Brevet FR2549905A1 — publié le 19850201

Soupape à clapet à bille, notamment pour les pompes submersibles utilisées pour le pompage du pétrole brut. L'invention concerne une soupape à clapet perfectionnée, et plus particulièrement, une soupape à clapet utilisée dans les pompes submersibles volumétriques employées dans l'industrie pétrolière pour pomper le brut présentant un degré élevé de parti5 cules solides en suspension. Les pompes volumétriques typiques employées dans le pompage des puits de pétrole pour pomper le brututilisent des soupapes à clapet comprenant un siège à soupape sur lequel repose une bille qui vient obturer le siège Dans une pompe de puits typi10 que, on trouve au moins une soupape à clapet dans le piston de pompe, et une seconde soupape à clapet est située à l'entrée du fluide dans le cylindre de la pompe, dans lequel est déplacé le piston, de manière à permettre I'écoulement du fluide de la pompe dans une seule direction Une configuration des soupapes, du type 15 discuté cidessus, est décrite dans le brevet U S 4 018 547. Lors du pompage de brut lourd caractérisé par une forte contenance de solides suspendus, il se produit un problème d'usure de la bille de soupape et du siège de soupape, qui limite la vie effective de la soupape à clapet Cette usure est due à l'effet de l'éro20 sion causé par les particules en suspension dans le fluide pompé. En particulier, lorsque la bille de soupape se rapproche du siège de soupape, la vitesse du fluide pompé augmente, ce qui augmente la probabilité de détérioration de la bille et du siège de soupape par les particules en suspension Lorsque la bille et le siège de sou25 pape sont détériorés, il apparait des fuites du fluide pompé à travers la soupape, ce qui se traduit par une perte de l'efficacité volumétrique de la pompe, et des pertes dans le temps de production lorsque la réparation de la soupape devient nécessaire Les détériorations de la bille de soupape, bien que non souhaitables, ne sont pas aussi critiques que'les détériorations du siège de soupape. Lorsque la bille de soupape est détériorée, les fuites tendent à être réduites dans la mesure o la probabilité que la bille de soupape, qui peut tourner librement sur elle-même, repose sur le siège de soupape exactement sur l'endroit de la détérioration est faible. 5 Néanmoins, si le siège de soupape lui-même est endommagé, les fuites à travers la soupape deviennent alors ininterrompues. Ainsi, un objet essentiel de l'invention est de fournir une soupape à clapet à bille utilisée dans les pompes submersibles volumétriques employées dans l'industrie pétrolière pour le pompage du brut, qui soit moins exposée à la détérioration causée par l'impact et l'érosion des solides en suspension dans le fluide pompé. Un objet particulier de l'invention est de fournir une soupape à clapet à bille, dans laquelle le siège de soupape comprend un corps cylindrique percée pourvu d'une pièce rapportée sur l'orifice dudit corps formant le siège de soupape. Un autre objet de l'invention est de fournir une soupape à clapet à bille comme décrite ci-dessus dans laquelle la pièce rapportée est formée dans un matériau ayant une dureté supérieure à la 20 dureté de la bille de soupape. Un autre objet de l'invention est de fournir une soupape à claquet à bille comme décrite ci-dessus, dans laquelle la bille de soupape est formée dans un matériau ayant une dureté supérieure à la dureté du corps cylindrique. En conséquence, la pompe se caractérise en ce que l'ensemble du siège de soupape comprend un corps cylindrique percé présentant un orifice de passage du fluide pompé, ledit corps cylindrique percé comportant une encoche sur sa face en regard de la bille de soupape, au niveau dudit orifice, dans laquelle est montée une pièce 30 rapportée constituant le siège de soupape effectif de la bille. Dans la mesure o la pièce rapportée est réalisée dans un matériau ayant une dureté supérieure à la dureté du matériau formant la bille de soupape, lequel est à son tour caractérisé par une dureté supérieure à celle du corps cylindrique percé, ce corps cylin35 drique (qui est donc réalisé dans le matériau le moins dur) dissipe une partie substantielle de la force générée par l'impact de la bille de soupape sur la pièce rapportée dure En conséquence de cette dissipation d'énergie, la force de réaction sur la bille de soupape elle-même est réduite, ce qui entraine l'augmentation de la vie d'utilisation de la bille De plus, en réalisant la bille de soupape dans un matériau qui est relativement moins dur que celui utilisé pour la pièce rapportée, toute détérioration due aux effets de l'impact et/ou à l'érosion tendra à se produire sur la bille de soupape plutôt que sur la pièce rapportée qui constitue ici le siège 10 de soupape Comme noté ci-dessus, les détériorations subies par la bille de soupape ne sont pas aussi critiques que celles subies par le siège de soupape, puisque la bille de soupape tourne librement sur elle-même, ce qui diminue la probabilité que cette bille vienne reposer sur le siège à l'endroit exact de la détérioration. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante et des dessins joints dans lesquels: La figure 1 représente une vue en perspective montrant la soupape à clapet à bille selon l'invention, La figure 2 représente une vue en coupe des éléments qui forment le siège de la soupape à clapet à bille selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent une soupape à clapet à bille 10 particulièrement utilisable dans les pompes submersibles volumétriques employées dans l'industrie pétrolière pour le pompage 25 du brut caractérisé par un degré élevé de particules solides en suspension. La soupape à clapet 10 comprend unebille de soupape 12 et un ensemble 14 du siège de soupape Comme il apparait particulièrement sur la figure 2, l'ensemble 14 du siège de soupape est constitué 30 d'un corps cylindrique percé 16 présentant sur sa surface externe une gorge 18 dans laquelle est monté un joint torique d'étanchéité 20 La surface plane 22 du corps cylindrique percé 16 faisant face à la bille 12 de la soupape à l'endroit o il définit un orifice 26, est pourvue une encoche circulaire 28 dans laquelle est montée une pièce rapportée 30, constituant le siège de soupape effectif de la bille de soupape 12 La pièce rapportée 30 peut être montée dans le corps cylindrique 16 par tout moyen approprié, tel que le montage à la presse, le collage, le soudage métallique, ou autre Comme on peut le remarquer sur les figures, l'orifice 26 du corps cylindrique 16 et la pièce rapportée 30 présentent un diamètre qui est inférieur à celui de la bille 12, de manière à permettre à la bille de reposer, en l'obturant, sur la pièce rapportée 30 qui forme le siège de soupape. Selon l'invention, il est essentiel que la pièce rapportée 30 soit réalisée dans un matériau ayant une dureté supérieure à la dureté du matériau constituant la bille de soupape 12 De plus, il est également essentiel que la bille de soupape 12 à son tour soit réalisée dans un matériau présentant une dureté supérieure à celle 15 du matériau constituant le corps cylindrique percé 16 De manière préférentielle, la pièce rapportée 30 est réalisée dans un matériau ayant une dureté supérieure à 1300 sur l'échelle de Vickers Les matériaux appropriés dans lesquels la pièce rapportée 30 peut être réalisée comprennent les matériaux frittés dans certains carbures, 20 comme, par exemple, le carbure de tungstène De manière préférentielle, la bille de soupape 12 est réalisée dans un matériau présentant une dureté comprise entre 600 et 750 sur l'échelle de Vickers. Les matériaux appropriés pour la réalisation de la bille 11 comprennent les matériaux métalliques, et de manière préférentie 2 lle l'acier 25 inoxydable, ou d'autres aciers alliés Enfin, de manière préférentielle, le corps cylindrique percé 16 est réalisé dans un matériau présentant une dureté de moins de 350 sur l'échelle de Vickers Les matériaux appropriés pour la réalisation du corps cylindrique 16 comprennent les matériaux métalliques, et de manière préférentielle 30 l'acier inoxydable ou d'autres aciers alliés. Comme conséquence de la différence relative en dureté des différents éléments constituant la soupape à clapet à bille, comme indiqué ci-dessus, le corps cylindrique qui est réalisé dans le matériau le moins dur dissipe une partie substantielle de la force -5 générée par l'impact de la bille sur la pièce rapportée dure Du fait de cette dissipation d'énergie, la force de réaction s'exerçant sur la bille de soupape elle- même est réduite, ce qui augmente la durée de vie d'utilisation de la bille De plus, en réa5 lisant la bille de soupape dans un matériau qui est relativement moins dur que celui utilisé pour réaliser la pièce rapportée, toute détérioration due aux effets de l'impact et/ou à l'érosion tendra à se produire sur la bille de soupape plutôt que sur la pièce rapportée qui constitue le siège de soupape effectif Comme 10 noté ci-dessus, les détériorations subies par la bille de soupape ne sont pas aussi critiques que les détériorations subies par le siège de soupape, puisque la bille de soupape tourne librement sur elle-même, ce qui diminue la probabilité que cette bille vienne reposer sur le siège de soupape à l'endroit exact o elle 15 est détériorée. REVENDICATIONS 1 Soupape à clapet à bille pour les pompes submersibles volumétriques employées dans l'industrie pétrolière pour le pompage du brut présentant un degré élevé de particules en suspension, comprenant une bille de soupape et un ensemble du siège de soupape, soupape caractérisée en ce que l'ensemble du siège de soupape ( 14) comprend un corps cylindrique percé ( 16) présentant un orifice ( 26) de passage du fluide pompé, ledit corps cylindrique percé ( 16) comportant une encoche ( 28) sur sa face en regard de la bille de soupape ( 12), au niveau dudit orifice ( 26), dans laquelle 10 est montée une pièce rapportée ( 30) constituant le siège de soupape effectif de la bille ( 12). 2 Soupape à clapet à bille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps cylindrique percé ( 16) comprend une gorge ( 18) sur sa surface externe cylindrique. 3 Soupape à clapet à bille selon la -revendication 2, caractérisée en ce qu'un joint torique ( 20) est monté dans ladite gorge ( 18). 4 Soupape à clapet à bille selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce rapportée ( 30) est réalisée dans un 20 matériau ayant une dureté supérieure à la dureté du matériau constituant la bille de soupape ( 12), d'une telle manière que tout effet d'impact ou d'érosion tend à se produire sur ladite bille ( 12) plutôt que sur la pièce rapportée ( 30). Soupape à clapet à bille selon la revendication 4, carac25 térisée en ce que ladite pièce rapportée ( 30) est réalisée dans un matériau ayant une dureté supérieure à 1300 sur l'échelle de Vickers. 6 Soupape à clapet à bille selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que ladite bille ( 12) est réalisée dans un matériau ayant une dureté comprise entre 600 à 750 sur l'échelle de 30 Vickers. 7 Soupape à clapet à bille selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite pièce rapportée ( 30) est réalisée dans un matériau en carbure fritté 7 - 8 Soupape à clapet à bille selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite pièce rapportée ( 30) est r 6 alisée en carbure de tungstène. 9 Soupape à clapet à bille selon l'une quelconque des re5 vendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite bille de soupape ( 12) est réalisée dans un matériau ayant une dureté supérieure à la dureté du matériau constituant le corps cylindrique percé ( 16), de telle manière à dissiper les forces générées par l'impact de la bille ( 12) sur la pièce rapportée ( 30). 10 Soupape à clapet à bille selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit corps cylindrique percé ( 16) est réalisé dans un matériau ayant une dureté de moins de 350 sur l'échelle de Vickers.