RU87745U1

RU87745U1 - CHECK VALVE

Info

Publication number: RU87745U1
Application number: RU2009123117/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Яковлевич Скатов
Original assignee: Александр Яковлевич Скатов
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2009-10-20

Abstract

1. Обратный клапан, содержащий корпус, седло, запорный элемент и тонкостенный направляющий элемент, отличающийся тем, что указанный направляющий элемент выполнен в виде трубы с гофрированными в продольном направлении стенками. ! 2. Обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что складки-гофры стенок направляющего элемента направлены под углом к его оси. ! 3. Обратный клапан по п.2, отличающийся тем, что величина угла между осью направляющего элемента и направлением складки лежит в пределах 5…30°.1. A check valve comprising a housing, a seat, a locking element and a thin-walled guide element, characterized in that said guide element is made in the form of a pipe with walls corrugated in the longitudinal direction. ! 2. The check valve according to claim 1, characterized in that the folds-corrugations of the walls of the guide element are directed at an angle to its axis. ! 3. The check valve according to claim 2, characterized in that the angle between the axis of the guide element and the direction of the fold is in the range of 5 ... 30 °.

Description

Предложение относится к элементам внутрискважинного оборудования, связанного с добычей нефти, предотвращающим обратный поток жидкости (обратные клапаны), управляемым перепадом давлений среды по обе стороны клапана и преимущественно устанавливаемым на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб. Иногда такие устройства называют дифференциальными клапанами.The proposal relates to elements of downhole equipment associated with oil production, preventing backflow of fluid (check valves), controlled by the differential pressure of the medium on both sides of the valve and mainly installed on the lower end of the tubing string. Sometimes such devices are called differential valves.

Известен обратный клапан, содержащий корпус, внутри которого расположены запорный элемент, выполненный в виде шара, и седло, неподвижно скрепленное с корпусом. Для обеспечения свободного прохождения среды (жидкости, газа) в прямом направлении, между запорным элементом и корпусом имеется зазор [Заявка США №2009/044948 A1]. Недостаток известного клапана состоит в его невысокой пропускной способности. Это ограничивает сферу возможных применений клапана. Причина невысокой пропускной способности состоит в малой величине указанного зазора, который не может быть увеличен во избежание снижения точности посадки запорного элемента на седло. Большие поперечные перемещения запорного элемента снижают надежность и быстродействие клапана.Known check valve containing a housing, inside of which there is a locking element made in the form of a ball, and a saddle fixedly attached to the housing. To ensure the free passage of the medium (liquid, gas) in the forward direction, there is a gap between the locking element and the housing [US Application No. 2009/044948 A1]. A disadvantage of the known valve is its low throughput. This limits the scope of possible valve applications. The reason for the low throughput is the small size of the specified gap, which cannot be increased in order to avoid reducing the accuracy of landing of the locking element on the saddle. Large lateral movements of the locking element reduce the reliability and speed of the valve.

Известен обратный клапан, состоящий из корпуса, седла, закрепленного в корпусе и запорного элемента, в котором ограничителем поперечных перемещений запорного элемента служат стенки корпуса. Для повышения пропускной способности клапана за счет улучшения условий обтекания жидкостью запорного элемента в стенках корпуса выполнены продольные пазы. Пазы образованы расточкой или рассверливанием корпуса до вскрытия приблизительно наполовину цилиндрических сверленых каналов, расположенных по окружности. Диаметр сверления (расточки) немного превышает диаметр запорного элемента [RU №56940 U1]. Недостатками известного клапана являются высокая металлоемкость, низкий коэффициент использования материала и высокая трудоемкость изготовления. Все эти недостатки обусловлены особенностями конструкции клапана, изготавливаемого из цельного куска металла. Для образования пазов требуется выполнить, по меньшей мере, пятнадцать технологических операций, включающих глубокое сверление. Это повышает вероятность брака. Существенно повышает трудоемкость необходимость удаления заусенцев, образующихся после рассверливания или расточки корпуса. Кроме того, надежность известного клапана снижена из-за возможности засорения сравнительно узких сверленых отверстий.Known check valve, consisting of a housing, a saddle, mounted in the housing and a locking element, in which the limiter of lateral movements of the locking element are the walls of the housing. To increase the valve capacity by improving the fluid flow around the shut-off element, longitudinal grooves are made in the body walls. The grooves are formed by boring or reaming the case until approximately half of the cylindrical drilled channels located around the opening are opened. The diameter of the drilling (boring) slightly exceeds the diameter of the locking element [RU No. 56940 U1]. The disadvantages of the known valve are high metal consumption, low material utilization and high complexity of manufacturing. All these disadvantages are due to the design features of the valve, made from a single piece of metal. For the formation of the grooves, it is required to perform at least fifteen technological operations, including deep drilling. This increases the likelihood of marriage. Significantly increases the complexity of the need to remove the burrs formed after drilling or boring the body. In addition, the reliability of the known valve is reduced due to the possibility of clogging relatively narrow drilled holes.

Известен обратный клапан, включающий корпус, седло и шаровой запорный элемент, в котором для ограничения перемещений запорного элемента используется специальная отдельная деталь, называемая ограничителем, или клеткой. Ограничитель выполнен в виде толстостенной втулки или стакана, у которого для обеспечения протока жидкости, внутренние стенки имеют продольные пазы, переходящие в отверстия в дне стакана. Ограничитель закреплен в корпусе стопорным кольцом [RU №76380 U1]. Продольные перемещения запорного элемента ограничены дном стакана, а поперечные - продольными ребрами, образуемыми перегородками между смежными пазами.A non-return valve is known, including a housing, a seat and a ball locking element, in which a special separate part, called a limiter, or cage, is used to limit the movement of the locking element. The limiter is made in the form of a thick-walled sleeve or glass, in which, to ensure fluid flow, the inner walls have longitudinal grooves that pass into the holes in the bottom of the glass. The limiter is fixed in the housing by a locking ring [RU No. 76380 U1]. The longitudinal movements of the locking element are limited by the bottom of the glass, and the transverse by longitudinal ribs formed by partitions between adjacent grooves.

Технология изготовления ограничителя такая же, как и у предыдущего аналога: глубокое сверление ряда отверстий, расположенных по окружности, с последующим вскрытием их стенок сверлением или растачиванием. Недостатками известного ограничителя являются сложность и высокая трудоемкость изготовления, возможность засорения сравнительно узких сверленых отверстий ограничителя.The manufacturing technology of the limiter is the same as that of the previous analogue: deep drilling of a number of holes located around the circumference, with the subsequent opening of their walls by drilling or boring. The disadvantages of the known limiter are the complexity and high complexity of manufacturing, the possibility of clogging the relatively narrow drilled holes of the limiter.

Пропускная способность описанных выше клапанов невелика из-за большого гидравлического сопротивления каналов и отверстий ограничителя. Для устранения этого недостатка был предложен вариант описанного выше клапана, в котором отверстия ограничителя-клетки выполнены конусными [RU №76379 U1]. Такое решение незначительно увеличивает пропускную способность, поскольку турбулентный режим течения сохраняется, но существенно усложняет изготовление ограничителя.The capacity of the valves described above is small due to the large hydraulic resistance of the channels and holes of the limiter. To eliminate this drawback, a variant of the valve described above was proposed in which the holes of the limiter-cell are made conical [RU No. 76379 U1]. This solution does not significantly increase the throughput, since the turbulent flow regime is maintained, but significantly complicates the manufacture of the limiter.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является обратный клапан, включающий корпус, седло, запорный элемент и ограничитель поперечных перемещений запорного элемента, или направляющий элемент, выполненный в виде полой тонкостенной цилиндрической втулки. Для обеспечения протока жидкости, втулка имеет боковые отверстия, вытянутые по длине [RU №9497 U1]. Известный клапан ненадежен в эксплуатации и нетехнологичен в изготовлении. Тонкостенная втулка направляющего элемента, ослабленная к тому же прорезями, не обладает достаточной жесткостью. Проделывание длинных прорезей в тонкостенной втулке является довольно сложной технологической задачей.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a check valve, comprising a housing, a seat, a locking element and a limiter of lateral movements of the locking element, or a guide element made in the form of a hollow thin-walled cylindrical sleeve. To ensure fluid flow, the sleeve has lateral openings elongated in length [RU No. 9497 U1]. The known valve is unreliable in operation and low-tech in the manufacture. The thin-walled sleeve of the guide element, weakened by the slots, does not have sufficient rigidity. Making long slots in a thin-walled sleeve is a rather complicated technological task.

В известном клапане поток жидкости трижды меняет свое направление: двигаясь по оси корпуса, он поворачивает, обтекая запорный элемент, к стенкам корпуса, затем от стенок корпуса к его оси и, наконец, поворачивает, устанавливаясь опять вдоль оси корпуса. Это повышает его гидравлическое сопротивление.In the known valve, the fluid flow changes its direction three times: moving along the axis of the housing, it rotates, flowing around the closure element, to the walls of the housing, then from the walls of the housing to its axis, and finally rotates, being installed again along the axis of the housing. This increases its hydraulic resistance.

Аналогично устроены, и обладают теми же недостатками обратные клапаны, описанные в [RU 26076 U₁ SU №1830121, US №2005/0257927 A1].Check valves are similarly arranged and have the same disadvantages as described in [RU 26076 U ₁ SU No. 1830121, US No. 2005/0257927 A1].

Общим недостатком для всех описанных клапанов с запорным элементом в виде шара является ненадежность работы клапана, в условиях, когда пропускаемая через него жидкость способна откладывать смолистые или иные отложения. Пока запорный элемент прилегает к седлу одним и тем же местом, отложения в поясе контакта не образуются и клапан работает надежно. Но если вследствие какой-либо флюктуации, шар повернется к седлу стороной, покрытой отложениями, плотного запирания клапана может не произойти.A common drawback for all of the described valves with a shut-off element in the form of a ball is the unreliability of the valve, in conditions where the fluid passed through it is capable of depositing tarry or other deposits. As long as the locking element is adjacent to the seat at the same place, deposits in the contact belt do not form and the valve works reliably. But if, due to any fluctuation, the ball turns to the saddle with the side covered with deposits, the valve may not close tightly.

Технический результат, достижение которого составляет цель настоящего предложения, состоит в упрощении конструкции и технологии изготовления клапана, а также в снижении его гидравлического сопротивления.The technical result, the achievement of which is the goal of this proposal, is to simplify the design and manufacturing technology of the valve, as well as to reduce its hydraulic resistance.

Указанный результат достигается тем, что в известном обратном клапане, содержащем корпус, седло, запорный элемент и тонкостенный направляющий элемент, указанный направляющий элемент выполнен в виде трубы с гофрированными в продольном направлении стенками.The specified result is achieved by the fact that in the known check valve comprising a housing, a seat, a locking element and a thin-walled guide element, said guide element is made in the form of a pipe with walls corrugated in the longitudinal direction.

Кроме того, складки-гофры стенок направляющего элемента направлены под углом к его оси.In addition, the folds-corrugations of the walls of the guide element are directed at an angle to its axis.

Кроме того, величина указанного угла лежит в пределах 5…30 градусов.In addition, the magnitude of the specified angle lies within 5 ... 30 degrees.

Выполнение направляющего элемента в виде трубы с гофрированными стенками обеспечивает высокую жесткость элемента. При этом его изготовление очень несложно и практически безотходно. Другими словами, упрощается конструкция и технология изготовления клапана.The implementation of the guide element in the form of a pipe with corrugated walls provides high rigidity of the element. Moreover, its manufacture is very simple and virtually waste-free. In other words, the design and manufacturing technology of the valve is simplified.

Гофрирование стенок трубы в продольном по отношению к оси клапана направлении обеспечивает хорошую центровку направляющего элемента в корпусе клапана, а запорного элемента - в направляющем элементе. Кроме того, это существенно снижает гидравлическое сопротивление клапана по сравнению с известными аналогами за счет того, что жидкость, обогнув запорный элемент, не меняет более направления своего движения.The corrugation of the pipe walls in the direction longitudinal with respect to the valve axis ensures good alignment of the guide element in the valve body and the locking element in the guide element. In addition, this significantly reduces the hydraulic resistance of the valve in comparison with the known analogues due to the fact that the liquid, having circled the shut-off element, does not change its direction of movement anymore.

Выполнение складок-гофр направляющего элемента под углом к его оси, способствует вращению запорного элемента, повышая тем самым равномерность его очистки от возможных отложений и износа.The implementation of the creases-corrugations of the guide element at an angle to its axis, contributes to the rotation of the locking element, thereby increasing the uniformity of its cleaning from possible deposits and wear.

Выполнение складок-гофр направляющего элемента под углом 5…30 градусов является оптимальным. При угле менее 5 градусов запорный элемент не вращается при продольных перемещениях, а при угле более 30 градусов заметно возрастает сопротивление закручиваемому потоку жидкости.Fold-corrugation of the guide element at an angle of 5 ... 30 degrees is optimal. At an angle of less than 5 degrees, the shut-off element does not rotate during longitudinal movements, and at an angle of more than 30 degrees, the resistance to the swirling fluid flow noticeably increases.

Существо предложения поясняется чертежами.The essence of the proposal is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен продольный разрез предложенного клапана.Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed valve.

На фиг.2 изображено сечение направляющего элемента плоскостью, перпендикулярной оси клапана.Figure 2 shows a cross section of the guide element with a plane perpendicular to the axis of the valve.

На фиг.3 изображен продольный разрез предложенного клапана в исполнении с наклонными гофрами направляющего элемента.Figure 3 shows a longitudinal section of the proposed valve in the design with inclined corrugations of the guide element.

Предложенный клапан содержит корпус 1, выполненный в виде отрезка цилиндрической трубы. С одной стороны к корпусу присоединена резьбовая втулка 2 для соединения клапана с насосно-компрессорной трубой, а с другой - втулка-основание 3 седла 4. Запорный элемент 5 может иметь различную форму. В качестве примера, на чертеже он представлен в виде шара.The proposed valve comprises a housing 1 made in the form of a segment of a cylindrical pipe. On the one hand, a threaded sleeve 2 is connected to the body for connecting the valve to the tubing, and on the other hand, the base sleeve 3 of the seat 4. The locking element 5 may have a different shape. As an example, in the drawing it is presented in the form of a ball.

Для ограничения поперечных относительно оси клапана перемещений запорного элемента 5 и центровки этого элемента относительно седла 4 служит направляющий элемент 6, выполненный в виде отрезка трубы с гофрированными в продольном направлении стенками. Для ограничения продольного (осевого) перемещения запорного элемента 5 служит шпилька 7.To limit the transverse relative to the axis of the valve movements of the locking element 5 and the centering of this element relative to the seat 4 is a guide element 6, made in the form of a pipe segment with corrugated in the longitudinal direction of the walls. To limit the longitudinal (axial) movement of the locking element 5 is a stud 7.

В осевом направлении перемещение направляющего элемента 6 ограничено: снизу - седлом, сверху - резьбовой втулкой 2. В поперечном направлении перемещение запорного элемента 5 ограничено выступающими внутрь ребрами гофр (складок). Центровка направляющего элемента 6 вместе с запорным элементом 5 в корпусе 1 осуществляется внешними ребрами гофр.In the axial direction, the movement of the guide element 6 is limited: from the bottom to the saddle, from above to the threaded sleeve 2. In the transverse direction, the movement of the locking element 5 is limited by the ribs (folds) protruding inward. The alignment of the guide element 6 together with the locking element 5 in the housing 1 is carried out by the outer ribs of the corrugations.

Направляющий элемент 6 предложенного клапана прост в изготовлении. Он может изготавливаться либо из отрезка тонкостенной трубы, на боковой поверхности которой выдавливаются гофры, либо скручиваться из отрезка гофрированной ленты со сваркой получаемого стыка. В обоих случаях изготовление элемента 6 практически не дает отходов.The guide element 6 of the proposed valve is easy to manufacture. It can be made either from a piece of thin-walled pipe, on the side surface of which corrugations are extruded, or twisted from a piece of corrugated tape with welding of the resulting joint. In both cases, the manufacture of element 6 is virtually waste-free.

Необходимое число гофр определяется при конструировании конкретного клапана и лежит в пределах от трех до, по меньшей мере, двенадцати. Оптимальным является элемент 6 с шестью гофрами, и углом при вершине внутренней складки 60°, как изображено на фиг.2. Число и размеры гофр определяются несложным расчетом, исходя из заданных диаметра запорного элемента 5, внутреннего диаметра корпуса 1 и толщины стенки заготовки.The required number of corrugations is determined during the construction of a particular valve and ranges from three to at least twelve. The optimal element is 6 with six corrugations, and the angle at the apex of the inner fold is 60 °, as shown in figure 2. The number and dimensions of the corrugations are determined by a simple calculation, based on the given diameter of the locking element 5, the inner diameter of the housing 1 and the wall thickness of the workpiece.

Гофры могут быть направлены под небольшим - от 5 до 30 градусов, углом А к оси направляющего элемента 6, как это показано на фиг.3. При таком исполнении запорный элемент 5, двигаясь вдоль оси клапана и задевая за наклонные гофры направляющего элемента, слегка вращается и ложится на седло 4 каждый раз новым местом. Это способствует самоочищению поверхности запорного элемента 5.The corrugations can be directed at a small - from 5 to 30 degrees, angle A to the axis of the guide element 6, as shown in Fig.3. With this design, the locking element 5, moving along the axis of the valve and touching the inclined corrugations of the guide element, rotates slightly and rests on the seat 4 each time with a new place. This contributes to the self-cleaning of the surface of the locking element 5.

Опыт показал, что для обратного клапана диаметром 120 мм с запорным элементом в виде шара диаметром 72 мм толщины стенки направляющего элемента в 2 мм оказывается абсолютно достаточно для обеспечения надежной продолжительной работы клапана.Experience has shown that for a non-return valve with a diameter of 120 mm with a locking element in the form of a ball with a diameter of 72 mm, the wall thickness of the guide element of 2 mm is absolutely sufficient to ensure reliable continuous operation of the valve.

Предложенный клапан обладает очень низким гидравлическим сопротивлением. Поступающая снизу струя жидкости, обогнув запорный элемент 5, устремляется вверх по сравнительно широким каналам-гофрам, не изменяя больше направления.The proposed valve has a very low hydraulic resistance. The liquid stream arriving from below, having rounded the locking element 5, rushes up along the relatively wide corrugation channels, without changing any more direction.

Claims

1. A check valve comprising a housing, a seat, a locking element and a thin-walled guide element, characterized in that said guide element is made in the form of a pipe with walls corrugated in the longitudinal direction.

2. The check valve according to claim 1, characterized in that the folds-corrugations of the walls of the guide element are directed at an angle to its axis.

3. The check valve according to claim 2, characterized in that the angle between the axis of the guide element and the direction of the fold is in the range of 5 ... 30 °.