RU2241887C1

RU2241887C1 - Valve unit of pump

Info

Publication number: RU2241887C1
Application number: RU2003105557/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Авилкин (RU); Ю.М. Авилкин; М.Ю. Авилкин (RU); М.Ю. Авилкин
Original assignee: Авилкин Юрий Михайлович; Авилкин Михаил Юрьевич
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: valving.

SUBSTANCE: valve unit of pump has seat provided with seating conical side and axial cylindrical guiding opening, peripheral ring flexible seal, and movable spring-loaded plate valve connected with guiding spider through ball hinge and engaging the guiding opening of the seat. The plate valve and ball of the guiding spider are movably interconnected through the split steel locator. The locator is made of a spring turn and mounted in the inner ring groove provided in the central dummy cylindrical opening of the plate valve. The ball hinge is provided with an elastomeric, e.g., rubber ring damper interposed between the mated sides of the locator and ball of the guiding spider.

EFFECT: expanded functional capabilities.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к клапанным узлам преимущественно плунжерных нефтегазопромысловых насосов, нагнетающих абразивосодержащие растворы.The invention relates to hydraulic engineering, in particular to valve assemblies of predominantly plunger oil and gas field pumps pumping abrasive solutions.

Известны клапанные узлы насосов, содержащие неподвижное кольцеобразное седло с верхней раструбной уплотняемой поверхностью и подпружиненный подвижный тарельчатый клапан, состоящий из плоскоконической тарели с закрепленным на ее верхней или периферийной поверхностях эластичным уплотнением и жестко закрепленной снизу тарели направляющей опорой в виде центрального цилиндрического штока /1...4/, либо в виде перьевой крестовины /5/, размещенных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в центральном отверстии седла.Known valve pump assemblies containing a fixed annular saddle with an upper bell-shaped sealing surface and a spring-loaded movable poppet valve, consisting of a flat-conical poppet with an elastic seal fixed to its upper or peripheral surfaces and a guide support rigidly fixed from the bottom of the poppet in the form of a central cylindrical rod / 1 .. .4 /, or in the form of a feather cross / 5 /, placed with the possibility of reciprocating movement in the Central hole of the saddle.

Недостатком известных устройств является невысокая их долговечность при нагнетании насосом абразивосодержащих растворов, содержащих твердые включения /кварцевый песок, кусочки выбуренной породы/, в связи с тем, что при посадке тарели на седло происходит защемление наиболее крупной твердой частицы (Так, при бурении скважин в Грузии ПО "Грузгеология" в 1986 г, после разборки насоса НБ-50 в зазоре между уплотнением и та релью клапанного узла были обнаружены защемленные кусочки раздробленной гальки с размерами 4×5×7 мм) между рабочими поверхностями седла и подвижной тарели, при этом из-за жесткости соединения тарели с ее направляющей крестовиной или штоком та рель неплотно садится на седло, а между уплотнением тарели и седлом образуется кольцевой зазор, через который продавливается под высоким давлением и скоростью абразивосодержащая жидкость, производящая интенсивный гидроабразивный износ уплотняемых поверхностей клапанного узла /6/. Кроме того, утечка рабочей жидкости в клапанном узле и ее возврат во всасывающую линию насоса снижает подачу насоса и его к.п.д.A disadvantage of the known devices is their low durability when the pump injects abrasive solutions containing solid inclusions / quartz sand, pieces of drill cuttings /, due to the fact that when a plate is planted on the saddle, the largest solid particle is pinched (So, when drilling wells in Georgia Gruzgeologiya Production Association in 1986, after disassembling the NB-50 pump, in the gap between the seal and the valve block body, pinched pieces of crushed pebbles with dimensions of 4 × 5 × 7 mm) were found between the working surfaces the saddle and the movable plate, due to the stiff connection of the plate with its guide cross or rod, the wheel does not fit tightly on the seat, and an annular gap is formed between the plate seal and the seat through which the abrasive fluid is pressed under high pressure and speed, producing intense hydroabrasive wear of the sealing surfaces of the valve assembly / 6 /. In addition, the leakage of the working fluid in the valve assembly and its return to the suction line of the pump reduces the pump flow and its efficiency

Известны также клапанные узлы, у которых тарель выполнена в виде съемного диска, посаженного на направляющем штоке с возможностью ее вращения /7, 8/. В этих устройствах при посадке тарели на седло и при защемлении между ними твердых частиц наблюдается незначительное уменьшение кольцевого зазора в клапанном узле за счет наклона тарели, в результате имеющегося небольшого зазора между штоком и диском тарели, однако, этот зазор является недостаточным, чтобы обеспечить необходимый наклон тарели и полностью уплотнить кольцевой зазор в клапанном узле.Valve assemblies are also known in which the plate is made in the form of a removable disk mounted on a guide rod with the possibility of its rotation / 7, 8 /. In these devices, when the plate is planted on the saddle and when solid particles are pinched between them, there is a slight decrease in the annular gap in the valve assembly due to the inclination of the plate, as a result of the small gap between the rod and the disk of the plate, however, this gap is insufficient to provide the necessary inclination plates and completely seal the annular gap in the valve assembly.

Известен также клапанный узел с гибким соединением диска тарели и направляющим штоком, позволяющим повысить угол наклона тарели и полностью перекрыть возникающий в клапанном узле кольцевой зазор при попадании твердых частиц между уплотняемыми поверхностями /9/. Недостатком этого устройства является узкий диапазон его применения по давлению нагнетаемой жидкости и невозможность его использования в насосах высокого давления, т.к. в известном устройстве тарель выполнена в виде диска с центральным отверстием, что снижает ее прочность.There is also known a valve assembly with a flexible connection of the disk of the plate and a guide rod, which allows to increase the angle of inclination of the plate and completely block the annular gap arising in the valve node when solid particles enter between the sealing surfaces / 9 /. The disadvantage of this device is the narrow range of its application for the pressure of the injected liquid and the inability to use it in high pressure pumps, because in the known device, the plate is made in the form of a disk with a central hole, which reduces its strength.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому при использовании результату является известное из описания полезной модели техническое решение /10/, представляющее собой клапанный узел насоса, содержащий седло с посадочной конической поверхностью и осевым цилиндрическим направляющим отверстием, периферийный кольцевой эластичный уплотнитель, подвижный и подпружиненный тарельчатый клапан, соединенный шаровым шарниром с направляющей крестовиной и контактирующей с направляющим отверстием седла, причем тарельчатый клапан и шар направляющей крестовины подвижно скреплены между собой кольцеобразным разрезным стальным фиксатором, выполненным в виде витка пружины и установленным во внутренней кольцевой выточке центрального глухого цилиндрического отверстия тарельчатого клапана. Описание фиксирующего устройства известного шарового шарнира /сферического соединения/ подробно изложено в /11/.The closest to the claimed invention in terms of technical nature and the result achieved using the technical solution known from the description of the utility model / 10 /, which is a valve assembly of a pump containing a seat with a tapered surface and an axial cylindrical guide hole, a peripheral ring elastic seal, movable and a spring-loaded poppet valve connected by a ball joint to the guide cross and in contact with the guide hole of the seat, when it poppet guide and the ball crosses movably secured between a ring-shaped split steel locking embodied as a coil spring and mounted in the internal annular recess central cylindrical blind hole of the poppet valve. The description of the fixing device of the known spherical joint / spherical connection / is described in detail in / 11 /.

Недостатком прототипа является его ограниченная область применения из-за невозможности использования при нагнетании насосом абразивосодержащих жидкостей, что объясняется следующим.The disadvantage of the prototype is its limited scope due to the inability to use when pumping abrasive liquids, which is explained by the following.

Контактирование двух стальных деталей /фиксатора, выполненного из мягкой стальной проволоки или витка пружины, и стального шара/ первоначально происходит по минимальной поверхности /по линии/, т.к. и шар и виток пружины в сечении представляют собой два круга, между которыми контакт происходит в точке, а с двух сторон относительно этой точки контакта имеются благоприятные для затягивания зерен абразива заходные фаски, способствующие затягиванию и защемлению между подвижными деталями зерен абразива, что вызывает интенсивный износ этих деталей, особенно фиксатора из-за относительно малой величины его поперечного размера /2,5..3 мм/ по по отношению к диаметру шара /20 мм/, а соответственно и их объемов. Кроме того, начальный износ фиксатора и шара приведет к образованию в шаровом шарнире зазора в продольном направлении клапанного узла и далее при возвратно-поступательном и высокочастотном движении тарельчатого клапана /частота циклов в нефтепромысловых насосах может достигать 700 ходов/мин / в абразивной среде будет происходить дополнительный и интенсивный ударно-абразивный износ деталей /особенно стального фиксатора ввиду малых его замеров и низкой твердости по отношению к твердости абразива/ /12, 13/, что приведет к износу в первую очередь выступающей части фиксатора и к выпадению направляющей крестовины из гнезда тарели. Это приведет к нарушению работы клапанного узла и к снижению подачи насоса. Кроме того, это приведет к аварии в насосе и в насосной установке, т.к. в современных насосах с горизонтальным расположением плунжеров и вертикальным расположением в них клапанных узлов один над другим, между которыми движутся плунжера, приближаясь к передней мертвой точке, выпадение стальной направляющей крестовины из тарели нагнетательного клапанного узла, расположенного выше плунжера, произойдет в зону сближения плунжера с крышкой цилиндра насоса и приведет к удару плунжера через стальную крестовину в крышку насоса, т.к. размер крестовины значительно превышает минимальное расстояние между плунжером и крышкой /14, 15, 16/. Удар плунжера в крышку вызовет разрушения в насосе и насосной установке /срыв резьбы в кринке цилиндра или в гидроблоке насоса, срыв шлицев на коренном вале насоса, либо на валу коробки передач, либо на валу силового двигателя, деформацию или поломку станины насоса, либо рамы насосной установки/ Это приведет к значительным затратам на ремонт оборудования.The contacting of two steel parts / retainer made of soft steel wire or a coil of spring, and a steel ball / initially occurs on the minimum surface / along the line /, because and the ball and coil of the spring in cross section are two circles between which the contact occurs at a point, and on both sides of this contact point there are entrance chamfers favorable for tightening the abrasive grains, which facilitate tightening and pinching between the moving parts of the abrasive grains, which causes intense wear of these parts, especially the retainer due to the relatively small size of its transverse size / 2.5..3 mm / in relation to the diameter of the ball / 20 mm /, and accordingly their volumes. In addition, the initial wear of the retainer and the ball will lead to the formation of a gap in the ball joint in the longitudinal direction of the valve assembly and then with reciprocating and high-frequency movement of the poppet valve / the cycle frequency in oilfield pumps can reach 700 strokes / min / in an abrasive medium there will be an additional and intensive impact-abrasive wear of parts / especially steel retainer due to its small measurements and low hardness relative to the hardness of the abrasive / / 12, 13 /, which will lead to wear in the first place strand latch protruding portion and the precipitation of the guide cross slot tareli. This will lead to disruption of the valve assembly and a decrease in pump flow. In addition, this will lead to an accident in the pump and in the pump installation, as in modern pumps with horizontal arrangement of plungers and vertical arrangement of valve assemblies in them one above the other, between which the plunger moves, approaching the front dead center, the falling of the steel guide of the cross from the plate of the injection valve assembly located above the plunger will occur in the zone of approach of the plunger with the cover pump cylinder and will lead to the impact of the plunger through the steel cross in the pump cover, as the size of the cross significantly exceeds the minimum distance between the plunger and the cover / 14, 15, 16 /. A blow of the plunger into the cap will cause damage to the pump and pump installation / thread breakage in the kink of the cylinder or in the hydraulic unit of the pump, disruption of splines on the main shaft of the pump, or on the transmission shaft, or on the shaft of the power engine, deformation or breakdown of the pump frame or pump frame installation / This will result in significant equipment repair costs.

Следует отметить, что поскольку стальной фиксатор контактирует в клапанном узле со стальными деталями одновременно с двух противоположных сторон: вверху с шаром, а внизу с поверхностью выточки гнезда тарельчатого клапана, а абразивные частицы при работе клапанного узла проникают из рабочей жидкости во все зазоры, имеющиеся в клапанном узле, изнашивание тела фиксатора также происходит одновременно с двух сторон, что вдвое сокращает время его разрушения. Поэтому следует предполагать, что при нагнетании насосом абразивных жидкостей, особенно под невысоким давлением и с высокой частотой ходов плунжеров разрушение фиксатора будет происходить раньше, чем разрушение уплотнения между седлом и тарелью, что вызовет аварийную ситуацию при эксплуатации насосных установок, т.к. разрушение фиксатора невозможно контролировать из-за отсутствия соответствующих приборов.It should be noted that since the steel retainer contacts steel parts in the valve assembly at the same time from two opposite sides: at the top with the ball, and below with the surface of the recess of the poppet valve seat, and abrasive particles during operation of the valve assembly penetrate from the working fluid into all the gaps available in valve node, the wear of the body of the retainer also occurs simultaneously on both sides, which halves the time of its destruction. Therefore, it should be assumed that when the pump pumps abrasive liquids, especially under low pressure and with a high frequency of plunger strokes, the destruction of the clamp will occur earlier than the destruction of the seal between the seat and the poppet, which will cause an emergency during operation of the pumping units, as the destruction of the latch cannot be controlled due to the lack of appropriate devices.

Первый случай разрушения фиксатора и выпадение направляющей крестовины в плунжерную камеру насоса уже произошел в феврале 2003 г. при эксплуатационных испытаниях насосной станции БКНС-160×400/80 /16/, перекачивающей попутную воду обратно в подземное хранилище. После 260 ч работы насоса направляющая крестовина выпала из гнезда тарельчатого клапана, попала в плунжерную камеру и заклинила между плунжером и крышкой цилиндра. Благодаря наличию в насосной станции с электроприводом системы электрической защиты сработала автоматика и был выключен электродвигатель.The first case of the destruction of the retainer and the loss of the guide cross in the plunger chamber of the pump already occurred in February 2003 during operational tests of the pump station BKNS-160 × 400/80/16 /, pumping the associated water back to the underground storage. After 260 hours of pump operation, the guide cross fell out of the poppet valve seat, into the plunger chamber and stuck between the plunger and the cylinder cover. Due to the presence of an electric protection system in the pumping station with an electric drive, the automatics triggered and the electric motor was turned off.

В передвижных насосных установках с дизельным приводом автоматической защиты насоса нет, поэтому самопроизвольная разборка клапанного узла при эксплуатации насоса приведет к аварии.In mobile pumping units with a diesel drive, there is no automatic pump protection, so spontaneous disassembly of the valve assembly during operation of the pump will lead to an accident.

Предложенное техническое решение направлено на повышение ресурса и надежности клапанного узла, расширение диапазона его применения, а также обеспечение безопасности при эксплуатации насосных установок и снижение трудоемкости ремонтных работ.The proposed technical solution is aimed at increasing the resource and reliability of the valve assembly, expanding the range of its application, as well as ensuring safety during the operation of pumping units and reducing the complexity of repair work.

Указанный технический результат достигается тем, что в шаровом шарнире между сопрягаемыми поверхностями фиксатора и шара направляющей крестовины установлен эластомерный, например резиновый кольцевой амортизатор, а в шаровом шарнире вдоль продольной оси клапанного узла выполнен упругий натяг. Амортизатор пригуммирован к шару направляющей крестовины. Амортизатор выполнен круглого сечения /в виде тора/ и размещен в кольцевой выточке, выполненной в шаре направляющей крестовины в плоскости, расположенной ниже диаметральной плоскости шара и перпендикулярной продольной оси клапанного узла, причем наружный диаметр размещенного в выточке шара амортизатора выполнен не менее диаметра шара.The specified technical result is achieved by the fact that an elastomeric, for example, a rubber ring shock absorber is installed in the ball joint between the mating surfaces of the retainer and the ball of the guide crosspiece, and an elastic interference fit is made in the ball joint along the longitudinal axis of the valve assembly. The shock absorber is gummed to the ball of the guide crosspiece. The shock absorber is made of circular cross section / in the form of a torus / and is placed in an annular groove made in the ball of the guide cross in a plane located below the diametrical plane of the ball and perpendicular to the longitudinal axis of the valve assembly, and the outer diameter of the shock absorber located in the groove of the ball is made not less than the diameter of the ball.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 показан продольный разрез клапанного узла. На фиг.2 - выноска А на фиг.1 /разрез/, на фиг.3 - то же /вариант/.The invention is illustrated by the drawings shown in figures 1, 2 and 3. Figure 1 shows a longitudinal section of a valve assembly. Figure 2 - callout A in figure 1 / section /, figure 3 is the same / option /.

Клапанный узел насоса состоит из неподвижного седла 1 с наружной посадочной конической поверхностью, устанавливаемого в полости гидроблока насоса. Седло выполнено с внутренним осевым направляющим цилиндрическим отверстием 2 и с верхней раструбной поверхностью 3, являющейся одновременно опорной и уплотняемой.The valve assembly of the pump consists of a fixed seat 1 with an external seating conical surface, mounted in the cavity of the hydraulic unit of the pump. The saddle is made with an inner axial guide cylindrical hole 2 and with an upper bell surface 3, which is both support and sealed.

Также имеется подвижный тарельчатый клапан 4 с конической опорной поверхностью и с закрепленным периферийным кольцевым уплотнителем 5. В нижней части клапана 4 выполнен выступ 6, в котором выполнено центральное глухое цилиндрическое отверстие /гнездо/ 7. В гнезде 7 шарнирно /с возможностью вращения и наклона в любую сторону/ размещена и закреплена направляющая крестовина 8, которая своими лапками с наружными цилиндрическими поверхностями подвижно установлена в осевом отверстии 2 седла 1 и обеспечивает соосность между седлом 1 и клапаном 4, при этом опорная поверхность 3 контактирует с опорной поверхностью клапана 4 и уплотнителем 5 при создании над клапаном 4 давления. Направляющая крестовина 8 в верхней части снабжена соосной с ней шаровой головкой /шаром/ 9 и шейкой 10, причем диаметр шара 9 больше, чем диаметр шейки 10, и равен диаметру центрального отверстия 7 /с обеспечением посадочного зазора/. В нижней части отверстия 7 выполнена внутренняя кольцевая выточка 11 /фиг.2/, например, полукруглого сечения, которая расположена ниже границы соединения шара 9 с шейкой 10. В кольцевой выточке 11 размещен кольцеобразный разрезной стальной фиксатор 12, который заводится в выточку 11 через боковое отверстие в выступе 6 тарели в соответствии с описанием сферических соединений /11/. Боковое отверстие на фиг.1-3 не показано. Между поверхностями возможного контакта шара 9 и фиксатора 12 установлен эластомерный, например, резиновый кольцевой амортизатор 13, выполненный, например в виде кольца прямоугольного сечения. Возможен также вариант амортизатора 13, повторяющего формы сопрягаемых с ним поверхностей шара 9 и фиксатора 12, для чего потребуется изготовление более сложной оснастки /пресс-формы/, что повысит себестоимость клапанного узла. После сборки в шаровом шарнире выполнен упругий натяг за счет того, что толщина эластомерного амортизатора выполнена на 5...15% больше, чем кратчайшее расстояние между поверхностями шара 9 и фиксатора 12. Поэтому при сборке шарового шарнира эластомерный амортизатор упруго деформируется, его форма приобретает формы сопрягаемых с ним деталей /шара 9 и фиксатора 12/ и в соединении создается осевой упругий натяг, в результате чего и шар 9 и фиксатор 12 плотно прижимаются к упорным поверхностям в гнезде 7 клапана 4 и исключаются их продольные перемещения при работе клапанного узла, способствующие интенсивному ударно-абразивному изнашиванию контактирующих между собой стальных деталей в абразивной среде, т.к. твердость абразива /кварцевого песка/ намного превышает твердость контактирующих стальных деталей в клапанном узле. Монтаж направляющей крестовины 8 в гнездо 7 тарельчатого клапана 4 производится следующим образом. Эластомерный амортизатор 13 в виде плоского резинового кольца прямоугольного сечения /в виде шайбы/ растягивают на 30...35% /при допускаемой для эластомера 160...250%/ и надевают на шейку 10 через шap 9. Затем шар 9 с надетым амортизатором 13 вводят до упора в гнездо 7 тарельчатого клапана 4 и далее специальной монтировкой амортизатор 13 плотно трамбуют в направлении шара 9, особенно периферийную его кромку. Для удобства монтажа амортизатор 13 гуммируют к шару 9. Затем устанавливают разрезной стальной фиксатор 12, заводя через тангенциальное отверстие выступа 6 тарели 4 мягкую стальную проволоку /11/.There is also a movable poppet valve 4 with a conical abutment surface and with a fixed peripheral O-ring seal 5. At the bottom of the valve 4, a protrusion 6 is made, in which a central blind cylindrical hole / socket / 7 is made. In the socket 7, it is pivotally / rotatable and inclined in any side / placed and fixed guide cross 8, which with its legs with outer cylindrical surfaces is movably mounted in the axial hole 2 of the seat 1 and provides alignment between the seat 1 and the valve 4, etc. and this supporting surface 3 is in contact with the supporting surface of the valve 4 and the seal 5 when creating pressure over the valve 4. The guide cross 8 in the upper part is provided with a coaxial ball head / ball / 9 and a neck 10, and the diameter of the ball 9 is larger than the diameter of the neck 10 and equal to the diameter of the central hole 7 / providing a landing clearance /. In the lower part of the hole 7, an inner annular undercut 11 / Fig. 2/ is made, for example, of a semicircular section, which is located below the boundary of the connection of the ball 9 with the neck 10. An annular split steel retainer 12 is placed in the annular undercut 11, which is inserted into the undercut 11 through the lateral the hole in the protrusion 6 of the plate in accordance with the description of spherical connections / 11 /. The side opening in FIGS. 1-3 is not shown. Between the surfaces of the possible contact of the ball 9 and the latch 12, an elastomeric, for example, a rubber annular shock absorber 13 is installed, made, for example, in the form of a ring of rectangular cross section. A variant of the shock absorber 13 is also possible, repeating the shapes of the surfaces of the ball 9 and the retainer 12 mating with it, which will require the manufacture of more complex equipment / molds, which will increase the cost of the valve assembly. After assembly, the elastic hinge is made in the ball joint due to the fact that the thickness of the elastomeric shock absorber is 5 ... 15% greater than the shortest distance between the surfaces of the ball 9 and the retainer 12. Therefore, when assembling the ball joint, the elastomer shock absorber is elastically deformed and acquires its shape forms of the mating parts / ball 9 and retainer 12 / and an axial elastic tension is created in the joint, as a result of which both ball 9 and retainer 12 are tightly pressed against the abutment surfaces in socket 7 of valve 4 and their longitudinal displacements are excluded during operation of the valve assembly, contributing to intensive shock-abrasive wear of steel parts in contact with each other in an abrasive medium, because the hardness of the abrasive / silica sand / is much higher than the hardness of the contacting steel parts in the valve assembly. Mounting the guide cross 8 in the socket 7 of the poppet valve 4 is as follows. The elastomeric shock absorber 13 in the form of a flat rubber ring of rectangular cross section / in the form of a washer / is stretched by 30 ... 35% / with a tolerance of 160 ... 250% for the elastomer / and put on the neck 10 through cap 9. Then the ball 9 with the shock absorber on 13 are inserted all the way into the seat 7 of the poppet valve 4 and then, with a special mount, the shock absorber 13 is densely rammed in the direction of the ball 9, especially its peripheral edge. For ease of installation, the shock absorber 13 is gummed to the ball 9. Then, a split steel retainer 12 is installed, leading through the tangential hole of the protrusion 6 of the plate 4 a soft steel wire / 11 /.

Сверху над собранным и установленным в седло 1 тарельчатым клапаном 4 установлена пружина сжатия 14, которая верхней частью упирается в упор или крышку, расположенные в гидроблоке насоса, и обеспечивает поджатие тарельчатого клапана 4 к седлу 1.On top of the poppet valve 4 assembled and installed in the seat 1, a compression spring 14 is installed, which upper part rests on the stop or cover located in the hydraulic unit of the pump and ensures that the poppet valve 4 is pressed against the seat 1.

Применение в клапанном узле амортизатора прямоугольного сечения требует увеличения продольного размера /глубины/ осевого отверстия 7 в тарельчатом клапане 4 и увеличения его размера и массы. Поэтому предложен вариант эластомерного амортизатора, выполненный в виде кольца круглого сечения /тора/, не требующий увеличения глубины гнезда тарели.The use of a rectangular shock absorber in the valve assembly requires an increase in the longitudinal size / depth / axial hole 7 in the poppet valve 4 and an increase in its size and weight. Therefore, a variant of the elastomeric shock absorber, made in the form of a ring of circular cross section / torus /, does not require increasing the depth of the plate socket.

Устройство клапанного узла с эластомерным амортизатором в виде тора 15 /фиг.3/ отличается тем, что торообразный амортизатор 15, растягивая, надевают через шаровую головку 9 и устанавливают в кольцевую выточку 16, выполненную в нижней части шаровой головки в плоскости, расположенной ниже диаметральной плоскости шара 9 и перпендикулярной продольной оси клапанного узла. После монтажа наружный диаметр размещенного в выточке 16 торообразного амортизатора 15 равен или несколько превышает /на 5...15%/ диаметр шаровой головки 9. Диаметр поперечного сечения торообразного амортизатора 15 также на 5...15% превышает кратчайшее расстояние между поверхностями фиксатора 12 и стенкой выточки 16, в которую упирается амортизатор 15 /расположенную в верхней части выточки 16/. При сборке шарового шарнира эластомерный амортизатор 15 также упруго деформируется в полости гнезда 7 тарельчатого клапана и тем самым обеспечивает осевой упругий натяг в шаровом шарнире клапанного узла, в результате чего фиксатор 12 и шаровая головка 9 плотно прижимаются к упорным поверхностям в гнезде тарельчатого клапана и исключаются их продольные перемещения при работе клапанного узла в насосе. Монтаж разрезного стального фиксатора 12 производится аналогично описанному выше /11/.The device of the valve assembly with an elastomeric shock absorber in the form of a torus 15 (Fig. 3/) is characterized in that the toroidal shock absorber 15 is pulled through a ball head 9 and stretched into an annular recess 16 made in the lower part of the ball head in a plane located below the diametrical plane ball 9 and perpendicular to the longitudinal axis of the valve assembly. After installation, the outer diameter of the toroidal shock absorber 15 located in the recess 16 is equal to or slightly exceeds / by 5 ... 15% / the diameter of the ball head 9. The cross-sectional diameter of the toroidal shock absorber 15 is also 5 ... 15% greater than the shortest distance between the surfaces of the retainer 12 and the wall of the recess 16, which abuts the shock absorber 15 / located in the upper part of the recess 16 /. When assembling the ball joint, the elastomeric shock absorber 15 is also elastically deformed in the cavity of the poppet valve seat 7 and thereby provides an axial elastic tension in the ball joint of the valve assembly, as a result of which the latch 12 and the ball head 9 are tightly pressed against the abutment surfaces in the poppet valve socket and are excluded longitudinal displacements during the operation of the valve assembly in the pump. Installation of a split steel latch 12 is carried out similarly to that described above / 11 /.

В качестве эластомерного торообразного амортизатора 15 может быть использовано эластичное уплотнительное кольцо, выпускаемое отечественной промышленностью по ГОСТ 9833-73/ГОСТ 18829-73, что позволит использовать уже освоенное и отлаженное оборудование и оснастку /пресс-формы, приспособления/ и тем самым ускорить и удешевить производство новых клапанных узлов /17/.As an elastomeric toroidal shock absorber 15, an elastic sealing ring manufactured by domestic industry according to GOST 9833-73 / GOST 18829-73 can be used, which will allow the use of already mastered and debugged equipment and accessories / molds, devices / and thereby speed up and reduce the cost of production of new valve assemblies / 17 /.

Клапанный узел насоса работает следующим образомThe valve assembly of the pump operates as follows

При ходе всасывания плунжера происходит всасывание рабочей жидкости, содержащей абразивные частицы, тарельчатый клапан 4 отрывается от седла 1 и поднимается, при этом порция жидкости из всасывающей полости, расположенной ниже всасывающего тарельчатого клапана 4, перетекает в полость цилиндра насоса /в плунжерную камеру/, расположенную выше всасывающего клапана. При нагнетательном ходе плунжера последний проталкивает эту порцию в нагнетательную линию насоса, расположенную над нагнетательным клапаном 4, последний при этом открывается, а всасывающий клапан закрывается, отсекая всасывающую линию от нагнетательной. Далее цикл в насосе повторяется. При закрытии всасывающего или нагнетательного клапана происходит защемление наиболее крупной твердой частицы между контактирующими рабочими поверхностями 3 седла 1 и тарели 4, при этом тарель 4 повернется относительно центра шара 9 в противоположную сторону от этой частицы и уменьшит зазор между контактирующими поверхностями седла 1 и тарельчатого клапана 4, при этом кольцевой зазор между стенкой отверстия 7, расположенный у торца выступа 6 клапана 4, и шейкой 10 с одной стороны оси симметрии клапана 4 уменьшится, а с другой стороны увеличится. Поскольку между поверхностями шара 9 и кольцеобразного стального фиксатора 12 установлен эластомерный /резиновый/ кольцевой амортизатор 13, он не будет препятствовать повороту тарельчатого клапана 4, т.к. он будет деформироваться, а при последующем подъеме клапана 4 упругие свойства амортизатора 13 восстановят первоначальную перпендикулярность тарели 4 к оси направляющей крестовины. Кроме того, созданный в шаровом шарнире продольный упругий натяг за счет увеличенной толщины на 5...15% эластомерного амортизатора 13 по сравнению о кратчайшим расстоянием между поверхностями шара 9 и фиксатора 12 будет обеспечивать плотное прижатие нижней части фиксатора 12 к поверхности выточки 11 в выступе 6 клапана 4 и тем самым ограничит подвижность фиксатора 12 в выточке 11, ограничит проникновение абразивных частиц в зазор между этими поверхностями и значительно уменьшит абразивный износ нижней части фиксатора 12 и поверхности выточки, контактирующей с фиксатором 12. Проникшие из рабочей среды в шаровой шарнир выше фиксатора 12 абразивные частицы при наличии эластомерного амортизатора 13 теряют свою абразивную активность /18/, благодаря чему резко снижается износ трущейся поверхности фиксатора 12, контактирующей с поверхностью эластомерного амортизатора, т.к. абразивные частицы будут поглощаться в теле эластомерного амортизатора 13 и не смогут создавать на поверхность фиксатора высокого давления, какое они оказывали бы в случае контакта фиксатора 12 с шаром 9 при их непосредственном контакте в прототипе /10/. Проведенными исследованиями /19/ установлено, что при сжатии единичного зерна кварцевого песка диаметром 0,3 мм между двумя твердыми пластинами /сталь стекло/ разрушение зерна происходило при нагрузке на пластину 0,7 кгс, при этом зерно дробилось, образуя мелкие и острые осколки, способные повреждать в дальнейшем твердую стальную поверхность при трении. При сжатии такого не зерна между твердой и эластомерной пластинами /стекло-резина/ зерно при нагрузке 0,1 кгс вдавливалось в тело резиновой пластины без разрушения, сохраняя свою округлую форму, а при снятии нагрузки оно упругими силами резиновой пластины выдавливалось из нее. При изнашивании в водной среде, содержащей абразив /кварцевый песок/, при возвратно-поступательном скольжении износостойкость твердой детали в паре трения /резина - твердое тело/ была значительно выше, чем износостойкость такой же детали при изнашивании двух трущихся твердых тел. Аналогичные результаты получены в исследованиях /18, 20/.During the suction of the plunger, the fluid containing the abrasive particles is sucked in, the poppet valve 4 is detached from the seat 1 and rises, while a portion of the fluid from the suction cavity located below the suction poppet valve 4 flows into the cavity of the pump cylinder / into the plunger chamber / located above the suction valve. During the discharge stroke of the plunger, the latter pushes this portion into the pump discharge line located above the discharge valve 4, the latter opens and the suction valve closes, cutting off the suction line from the discharge. Next, the cycle in the pump is repeated. When closing the suction or discharge valve, the largest solid particle is pinched between the contacting working surfaces 3 of the seat 1 and the plate 4, while the plate 4 will rotate relative to the center of the ball 9 in the opposite direction from this particle and reduce the gap between the contacting surfaces of the seat 1 and the poppet valve 4 while the annular gap between the wall of the hole 7, located at the end of the protrusion 6 of the valve 4, and the neck 10 on one side of the axis of symmetry of the valve 4 will decrease, and on the other hand will increase . Since an elastomeric / rubber / annular shock absorber 13 is installed between the surfaces of the ball 9 and the ring-shaped steel retainer 12, it will not prevent the rotation of the poppet valve 4, because it will deform, and with the subsequent rise of the valve 4, the elastic properties of the shock absorber 13 will restore the original perpendicularity of the plate 4 to the axis of the guide cross. In addition, the longitudinal elastic interference created in the ball joint due to the increased thickness of 5 ... 15% of the elastomeric shock absorber 13 compared to the shortest distance between the surfaces of the ball 9 and the retainer 12 will ensure that the lower part of the retainer 12 is tightly pressed against the surface of the undercut 11 in the protrusion 6 of valve 4 and thereby limit the mobility of the retainer 12 in the undercut 11, limit the penetration of abrasive particles into the gap between these surfaces and significantly reduce the abrasive wear of the lower part of the retainer 12 and the undercut surface, aktiruyuschey with a clamp 12. The permeate from the working medium in the ball joint clamp 12 above the abrasive particles in the presence of the elastomer damper 13 lose their activity abrasive / 18 /, thus drastically decreases wear of the friction surface of the retainer 12 in contact with the surface of the elastomer suspension because abrasive particles will be absorbed in the body of the elastomeric shock absorber 13 and will not be able to create on the surface of the high pressure retainer, which they would have had if the retainer 12 had contact with the ball 9 when they were in direct contact in the prototype / 10 /. The studies / 19 / established that when compressing a single grain of quartz sand with a diameter of 0.3 mm between two hard plates / steel glass / grain destruction occurred when the load on the plate was 0.7 kgf, while the grain was crushed, forming small and sharp fragments, capable of further damaging a solid steel surface during friction. When such non-grain is compressed between hard and elastomeric plates / glass-rubber / grain at a load of 0.1 kgf, it is pressed into the body of the rubber plate without breaking, maintaining its rounded shape, and when the load is removed, it is squeezed out of it by the elastic forces of the rubber plate. When wearing in an aqueous medium containing abrasive / quartz sand /, when sliding back and forth, the wear resistance of a solid part in a friction pair / rubber - solid / was significantly higher than the wear resistance of the same part when two rubbing solids wear out. Similar results were obtained in studies / 18, 20 /.

Из изложенного видно, что установка в шаровом шарнире клапанного узла эластомерного амортизатора 13, разделяющего и исключающего непосредственное контактирование стальных фиксатора 12 и шара 9, резко /во много раз/ повышает износостойкость наиболее ответственной детали - фиксатора 12 при нагнетании насосом абразивосодержащих жидкостей и создает срок его службы значительно большим, чем срок службы уплотнителя 5 и уплотнения между седлом 1 и тарельчатым клапаном 4. В этом случае замена в эксплуатируемом насосе отработанного клапанного узла будет происходить не по неконтролируемому выходу из строя шарового шарнира, создающему аварию в насосе и опасную обстановку для обслуживающего персонала, а по выходе из строя уплотнительной части клапанного узла, контролируемому установленным на насосе манометром, т.к. разрушения уплотнителя 5 и опорной поверхности седла 8 ведут к падению давления в нагнетательной линии насоса, контролируемыми приборами.It can be seen from the above that the installation of an elastomeric shock absorber 13 in the ball joint of the valve assembly that separates and eliminates direct contact of the steel retainer 12 and the ball 9 dramatically / many times / increases the wear resistance of the most critical part - the retainer 12 when the pump is pumped with abrasive liquids and creates a period of its service life is much longer than the service life of the seal 5 and the seal between the seat 1 and the poppet valve 4. In this case, the replacement in the operating pump of the used valve assembly b This happens not because of the uncontrolled failure of the ball joint, which creates an accident in the pump and a dangerous situation for the service personnel, but when the sealing part of the valve assembly fails, controlled by a pressure gauge installed on the pump, because the destruction of the seal 5 and the supporting surface of the seat 8 lead to a pressure drop in the discharge line of the pump, controlled by devices.

Гуммирование контактирующей со стальным фиксатором поверхности шара 9 облегчает монтаж направляющей крестовины 8 в тарельчатом клапане 4 и исключает зазор между поверхностью шара 9 и эластомерным амортизатором, в котором могут скапливаться абразивные частицы. Однако гуммирование шара - трудоемкий процесс и требует дополнительных затрат /изготовление сложной пресс-формы, приспособлений и процесса гуммирования/.The gumming of the surface of the ball 9 in contact with the steel clamp facilitates the installation of the guide cross 8 in the poppet valve 4 and eliminates the gap between the surface of the ball 9 and the elastomeric shock absorber, in which abrasive particles can accumulate. However, gumming a ball is a laborious process and requires additional costs / manufacturing a complex mold, tools and gumming process /.

Работа наиболее перспективной конструкции клапанного узла насоса с торообразным эластомерным амортизатором /фиг.3/ практически не отличается от работы вышеописанной конструкции клапанного узла /фиг.2/, за исключением того, что применение горообразного эластомерного амортизатора 15, размещенного в кольцевой выточке 16, выполненной в шаре 9 направляющей крестовины у в плоскости, расположенной ниже диаметральной плоскости О-О шара 9 и перпендикулярной продольной оси клапанного узла, при этом наружный диаметр размещенного в выточке шара амортизатора имеет диаметр не менее диаметра шара, позволяет уменьшить габарит тарельчатого клапана 4 вдоль продольной его оси, соответственно уменьшить его массу, что очень важно при работе быстроходных насосов, облегчить монтаж направляющей крестовины 8 с установленным в кольцевой выточке 16 эластомерным амортизатором 15 и удешевить производство клапанных узлов за счет применения в качестве эластомерных амортизаторов 15 освоенных отечественной промышленностью эластичных уплотнительных колец, выпускаемых по ГОСТ 9833-73/ГОСТ 18829-73 /17/.The work of the most promising design of the valve assembly of the pump with a toroidal elastomeric shock absorber / Fig. 3/ practically does not differ from the work of the above-described design of the valve assembly / Fig. 2/, except that the use of a mountainous elastomeric shock absorber 15 located in the annular recess 16, made in ball 9 of the guide cross u in a plane located below the diametrical plane O-O of the ball 9 and perpendicular to the longitudinal axis of the valve assembly, while the outer diameter of the amor located in the undercut of the ball the isator has a diameter of at least the diameter of the ball, allows you to reduce the size of the poppet valve 4 along its longitudinal axis, respectively, reduce its weight, which is very important when running high-speed pumps, facilitate the installation of the guide cross 8 with an elastomeric shock absorber 15 installed in the ring recess 16 and reduce the cost of valve production nodes due to the use of 15 elastic sealing rings developed by the domestic industry as elastomeric shock absorbers, manufactured in accordance with GOST 9833-73 / GOST 18829-73 / 17 /.

Т.о. предложенное техническое решение позволяет повысить ресурс и надежность клапанного узла, расширить диапазон его применения, а также обеспечить безопасность при эксплуатации насосных установок и снизить трудоемкость ремонта насосов и установок.T.O. the proposed technical solution allows to increase the resource and reliability of the valve assembly, to expand the range of its application, as well as to ensure safety during the operation of pumping units and reduce the laboriousness of repairing pumps and installations.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной ниже формулы изобретения, подтверждается возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов с получением ожидаемого технического результата.For the claimed invention, in the form described in the independent clause of the claims below, the possibility of its implementation using the means and methods described above and known prior to the priority date is confirmed, with the expected technical result.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.Therefore, the claimed facility meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.

ЛитератураLiterature

1. Патент США №2745681, 1952.1. US patent No. 2745681, 1952.

2. Патент США №3409039, 1958.2. US patent No. 3409039, 1958.

3. А.с. СССР №181927, 1966.3. A.S. USSR No. 181927, 1966.

4. А.с. СССР №253508, 1969.4. A.S. USSR No. 253508, 1969.

5. Патент CШA №4076212, 1978.5. US patent No. 4076212, 1978.

6. В.Н.Покровская. Пути повышения эффективности гидротранспорта. М., "Недра", 1972, с. 56.6. V.N.Pokrovskaya. Ways to increase the efficiency of hydrotransport. M., "The bowels", 1972, p. 56.

7. А.с. СССР №666288, 1979.7. A.S. USSR No. 666288, 1979.

8. А.с. СССР №1617231, 1990.8. A.S. USSR No. 1617231, 1990.

9. Патент РФ №2020351, 1994.9. RF patent No. 2020351, 1994.

10. Полезная модель РФ №1351, М. кл. Р 16 К 15/06, 1995.10. Utility model of the Russian Federation No. 1351, M. cl. P 16 K 15/06, 1995.

11. П.И.Орлов. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие” Кн. I. М., "Машиностроение", 1988, с. 369, рис.418 X, с. 372, рис.424 V.11. P.I. Orlov. Design Basics. Reference and methodological manual ”Prince. I. M., "Engineering", 1988, p. 369, fig. 418 X, p. 372, fig. 424 V.

12. В.Н.Виноградов и др. Абразивное изнашивание, М., "Машиностроение", 1990.12. V.N. Vinogradov and others. Abrasive wear, M., "Engineering", 1990.

13. В.А.Коротков. Автореферат дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук "Методика исследования и закономерности изнашивания углеродистой стали при ударе о незакрепленный абразив". М., 1970.13. V.A. Korotkov. Abstract of diss. for the degree of Cand. tech. Sciences "Research methodology and patterns of wear of carbon steel upon impact of loose abrasive." M., 1970.

14. А.С. СССР №1059248, 1983, фиг.2.14. A.S. USSR No. 1059248, 1983, figure 2.

15. А.Г.Молчанов и др. Нефтепромысловые машины и механизмы. М., "Недра", 1976.15. A.G. Molchanov and others. Oilfield machines and mechanisms. M., "The bowels", 1976.

16. Р.Е.Газаров и др. "Новая блочная кустовая насосная станция". Научно-технич. журнал "Конверсия в машиностроении", 1999, с. 77.16. R.E.Gazarov and others. "New block cluster pumping station." Scientific and technical. Journal "Conversion in Mechanical Engineering", 1999, p. 77.

17. Резиновые уплотнительные кольца круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. ГОСТ 9833-73/ГОСТ 18829-73, 1973. Технические требования.17. Rubber O-rings for hydraulic and pneumatic devices. GOST 9833-73 / GOST 18829-73, 1973. Technical requirements.

18. М.М.Тененбаум. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин. М., "Машиностроение", 1966, с. 245.18.M.M. Tenenbaum. Wear resistance of structural materials and machine parts. M., "Engineering", 1966, p. 245.

19. Ю.М.Авилкин. Автореферат дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук "Повышение долговечности стеклопокрытий насосно-компрессорных труб при штанговой насосной добыче нефти, содержащей абразив". М., 1972.19. Yu.M. Avilkin. Abstract of diss. for the degree of Cand. tech. Sciences "Improving the durability of glass coatings of tubing for sucker rod oil production containing abrasive." M., 1972.

20. Н.С.Пенкин. Гуммированные детали машин. М., "Машиностроение", 1977, с. 24.20. N.S. Penkin. Gummed machine parts. M., "Engineering", 1977, p. 24.

Claims

1. The valve assembly of the pump comprising a seat with a tapered surface and an axial cylindrical guide hole, a peripheral ring elastic seal, a movable and spring-loaded poppet valve connected by a ball joint to a guide crosspiece in contact with the guide hole of the seat, the poppet valve and the ball of the guide crosspiece movably fastened together by an annular split steel retainer, made in the form of a coil of spring and installed in the inner annular ytochke central blind bore of the poppet valve, characterized in that the ball joint between the mating surfaces of the ball retainer and guide crosspiece is mounted an elastomeric, for example rubber, an annular damper and a ball joint along the longitudinal axis of the valve assembly is made elastic preload.

2. The valve assembly of the pump according to claim 1, characterized in that the shock absorber is cumulated to the ball of the guide cross.

3. The valve assembly of the pump according to claim 1, characterized in that the shock absorber is made of a circular cross section in the form of a torus and is placed in an annular groove made in the ball of the guide cross in a plane located below the diametrical plane of the ball and perpendicular to the longitudinal axis of the valve assembly, the outer diameter The shock absorber located in the undercut of the ball is made not less than the diameter of the ball of the guide cross.