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, 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 (патент РФ №70297, публ.2003).
Недостатком его является ограниченные технические возможности и сложность конструкции клапана, обусловленные невысокой технологичностью изготовления отдельных его элементов, в частности запорного элемента, возможностью разгерметизации клапана, обусловленной конструкцией запорного элемента, исключающего его самоустановку при возникновении неровностей, дефектов, например раковин, на сферической поверхности запорного элемента, и как следствие, приводящих к снижению надежности в эксплуатации перепускного клапана.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных недостатков, повышение эффективности и надежности функционирования перепускного клапана за счет выполнения определенной формы запорного элемента.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата перепускной клапан погружной насосной установки, содержащий корпус с проходным каналом и свободно установленным в нем седлом для взаимодействия с запорным элементом, далее по ходу движения рабочей среды в проходном канале которого установлена распорная втулка с возможностью фиксации положения седла при помощи нажимной втулки, соединенной с корпусом по резьбе и имеющей в торцевой стенке проходные отверстия, при этом запорный элемент выполнен каплевидной формы в виде тела вращения с плоским торцом, обращенным в сторону торца распорной втулки, образующая тела вращения запорного элемента состоит из сопряженных между собой выпуклого, вогнутого, прямолинейного и малого выпуклого участка, при этом радиусы выпуклого и вогнутого участков превышают радиус малого выпуклого участка, на плоском торце, сопряженном по дуге со сферической поверхностью большего радиуса, выполнен выступ для взаимодействия с торцевой стенкой нажимной втулки.
Возможны и другие варианты выполнения полезной модели, согласно которым необходимо, чтобы:
- на сферической поверхности большего радиуса выполнен рабочий участок с высокой чистотой обработки поверхности для взаимодействия с поверхностью седла с возможностью герметизации перекрытия проходного канала.
- выступ выполнен в виде уплощенного цилиндра.
- 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, а именно повышения эффективности и надежности функционирования перепускного клапана за счет обеспечения запирания проходного отверстия посредством самоустанавливающегося запорного элемента, выполненного каплевидной формы со сферической рабочей поверхностью, взаимодействующей с конической поверхностью седла по притертой поверхностной линии, а также в обеспечении произвольной ориентации запирающего элемента ввиду своей «аэродинамической», обтекаемой формы в зависимости от условий эксплуатации и упрощения конструкции и технологии изготовления клапана за счет выполнения почти всех деталей методом токарной обработки ввиду выполнения их с конической и со сферической поверхностями.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен продольный разрез перепускного клапана;
на фиг.2 - 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.
Согласно полезной модели предохранительный клапан для погружной насосной установки содержит корпус 1 (фиг.1, 2) 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, установленным на большей ступени для взаимодействия с запорным элементом 6.
Рабочие поверхности седла 5 и запорного элемента 6 притерты друг к другу для повышения герметичности соединения.
После запорного элемента 6 по ходу движения рабочей среды в проходном канале 2 установлена распорная втулка 7, которая установлена в корпусе 1 с возможностью фиксации положения седла 5 при помощи нажимной втулки 8, соединенной с корпусом 1 по резьбе 9.
Особенностью полезной модели является то, что запорный элемент 6 выполнен каплевидной формы в виде тела вращения с плоским торцом 10, обращенным в сторону торцевой стенки И нажимной втулки 8. Образующая тела вращения запорного элемента 6 состоит из сопряженных между собой выпуклого, вогнутого, прямолинейного и малого выпуклого участков 12, 13, 14, 15, при этом радиусы выпуклого и вогнутого участков 12 и 13 приблизительно равны, а каждый из них превышает радиус малого выпуклого участка 15. На плоском торце 10, сопряженном по дуге со сферической поверхностью большего радиуса, выполнен выступ 16 для взаимодействия с торцевой стенкой 11 нажимной втулки 8. Кроме этого на торцевой стенке 11 нажимной втулки 8 выполнены проходные отверстия 17, размещенные в периферийной зоне торцевой стенки. Такое решение существенно снижает сопротивление движению среды через клапан, обладает технологичностью, минимальным весом и требуемой прочностью. 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 8, выполненной из конструкционной стали 40Х, равна 30-65 единиц по Роквелу, что достигается за счет термообработки.
При этом рабочие поверхности запорного элемента 6 и седла 5 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 7 и нажимную втулку 8, связанную с корпусом 1 по резьбе и фиксирующую тем самым седло 5 и распорную втулку 7 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. 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 17 в нажимной втулке 8 наружу.
Выполнение запорного элемента 6 каплевидной формы исключает возможность снижения скоростного потока, образования застойных (мертвых) зон для скопления твердой фракции и в итоге закупоривания канала, выходу из строя клапана.
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 8 извлечь свободно установленные распорную втулку 7, запорный элемент 6 и седло 5, и в случае необходимости заменить их новыми и собрать клапан. Сборка клапана осуществляется в обратном порядке выполнения операций по демонтажу.
Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.