Клапан погружного насоса
SUBMERSIBLE PUMP VALVE

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано в составе глубинно- насосного оборудования для добычи нефти, а также в других отраслях машиностроения.
Известен клапан золотниковый (патент RU №69186, МПК F16K 15/02, опубл. 10.12.2007 в бюл. №34), содержащий корпус, в котором размещен запорный орган со штоком и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью седла за счет набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотненных эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещенных относительно друг друга на угол 360°/n, где n - число пар колец, причем эластичные кольца размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах, глубина которых меньше на 0,3-0,5 диаметра поперечного сечения эластичного кольца, при этом золотник выполнен с кольцевым буртом и опорным уступом, уплотнительные кольца размещены на золотнике между последними, а расстояние вдоль оси золотника между кольцевым буртом и опорным уступом превышает суммарную высоту уплотнительных колец в 1,01- 1,02 раза.
Недостатком такого клапана является низкая эксплуатационная надежность, связанная с относительно небольшими проходными сечениями, вызывающие значительные гидравлические сопротивления, а также то, что центрирование запорного органа осуществляется посредством штока.
Известен клапан штангового глубинного насоса (патент RU №2202711, МПК F04B 53/10, F04B 47/00, опубл. 20.04.2003 в бюл. №11) содержащий корпус с установленным в нем седлом, взаимодействую тарель со штоком, проходящим через направляющую, выполненную в перегородке корпуса с периферийными отверстиями для прохода жидкости, и пружину сжатия, поджимающую тарель в сторону седла, причем между перегородкой и пружиной установлен подвижный груз.
Недостатками такого клапана являются те же самые, что в предыдущем клапане, а также наличие в конструкции пружинного элемента, что в условиях агрессивных сред нежелательно.
Наиболее близким аналогом является клапан погружного насоса (патент RU №2247865, МПК F04B 53/10, F16K 15/02, опубл. 10.03.2005, бюл. №7), содержащий корпус, в котором размещен запорный орган со штоком и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с внутренней поверхностью седла, при этом седло выполнено из набора подвижных в радиальном направлении и уплотненных эластомерными кольцами, посадочные поверхности которых смещены эксцентрично относительно друг друга и подпружинены в осевом направлении, причем запорный орган нагружен пружиной и снабжен расположенным на его штоке гидротормозом.
Недостатками данного клапана являются:
- невысокая эксплуатационная надежность, связанная с малыми проходными сечениями устройства и возникающим значительным гидравлическим сопротивлением,
- низкая работоспособность устройства, связанная с наличием в конструкции пружины, которая не выдерживает нагрузок и перепадов давления в процессе закачки жидкости, что приводит к заклиниванию и неработоспособности устройства.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности клапана за счет исключения из конструкции пружины, увеличения проходных сечений, уменьшающих гидравлические сопротивления, обеспечения более надежного центрирования запорного органа (плунжера).
Техническая задача решается клапаном погружного насоса, содержащим корпус, в котором размещен запорный орган, выполненный в виде плунжера, с возможностью образования запорной пары с внутренней поверхностью цилиндрического седла, выполненного из набора подвижных в радиальном направлении металлических колец, уплотненных эластичными элементами колец.
Новым является то, что с относительной подвижностью к корпусу плунжер жестко связан с центратором проходным, причем внешний диаметр центратора проходного выполнен с минимальным зазором по отношению к внутреннему диаметру цилиндрического седла, причем нижний конец центратора проходного выполнен в виде упора кольцевого, а наружный диаметр упора кольцевого больше на 0,2-0,3 внутреннего диаметра цилиндрического седла, при этом выше цилиндрического седла установлено дополнительное седло с возможностью герметичного взаимодействия с опорной конической поверхностью, выполненной в верхней части плунжера, причем посадочные поверхности эластичных элементов колец цилиндрического седла эксцентрично смещены относительно друг друга и выполнены на внутренней поверхности оправки, размещенной внутри корпуса.
На фиг.1 представлен продольный разрез описываемого клапана в положении открыт, где корпус - 1, запорный орган - плунжер - 2, центратор проходной - 3, продольные элементы - 4 и упор кольцевой - 5, опорная коническая поверхность - 6, цилиндрическое седло - 7, металлические кольца - 8, эластичные элементы - 9, эксцентричные канавки - 10, оправка - 11, эластичный элемент - 12, гайка - 13, подвижная втулка - 14, дополнительное седло - 15. На фиг.2 представлен клапан в положении закрыт.Фиг.3 изображено поперечное сечение клапана А-А.
Сущность изобретения.
Клапан погружного насоса содержит корпус 1, в котором размещен с относительной подвижностью к корпусу 1 запорный орган - плунжер 2 с возможностью образования запорной пары с внутренней поверхностью цилиндрического седла 7, выполненного из набора подвижных в радиальном направлении металлических колец 8, уплотненных эластичными элементами 9 колец 8.
Плунжер 2 жестко связан с центратором проходным 3.
Причем внешний диаметр центратора проходного 3 выполнен с минимальным зазором по отношению к внутреннему диаметру цилиндрического седла 7. Причем нижний конец центратора проходного 3 выполнен в виде упора кольцевого 5. Нижний конец центратора проходного 3 является конец дальний от устья скважины.
Наружный диаметр упора кольцевого 5 больше на 0,2-0,3 внутреннего диаметра цилиндрического седла 7.
При этом выше цилиндрического седла 7 установлено дополнительное седло 15 с возможностью герметичного взаимодействия с опорной конической поверхностью 6, выполненной в верхней части плунжера 2.
Причем посадочные поверхности эластичных элементов 9 колец 8 цилиндрического седла 7 эксцентрично смещены относительно друг друга и выполнены на внутренней поверхности оправки 11, размещенной внутри корпуса 1. В осевом направлении кольца 8 сохраняют относительную подвижность за счет эластичного элемента 12, размещенного между гайкой 13 и подвижной втулкой 14, взаимодействующей с кольцами 8.
Работает клапан следующим образом.
Под действием столба надклапанной жидкости плунжер 2 вместе с центратором проходным 3 опускается вниз, при этом центратор проходной 3 обеспечивает соосную посадку цилиндрической части плунжера 2 в основное седло (8, 9, 10, 11), причем взаимодействие начинается с верхнего из металлических колец 8 и до последнего нижнего кольца. Металлические кольца 8, за счет упругости эластичных элементов (колец) 9, плотно прижимаются к цилиндрической поверхности плунжера 2, зазор в осевом направлении устраняется за счет прижима колец 8 между собой от осевых усилий эластичного элемента 12, посредством подвижной втулки 14. После того как цилиндрическая часть плунжера 2 обжимаемая кольцами 8 дойдет до нижней точки, опорная коническая поверхность 6 плунжера 2 садится на притертое дополнительное седло 15, дополнительно герметизируя сборку, с этого момента вес столба жидкости воспринимается верхней поверхностью плунжера 2.
При воздействии на плунжер 2 давления снизу (вакуумирование полости цилиндра) он поднимается вверх, причем упор кольцевой 5 ограничивает подъем запорного органа 2 на определенную высоту, пластовая жидкость через кольцевое сечение поступает в полость цилиндра (на фиг.1-3 не показана).
При этом ресурс клапана возрастает, так как в случае потери герметичности нижней цилиндрической части плунжера 2, вступает в работу, как основная опорная коническая поверхность 6 и дополнительное седло 15, так как на начальных этапах работы клапана происходит дублирование работы нижней части плунжера 2.
Применение предлагаемой конструкции клапана позволит обеспечить более надежную эксплуатацию вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин.