RU2797332C1 - Всасывающий клапан штангового насоса - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для добычи нефти из скважин, в том числе высоковязких. Узел всасывающего клапана штангового насоса содержит седло 3, запорный элемент 6, соединенный в нижней части со стержнем 8, подвижно установленным в направляющей втулке 5. Элемент 6 выполнен в виде сферы, коаксиально соединенной со стержнем 8. Снизу стержня 8 закреплен груз 9. В верхней части сферы выше линии сопряжения с седлом 3 и под углом к вертикали выполнены прорези, образующие лопасти 7. Верхняя поверхность седла 3 выполнена под углом к горизонтали. Проходное отверстие в седле 3 выполнено перпендикулярно к верхней поверхности седла 3 таким образом, чтобы ось отверстия в плоскости сопряжения элемента 6 с седлом 3 совпадала с осью стержня 8. Над элементом 6 установлен ограничитель хода 2 в виде полусферы. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной эффективности и надежности работы узла всасывающего клапана штангового насоса. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для добычи нефти из скважин, в том числе, высоковязких.

Известны стандартные клапанные узлы глубинных штанговых насосов (каталог ОАО «Ижнефтемаш» - Глубинные штанговые насосы, ред. 5-2009, 151 стр.), содержащие корпус клапана, седло клапана, держатель седла клапана и запорный элемент в виде шара.

Недостатком указанных клапанных узлов является вероятность несвоевременной посадки шара на седло, возможность зависания или залипания шара, особенно при перекачивании вязкой и высоковязкой жидкости, и, как следствие, могут происходить значительные утечки жидкости через клапан.

Известен всасывающий клапан штангового насоса для добычи высоковязкой нефти (см. RU 121016 U1, кл. F04B 47/00, 01.2006), содержащий цилиндр, плунжер с управляемым нагнетательным шток-клапаном, корпус всасывающего клапана с выполненным в нем седлом и всасывающий клапан в виде шток-клапана, установленный в направляющих с возможностью ограниченного осевого перемещения.

Недостатком всасывающего клапана данного штангового насоса является необходимость притирания их запорных поверхностей, недолговечность запорного элемента и седла, изменение их геометрии и потеря герметичности.

Известен узел всасывающего клапана скважинного штангового насоса (см. RU 2555432 С1, кл. F04B 47/00, 01.2006), содержащий цилиндр, шток-плунжер с седлом и узлом нагнетательного клапана, выполненным в виде полусферы, узел всасывающего клапана с запорным элементом в виде полусферы, закрепленной на стержне, подвижно установленный в направляющих втулках. Данный узел всасывающего клапана по технической сущности и достигаемому результату наиболее близок к предлагаемому узлу всасывающего клапана штангового насоса, и его можно взять за прототип.

Недостатком узла всасывающего клапана данного скважинного штангового насоса является сложность обеспечения соосности направляющих втулок в разных плоскостях корпуса всасывающего клапана, уменьшение проходного сечения в районе направляющей втулки над запорным элементом, возникновение завихрений потока в горизонтальной плоскости полусферы запорного элемента, создание дополнительных гидравлических сопротивлений в приемной камере клапанного узла.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эксплуатационной эффективности и надежности работы узла всасывающего клапана штангового насоса.

Поставленный технический результат достигается описываемым всасывающим клапаном штангового насоса, содержащим седло, запорный элемент, соединенный в нижней части со стержнем, подвижно установленным в направляющей втулке.

Новым является то, что запорный элемент выполнен в виде сферы, коаксиально соединенной со стержнем, снизу стержня закреплен груз, в верхней части сферы выше линии сопряжения с седлом и под углом к вертикали выполнены прорези, образующие лопасти, верхняя поверхность седла выполнена под углом к горизонтали, проходное отверстие в седле выполнено перпендикулярно к верхней поверхности седла таким образом, чтобы ось отверстия в плоскости сопряжения запорного элемента с седлом совпадала с осью стержня, над запорным элементом установлен ограничитель хода в виде полусферы.

Совокупность отличительных признаков предлагаемого узла всасывающего клапана штангового насоса позволяет решить поставленную техническую проблему.

Всасывающий клапан штангового насоса в открытом положении схематично изображен на фиг. 1, седло клапана с верхней поверхностью под углом к горизонтали - на фиг. 2.

Всасывающий клапан (см. фиг. 1) штангового насоса содержит корпус 1 с ограничителем осевого перемещения 2, седло клапана 3 с верхней поверхностью, выполненной под углом к горизонтали (см. фиг. 1, 2), поджимной центратор 4 с направляющей втулкой 5, запорный элемент 6, выполненный в виде сферы с прорезями, образующими на поверхности сферы лопасти 7, стержень 8, груз 9, переходную муфту 10.

Всасывающий клапан работает следующим образом:

При ходе плунжера вверх над запорным элементом 6 создается разрежение, за счет перепада давления сфера запорного элемента 6 со стержнем 8 и грузом 9, двигаясь в направляющей втулке 5 поджимного центратора 4, поднимается вверх, а при максимальном подъеме до упора в ограничитель осевого перемещения 2, открывая кольцевой зазор между сферой запорного элемента 6 и седлом клапана 3, верхняя поверхность которого выполнена под углом к горизонтали, при этом жидкость из подклапанной полости через переходную муфту 10, проходные периферийные каналы поджимного центратора 4, по проходному отверстию седла клапана 3, выполненному перпендикулярно к его верхней поверхности поступает в приемную полость корпуса 1, где обтекает запорный сферический элемент 6 и, проходя через прорези, образующие лопасти 7, создает вращательный момент, далее через увеличенные периферийные проходные каналы ограничителя осевого перемещения 2 поступает в надклапанную полость и далее в цилиндр насоса (на рисунке не показана).

При ходе плунжера вниз запорный элемент 6 под действием своего веса, веса стержня 8 с грузом 9 садится на седло клапана 3 по линии сопряжения верхней поверхности седла, выполненной под углом к горизонтали, и изолирует надклапанную полость от подклапанной полости (на рисунке не показаны).

Выполнение всасывающего клапана штангового насоса с запорным элементом 6 в виде сферы, коаксиально соединенной в нижней части со стержнем 8, подвижно установленным в направляющей втулке 5, с закрепленным снизу грузом 9, обеспечивает увеличенный вес запорного элемента 6 со смещенным вниз центром тяжести и с ограничителем хода в виде полусферы, позволяет обеспечить надежное срабатывание при посадке запорного элемента 6 на седло клапана 3, уменьшить вероятность его зависания, залипания и запаздывания закрытия.

Выполнение запорного элемента 6 в виде сферы со стержнем 8, грузом 9 и подвижно установленным в направляющей втулке 5, обеспечивает расположение его по центру клапана и предотвращает возможность хаотичного движения запорного элемента 6 в корпусе 1, обеспечивает нормализацию потока жидкости при обтекании сферической поверхности и снижает гидравлическое сопротивление.

Выполнение в верхней части сферы запорного элемента 6 выше линии сопряжения с седлом, под углом к вертикали прорезей, образующих лопасти 7, способствует возникновению вращательного момента на лопастях 7, обеспечивая дополнительное центрирование в потоке жидкости сферического запорного элемента 6 относительно седла 3, обеспечивая надежную и эффективную его посадку на седло 3.

Выполнение верхней поверхности седла 3 под углом к горизонтали с проходным отверстием, выполненном перпендикулярно к верхней поверхности седла, образующим окружность наклонной линии сопряжения, в сочетании с запорным элементом 6 в виде сферы с лопастями 7, за счет возникновения вращательного момента на лопастях 7, позволяет получить последовательный поворот на некоторый угол запорного элемента 6 при посадке на седло 3 и, в результате, получить область последовательно меняющихся точек соприкосновения на контактной поверхности сферы, обеспечить постоянно смещаемую линию сопряжения запорного элемента 6 с седлом 3, что значительно расширяет зону контакта с наклонной линией сопряжения седла 3, обеспечивает равномерный износ нижней контактной поверхности сферы.

Проходное отверстие седла 3 выполнено перпендикулярно к его верхней поверхности и под углом к вертикальной оси клапана таким образом, чтобы ось отверстия в плоскости сопряжения запорного элемента с седлом совпадала с осью стержня 8, что обеспечивает правильную геометрию окружности отверстия, его расположения и расположение стержня 8 по вертикальной оси клапана, обеспечивая «четкую» посадку сферы запорного элемента 6 с наклонной линией сопряжения седла 3.

Выполнение в корпусе 1 ограничителя осевого перемещения 2 в виде полусферы и запорного элемента 6 в виде сферы с лопастями 7 позволяет обеспечить минимальную «точечную» площадь контакта ограничителя осевого перемещения 2 с запорным элементом 6 в верхней точке подъема при максимальном его ходе вверх, что значительно снижает вероятность его «залипания» с ограничителем осевого перемещения 2 и оставляет возможность радиального поворота запорного элемента 6 в потоке жидкости.

Использование предлагаемого всасывающего клапана штангового насоса позволяет повысить эксплуатационную надежность работы всасывающего клапана, эффективность эксплуатации штангового насоса, расширить области применения.

Claims (1)

1. Узел всасывающего клапана штангового насоса, содержащий седло, запорный элемент, соединенный в нижней части со стержнем, подвижно установленным в направляющей втулке, отличающийся тем, что запорный элемент выполнен в виде сферы, коаксиально соединенной со стержнем, снизу стержня закреплен груз, в верхней части сферы выше линии сопряжения с седлом и под углом к вертикали выполнены прорези, образующие лопасти, верхняя поверхность седла выполнена под углом к горизонтали, проходное отверстие в седле выполнено перпендикулярно к верхней поверхности седла таким образом, чтобы ось отверстия в плоскости сопряжения запорного элемента с седлом совпадала с осью стержня, над запорным элементом установлен ограничитель хода в виде полусферы.

Images