RU106928U1

RU106928U1 - VALVE ASSEMBLY OF THE PLUNGER PUMP FOR WELL SERVICE

Info

Publication number: RU106928U1
Application number: RU2010118347/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Максимович Янгареев
Original assignee: Сергей Максимович Янгареев
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-07-27

Abstract

1. Клапанный узел плунжерного насоса для обслуживания скважин, включающий клапан с кольцевой канавкой под уплотнение и конической рабочей поверхностью, седло клапана с конической рабочей поверхностью, выполненной в головке седла, и кольцевое уплотнение, отличающийся тем, что площадь контакта между рабочей поверхностью седла и кольцевым уплотнением составляет 65-68% от общей площади поверхности контакта, при этом клапан выполнен из легированной стали, включающей хром, никель, причем содержание хрома от 1,3 до 1,7 мас.%, а содержание никеля от 3,9 до 4,4 мас.%, а седло клапана выполнено из легированной стали, включающей хром, никель, причем содержание хрома от 1,2 до 1,7 мас.%, а содержание никеля от 3,15 до 3,65 мас.%, кроме этого, кольцевое уплотнение выполнено из эластомерного материала, а в качестве эластомерного материала использован материал с высокими упругими свойствами, например Ecopur или Indeflex (Уникспур). ! 2. Клапанный узел плунжерного насоса по п.1, отличающийся тем, что коническая поверхность контакта между седлом и клапаном с уплотнением расположена под углом 25-28° к плоскости, перпендикулярной оси клапанного узла. ! 3. Клапанный узел плунжерного насоса по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты головки седла к общей высоте головки и шапки клапана составляет не более 0,26. ! 4. Клапанный узел плунжерного насоса по п.1, отличающийся тем, что отношение наружного диаметра кольцевого уплотнения к посадочному диаметру находится в пределах от 1,30 до 1,35. 1. Valve assembly of a plunger pump for servicing wells, including a valve with an annular groove for sealing and a conical working surface, a valve seat with a conical working surface made in the head of the seat, and an annular seal, characterized in that the contact area between the working surface of the saddle and the annular the seal makes up 65-68% of the total contact surface area, while the valve is made of alloy steel, including chromium, nickel, with a chromium content of 1.3 to 1.7 wt.%, and a nickel content of 3.9 up to 4.4 wt.%, and the valve seat is made of alloy steel, including chromium, nickel, with a chromium content of 1.2 to 1.7 wt.%, and a nickel content of 3.15 to 3.65 wt.% In addition, the O-ring is made of an elastomeric material, and a material with high elastic properties, such as Ecopur or Indeflex (Unikspur), is used as an elastomeric material. ! 2. The valve assembly of the plunger pump according to claim 1, characterized in that the conical contact surface between the seat and the valve with the seal is at an angle of 25-28 ° to the plane perpendicular to the axis of the valve assembly. ! 3. The valve assembly of the plunger pump according to claim 1, characterized in that the ratio of the height of the saddle head to the total height of the head and valve head is not more than 0.26. ! 4. The valve assembly of the plunger pump according to claim 1, characterized in that the ratio of the outer diameter of the annular seal to the bore diameter is in the range from 1.30 to 1.35.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для освоения и ремонта нефтяных и газовых скважин, а именно к плунжерным насосным установкам для обслуживания скважин (кислотная обработка, разрыв пласта, заглушение и т.д.), работающим в тяжелых условиях (агрессивная среда, высокая концентрация твердых частиц, высокое давление), а именно к конструкции клапанных узлов таких насосов.The utility model relates to equipment for the development and repair of oil and gas wells, namely to plunger pumping units for servicing wells (acid treatment, fracturing, plugging, etc.) operating in difficult conditions (aggressive environment, high concentration of solid particles , high pressure), namely, to the design of valve assemblies of such pumps.

В силу технологических особенностей при работе на скважинах прерывание операции до ее полного завершения недопустимо, поэтому плунжерные насосы для обслуживания скважин (далее плунжерные насосы) должны отвечать повышенным требованиям по надежности. Одним из наиболее ответственных и изнашиваемых узлов таких насосов являются клапанные узлы.Due to technological features, when working in wells, interruption of an operation before its completion is unacceptable, therefore plunger pumps for servicing wells (hereinafter plunger pumps) must meet increased reliability requirements. One of the most responsible and wearing parts of such pumps are valve assemblies.

Известны клапанные узлы фирмы WIER SPM, используемые в насосных агрегатах TWS-2000 и др. модификаций (см. Каталог WIER SPM).Known valve assemblies of the company WIER SPM used in pumping units TWS-2000 and other modifications (see. Catalog WIER SPM).

В соответствии с данным каталогом (копии необходимых страниц прилагаются) клапанные узлы плунжерных насосов включают клапан с кольцевой канавкой под уплотнение в шапке и конической рабочей поверхностью в нижней части шапки клапана, седло клапана с конической рабочей поверхностью, выполненной в головке седла, и кольцевое уплотнение, при этом площадь контакта между конической посадочной поверхностью седла и кольцевым уплотнением составляет не более 50% от общей площади контакта.In accordance with this catalog (copies of the necessary pages are attached), the valve assemblies of the plunger pumps include a valve with an annular groove for the seal in the cap and a conical working surface in the lower part of the valve head, a valve seat with a conical working surface made in the head of the seat, and an annular seal, wherein the contact area between the conical seating surface of the seat and the O-ring is not more than 50% of the total contact area.

В клапанном узле отношение высоты головки седла к общей высоте головки и шапки клапана составляет не более 0,34.In the valve assembly, the ratio of the height of the saddle head to the total height of the head and valve head is not more than 0.34.

Уплотнения выполняют из эластомеров под торговыми марками Buna и Viton, не относящимися к материалам с высокими упругими свойствами (см. Руководство по обслуживанию, копия прилагается). При этом если принять площадь контакта за 50%, то отношение наружного диаметра кольцевого уплотнения к его посадочному диаметру не превышает 1,25.Seals are made of elastomers under the trademarks Buna and Viton, not related to materials with high elastic properties (see Service Manual, copy attached). Moreover, if we take the contact area as 50%, then the ratio of the outer diameter of the annular seal to its landing diameter does not exceed 1.25.

Клапаны и седла изготавливают из легированной стали (http://www.uralremdetal.ru/stati/spm/), при этом угол наклона образующей посадочных поверхностей клапана и седла к плоскости, перпендикулярной оси клапанного узла, составляет 30°.Valves and seats are made of alloy steel (http://www.uralremdetal.ru/stati/spm/), while the angle of inclination of the generatrix of the seating surfaces of the valve and seat to a plane perpendicular to the axis of the valve assembly is 30 °.

Указанная конструкция, выбранная в качестве прототипа, характеризуется недостаточными прочностными характеристиками элементов клапанного узла. В результате периодического воздействия значительных ударных нагрузок сравнительно быстро уплотнение разрушается и не обеспечивает необходимого демпфирования удара, в результате жесткого контакта металла клапана по металлу седла поверхности контакта разрушаются и клапан выходит из строя.The specified design, selected as a prototype, is characterized by insufficient strength characteristics of the elements of the valve assembly. As a result of the periodic impact of significant shock loads, the seal collapses relatively quickly and does not provide the necessary shock damping, as a result of the hard contact of the valve metal over the metal of the seat, the contact surfaces are destroyed and the valve fails.

Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно повышение ресурса работы клапанного узла.The objective of this utility model is to eliminate these drawbacks, namely increasing the service life of the valve assembly.

Указанная задача решается за счет того, что в клапанном узле плунжерного насоса, включающем клапан с кольцевой канавкой под уплотнение в шапке и конической рабочей поверхностью в нижней части шапки клапана, седло клапана с конической рабочей поверхностью, выполненной в головке седла, и кольцевое уплотнение, согласно предлагаемому техническому решению, площадь контакта (пятна контакта) между конической рабочей поверхностью седла и кольцевым уплотнением составляет 65-68% от общей площади контакта.This problem is solved due to the fact that in the valve assembly of the plunger pump, comprising a valve with an annular groove for a seal in the cap and a conical working surface in the lower part of the valve head, a valve seat with a conical working surface made in the head of the seat, and an annular seal, according to the proposed technical solution, the contact area (contact spots) between the conical working surface of the seat and the O-ring is 65-68% of the total contact area.

В клапанном узле плунжерного насоса, согласно полезной модели, коническая поверхность контакта между седлом и клапаном с уплотнением расположена под углом 25-28° к плоскости, перпендикулярной оси клапанного узла.In the valve assembly of the plunger pump, according to a utility model, the conical contact surface between the seat and the valve with seal is located at an angle of 25-28 ° to the plane perpendicular to the axis of the valve assembly.

В клапанном узле плунжерного насоса отношение высоты головки седла к общей высоте головки и шапки клапана составляет не более 0, 26.In the valve assembly of the plunger pump, the ratio of the height of the seat head to the total height of the head and valve head is not more than 0.26.

Указанная задача решается также за счет того, что легированная сталь клапана клапанного узла насоса, согласно полезной модели, включает хром, никель, при этом содержание хрома составляет от 1,3 до 1,7 массовых %, а содержание никеля - от 3,9 до 4,4 массовых %.This problem is also solved due to the fact that the alloy steel of the valve of the valve assembly of the pump, according to a utility model, includes chromium, nickel, while the chromium content is from 1.3 to 1.7 mass%, and the nickel content is from 3.9 to 4.4 mass%.

Указанная задача решается также за счет того, что легированная сталь седла клапанного узла насоса, согласно полезной модели, включает хром, никель, при этом содержание хрома составляет от 1,2 до 1,7 массовых %, а содержание никеля - от 3,15 до 3,65 массовых %.This problem is also solved due to the fact that the alloy steel of the valve seat of the pump assembly, according to a utility model, includes chromium, nickel, while the chromium content is from 1.2 to 1.7 mass%, and the nickel content is from 3.15 to 3.65 mass%.

Указанная задача решается также за счет того, что в уплотнении клапанного узла плунжерного насоса, выполненного в виде кольца из эластомерного материала, согласно полезной модели, в качестве эластомерного материала использован материал с высокими упругими свойствами, например Ecopur или Indeflex (Уникспур).This problem is also solved due to the fact that in the seal of the valve assembly of the plunger pump, made in the form of a ring of elastomeric material, according to a utility model, a material with high elastic properties, such as Ecopur or Indeflex (Unikspur), is used as an elastomeric material.

В уплотнении, согласно полезной модели, отношение наружного диаметра кольца к посадочному диаметру находится в пределах от 1,30 до 1,35.In the seal, according to the utility model, the ratio of the outer diameter of the ring to the bore diameter is in the range of 1.30 to 1.35.

Таким образом, за счет использования в качестве материала уплотнения эластомеров с высокими упругими свойствами, за счет увеличения разницы между наружным и посадочным диаметрами кольцевого уплотнения (увеличение ширины кольца), при соответствующем изменении формы и размеров канавки под него в клапане, а также в результате уменьшения угла конусности рабочих поверхностей удалось значительно увеличить площадь контакта между уплотнением и седлом и создать более благоприятное распределения нагрузки по линии контакта седло-клапан.Thus, due to the use of elastomers with high elastic properties as a seal material, due to an increase in the difference between the outer and fit diameters of the annular seal (increase in the width of the ring), with a corresponding change in the shape and size of the grooves under it in the valve, and also as a result of reduction the taper angle of the working surfaces managed to significantly increase the contact area between the seal and the seat and create a more favorable load distribution along the contact line of the valve seat.

Это, в свою очередь, обеспечило повышение срока службы, как самого уплотнения, так и клапанного узла в целом. Изготовление клапана и седла из легированной стали указанного состава позволило повысить их прочностные характеристики и снизить износ рабочих поверхностей.This, in turn, ensured an increase in the service life of both the seal itself and the valve assembly as a whole. The manufacture of the valve and seat made of alloy steel of the specified composition made it possible to increase their strength characteristics and reduce wear of the working surfaces.

Кроме того, за счет уменьшения высоты головки седла удалось обеспечить увеличение хода клапана и, как следствие, улучшить динамические характеристики подаваемого в скважину потока жидкости, снизить потери на трение, что в свою очередь также положительно сказалось на повышении износостойкости клапанного узла.In addition, by reducing the height of the seat head, it was possible to increase the valve stroke and, as a result, improve the dynamic characteristics of the fluid flow supplied to the well and reduce friction losses, which in turn also had a positive effect on increasing the wear resistance of the valve assembly.

Проведенные патентные исследования показали, что заявляемая разработка соответствует критерию «новизна». Заявляемая конструкция также соответствует критерию «промышленная применимость».Patent studies have shown that the claimed development meets the criterion of "novelty." The inventive design also meets the criterion of "industrial applicability".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлен клапанный узел в сборе в закрытом положении клапана.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows the valve assembly in the closed position of the valve.

Заявляемый клапанный узел плунжерного насоса включает клапан 1 с уплотнением 2 и седло 3.The inventive valve assembly of the plunger pump includes a valve 1 with a seal 2 and a seat 3.

Клапан 1 включает шапку и направляющий хвостовик В шапке клапана 1 выполнена канавка для размещения уплотнения 2. Рабочая поверхность клапана 1в нижней части шапки, предназначенная для контакта с рабочей поверхностью седла 3, выполнена конической, причем угол между этой поверхностью и плоскостью перпендикулярной оси клапанного узла находится в пределах от 25-28°. Клапан выполнен из легированной стали, включающей хром, никель, при этом содержание хрома составляет от 1,3 до 1,7 массовых %, а содержание никеля - от 3,9 до 4,4 массовых %.Valve 1 includes a cap and a guiding shank. In the cap of valve 1, a groove is made to accommodate the seal 2. The working surface of the valve 1 in the lower part of the cap, designed to contact the working surface of the seat 3, is conical, and the angle between this surface and the plane perpendicular to the axis of the valve assembly is ranging from 25-28 °. The valve is made of alloy steel, including chromium, nickel, while the chromium content is from 1.3 to 1.7 mass%, and the nickel content is from 3.9 to 4.4 mass%.

Уплотнение 2 имеет форму кольца, при этом отношение наружного диаметра кольца к посадочному диаметру находится в пределах от 1,30 до 1,35. Уплотнение 2 выполнено из материала с высокими характеристиками упругости, например из эластомеров Ecopur или Indeflex (Уникспур).The seal 2 has the shape of a ring, while the ratio of the outer diameter of the ring to the bore diameter is in the range from 1.30 to 1.35. Seal 2 is made of a material with high elastic characteristics, for example, Ecopur or Indeflex elastomers (Unikspur).

Седло 3 выполнено из легированной стали, которая включает хром, никель, при этом содержание хрома составляет от 1,2 до 1,7 массовых %, а содержание никеля - от 3,15 до 3,65 массовых %.Saddle 3 is made of alloy steel, which includes chromium, nickel, while the chromium content is from 1.2 to 1.7 mass%, and the nickel content is from 3.15 to 3.65 mass%.

В клапанном узле плунжерного насоса отношение высоты головки седла 3 к общей высоте головки седла 3 и шапки клапана 1 составляет не более 0,26. Такое соотношение, достигнутое за счет уменьшения высоты головки села клапана по сравнению с прототипом на 7,5 мм позволяет увеличить ход клапана 1 от примерно 21,7 мм в прототипе до 25…27 мм в заявляемом устройстве.In the valve assembly of the plunger pump, the ratio of the height of the head of the saddle 3 to the total height of the head of the seat 3 and the cap of the valve 1 is not more than 0.26. This ratio, achieved by reducing the height of the head of the village of the valve compared to the prototype by 7.5 mm, allows to increase the stroke of valve 1 from about 21.7 mm in the prototype to 25 ... 27 mm in the inventive device.

Угол между образующей конической посадочной поверхности седла 3 и плоскостью перпендикулярной оси клапанного узла находится в пределах от 25-28°, это также меньше соответствующего угла в прототипе, составляющего 30°.The angle between the generatrix of the conical seating surface of the seat 3 and the plane perpendicular to the axis of the valve assembly is in the range from 25-28 °, it is also less than the corresponding angle in the prototype of 30 °.

Работа узла осуществляется следующим образом:The operation of the node is as follows:

Клапанная узел относится к системе распределения потока рабочей жидкости плунжерного насоса, которая состоит из всасывающего и нагнетательного самодействующих клапанов. Конструкция обоих клапанных групп одинакова. При возвратно-поступательном движении плунжера на цикле заполнения объем рабочей камеры увеличивается и в ней устанавливается давление меньшее, чем перед всасывающим клапаном. Под действием разности давлений клапан 1 поднимается до упора в крышку (на чертеже обозначена «крышка») и камера заполняется жидкостью из всасывающей линии. При уменьшении объема камеры (на цикле вытеснения), когда плунжер совершает рабочий ход, давление в камере повышается, всасывающий клапан закрывается и, когда давление в рабочей камере превысит давление в напорной линии, нагнетательный клапан 1 поднимается и жидкость вытесняется в напорную линию.The valve assembly refers to a system for distributing the flow of a working fluid of a plunger pump, which consists of self-acting and self-acting suction and discharge valves. The design of both valve groups is the same. During the reciprocating movement of the plunger during the filling cycle, the volume of the working chamber increases and a lower pressure is established in it than in front of the suction valve. Under the action of the pressure difference, valve 1 rises to the stop in the cover (“cover” is indicated in the drawing) and the chamber is filled with liquid from the suction line. When the chamber volume decreases (during the displacement cycle), when the plunger makes a working stroke, the pressure in the chamber rises, the suction valve closes, and when the pressure in the working chamber exceeds the pressure in the pressure line, the pressure valve 1 rises and the liquid is forced out into the pressure line.

Claims

1. Valve assembly of a plunger pump for servicing wells, including a valve with an annular groove for sealing and a conical working surface, a valve seat with a conical working surface made in the head of the seat, and an annular seal, characterized in that the contact area between the working surface of the saddle and the annular the seal makes up 65-68% of the total contact surface area, while the valve is made of alloy steel, including chromium, nickel, with a chromium content of 1.3 to 1.7 wt.%, and a nickel content of 3.9 up to 4.4 wt.%, and the valve seat is made of alloy steel, including chromium, nickel, with a chromium content of 1.2 to 1.7 wt.%, and a nickel content of 3.15 to 3.65 wt.% In addition, the O-ring is made of an elastomeric material, and a material with high elastic properties, such as Ecopur or Indeflex (Unikspur), is used as an elastomeric material.

2. The valve assembly of the plunger pump according to claim 1, characterized in that the conical contact surface between the seat and the valve with the seal is at an angle of 25-28 ° to the plane perpendicular to the axis of the valve assembly.

3. The valve assembly of the plunger pump according to claim 1, characterized in that the ratio of the height of the saddle head to the total height of the head and valve head is not more than 0.26.

4. The valve assembly of the plunger pump according to claim 1, characterized in that the ratio of the outer diameter of the annular seal to the bore diameter is in the range from 1.30 to 1.35.