Приемный клапан скважинного насоса

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию и предназначена преимущественно для поршневых и плунжерных насосов, в частности для используемых в скважинах штанговых и буровых насосах.
Известны клапаны штанговых насосов, состоящие из пары седло-шарик (см. "Скважинные штанговые насосы для добычи нефти", каталог, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1988).
Недостатком указанных шариковых клапанов является то, что уплотнительная поверхность на седле чрезмерно перегружена и вследствие этого быстро изнашивается. Другим недостатком шариковых клапанов является то, что они плохо работают в наклонных скважинах, при перекачке вязких и загрязненных жидкостей.
Известен также тарельчатый клапан бурового насоса, в котором коническая опорная поверхность седла имеет дополнительную опорную поверхность, выполненную на ребрах в седле (см. SU №1617231 А1, кл. F16K 15/02, опубл. 1990).
Недостатком известного устройства является недостаточная разгрузка опорной уплотнительной поверхности и уменьшение проходного сечения седла с ребрами по сравнению с проходным сечением в обычном седле без ребер и направляющей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является приемный клапан скважинного насоса, содержащий седло и подпружиненную тарелку с направляющим штоком, причем последний пропущен через него (см. патент RU №2180709, кл. F16K 15/02, опубл. 20.03.2002).
Однако выполнение направляющего штока с надетой на него пружиной непосредственно взаимодействующей с перекачиваемой средой в сочетании с выполнением клапана с двумя тарелками приводит к усложнению конструкции и дополнительным затратам на проведение работ по подготовке уплотнительных поверхностей. Кроме того непосредственный контакт пружины с перекачиваемой средой приводит к интенсификации коррозионных процессов и износу пружины, и как результат к снижению ресурса работы клапана.
Технической проблемой полезной модели является создание клапана, в котором устранены выявленные недостатки.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность снизить потери напора в проточной части приемного клапана при одновременном повышении надежности работы клапана и увеличении его срока службы.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что приемный клапан скважинного насоса содержит седло и подпружиненную тарелку с направляющим штоком, причем последний пропущен через него, седло герметично установлено между переходником, соединенным с цилиндром скважинного насоса, и всасывающим патрубком последнего, направляющий шток пропущен через отверстие втулки Т-образной грундбуксы, неподвижно соосно установленную во всасывающем патрубке и соединенную заплечиками с внутренней поверхностью всасывающего патрубка, при этом в заплечике грундбуксы выполнены сквозные отверстия, на нижний конец направляющего штока надет упругий элемент в виде пружины, установленный в расточке, размещенной во всасывающем патрубке обоймы, охватывающей нижний конец направляющего штока и частично втулку грундбуксы, пружина поджата через обойму с помощью гайки, навинченной на конец направляющего штока к втулке грундбуксы, в стенке всасывающего патрубка выполнены круглые и щелевые отверстия, а на наружной поверхности обоймы по винтовой линии выполнено ребро, причем обойма установлена с возможностью скольжения ребром вдоль внутренней поверхности всасывающего патрубка в зоне выполненных в нем отверстий при перемещении тарелки с направляющим штоком относительно седла.
В тарелке может быть выполнен сквозной канал, в котором установлено сливное устройство в виде штуцера и разрывной мембраны, герметично зажатой между штуцером и тарелкой с перекрытием выполненного в ней канала.
Проведенные испытания показали, что тарельчатый клапан может обеспечить надежную работу скважинного насоса, в том числе в наклонных и горизонтальных скважинах.
Выполнение приемного клапана скважинного насоса с седлом и подпружиненной тарелкой с направляющим штоком, пропущенным через седло, которое герметично установлено между переходником, соединенным с цилиндром скважинного насоса, и всасывающим патрубком последнего, в сочетании с тем, что направляющий шток пропущен через отверстие втулки Т-образной грундбуксы, неподвижно установленной во всасывающем патрубке соосно с направляющим штоком и всасывающим патрубком и соединенной заплечиками с внутренней поверхностью всасывающего патрубка, при этом в заплечике грундбуксы выполнены сквозные отверстия, на нижний конец направляющего штока надет упругий элемент в виде пружины, установленный в расточке, размещенной во всасывающем патрубке обоймы, охватывающей нижний конец направляющего штока и частично втулку грундбуксы, пружина поджата через обойму с помощью гайки, навинченной на конец направляющего штока к втулке грундбуксы, в стенке всасывающего патрубка выполнены круглые и щелевые отверстия, а на наружной поверхности обоймы по винтовой линии выполнено ребро, причем обойма установлена с возможностью скольжения ребром вдоль внутренней поверхности всасывающего патрубка в зоне выполненных в нем отверстий при перемещении тарелки с направляющим штоком относительно седла позволяет протекание по проточной части всасывающего патрубка рабочей среды с минимально возможными гидравлическими потерями, причем размещение упругого элемента, будь то выполненная из металла пружина или набор упругих резиновых элементов в расточке обоймы минимизирует контакт упругого элемента с перекачиваемой средой, а обойма, по существу, является одновременно обтекателем, защитным кожухом и с помощью выполненного по винтовой поверхности ребра устройством для очистки внутренних стенок всасывающего патрубка от возможных отложений и прочистки от них выполненных в стенке всасывающего патрубка отверстий.
На чертеже представлен продольный разрез приемного клапана скважинного насоса.
Приемный клапан скважинного насоса содержит седло 1 и подпружиненную тарелку 2 с направляющим штоком 3.
Направляющий шток 3 пропущен через седло 1, при этом последнее герметично установлено между переходником 4, соединенным с цилиндром скважинного насоса (не показан на чертеже) и всасывающим патрубком 5 последнего.
Направляющий шток 3 пропущен через отверстие втулки 6 Т-образной грундбуксы 7, неподвижно соосно установленную во всасывающем патрубке 5 и соединенную заплечиками 8 с внутренней поверхностью всасывающего патрубка 5.
В заплечиках 8 грундбуксы 7 выполнены сквозные отверстия 9.
На нижний конец направляющего штока 3 надет упругий элемент в виде пружины 10, установленный в расточке размещенной во всасывающем патрубке 5 обоймы 11, охватывающей нижний конец направляющего штока 3 и частично втулку 6 грундбуксы 7. Пружина 10 поджата через обойму 11 с помощью гайки 12, навинченной на конец направляющего штока 3 к втулке 6 грундбуксы 7.
В стенке всасывающего патрубка 5 выполнены круглые 13 и щелевые 14 отверстия, а на наружной поверхности обоймы 11 по винтовой линии выполнено ребро 15, причем обойма 11 установлена с возможностью скольжения ребром 15 вдоль внутренней поверхности всасывающего патрубка 5 в зоне выполненных в нем отверстий 13 и 14 при перемещении тарелки 2 с направляющим штоком 3 относительно седла 1.
В тарелке 2 выполнен сквозной канал 16, в котором установлено сливное устройство в виде штуцера 17 и разрывной мембраны 18, герметично зажатой между штуцером 17 и тарелкой 2 с перекрытием выполненного в ней канала 16.
Работа приемного клапана реализуется следующим образом.
При ходе поршня насоса (не показан на чертеже) вверх за счет перепада давления тарелка 2 поднимается на седлом 1 и пропускает жидкость в насос, а при ходе поршня вниз под действием веса тарелки 2 с направляющим штоком 3 и действия сжатой пружины 10 тарелка 2 садится на седло 1 и герметизирует рабочую полость насоса, при этом нагрузка, действующая на площадь тарелки 2, равномерно распределяется по опорной поверхности седла 1.
При ремонте насоса или проведении геолого-технических мероприятий всю жидкость из полости насосно-компрессорных труб и скважинного насоса необходимо слить. В цилиндре насоса создается давление выше давления, на которое рассчитана разрывная мембрана 18. В этом случае в сливном устройстве разрушается разрывная мембрана 18 и перекачиваемая среда из цилиндра насоса сливается через сквозной канал 16 и всасывающий патрубок 5 в скважину.
Полезная модель позволяет увеличить ресурс работы приемного клапана путем предотвращения непосредственного контакта пружины 10 с перекачиваемой средой и плавного обтекания гладкой поверхности обоймы 11 перекачиваемой средой, что позволяет снизить гидравлические потери в проточной части приемного клапана, уменьшить или исключить износ пружины и расширить диапазон материалов, из которых изготавливается пружина.
В частности пружина может быть выполнена: в виде набора эластомерных (резиновых) колец, в виде металлической пружины (спрессованной тонкой проволоки), в виде металлической, например цилиндрической пружины из коррозионностойкой проволоки, а из высокопрочных износостойких материалов можно изготавливать только детали с опорными поверхностями.
Кроме того, при работе приемного клапана частички загрязнений (парофиновые и другие отложения, окалина и прочее) срезаются ребром обоймы и образованный щелевыми и круглыми отверстиями фильтр постоянно очищается, что также увеличивает ресурс работы приемного клапана, а, следовательно, и скважинного насоса.
Данная полезная модель наиболее актуальна для использования в штанговых насосах, предназначенных для работы в наклонных и горизонтальных скважинах.