RU158258U1 - Клапан обратный шариковый пружинный - Google Patents

Abstract

1. Клапан обратный шариковый, включающий полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде кольцевого седла и шарикового запорного элемента, ограничитель хода запорного элемента в виде клетки со сквозными отверстиями для протока жидкости, при этом седло установлено с одной стороны кольцевого выступа на входе клапана, а клетка - с другой стороны кольцевого выступа, отличающийся тем, что в клетке дополнительно размещена пружина, взаимодействующая с шариком посредством кольцевого опорного элемента, установленная с возможностью прижатия шарика к седлу.2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой опорный элемент на одной торцевой поверхности выполнен с фаской для взаимодействия с шариком, а на противоположной торцевой поверхности выполнен с канавкой для установки пружины.3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что сквозные отверстия клетки выполнены ступенчато, таким образом, что диаметр отверстий в донной части клетки выполнен меньше диаметров соединенных с ними каналов, образованных проточками в боковых стенках клетки.4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что седло клапанной пары закреплено в корпусе с помощью гайки и резьбовой втулки.5. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что гайка и резьбовая втулка выполнены с глухими пазами под ключ.6. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что гайка и резьбовая втулка выполнены с отверстиями под ключ, расположенными на торце гайки и на торце резьбовой втулки.7. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что гайка и резьбовая втулка выполнены из нержавеющей стали.8. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что седло клапанной пары закреплено в корпусе с

Description

Полезная модель относится к нефтяному машиностроению, в частности к конструкции обратного клапана, который может быть использован с погружными штанговыми или электроцентробежными насосами, преимущественно, для перекачивания жидкостей с высоким содержанием механических примесей.

Из описания патента RU 125248, МПК: Е21В 34/08, опубликованного 27.02.2013, известен клапан обратный, содержащий цилиндрический корпус, запорный элемент, установленный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, седло, установленное в кольцевом выступе на входе клапана и закрепленное с помощью одной резьбовой втулки, ограничитель с отверстиями для протока жидкости, выполненный в виде клетки и поперечно установленной решетки с отверстиями, расположенными по периферии, и закрепленные посредством запорного кольца. Клапан данной конструкции является недостаточно надежным. Закрепление клапанной пары одной резьбовой втулкой в условиях вибрации может привести к ослаблению резьбового соединения и выкручиванию втулки. Кроме того, шариковый запорный элемент, выполненный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, может оказывать слишком сильное динамическое воздействие на стенки клетки и торцевую решетку ограничителя, так что не исключена возможность раскалывания ограничителя.

Смягчить динамическое воздействие шарика на ограничитель можно путем размещения в ограничителе пружины. Пример конструкции подпружиненного обратного клапана, разработанного для нужд приборостроения, раскрыт в описании патента RU 2221952, МПК: F16K 15/04, опубликованного 27.02.2013. Упомянутый клапан содержит корпус, шарик, расположенный в проходном канале, выполненном ступенчатым, при этом шарик прижат винтовой пружиной к коническому седлу и размещен в проходном канале с минимальным зазором в одной из его ступеней, а пружина взаимодействует с шариком через опорный элемент. При этом седлом клапана является кольцевая ступень на внутренней поверхности корпуса клапана. Данная конструкция обеспечивает хорошие показатели центровки запорного элемента, но не обладает достаточной надежностью для эксплуатации с погружными штанговыми насосами в скважинах нефтедобычи, поскольку материал корпуса клапана не обладает достаточной износостойкостью, чтобы обеспечить надежную работу клапанной пары в условиях перекачки жидкости с высоким содержанием механических примесей.

Известна конструкция подпружиненного обратного клапана для нефтедобывающей промышленности (см. RU 123482, МПК: F16K 15/04, опубликованный 27.12.2012). Клапан обратный содержит цилиндрический корпус, запорный элемент, установленный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, седло, закрепленное с помощью втулки, направляющую клетку с отверстиями для протока жидкости, втулка соединена резьбовым соединением с цилиндрическим выступом направляющей клетки, причем запорный элемент поджат к седлу пружиной. Данная конструкция не обеспечивает требуемый уровень показателей стабильности и надежности работы клапана. Возможно смещение пружины внутри клетки. Кроме того, в осевом направлении снизу вверх клапанная пара в совокупности с седлом и клеткой закреплены в корпусе только стопорным кольцом. Однако отпирание клапана может сопровождаться выходом газовой фазы или двухфазного потока нефти и газа, оказывающего динамическое воздействие на шариковый запорный элемент, сообщающее ему высокую кинетическую энергию при перемещении в сторону ограничителя хода запорного элемента, в результате возникает риск полного разрушения клапана.

В качестве прототипа выбран клапан обратный, раскрытый в описании патента РФ на полезную модель RU 76380, МПК: Е21В 34/06, опубликованного 20.09.2008. Указанный клапан обратный содержит корпус с внутренним кольцевым выступом, седло, шариковый запорный элемент, размещенный в ограничителе с отверстиями для протока жидкости. При этом седло установлено с одной стороны кольцевого выступа на входе клапана, а клетка - с другой стороны кольцевого выступа. Седло закреплено с помощью гайки и втулки, между втулкой и корпусом установлено уплотнительное кольцо. Ограничитель выполнен в виде клетки, закрепленной с помощью стопорного кольца. Данная конструкция клапана является весьма надежной при механических воздействиях на нее в продольном направлении. Однако эксплуатация клапана на нефтяных месторождениях с повышенным содержанием газа в нефтяных пластах потребует дальнейшего повышения прочности и надежности его конструкции.

Заявленная полезная модель направлена на решение задачи повышения запаса прочности и надежности клапана обратного путем снижения инерции и величины максимального хода шарикового запорного элемента.

Техническим результатом является повышение прочности и надежности конструкции клапана обратного шарикового.

Для решения поставленной задачи предложен клапан обратный шариковый, включающий полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде кольцевого седла и шарикового запорного элемента, ограничитель хода запорного элемента в виде клетки со сквозными отверстиями для протока жидкости, при этом седло установлено с одной стороны кольцевого выступа на входе клапана, а клетка - с другой стороны кольцевого выступа. При этом в клетке дополнительно размещена пружина, взаимодействующая с шариком посредством кольцевого опорного элемента, установленная с возможностью прижатия шарика к седлу. Упомянутый кольцевой опорный элемент на одной своей торцевой поверхности выполнен с фаской для взаимодействия с шариком, а на противоположной торцевой поверхности выполнен с канавкой для установки пружины.

Толщина внутреннего кольцевого выступа корпуса, разделяющего седло клапана и клетку, составляет от 0,15 до 2 диаметров шарика запорного элемента. Увеличенная до 2 диаметров шарика толщина кольцевого выступа, разделяющего седло клапана и клетку, позволяет заявленному устройству выдерживать сильные импульсные воздействия в продольном направлении, что повышает запас прочности конструкции в тяжелых условиях эксплуатации и показатели надежности клапана.

Сквозные отверстия клетки выполнены ступенчато, таким образом, что диаметр отверстий в донной части клетки выполнен меньше диаметров соединенных с ними каналов, образованных проточками в боковых стенках клетки. Выполнение клетки с отверстиями ступенчатой формы позволяет увеличить массивность и прочность донной части клетки, на которую приходятся основные импульсные воздействия в период эксплуатации клапана. При этом не происходит снижения пропускной способности клапана, поскольку диаметр каналов, выполненных в боковых стенках клетки, увеличен, благодаря чему увеличен суммарный просвет между шариком и внутренней поверхностью боковых стенок клетки. Таким образом, ступенчатое сопряжение сквозных отверстий с продольными каналами клетки клапана дополнительно позволяет повысить его эксплуатационную надежность.

Для обеспечения надежной фиксации седла клапанной пары в корпусе его закрепляют по меньшей мере двумя фиксирующими элементами, установленными на резьбе, например, двумя гайками или двумя резьбовыми втулками, или гайкой и резьбовой втулкой. То есть, например, седло клапанной пары может быть закреплено в корпусе с помощью гайки и резьбовой втулки. При этом гайка и резьбовая втулка могут быть выполнены с глухими пазами под ключ либо с отверстиями под ключ, расположенными на торце гайки и на торце резьбовой втулки. Причем гайка и резьбовая втулка, предпочтительно, выполнены из нержавеющей стали.

Количество пазов под ключ варьируется в различных вариантах исполнения заявленного устройства от двух до четырех и более. То есть для удобства сборки гайку и втулку выполняют не менее чем с двумя пазами под ключ, либо с тремя пазами под ключ, предпочтительно, с четырьмя пазами под ключ.

Следует отметить, что пазы под ключ предназначены для взаимодействия крепежного элемента с ключами при сборке клапана, однако на этапе эксплуатации клапана указанные пазы воздействуют на поток перекачиваемой жидкости, выполняя функцию направляющих для формирования побочных потоков. Поэтому целесообразно выполнять упомянутые пазы глухими для предотвращения негативного эрозионного воздействия побочных потоков перекачиваемой жидкости на стенки колонны насосно-компрессорных труб.

Для устранения явления формирования упомянутых побочных потоков перекачиваемой жидкости предложено выполнять на гайке и на резьбовой втулке не пазы, а отверстия под ключ, расположенные на торце гайки и на торце резьбовой втулки. Отверстия выполняют глухими, их количество на одном средстве крепления варьируется, предпочтительно, от двух до четырех.

Для защиты резьбового соединения от агрессивного воздействия перекачиваемой среды на внешней стороне резьбовой втулки выполнен защитный буртик и кольцевая проточка под ним. В проточке между резьбовой втулкой и корпусом устанавливают уплотнение, предпочтительно, уплотнительное кольцо из резины или силикона.

Проточка для размещения уплотнительного кольца может быть выполнена на внутренней части горловины корпуса.

Использование уплотнения позволяет исключить забивание резьбы с торца изделия при транспортировке изделия, а также повреждений резьбы абразивными частицами при эксплуатации клапана обратного в потоке перекачиваемой жидкости, что дополнительно повышает показатели надежности заявленного устройства. С той же целью предотвращения повреждений резьбы на внешней стороне резьбовой втулки может быть выполнен защитный буртик с кольцевой проточкой под ним для размещения уплотнения или уплотнительного кольца.

Ограничитель хода запорного элемента закреплен при помощи стопорного кольца, размещенного в кольцевой проточке, выполненной на внутренней поверхности корпуса.

Ограничитель хода запорного элемента, предпочтительно, выполнен из нержавеющей стали.

Корпус обратного клапана выполнен из стали, например, из Стали 45, предпочтительно, с использованием химической или химико-термической обработки поверхности с формированием защитного покрытия, например, фосфатированием.

Полезная модель иллюстрируется фиг. 1, на которой показан в продольный разрез заявленного клапана обратного шарикового пружинного. В полый цилиндрический корпус 1 установлена клапанная пара, выполненная в виде кольцевого седла 2 и шарикового запорного элемента 3. Ограничитель хода запорного элемента выполнен в виде клетки 4 со сквозными отверстиями для протока жидкости. Клетка 3 закреплена в корпусе при помощи стопорного кольца 2, размещенного в кольцевой проточке, выполненной на внутренней поверхности корпуса 1. В клетке 4 дополнительно размещена пружина 5, взаимодействующая с шариком 3 посредством кольцевого опорного элемента 6, установленная с возможностью прижатия шарика 3 к седлу 2. Как видно на чертеже, кольцевой опорный элемент 6 на одной торцевой поверхности выполнен с фаской для взаимодействия с шариком, а на противоположной торцевой поверхности выполнен с канавкой для установки пружины 5. Седло 2 клапанной пары закреплено в корпусе 1 с помощью двух резьбовых втулок 7. Проточка 8 для размещения уплотнительного кольца выполнена на внутренней части горловины корпуса 1.

Размещение в клетке 4 пружины 5 уменьшило длину хода шарика 3 при отпирании клапана, а также позволило исключить эффект раскручивания шарика 3 потоком жидкости или газа и, как следствие, привело к уменьшению инерции шарика 3, и к снижению величины импульса, с которым шарик 3 воздействует на стенки и на донную часть клетки 4.

Заявленный клапан обратный шариковый пружинный работает следующим образом.

При использовании с погружными насосами упомянутый клапан устанавливают в насосно-компрессорную трубу.

После включения насоса рабочая жидкость (содержащая нефть и газ) поступает на вход клапана через полость резьбовой втулки 7 и проходит к шарику 3, являющемуся запорным элементом клапана. Под давлением рабочей жидкости шарик 3 поднимается из седла 2 и перемещается внутри клетки 4, открывая клапан для прохода перекачиваемой жидкости. При эксплуатации клапана на нефтяных скважинах с высоким содержанием газа в нефтяных пластах отпирание клапана может сопровождаться выходом газовой фазы, оказывающей сильное динамическое воздействие на шариковый запорный элемент, раскручивая шарик 3 и сообщая ему высокую кинетическую энергию при перемещении в сторону ограничителя хода запорного элемента. Для предотвращения раскалывания клетки 4 шариком 3 в заявленной конструкции использована пружина 5, закрепленная в канавке опорного элемента 6. Размещение пружины 5 в клетке 4 приводит к сокращению длины перемещения шарика 3, следовательно уменьшает его инерцию и кинетическую энергию при воздействии на стенки и донную часть клетки 4. Изменение параметров конструкции заявленного устройства позволяет решить задачу повышения запаса прочности и надежности клапана путем снижения инерции и величины максимального хода шарикового запорного элемента.

После отпирания клапана внутри него образуется поток жидкости, который перемещается по каналам, образованным продольными проточками в боковых стенках клетки 4. Далее жидкость выходит через сквозные отверстия в донной части клетки 4 и поступает на выходе из клапана в колонну насосно-компрессорных труб, по которой поднимается вверх на выход из скважины.

При остановке насоса шарик запорного элемента под давлением столба жидкости в колонне насосно-компрессорных труб опускается в седло, тем самым предотвращает обратный поток рабочей жидкости, удерживая жидкость на заданном уровне в колонне насосно-компрессорных труб.

Все элементы конструкции заявленного клапана обратного шарикового пружинного обладают высоким запасом прочности и обеспечивают ему высокую надежность в тяжелых условиях эксплуатации.

Claims (14)

1. Клапан обратный шариковый, включающий полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, установленную в корпусе клапанную пару в виде кольцевого седла и шарикового запорного элемента, ограничитель хода запорного элемента в виде клетки со сквозными отверстиями для протока жидкости, при этом седло установлено с одной стороны кольцевого выступа на входе клапана, а клетка - с другой стороны кольцевого выступа, отличающийся тем, что в клетке дополнительно размещена пружина, взаимодействующая с шариком посредством кольцевого опорного элемента, установленная с возможностью прижатия шарика к седлу.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой опорный элемент на одной торцевой поверхности выполнен с фаской для взаимодействия с шариком, а на противоположной торцевой поверхности выполнен с канавкой для установки пружины.

3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что сквозные отверстия клетки выполнены ступенчато, таким образом, что диаметр отверстий в донной части клетки выполнен меньше диаметров соединенных с ними каналов, образованных проточками в боковых стенках клетки.

4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что седло клапанной пары закреплено в корпусе с помощью гайки и резьбовой втулки.

5. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что гайка и резьбовая втулка выполнены с глухими пазами под ключ.

6. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что гайка и резьбовая втулка выполнены с отверстиями под ключ, расположенными на торце гайки и на торце резьбовой втулки.

7. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что гайка и резьбовая втулка выполнены из нержавеющей стали.

8. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что седло клапанной пары закреплено в корпусе с помощью двух резьбовых втулок.

9. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что на внешней стороне резьбовой втулки выполнен защитный буртик и кольцевая проточка под ним для размещения уплотнения или уплотнительного кольца.

10. Клапан по п. 9, отличающийся тем, что в проточке между резьбовой втулкой и корпусом установлено уплотнение, предпочтительно, уплотнительное кольцо из резины или силикона.

11. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что проточка для размещения уплотнительного кольца выполнена на внутренней части горловины корпуса.

12. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель хода запорного элемента закреплен в корпусе при помощи стопорного кольца, размещенного в кольцевой проточке.

13. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель хода запорного элемента выполнен из нержавеющей стали.

14. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из стали, предпочтительно с использованием химической или химико-термической обработки поверхности с формированием защитного покрытия.

Images