ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для предохранения погружной насосной установки от избыточного давления газо-жидкостной среды, находящейся в пространстве за трубой колонны в скважине.
В существующем нефтедобывающем оборудовании известны различные системы перепуска жидкостной среды, газов и их смесей из пространства за трубой колонны в погружной насосной установке. В частности известен клапан внутрискважинный, содержащий корпус, запорный орган в виде шарика и тарированной пружины, каналы и сквозное отверстие для монтажа клапана на колонне, в корпусе расположена сквозная полость для перемещения запорного органа, запорный элемент которого выполнен в форме полого болта с фаской в нижней части (патент РФ №33155, публ.2003).
Недостатком его является ограниченные технические возможности и сложность конструкции, обусловленная большим количеством деталей, повышенными сопротивление при движении среды при открытии клапана, и как следствие, низкой надежностью в эксплуатации перепускного клапана.
Учитывая, что известные решения являются объектами другого назначения и касаются части конструкции патентуемого клапана, формула полезной модели составлена без разделения на ограничительную и отличительную части.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности и надежности функционирования перепускного клапана за счет обеспечения гарантированного прохождения рабочей среды при срабатывании перепускного клапана ввиду снижения сопротивления на пути ее движения, что обусловлено формой проходных отверстий и их размерами.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата перепускной клапан погружной насосной установки содержит корпус с проходным каналом и свободно установленным в нем седлом для взаимодействия с запорным элементом, после клапана по ходу движения рабочей среды в канале установлена распорная втулка с возможностью фиксации положения седла при помощи нажимной втулки, соединенной с корпусом по резьбе и имеющей в торцевой стенке проходные отверстия, выполненные в виде трех эллипсообразной формы пазов, продольная ось которых расположена по радиусу с минимально допустимым из технологических возможностей расстоянием между пазами, которые охватывают по внутреннему радиусу цилиндрический выступ, выполненный
в центре торцевой стенки, а по наружному радиусу максимально приближены к наружной поверхности, исходя из условий технологии изготовления нажимной втулки.
Возможны и другие варианты выполнения полезной модели, согласно которым необходимо, чтобы:
- нажимная втулка была бы выполнена из конструкционной сталь 40Х;
- эллипсообразная форма паза нажимной втулки была бы образована двумя параллельными линиями, соединенными радиусными кривыми;
- нажимная втулка была бы подвергнута термообработке с возможностью получения твердости 30-56 единиц по Роквелу.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен продольный разрез перепускного клапана;
на фиг.2 - вид на запорный элемент с торца;
на фиг.2 - вид сбоку на нажимную втулку;
на фиг.3 - разрез А-А фиг.1.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков технического результата, касающегося обеспечения стабильной работы ввиду уменьшения до минимума сопротивления на пути движения среды и исключения засорения клапана, что обусловлено максимальными размерами проходных отверстий эллипсообразной формы.
Согласно полезной модели предохранительный клапан для погружной насосной установки содержит корпус 1 (фиг.1, 2, 3) с проходным каналом 2 и резьбой 3, 4 на входном и выходном участках корпуса 1 для подсоединения к колонне насосно-компрессорных труб (на чертежах не показано).
Проходной канал 2 выполнен ступенчатым с седлом 5, свободно (т.е. посредством свободной посадки) установленным на большей ступени для взаимодействия с запорным элементом 6, также имеющим ступенчатую форму.
Запорный элемент 6 выполнен, например, со сферической рабочей поверхностью 7 на торце между ступенями. Меньшая ступень запорного элемента 6 выполнена с ребрами-направляющими 8, формирующими каналы 9 для прохода рабочей среды после открытия клапана в процессе работы погружной насосной установки.
Рабочие поверхности седла 5 и запорного элемента 6 притерты друг к другу для повышения герметичности соединения.
После клапана по ходу движения рабочей среды в канале 2 установлена распорная втулка 10, которая установлена в корпусе 1 с возможностью фиксации положения седла 5 при помощи нажимной втулки 11.
Нажимная втулка 11 выполнена с ограничительным выступом 12, расположенным на пути перемещения запорного элемента 6, и соединена с корпусом 1 по резьбе 13.
На торцевой стенке нажимной втулки 11 выполнены проходные отверстия в виде трех эллипсообразной формы пазов 14, продольная ось 15 которых расположена по радиусу с минимально допустимым из технологических возможностей расстоянием между пазами 14, охватывающими по внутреннему радиусу ограничительный выступ 12, выполненный в центре торцевой стенки, а по наружному радиусу - максимально приближены к наружной поверхности 16, исходя из условий технологии изготовления нажимной втулки 11. Такое решение существенно снижает сопротивление движению среды через клапан, обладает технологичностью, минимальным весом и требуемой прочностью. 3. Существенным является форма выполнения пазов, т.е. то, что эллипсообразная форма каждого паза нажимной втулки образована двумя параллельными линиями, соединенными радиусными кривыми.
С целью повышения срока службы деталей устройства твердость материала рабочей поверхности запорного элемента 6 превышает или равна твердости рабочей поверхности седла 5, а твердость нажимной втулки 11, выполненной из конструкционной сталь 40Х, равна 30-65 единиц по Роквелу, что достигается ее термообработкой.
При этом рабочие поверхности запорного элемента и седла выполнены из износостойкого и коррозионно-стойкого материала притерты друг к другу с образованием притертой поверхности сопряжения контактирующих деталей клапана.
Технологичность конструкции достигается выполнением почти всех деталей клапана методом токарной обработки.
Сборка предохранительного клапана происходит следующим образом: в корпусе последовательно размещают седло 5, запорный элемент 6, распорную втулку 10 и нажимную втулку 11, связанную с корпусом 1 по резьбе и фиксирующую тем самым седло 5 и втулку 10 в строго заданном положении относительно корпуса 1.
Перепускной клапан срабатывает при отключении (в том числе и аварийном) глубинного насоса погружной установки, при этом внутри колонны существенно падает давление и столб среды, например, сырой нефти в скважине своей массой давит на запорный элемент 6 клапана. За счет этого давления запорный элемент 6 опускается и перекрывает
проходное отверстие канала 2, при этом независимо от точки приложения давления среды запорный элемент 6 надежно перекрывает канал 2 за счет наличия сферической рабочей поверхности 7. Такое решение обеспечивает защиту насоса от воздействия столба жидкой среды, находящейся над насосом в момент отключения насоса от источника питания.
В процессе функционирования насоса жидкая среда, перекачиваемая насосом снизу вверх во время разработки залежей, например нефти, перемещает запорный элемент 6 вверх, открывая при этом проходной канал 2 и пропуская жидкую среду за его пределы, далее среда проходит через пазы 14 в нажимной втулке 11 наружу. Выполнение пазов 14 эллипсообразной формы, максимально по площади проходного сечения приближенной к площади проходного сечения на входе, исключает возможность снижения скоростного потока, образования застойных (мертвых) зон для скопления твердой фракции и в итоге закупоривания канала и выходу из строя клапана.
Ограничительный выступ 12 нажимной втулки 11 предназначен для ограничения перемещения запорного элемента 6, в который последний упирается с возможностью пропуска жидкой среды по каналу 2 вдоль каналов, ограниченных ребрами-направляющими, минуя большую ступень запорного элемента 6. Расположение ограничительного выступа 12 в центре торца нажимной втулки 11 освобождает зону по периферии втулки для перемещения среды, которая движется после открытия клапана по этой периферийной зоне.
Применение полезной модели позволяет повысить надежность насоса погружной насосной установки от воздействия обратного давления среды в случае отключения электропитания насосной установки при одновременном увеличении срока эксплуатации клапана и стабильности его работы. А также позволяет повысить срок службы и ремонтопригодность за счет быстрой и удобной замены наиболее нагруженных деталей клапана: седла и запорного элемента. Для этого достаточно вывернуть по резьбе нажимную втулку 11 извлечь свободно установленные распорную втулку 10, запорный элемент 6 и седло 5, и в случае необходимости заменить их новыми и собрать клапан. Сборка клапана осуществляется в обратном порядке по отношению к операциям демонтажа.
Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.