NL9101632A - Afsluitklep met enkele plug voor maximale stroming. - Google Patents

Description

Afsluitklep met enkele plug voor maxiuale stroming.

Achtergrond van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een afsluitklep en, meer in het bijzonder, op een afsluitklep met enkele plug die wordt gebruikt in een pompeenheid om aardolie en dergelijke te pompen, waarbij de klepplug van de afsluitklep op bijzondere wijze is uitgevoerd waardoor een minimale drukval over de klep wordt verzekerd, zodat er een maximale stroming door het kleplichaam is.

In de olie-industrie worden in vele toepassingen positieve mammoet-pompen gebruikt, waaronder het pompen van aardolie uit ondergrondse bronnen. Gebruikelijke positieve mammoetpompen die worden toegepast in de olie-industrie zijn voorzien van inlaat- en uitlaatkleppen, hetgeen gewoonlijk afsluitkleppen zijn die een klepzitting omvatten waarop een kogel rust die afdichtend samenwerkt met de klepzitting. Een gebruikelijke positieve mammoetpomp werd bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.018.547·

De gebruikelijke configuratie van de afsluitklep is zeer efficiënt bij het verpompen van vloeistoffen. Echter is vastgesteld dat wanneer een heen-en weerbewegende positieve mammoetpomp wordt gebruikt voor het verpompen van een twee-fasenmengsel, dat is, een gas-vloeistofmengsel, de pompefficiëntie snel afneemt wanneer het gasgehalte in het twee-fasen-mengsel toeneemt. Het is in de olie-industrie vrij gebruikelijk dat tijdens het pompen van aardolie uit ondergrondse bronnen een gas wordt meegevoerd met aardolie. Het is gebleken dat gebruikelijke afsluitkleppen van het hierboven geschreven soort ongeschikt zijn voor het zo groot mogelijk maken van de pompefficiëntie bij het verpompen van een twee-fasenmengsel met een heen-en weergaande positieve mammoetpomp.

Gevonden is dat ter vergroting van de pompefficiëntie de toegepaste kleppen zo min mogelijk beperking mogen opleggen aan de daardoor heen gaande stroom omdat een grote beperking zal leiden tot een vergroting van de drukval over de kleppen waardoor een deel van de vloeibare fase van het twee-fasenmengsel plotseling overgaat in de gasvormige fase, waardoor een verdere afname van de effiëntie van het pompen ontstaat. Dit fenomeen treedt op wanneer beneden in het gat aangebrachte heen-en weerbewegende pompen worden gebruikt om olie te onttrekken uit zich ondergronds bevindende reservoirs. Bovendien treedt regelmatig een kritieke omstandigheid, die bekend staat als gas afsluiting, op tijdens werkzaamheden in het olieveld, en de oorzaak van dit fenomeen is te wijten aan een buitensporig drukval die ontstaat over de gebruikelijke inlaatkleppen van de heen-en weerbewegende pompen. Gasafsluiting is een fenomeen waarbij de door de ondergrondse pomp verrichte mechanische arbeid wordt gebruikt voor het comprimeren en expanderen van grote gasbellen die gevangen zijn binnen in de pomp, zonder dat enig verpompen van aardolie plaatsvindt. Een overeenkomstige kritieke omstandigheid die bekend staat als stoom-afsluiting treedt op wanneer stoom is ingespoten in bronnen voor het stimuleren van de aardolie-opbrengst.

Natuurlijk is een verbeterde afsluitklepconstructie bijzonder wenselijk, waarbij de drukval over de inlaat- en uitlaatkleppen van een positieve mammoetpomp zo klein mogelijk is en dus de stroming door het kleplichaam zo groot mogelijk is, waardoor de pompefficiëntie wordt verbeterd, en de gasafsluiting, stoomafsluiting en de andere hierboven aangegeven nadelen worden uitgebannen betreffende de gebruikelijke afsluitkleppen die tegenwoordig worden gebruikt. Dienovereenkomstig is het het hoofddoel van de onderhavige uitvinding een afsluitklep te verschaffen waarbij de drukval over de klep zo klein mogelijk is om een zo groot mogelijke stroming door het kleplichaam te verzekeren.

Het is een bijzonder doel van de onderhavige uitvinding om een afsluitklep te verschaffen zoals hierboven bedoeld, welke een afsluitklep met enkele plug is.

Het is een ander doel van de onderhavige uitvinding om een afsluitklep met enkele plug te verschaffen zoals hierboven beschreven, welke geschikt is om onder alle bedrijfshellingshoeken te functioneren.

Het is nog een ander doel van de onderhavige uitvinding om een afsluitklep met enkele plug te verschaffen zoals hierboven beschreven, welke een eenvoudige opbouw heeft en goedkoop is te vervaardigen.

Andere doelen en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen uit het hiernavolgende blijken.

Samenvatting van de uitvinding

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding worden de voorgaande doelen en voordelen gemakkelijk bereikt.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verbeterde afsluitklep met enkele plug die zodanig is uitgevoerd dat een zo klein mogelijke drukval over de klep en dus een zo groot mogelijke stroming door de klep wordt verzekerd. De onderhavige uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het op efficiënte wijze verpompen van een twee-fasengasmengsel waarbij gebruik wordt gemaakt van de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding omvat de afsluitklep met enkele plug een behuizingsdeel met een bijzondere vorm. Gewoonlijk heeft de klepbehuizing de vorm van een cilindrische buis en de onderhavige uitvinding zal dienovereenkomstig in detail worden beschreven onder verwijzing naar een cilindrische behuizing. Het zal echter duidelijk zijn, dat elke andere geometrische vorm kan worden gebruikt. Aldus zal de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding een behuizing met een inwendige diameter Dx omvatten, wanneer gebruik wordt gemaakt van een cilindrische behuizing. In de behuizing bevindt zich een klepzitting die een eerste ringvormig stroomoppervlak A1 begrenst waardoorheen het verpompte mengsel door de klepzitting stroomt. Stroomafwaarts van de klepzitting is in de behuizing een stop aangebracht die met de behuizing en de klepzitting een kamer begrenst. Overeenkomstig de onderhavige uitvinding is een klepplug onder de aandrijving van de positieve mammoetpomp heen-en weerbeweegbaar aangebracht in de kamer om afdichtend met de klepzitting samen te werken en deze afdichting te verbreken. De klepplug is op een bijzondere wijze gevormd om de drukval over de klep zo klein mogelijk en dus de stroming door het kleplichaam zo groot mogelijk te maken. Dienovereenkomstig heeft de klepplug een eerste diameterdeel met een diameter D2 die geschikt is om samen te werken met de klepzitting om het eerste ringvormige stromingsoppervlak Ax af te dichten wanneer de klepzitting zich in gesloten stand bevindt. Het eerste diameterdeel is zodanig bemeten dat dit met de behuizing een ringvormig stromingsoppervlak A2 begrenst dat hoofdzakelijk ten minste even groot is als het stromingsoppervlak Ai dat door de klepzitting wordt begrensd. Door de voorgaande betrekking tussen de stromingsoppervlakken Ax en A2 te verzekeren, wordt de drukval over de klep zo klein mogelijk gemaakt en wordt de stroming door het kleplichaam dienovereenkomstig zo groot mogelijk gemaakt. Overeenkomstig een ander kenmerk volgens de onderhavige uitvinding, is een kleplichaam voorzien van een tweede diameterdeel met een uitwendige diameter D3 en een inwendige D/,, waarbij de uitwendige diameter D3 in hoofdzaak gelijk is aan de inwendige diameter Dx van de klepbehuizing. De voorgaande uitvoering verzekert dat de klepplug op de juiste wijze wordt geleid binnenin de klepbehuizing waardoor de klep onder iedere afzonderlijke oriëntatie effectief kan werken. De doorlaat die wordt begrensd door de inwendige diameter D/, van het tweede diameterdeel van de klepplug staat in vloeistofverbinding met de ringvormige ruimte A2 via een inwen- dige doorlaat die is aangebracht in de klepplug.

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding betreft een werkwijze voor het op efficiënte wijze verpompen van een twee-fasenmengsel zodat het hierboven aangeduide gasafsluitingsfenomeen wordt voorkomen, De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat het verpompen van een twee-fasengasmengsel door een pompstelsel waarbij gebruik gemaakt wordt van de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding zoals hierboven beschreven.

Door gebruik te maken van de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding, wordt de drukval over de klep zo klein mogelijk gemaakt waardoor de stroming door het kleplichaam zo groot mogelijk wordt gemaakt, hetgeen leidt tot een zo groot mogelijke pompefficiëntie terwijl gasafsluiting en stoomafsluiting wordt voorkomen.

Korte beschrijving van de tekeningen

Figuur 1 is een langsdoorsnede van afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 2 is een dwarsdoorsnede van de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding, genomen langs lijn II-II van figuur 1;

Figuur 3 is een dwarsdoorsnede van de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding, genomen langs de lijn III-III van figuur 1;

Figuur b is een dwarsdoorsnede van de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding, genomen langs de lijn IV-IV van figuur 1;

Gedetailleerde beschrijving

Onder verwijzing naar figuur 1, omvat een afsluitklep 10 met enkele plug een klepzitting 12 die bevestigd is aan een klepbehuizing lb. Op afstand van de klepzitting 12 en stoomafwaarts daarvan in de strooms-richting door de afsluitklep bevindt zich een stop 16 die met de klepzitting 12 en de behuizing lb een kamer 18 begrenst. In de kamer 18 is een klepplug 20 gemonteerd die heen-en-weer kan bewegen tussen de klepzitting 12 en de stop 16 om de klepzitting 12 af te dichten en te openen.

Klepplug 20 is voorzien van een eerste diameterdeel 22 dat geschikt is om af te dichten op de klepzitting 12 voor het blokkeren van de stro-mingsdoorlaat 2b die wordt begrensd door de klepzitting 12. De klepplug 20 is voorzien van een tweede diameterdeel 26 dat dient voor het geleiden van de klepplug binnenin kamer 18. Het tweede diameterdeel 26 heeft een uitwendige diameter D3 die zodanig is bemeten ten opzichte van de inwendige diameter Dx van de behuizing dat elke ruimte tussen het diameterdeel 26 en de behuizing lk zo klein mogelijk wordt gemaakt terwijl tegelijkertijd de klepplug 20 vrij kan bewegen binnenin de kamer 18. Door het diameterdeel 26 dienovereenkomstig te bemeten, wordt de klepplug 20 binnenin de kamer 18 geleid terwijl tegelijkertijd de vloeistofstroom tussen het deel 26 en de behuizing lk zo klein mogelijk wordt gemaakt. De constructie verzekert dat de afsluitklep met enkele plug volgens de onderhavige uitvinding onder alle hoekstanden kan worden gebruikt.

De klepplug 20 is voorzien van openingen 28 in het eerste diameterdeel die in vloeistofverbinding staan met een inwendige doorlaat 30 met een diameter D4 voor het doorlaten van vloeistof die door openingen 2k in de klepzitting 12 door het kleplichaam stroomt.

In het bijzonder onder verwijzing naar figuur 1-4, zal de bijzondere uitvoering van de klepplug volgens de onderhavige uitvinding worden beschreven, die een zo klein mogelijke drukval over de klep en dus een zc groot mogelijke stroming door het kleplichaam verzekert. Om een zo klein mogelijke drukval over de klep en dus een zo groot mogelijke stroming door de klep te verzekeren, is het een bijzonder kenmerk van de onderhavige uitvinding dat het eerste diameterdeel 22 van de klepplug met de klepbehuizing 14 een ringvormig stromingsoppervlak begrenst, A2 in figuur 3, dat hoofdzakelijk ten minste even groot is als het ringvormige stromingsoppervlak, Aj in figuur 4, dat wordt begrensd door de klepzitting 12. Het ringvormige stromingsoppervlak A2 is gelijk aan het oppervlak dat wordt begrensd door de behuizing lk minus het oppervlak van het eerste diameterdeel 22 van de klepplug 20. Aldus wordt het ringvormige stromingsoppervlak A2 als volg bepaald:

Het stromingsoppervlak A1 wordt als volgt bepaald:

Dienovereenkomstig, als Ai = A2:

Onder verwijzing naar figuur 1, is te zien dat Dg gelijk is aan de diameter D2 van het eerste diameterdeel 22 van plug 20 verminderd het overlap- of zittingoppervlak van het diameterdeel 22 op de klepzitting 12. Aldus:

waarbij:

Dg = D2 - 2p

Door het verzekeren van de hierboven gegeven vergelijking, wordt de drukval over de klep zo klein mogelijk en de stroming voor het klep-lichaam zo groot mogelijk gemaakt.

Naast het voorgaande, verdient het de voorkeur dat het stromings-oppervlak zoals wordt begrensd door openingen 28 en inwendige doorlaat 30 ten minste gelijk is in afmeting aan het stromingsoppervlak en A2 zoals hierboven beschreven. Dienovereenkomstig dient het stromingsoppervlak van doorlaten 28, A4 zoals is weergegeven in figuur 2, en het stromingsoppervlak, A3 zoals is weergegeven in figuur 2, van de inwendige doorlaat 30, in hoofdzaak even groot te zijn als de stromingsoppervlakken A* en A2 om een zo klein mogelijke drukval te verzekeren wanneer de vloeistof die wordt verpompt door deze openingen stroomt.

Om de pompefficiëntie nog verder te vergroten, dienen de oppervlakken van de klepplug, het kleplichaam, de klepzitting en de klepstop die met de vloeistroom in contact staan zo glad mogelijk te zijn om weerstand te verminderen en daardoor enige drukval te vermijden wanneer de vloeistof over deze oppervlakken stroomt. Bovendien dienen de oppervlakken van de klepplug en het kleplichaam die in contact staan met elkaar, namelijk het uitwendige diameterdeel 26, bedekt te zijn met een slijtvast materiaal met lage wrijving zodat slijtage wordt verminderd en een efficiënte werking wordt verzekerd.

Naast het voorgaande is het, om een zo groot mogelijk gewenst contact te krijgen tussen de afdichtoppervlakken van de klepplug 20 en de klepzitting 12, gewenst om het afdichtoppervlak te vormen als sferische gebieden 32 en met bij voorkeur een krommingsstraal die gelijk is aan de straal van de inwendige diameter van de klepbehuizing 14.

Door een afsluitklep met enkele plug te verschaffen zoals hierboven beschreven, wordt drukval over de klep zo klein mogelijk en dus stroming door het kleplichaam zo groot mogelijk gemaakt, waardoor de pomp-efficiëntie zo groot mogelijk wordt gemaakt en de fenomenen van gasafsluiting en/of van stroomafsluiting worden voorkomen.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding zich niet beperkt tot de hierin beschreven en getoonde voorbeelden, die hoofdzakelijk bedoeld zijn voor het weergeven van de wijze waarop de uitvinding het best kan worden uitgevoerd, en waarvan de vorm, afmeting, opstelling van delen en werkingsdetails kunnen worden gewijzigd. De uitvinding omvat meer al die wijzigingen die behoren tot het kader en het terrein zoals beschreven in de conclusies.

Claims (8)

1. Afsluitklep omvattende een behuizing met een inwendige diameter Dlt een in die behuizing bevestigde zitting, waarbij die zitting een eerste ringvormig stromingsoppervlak A1 begrenst, een in de genoemde behuizing bevestigde stop die zich bevindt op afstand van de genoemde zitting om met de behuizing en die zitting een kamer te begrenzen, en een klepplug die heen-en-weer beweegbaar is die kamer, waarbij de klepplug is voorzien van (1) een eerste diameterdeel met een diameter D2 dat geschikt is om samen te werken met de genoemde zitting voor het afdichten van het genoemde eerste ringvormige stromingsoppervlak Alf waarbij het eerste diameterdeel met de genoemde behuizing een tweede ringvormig stromingsoppervlak A2 begrenst waarbij A2 in hoofdzaak ten minste even groot is als Alt (2) een tweede diameterdeel met een uitwendige diameter D3 en een inwendige diameter D^, waarbij D3 in hoofdzaak gelijk is aan Dx en D* een derde ringvormig stromingsoppervlak A3 begrenst en (3) een inwendige doorlaat die A2 verbindt met A3 waardoor de drukval over de klepplug zo klein mogelijk wordt gemaakt.

2. Afsluitklep volgens conclusie 1, waarbij de genoemde inwendige doorlaat een ringvormig stromingsoppervlak A/, begrenst, waarbij A/, in hoofdzaak ten minste even groot is als A2.

3. Afsluitklep volgens conclusie 2, waarbij Alf A2, A3 en A4 in hoofdzaak gelijk van oppervlak zijn.

4. Afsluitklep volgens conclusie 1, waarbij A1 een diameter D5 heeft waarbij D5 kleiner is dan D2, en waarbij D2 - D5 = 2p met p het afdichtoppervlak van de zitting.

5· Afsluitklep volgens conclusie 4, waarbij het afdichtoppervlak van de zitting en de klepplug overeenkomstige vormen bezitten voor het verzekeren van een goede afdichting.

6. Afsluitklep volgens conclusie 1, waarbij

7· Afsluitklep omvattende een behuizing met een eerste geometrische vorm, een in die behuizing bevestigde zitting, waarbij die zitting een eerste ringvormig stromingsoppervlak Ax begrenst, een in de behuizing bevestigde stop die zich bevindt op afstand van de genoemde zitting om met de genoemde behuizing en de genoemde zitting een kamer te begrenzen, en een klepplug die heen-en- weer beweegbaar is in de genoemde kamer, waarbij de genoemde klepplug is voorzien (1) een eerste deel dat geschikt is om samen te werken met de genoemde zitting om het genoemde ringvormige stromingsoppervlak af te dichten, waarbij het genoemde eerste deel met de genoemde behuizing een tweede ringvormig stromingsoppervlak A2 begrenst waarbij A2 in hoofdzaak ten minste even groot is als Alf (2) een tweede deel met een uitwendige geometrische vorm en een inwendige doorlaat begrenzende een derde ringvormig stromingsoppervlak A3 waarbij de uitwendige geometrische vorm in hoofdzaak gelijk is aan de geometrische vorm van de genoemde behuizing, en (3) een inwendige doorlaat die A2 met A3 verbindt waardoor de drukval over de klepplug zo klein mogelijk is.

8. Werkwijze voor het verpompen van een twee-fasenmengsel, de werkwijze omvattende het verschaffen van een pomp met een inlaat en een uitlaat, het in de genoemde inlaat en uitlaat aanbrengen van een afsluitklep met een behuizing met een inwendige diameter Dlt een in de genoemde behuizing bevestigde zitting, welke zitting een eerste ringvormige stromingsoppervlak Ai begrenst, een in de genoemde behuizing bevestigde stop die zich bevindt op afstand van de genoemde zitting om met de genoemde behuizing en de genoemde zitting een kamer te begrenzen, en een klepplug die heen-en-weer beweegbaar is aangebracht in de genoemde kamer, waarbij de genoemde klepplug is voorzien van (1) een eerste diameterdeel met een diameter D2 dat geschikt is om samen te werken met de genoemde zitting om het genoemde eerste ringvormige stromingsoppervlak A1 af te dichten, waarbij het genoemde eerste diameterdeel met de genoemde behuizing een tweede ringvormig stromingsoppervlak A2 begrenst waarbij het A2 in hoofdzaak ten minste even groot is als Alt (2) een tweede diameterdeel met een uitwendige diameter D3 en een inwendige diameter D*, waarbij D3 in hoofdzaak gelijk is aan Dj en D/, een derde ringvormig stromingsoppervlak A3 begrenst en (3) een inwendige doorlaat die A2 verbindt met A3 waardoor de drukval over de klepplug zo klein mogelijk is en het pompen van het genoemde twee-fasenmengsel van de genoemde inlaat naar de genoemde uitlaat waarbij gasafsluiting is geminimaliseerd.