КОЛЬЦЕВОЙ ШАРИКОВЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области насосного оборудования и может быть использовано в плунжерных насосах для добычи высоковязких жидкостей из скважин.
Известен широко использующийся в нефтяной промышленности шариковый клапан плунжерного насоса, в котором шарик, свободно перемещаясь в открытом положении клапана по различным траекториям в клетке, при посадке контактирует с седлом клапана равномерно различными поверхностями. Это дает равномерный износ шарика и седла и обеспечивает ресурс в несколько миллионов циклов открытия и закрытия. [Справочная книга по добыче нефти, Ред. Ш.К.Гематудинов. М, «Недра», 1974, с.312].
Недостатком клапана является возможность зависания шарика в высоковязких жидкостях.
Наиболее близким техническим решением, выбранным нами в качестве прототипа, является подпружиненный шариковый клапан, в котором пружина взаимодействует с шариком через опорный элемент, поверхность которого выполнена со сквозным продольным отверстием и сопрягается с поверхностью шарика, частично охватывая последний. [Патент РФ №2221952].
Недостаток клапана заключается в том, что при открытии клапана шарик, приподнимаясь под действием перепада давления и сжимая пружину, прижимается к опорному элементу, что препятствует свободному перемещению шарика в корпусе клапана. Это приводит к неравномерному и быстрому износу шарика и седла клапана.
Задачей полезной модели является создание клапана для прокачки высоковязкой жидкости со свободным перемещением шарика в открытом положении клапана и принудительным закрытием клапана с дополнительной герметизацией при соприкосновении его с седлом клапана.
Для успешного решения поставленной задачи в шариковом клапане, содержащем корпус с седлом, шарик расположенный в ступенчатом проходном канале и пружину, взаимодействующую через кольцевой опорный элемент с шариком, опорный элемент выполнен с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью канала для ограничения длины хода в открытом положении и формирования в закрытом положении клапана герметичного соединения с поверхностью канала и шариком, перемещение которого ограничено штырем.
Указанные признаки позволяют устранить недостатки, присущие прототипу, за счет того, что при открытии клапана опорный элемент перемещается до упора образованного каналом и остается в этом фиксированном положении до закрытия клапана, а шарик свободно перемещается в клетке образованной центральным штырем и каналом. При закрытии клапана подпружиненная опора прикладывает дополнительное усилие на шарик, предотвращая зависание последнего в высоковязкой жидкости. Кроме герметичного соединения шарик-седло формируется дополнительное герметичное соединение кольцевого опорного элемента с поверхностью канала и шариком.
Нам не известны шариковые клапаны, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого клапана требованиям, предъявляемым к изобретениям.
На фигуре схематично изображен шариковый клапан выполненный согласно изобретению.
Клапан содержит корпус 1 с седлом 2 и ступенчатый проходной канал 3 образованный кольцевой расточкой корпуса 1 и втулкой 4. В закрытом положении шарик 5 прижат к седлу 2 пружиной 6 расположенной между втулкой 4 и кольцевым опорным элементом 7. Ход опорного элемента 7 ограничен втулкой 4, взаимодействующей с выступами 8 опорного элемента 7.
Формирование клетки осуществляется при помощи неподвижного центрального штыря 9.
Клапан работает следующим образом.
При превышении давления рабочей среды со стороны седла 2 над давлением в корпусе 1 шарик 5 и опорный элемент 7 приподнимаются, сжимая пружину 6, обеспечивая пропуск жидкости. В конце хода опорный элемент 7 упирается выступами 8 во втулку 4. В открытом положении клапана центральный штырь 9 и канал 3 формируют свободное пространство, в котором шарик 5 свободно перемещается по различным траекториям.
В мертвой точке хода плунжерного насоса шарик 5 с усилием, прикладываемым пружиной 6 посредством опорного элемента 7, перемещается к седлу 2, что предотвращает его зависание. При создании депрессии рабочей среды со стороны седла 2 над давлением в корпусе 1 на шарик 5 и опорный элемент 7 дополнительно действует усилие, зависящее от перепада давления на них.
В закрытом положении кольцевой опорный элемент 7 формирует с внутренней поверхность канала 3 и шариком 5 герметичное соединение.
Таким образом, предлагаемое устройство клапана обеспечивает длительную и надежную работу клапана и его принудительное закрытие.