ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для предохранения погружной насосной установки от избыточного давления газо-жидкостной среды в случае отключения насосной установки.
Из уровня техники известен предохранительный клапан для насосной установки, содержащий корпус с проходным каналом и резьбой на входном и выходном участках корпуса для подсоединения к колонне насосно-компрессорных труб, проходной канал выполнен ступенчатым с седлом на большей ступени для взаимодействия с запорным элементом ступенчатой формы, выполненным с конической рабочей поверхностью на торце между ступенями. При этом меньшая ступень запорного элемента выполнена с ребрами-направляющими, формирующими каналы для прохода рабочей среды после открытия клапана в процессе работы погружной насосной установки, после клапана по ходу движения рабочей среды в канале большей ступени установлена ограничительная решетка, соединенная со шламовой трубой (Патенте РФ №63431, МКИ Е21В 34/00, 2006).
Обладая высокими техническими характеристиками, известное решение предохранительного клапана при определенных условиях эксплуатации, в частности при работе в особо загрязненных средах, склонно к нестабильному закрытию проходного канала, что в результате может привести к возникновению давления на выходе насоса и, как следствие, введения его в режим мотора. Таким образом, известное решение обладает ограниченными техническими возможностями.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности предохранения 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. Другой задачей является повышение срока службы и ремонтопригодности за счет быстрой и удобной замены наиболее нагруженных деталей клапана: седла и запорного элемента. Технический результат заключается в использовании запирания проходного отверстия посредством самоустанавливающегося запирающего элемента, выполненного со сферической рабочей поверхностью, взаимодействующей с конической поверхностью седла по притертой поверхности, а также в обеспечении произвольной ориентации движения запирающего элемента в зависимости от условий эксплуатации и упрощение конструкции и технологии изготовления клапана за счет выполнения почти всех деталей
методом токарной обработки ввиду выполнения их с конической и сферической поверхностями.
Для решения поставленной задачи Предохранительный клапан для погружной насосной установки, содержащий корпус с проходным каналом и резьбой на входном и выходном участках корпуса для подсоединения к колонне насосно-компрессорных труб, проходной канал выполнен ступенчатым со свободно установленным седлом на большей ступени для взаимодействия с запорным элементом ступенчатой формы, выполненным с рабочей поверхностью на торце между ступенями, при этом меньшая ступень запорного элемента выполнена с направляющими, формирующими каналы для прохода рабочей среды после открытия клапана в процессе работы погружной насосной установки, после клапана по ходу движения рабочей среды в канале большей ступени установлена распорная втулка с ограничительным выступом на пути перемещения запорного элемента, при этом рабочая поверхность запорного элемента выполнена сферической, а распорная втулка установлена в корпусе с возможностью фиксации положения седла при помощи ограничительной втулки, соединенной с корпусом по резьбе.
Целесообразно, чтобы:
- ширина рабочей поверхности запорного элемента была бы равна 0,30-4,0 мм, при этом твердость материала рабочей поверхности запорного элемента превышает или равна твердости рабочей поверхности седла.
- распорная втулка была бы выполнена с ограничительным выступом в виде кольца, по меньшей мере, с двумя отверстиями, проходная площадь которых равна площади проходного сечения канала большей ступени в момент открытия клапана.
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 клапана;
на фиг.2 - вид А на запорный элемент по фиг.1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
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, выполненную со сферической рабочей поверхностью 7 на торце между ступенями шириной, равной 0,30-4,0 мм. 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. Для Повешения герметичности клапана между корпусом и седлом 5 может быть установлена прокладка из более пластичного материала, например, из меди.
После клапана по ходу движения рабочей среды в канале 2 большей ступени установлена распорная втулка 10 с ограничительным выступом 11 на пути перемещения запорного элемента 6. Распорная втулка 10 установлена в корпусе 1 с возможностью фиксации положения седла 5 при помощи ограничительной втулки 12, соединенной с корпусом 1 по резьбе 13.
С целью повышения срока службы деталей устройства, твердость материала рабочей поверхности запорного элемента 6 превышает или равна твердости рабочей поверхности седла 5. 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.
С целью повышения эффективности функционирования предохранительного клапана распорная втулка 10 выполнена с ограничительным выступом 11 в виде диска, на поверхности которого выполнено, по меньшей мере, два отверстия 14, проходная площадь которых равна площади проходного сечения канала 2 большей ступени в момент открытия 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
ограничительную втулку 12, связанную с корпусом 1 по резьбе и фиксирующую тем самым седло 5 и втулку 10 в строго заданном положении относительно корпуса 1.
Предохранительный 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 Давид 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 отверстия в распорной втулке 10 наружу. Ограничительный выступ 11 втулки 10 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.
Применение полезной модели позволяет повысить надежность предохранения 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 ограничительную втулку 12 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 выполнения операция демонтажа.
Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.