JPH04254076A - 逆止弁およびこの逆止弁を用いた汲み上げ方法 - Google Patents

逆止弁およびこの逆止弁を用いた汲み上げ方法

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JPH04254076A
JPH04254076A JP3272132A JP27213291A JPH04254076A JP H04254076 A JPH04254076 A JP H04254076A JP 3272132 A JP3272132 A JP 3272132A JP 27213291 A JP27213291 A JP 27213291A JP H04254076 A JPH04254076 A JP H04254076A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は逆止弁に係り、特に、原
油などを汲み上げるためのポンプ装置において用いられ
る単一プラグ逆止弁に関する。ここで、逆止弁の弁プラ
グは、弁にかかる圧力降下を最小化し、従って、その弁
本体を通過する流量を最大化させる特別な設計を有する
。 【0002】 【従来の技術】石油工業では、二次面井戸から原油を汲
み上げることを含む数多くの用途において、正変位ポン
プが使用されている。石油工業で使用されている典型的
な正変位ポンプは、典型的には逆止弁であるところの吸
入および排出弁を採用している。その弁は、その上にボ
ールが休止する弁シートと、その弁シートに対抗するシ
ールから構成されている。代表的な正変位ポンプは、例
えば、米国特許第4,018,547号に開示されてい
る。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】その代表的な逆止弁構
造は、液体を汲み上げる場合には非常に効率的である。 しかし、往復運動正変位ポンプが、二相混合物、すなわ
ち気体液体混合物を汲み上げるために使用されると、二
相混合物の気体成分が増加するに従って、ポンプ効率が
急速に減少する。石油工業においては、二次面井戸から
原油を汲み上げる場合、一般的にはその原油内に気体が
入り込んでくることになる。往復運動正変位ポンプで二
相混合物を汲み上げる場合に、ポンプ効率を最大にする
ためには、上述の逆止弁は不適であることがわかった。 【0004】ポンプ効率を増すためには、採用される弁
が、通過流量に対して最小の制限を与えるべきであるこ
とがわかった。これは、大きな制限が課せられた場合に
は、弁の圧力降下が増加すると、それが二相混合物の液
相部を、ポンプ運転効率をさらに悪化させる気相中に飛
散させることになるためである。地下の貯油槽から油を
引き抜くためにダウンホール往復運動ポンプを採用する
場合には、この現象が発生する。さらに、ガスロックと
して知られる臨界状態が、油現場の運転では普通に発生
する。この現象の発生源は、往復運動ポンプの典型的な
吸込弁における過剰な圧力降下による。ガスロックは現
象であって、そこでは、二次面ポンプによってなされる
機械的作業によって、原油の汲み上げに影響を与えずに
ポンプの内部に捕獲された大きな気体泡を圧縮および拡
張するため、蒸気が井戸中に注入された場合に発生する
。 【0005】当然のことながら、正変位ポンプの吸入お
よび排出弁にかかる圧力降下を最小にし、弁本体を通る
流量を最大にし、それによってポンプ効率を改善すると
共に、現在採用されている代表的な逆止弁に関して上述
したガスロック、蒸気ロック、およびその他の欠点を除
去するような、改善された逆止弁の構造が強く望まれて
いる。 【0006】本発明の目的は、弁本体を通して最大流量
を与えるように、弁にかかる圧力降下が最小化される逆
止弁を提供することにある。 【0007】本発明の他の目的は、単一プラグ逆止弁で
ある上述の逆止弁を提供することにある。 【0008】本発明のさらに他の目的は、運転上、全て
の傾斜角で機能し得る上述の単一プラグ逆止弁を提供す
ることにある。 【0009】本発明のさらに他の目的は、簡単な構造を
有し、かつ製作コストが安価な上述の単一プラグ逆止弁
を提供することにある。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明は、弁の圧力降下
を最小にし、その弁を通過する流量を最大にする設計を
有する改善された単一プラグ逆止弁に関する。本発明は
、さらに、本発明の単一のプラグ逆止弁を採用して、二
相気体混合物を効率的に汲み上げるためのプロセスに関
する。 【0011】本発明によれば、単一プラグ逆止弁は、特
定の構造のハウジング部を備えている。一般に、弁ハウ
ジングは、円筒管の形態をなしている。したがって、こ
こでは、円筒ハウジングに関して詳細に説明する。しか
し、他のいかなる幾何学的構造も採用可能である。した
がって、円筒ハウジングを採用する場合、本発明の単一
プラグ逆止弁は、内径D1を持つハウジングを備えてい
る。弁シートは、ハウジング内に配置され、汲み上げら
れた混合物を弁シートを介して通過させるための第1の
環状流域A1を形成する。弁シートのハウジングの下流
にはストップが設けられており、そのハウジングおよび
弁シートと共にチャンバを形成している。本発明によれ
ば、弁プラグが、正変位ポンプの駆動時に、そのチャン
バ内で往復運動するようにして取り付けられている。こ
れは、弁シートに対する封止および開封の動作を行う。 その弁プラグは、弁の圧力降下を最小にし、弁本体を通
過する流量を最大にするために特定の方法で作られてい
る。したがって、弁プラグは、その弁が閉位置にあると
き、第1環状流域A1を封止するための弁シートと係合
するように構成されている直径D2を持つ第1直径部を
有する。第1直径部は、それがハウジングと共に環状流
域A2を形成するようにして形づくられている。A2は
、弁シートによって形成された流域A1と実質的に少な
くとも同じ大きさにある。流域A1とA2間に前述の関
係を保証することによって、弁にかかる圧力降下が最小
化され、弁本体を通過する流量がそれに応答して最大化
される。本発明のさらなる特徴によれば、弁本体は、外
径D3は、実質的に弁ハウジングの内径D1に等しい。 上述の設計によって、弁プラグがハウジング内部に適切
に案内され、それによって、弁をすべての単方向で効果
的に動作させる。弁プラグの第2直径部の内径D4によ
って形成される通路は、弁プラグに設けられた内部通路
によって環状空間A2と連絡している。 【0012】本発明のプロセスは、上述のガスロック現
象を抑止するように、効率的な方法で二相混合物を汲み
上げるためのプロセスに関する。本発明のそのプロセス
は、上述の本発明の単一プラグ逆止弁を採用しているポ
ンプシステムによって二相気体混合物を汲み上げること
から構成されている。 【0013】 【作用】本発明の単一プラグ逆止弁を用いることによっ
て、弁の圧力降下が最大化され、それによって弁本体を
通る流量が最大化される。そのことは、ガスロックおよ
び蒸気ロックを抑止する一方、最大ポンプ効率をもたら
す。 【0014】 【実施例】図1を参照する。単一プラグ逆止弁10は、
弁ハウジング14に固定されている弁シート12を備え
ている。弁シート12およびハウジング14と共にチャ
ンバ18を形成しているストップ16は、弁シート12
から離れて、かつ逆止弁を通過する流れの方向において
その下流に配置されている。また、弁プラグ20は、弁
シート12を封止および開封するために、弁シート12
とストップ16間を往復運動するようにして、チャンバ
18内に取り付けられている。 【0015】弁プラグ20は、弁シート12によって形
成される流路24を塞ぐように、弁シート12上で封止
するようになっている第1直径部22を備えている。弁
プラグ30は、チャンバ18内の弁プラグを案内する働
きをする第2直径部を含んでいる。第2直径部26は、
その直径部26とハウジング14間の空間を最小化する
一方、同時にチャンバ18内で弁プラグ20を自由に運
動させるように、ハウジングの内径に関して形づくられ
ている外径D3を有する。したがって、直径部26を形
づくることによって、弁プラグ20が、チャンバ18内
で案内される一方、同時に部分26とハウジング14間
の流体の流れが最小化される。この構造は、本発明の単
一プラグ逆止弁が、全角度方向で使用できることを保証
する。 【0016】さらに、弁プラグ20は、弁本体を介して
弁シート12内の開口24を通過する流体と連絡するた
めに、直径D4を持つ内部通路30と連通する第1の直
径部分内の開口28を含んでいる。 【0017】次に特に図1乃至図4を参照して、弁の圧
力降下を最小化し、弁本体を流量を最小化するところの
本発明の弁プラグの特別な設計について説明する。 【0018】弁の圧力降下を最小化し、弁本体を流量を
最小化するために、弁プラグ20の第1直径部22が弁
ハウジング14と共に環状流域すなわち図3のA2を形
成することが、本発明の特徴である。その環状流域は、
弁シート12によって形成された図4のA1である環状
流域と実質的に少なくとも同じ大きさである。環状流域
A2は、ハウジング14によって形成される領域から、
弁プラグ20の第1直径部22の領域を差し引いたもの
に等しい。したがって、環状流域A2は、次のように定
義される。 【0019】A2=π(D1/2)2−π(D2/2)
2【0020】流域A1は、次のように定義される。 【0021】A1=π(D5/2)2 【0022】したがって、A1=A2であるから、π(
D5/2)2=π(D1/2)2−π(D2/2)2【
0023】図1を参照する。D5は、弁シート12上の
直径部22のオーバラップすなわち座面よりも小さいプ
ラグ20の第1直径部22の直径D2に等しいことが理
解されよう。 【0024】したがって、 D2=(D12−D52)1/2    【0025】
ここで、 D5=D2−2P 【0026】前述の関係を保証することによって、弁の
圧力降下が最小化され、弁本体を通る流量が最大化され
る。 【0027】前述の事項に加えて、開口28および内部
通路30によって形成される流域が、上述の流域A1お
よびA2と、大きさが実質的に少なくとも等しいことが
好ましい。したがって、内部通路30の、図2に示され
た如き通路28の流域A4、およびA3は、汲み上げら
れている流体がこれらの開口を通過する際、圧力降下を
最小化するために、流域A1およびA2と実質的に少な
くとも同じ大きさである。 【0028】最大のポンプ効率を得るために流体と接触
する、弁プラグ面、弁本体、弁シートおよび弁ストップ
は、ドラッグを低減し、それによって流体がこれらの表
面を通過する際の圧力降下を避けるために、できるだけ
滑らかであるべきである。さらに、互いに接触する弁プ
ラグと弁本体の表面、すなわち、外径部26は、摩耗を
低減すると共に効率的運転を保証するように、抗摩損す
なわち低摩擦材で被覆されるべきである。 【0029】前述の事項に加えて、弁プラグ20の封止
面と弁シート12間の適切な接触を最大にするために、
封止面を球形領域32および34として、そして好まし
くは弁ハウジング14の内径の半径に等しい曲率半径を
有するものとして形成するのが望ましい。 【0030】 【発明の効果】上述の如き単一プラグ逆止弁を与えるこ
とによって、弁の圧力降下が最小化され、弁本体を通る
流量が最大化され、それによりポンプ効率が最大にされ
ると共に、ガスロックおよび/または蒸気ロック現象が
抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の単一プラグ逆止弁の長手方向断面図で
ある。
【図2】図1の線2−2に沿って切り取られた本発明の
単一プラグ逆止弁の横断面図である。
【図3】図1の線3−3に沿って切り取られた本発明の
単一プラグ逆止弁の横断面図である。
【図4】図1の線4−4に沿って切り取られた本発明の
単一プラグ逆止弁の横断面図である。
【符号の説明】
10  単一プラグ逆止弁 12  弁シート 14  ハウジング 16  ストップ 18  チャンバ 20  弁プラグ 22  第1直径部 24  流路 26  第2直径部 28  開口 30  内部通路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  内径D1を持つハウジングと、上記ハ
    ウジングに固定され、かつ第1の環状流域A1を形成し
    ているシートと、上記ハウジングに固定され、かつ上記
    ハウジングおよび上記シートと共にチャンバを形成する
    ように、上記シートから離隔して配置されたストップと
    、上記チャンバ内で往復運動するように取り付けられた
    弁プラグとから構成され、上記弁プラグは、(1)上記
    第1環状流域A1を封止するため上記シートと係合する
    ようになっている直径D2を持つ第1直径部と、(2)
    外径D3と内径D4を持つ第2直径部と、(3)第2の
    環状流域A2を第3の環状流域A3と接続する変則通路
    とを有し、上記第1直径部は、上記ハウジングと共に上
    記第2の環状流域A2を形成し、ここで、A2は実質的
    に少なくともA1と同じ大きさであり、D3はD1と実
    質的に等しく、D4は上記第3の環状流域A3を形成し
    、それによって上記弁プラグにかかる圧力降下を最小化
    することを特徴とする逆止弁。
  2. 【請求項2】  請求項1に記載の逆止弁において、上
    記内部通路は、環状流域A4を形成し、A4は実質的に
    少なくともA2と同じ大きさにあることを特徴とする逆
    止弁。
  3. 【請求項3】  請求項2に記載の逆止弁において、A
    1,A2,A3およびA4の面積が実質的に等しいこと
    を特徴とする逆止弁。
  4. 【請求項4】  請求項1に記載の逆止弁において、A
    1が直径D5を有し、D5はD2よりも小さく、D2−
    D5=2Pであり、Pは上記シートの封止面であること
    を特徴とする逆止弁。
  5. 【請求項5】  請求項4に記載の逆止弁において、上
    記シートの封止面と上記弁プラグは、適切な封止を確実
    に行なうために、対応している形状を有することを特徴
    とする逆止弁。
  6. 【請求項6】  請求項1に記載の逆止弁において、D
    2=(D12−D52)1/2であることを特徴とする
    逆止弁。
  7. 【請求項7】  第1の幾何学的構造を持つハウジング
    と、上記ハウジングに固定され、かつ第1の環状流域A
    1を形成しているシートと、上記ハウジングに固定され
    、かつ上記ハウジングと共に上記シート内にチャンバを
    形成するように、上記シートから離隔して配置されたス
    トップと、上記チャンバ内で往復運動するように取り付
    けられた弁プラグとから構成され、上記弁プラグは、(
    1)上記第1環状流域A1を封止するため上記シートと
    係合するようになっている第1の部分と、(2)外部幾
    何学的構造、および第3の環状流域A3を形成している
    内部通路とを有する第2の部分と、(3)第2の環状流
    域A2を第3の環状流域A3と接続する内部通路とを有
    し、上記第1部分は、上記ハウジングと共に上記第2の
    環状流域A2を形成し、ここで、A2は実質的に少なく
    ともA1と同じ大きさであり、上記外部幾何学的構造は
    上記ハウジングの幾何学的構造と実質的に等しく、それ
    によって上記弁プラグにかかる圧力降下を最小化するこ
    とを特徴とする逆止弁。
  8. 【請求項8】  二相混合物を汲み上げるプロセスであ
    って、上記プロセスが、入口および出口を有するポンプ
    を設けること、内径D1を有するハウジングと、上記ハ
    ウジングに固定され、第1の環状流域A1を形成してい
    るシートと、上記ハウジングに固定され、かつ上記ハウ
    ジングと上記シートと共にチャンバを形成するように、
    上記シートから離隔して配置されたストップと、上記チ
    ャンバ内で往復運動するように取り付けられた弁プラグ
    とから構成され、上記弁プラグは、(1)上記第1環状
    流域A1を封止するため上記シートと係合するようにな
    っている直径D2を持つ第1直径部と、(2)外径D3
    と内径D4を持つ第2直径部と、(3)第2の環状流域
    A2を第3の環状流域A3と接続する変則通路とを有し
    、上記第1直径部は、上記ハウジングジングによって上
    記第2の環状流域A2を形成し、ここで、A2は実質的
    に少なくともA1と同じ大きさであり、D3はD1と実
    質的に等しく、D4は、上記第3の環状流域A3を形成
    し、それによって上記弁プラグにかかる圧力降下を最小
    化する逆止弁を、上記入口および出口に配置すること、
    およびガスロックが最小化されるように上記入口から上
    記出口に上記二相混合物を汲み上げることから構成され
    ることを特徴とする汲み上げプロセス。
JP3272132A 1990-09-26 1991-09-24 逆止弁およびこの逆止弁を用いた汲み上げ方法 Expired - Lifetime JPH0730850B2 (ja)

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US07/588,341 US5062451A (en) 1990-09-26 1990-09-26 Maximum flow single plug retention valve
US588,341 1990-09-26

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JPH04254076A true JPH04254076A (ja) 1992-09-09
JPH0730850B2 JPH0730850B2 (ja) 1995-04-10

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CA (1) CA2050009A1 (ja)
DE (1) DE4131888A1 (ja)
FR (1) FR2667124B1 (ja)
NL (1) NL9101632A (ja)

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