapet annulaire 7 n'est pas utilisé, jusqu'à ce que l'accroissement de la pression entre le clapet mobile 6 de retenue et un clapet fixe 8 (fixé au cylindre 1, sur le côté aspiration) et principalement le frottement existant entre le corps cylindrique 2 du piston et le cylindre 1 arrêtent le mouvement du corps cylindrique 2. Lorsque ce dernier est arrêté, l'obturateur 4, qui est fixé à la tige 3, est séparé de son siège situé dans le corps cylindrique 2, par l'effet de la pesanteur et/ou par tout autre moyen lui transmettant le mouvement de descente de la tige 3.Enfin, ce mouvement de descente est transmis au bouton au moyen du corps cylindrique 2, par l'intermédiaire de l'obturateur 4, de l'anneau 5 ou par tout autre moyen. L'ouverture du clapet mobile 6 est forcée, et non due a la différence des pressions. Par conséquent, les fluides pouvant être présents dans le cylindre 1,entre le clapet mobile 6 et le clapet fixe 8, n'ont pas à être comprimés. Lorsque le piston descend, ces fluides s'écoulent à travers le clapet mobile 6 et le corps cylindrique 2. During the operation of the pump, when the rod 3 begins to descend from its extreme elevation position, an annular check valve 7 (fixed to the cylinder t on the delivery side of the piston), used optionally when a significant proportion gas and / or water vapor is dissolved in the fluid, is closed at the start in order to withstand the effects of the back pressure and the effects of the weight of the column of fluid located above the valve; meanwhile, the piston descends under the mechanical action of the rod 3 aided by liefet of the weight of the reduced fluid column located between the movable valve 6 and the annular valve 7, or of the whole of the fluid column when the valve ring 7 is not used, until the increase in pressure between the movable check valve 6 and a fixed valve 8 (fixed to the cylinder 1, on the suction side) and mainly the friction existing between the body cylindrical 2 of the piston and the cylinder 1 stop the movement of the cylindrical body 2. When the latter is stopped, the shutter 4, which is fixed to the rod 3, is separated from its seat located in the cylindrical body 2, by the effect of gravity and / or by any other means transmitting the downward movement of the rod 3. Finally, this downward movement is transmitted to the button by means of the cylindrical body 2, via the shutter 4, ring 5 or by any other means. The opening of the movable valve 6 is forced, and not due to the difference in pressures. Consequently, the fluids which may be present in the cylinder 1, between the movable valve 6 and the fixed valve 8, do not have to be compressed. When the piston descends, these fluids flow through the movable valve 6 and the cylindrical body 2.

Une fois que le piston atteint sa position de descente extrême et que la tige 3 commence A s'éldver, l'obturateur 4 entre en contact avec son siège situé dans l'anneau 5 et, à présent, les deux s'élèvent, fermant le clapet mobile 6 dès que l'anneau 5 entre en contact avec son siège du corps cylindrique 2. Une fois que le clapet mobile 6 se ferme, le mouvement ascendant est transmis au piston ; toutes ces opérations se produisent lorsque la vitesse relative du fluide sur les deux côtés du clapet est nulle.Lorsque le pistons'élève, une chute de pression s'établit à l'intérieur du cylindre 1, entre le clapet mobile 6 et le clapet fixe 8, jusqu'à ce que cette pression soit inférieure à celle régnant dans un réservoir (tout conteneur ou tout emplacement où se trouvent des fluides), puis ce dernier clapet s'ouvre, permettant I'écoulement des fluides du réservoir vers l'intérieur du cylindre 1.Entre temps, si un clapet annulaire est utilisé et si les proportions de gaz et/ou de vapeur d'eau dans le fluide en valent la peine, le fluide présent à l'intérieur du cylindre, entre le clapet mobile 6 et le clapet annulaire 7, est soumis à une compression jusqu'à ce que la pression régnant dans cette zone devienne supérieure à la contre-pression et supérieure au poids de la colonne de fluide agissant sur le clapet annulaire 7, auquel cas le clapet s'ouvre et permet l'écoulement du fluide. Once the piston reaches its position of extreme descent and the rod 3 begins to rise, the shutter 4 comes into contact with its seat located in the ring 5 and, now, the two rise, closing the movable valve 6 as soon as the ring 5 comes into contact with its seat of the cylindrical body 2. Once the movable valve 6 closes, the upward movement is transmitted to the piston; all these operations occur when the relative speed of the fluid on both sides of the valve is zero. When the piston rises, a pressure drop is established inside the cylinder 1, between the movable valve 6 and the fixed valve 8, until this pressure is lower than that prevailing in a reservoir (any container or any location where fluids are present), then this latter valve opens, allowing the fluids to flow from the reservoir inwards In the meantime, if an annular valve is used and if the proportions of gas and / or water vapor in the fluid are worth it, the fluid present inside the cylinder, between the movable valve 6 and the annular valve 7, is subjected to compression until the pressure prevailing in this zone becomes greater than the back pressure and greater than the weight of the column of fluid acting on the annular valve 7, in which case the valve s 'opens and allows the flow of fluid.

Enfin, lorsque le piston atteint sa position extrême d'élévation et commence à descendre, le clapet fixe 8 se ferme et le cycle de pompage se- répète. Finally, when the piston reaches its extreme elevation position and begins to descend, the fixed valve 8 closes and the pumping cycle repeats.

Les avantages de la présente invention sont
1. - Avant le commencement du temps d'aspiration du piston, la tige 3 imprime à ce dernier le mouvement à l'obturateur 4, et par conséquent, à l'anneau 5, ces deux éléments étant déplacés jusqu'au siège de l'anneau 5 dans le corps cylindrique 2, et ils commencent à fermer l'ouverture du clapet de retenue. La totalité de cette opération a lieu lorsque la vitesse relative du fluide est nulle sur les deux côtés du clapet de retenue ; par conséquent, les effets de l'érosion du fluide sur les éléments du piston sont pratiquement éliminés.The advantages of the present invention are
1. - Before the start of the piston suction time, the rod 3 gives the latter movement with the shutter 4, and therefore with the ring 5, these two elements being moved to the seat of the ring 5 in the cylindrical body 2, and they begin to close the opening of the check valve. This entire operation takes place when the relative speed of the fluid is zero on both sides of the check valve; therefore, the effects of fluid erosion on the piston elements are virtually eliminated.

2. - Etant donné que le clapet mobile de retenue, situé dans le piston,-se ferme avant le commencement de l'aspiration du piston, le volume pompé est pratiquement le volume maximal. 2. - Since the movable check valve, located in the piston, closes before the start of suction of the piston, the pumped volume is practically the maximum volume.

3. - Si le fluide pompé contient une forte proportion de gaz et/ou de vapeur -d1eau, le eait que le clapet mobile de retenue s'ouvre de façon forcée (mécaniquement), et non par suite d'une différence de pression, élimine, dans seulement une course du piston, la possibilité d'un blocage par des gaz et/ou de la vapeur d'eau. 3. - If the pumped fluid contains a high proportion of gas and / or water vapor, it must be that the movable check valve opens in a forced manner (mechanically), and not as a result of a pressure difference, eliminates, in only one stroke of the piston, the possibility of blockage by gases and / or steam.

4. - Si la pompe est montée de manière que la tige se déplace dans une direction autre que l'horizontale, il existe le risque d'un dépôt, sur le clapet mobile de retenue, de matières solides en suspension dans le fluide,
La position de l'obturateur -4 est telle que l'écoulement de fluide permet de libérer le clapet.4. - If the pump is mounted so that the rod moves in a direction other than the horizontal, there is the risk of a deposit, on the movable check valve, of solid matter suspended in the fluid,
The position of the shutter -4 is such that the flow of fluid makes it possible to release the valve.

5.. - L'obturateur 4 et l'anneau 5 peuvent être conçus de manière que le clapet mobile présente la section maximale d'écoulement qu'il est possible d'obtenir avec un obturateur de retenue composé, et qu'il offre ainsi des caractéristiques optimales en ce qui concerne la dynamique des fluides. 5 .. - The shutter 4 and the ring 5 can be designed so that the movable valve has the maximum flow section that it is possible to obtain with a compound retaining shutter, and thus it offers optimal characteristics with regard to fluid dynamics.

I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au piston décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. It goes without saying that many modifications can be made to the piston described and shown without departing from the scope of the invention.

Claims

1. Piston characterized in that it comprises a movable valve (6) for retaining, the opening and closing of which are mechanically controlled, this valve being arranged in the end of the piston closest to a fixed valve (7) retainer, fixed to the cylinder (1) in which the piston moves.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the movable valve consists of one or more plugs (4) fixed to one or more rods (3), and one or more rings (5), the rod applying to the piston its upward movement via the obturator (s) and the ring (s).

3. Piston according to claim 1, characterized by the position of the movable check valve which allows the establishment of the optimal pressure when pumping or compression takes place.

4. Piston according to claim 1, characterized in that the possible flow section, presented by the movable check valve constituted by a compound shutter (A} d <B check, is brought to a maximum value.

5. Piston according to claim 1, characterized in that the zen risk of blocking the flow of the fluid due to the deposition of solid matter in suspension in this fluid is reduced.

6. Piston according to claim 2, characterized in that any risk of blockage of gas and / or water vapor is eliminated in a single stroke.