КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована в нефтяных скважинах, оборудованных глубинными насосами, в частности штанговыми насосами для нефтедобычи.
Известен клапан, содержащий корпус с неподвижным седлом и подвижный в осевом направлении относительно седла и подпружиненный относительно корпуса пружиной сжатия затвор, изготовленный за одно целое с пружиной (см. патент US №2599499, кл. F 16 К 15/16, 15.07.1947).
Однако данный клапан при простоте его конструкции имеет сравнительно высокое гидравлическое сопротивление и малый ход затвора относительно седла, что связано с особенностями выполнения пружины из плоской упругой полосы.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является клапан, содержащий установленные в цилиндрическом корпусе неподвижное кольцевое седло и подвижный в осевом направлении относительно седла затвор, подпружиненный относительно седла пружиной сжатия, выполненной за одно целое с затвором, причем пружина выполнена в виде цилиндрического насадка, в стенке которого выполнены поперечные прорези, а соседние прорези направлены навстречу друг другу, (см., полезную модель RU №46807, кл. Е 21 В 34/06, 27.07.2005).
Данный клапан технологически прост в изготовлении и обеспечивает надежную работу в ходе его эксплуатации, однако выполнение затвора в виде втулки не дает возможности его использовать в качестве клапана в скважинах в составе насосной установки или в виде клапана обсадной колонны, что в конечном счете сужает область использования данного клапана.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание простого конструктивно и в изготовлении клапана для перепуска откачиваемой преимущественно из скважины среды.
Техническим результатом от использования данного клапана будет повышение надежности работы клапана, снижение гидравлических потерь при работе клапана и снижение стоимости его изготовления.
Указанная задача решается за счет того, что клапан содержит установленные в цилиндрическом корпусе неподвижное кольцевое седло и подвижный в осевом направлении относительно седла затвор, подпружиненный относительно седла пружиной сжатия, выполненной за одно целое с затвором, причем пружина выполнена в виде цилиндрического насадка, в стенке которого выполнены поперечные прорези, а соседние прорези направлены навстречу друг другу, при этом пружина и затвор выполнены в виде стакана, дно которого образует затвор, а боковая стенка пружину, между пружиной и затвором в боковой стенке стакана выполнены перепускные отверстия, выше пружины боковая стенка стакана выполнена с фланцем, который защемлен относительно цилиндрического корпуса клапана, а глубина поперечных прорезей «1» определяется из выражения:
l=0,5(D+d), где
D - наружний диаметр стакана,
d - внутренний диаметр стакана.
Второй вариант выполнения клапана отличается от выше описанного тем, что выше пружины боковая стенка стакана выполнена с фланцем, зафиксированным относительно цилиндрического корпуса посредством резьбового соединения между боковой стенкой стакана и внутренней стенкой корпуса.
Данный клапан относится к типу клапанов, открытие и закрытие которых производится автоматически под действием перепада давления подаваемой в клапан среды. При использовании клапана в составе насосной установки при добыче различных сред из скважины он устанавливается в
колонне насосно-компрессорных труб, что позволяет использовать его в качестве всасывающего или нагнетательного клапана, а также данный клапан можно устанавливать в обсадной колонне или колонне труб в качестве предохранительного или перепускного клапана.
Выполнение пружины путем выполнения поперечных щелевидных прорезей во взаимно противоположном направлении позволяет создать легкую в изготовлении пружину, имеющую строго контролируемые параметры, в частности максимальную величину хода и величину усилия сжатия. Для достижения заданных характеристик пружины при сохранении надежной работы величина, а точнее глубина прорезей должна быть строго определенной. В ходе исследований было установлено, что наиболее оптимальной глубина поперечных прорезей «1» определяется из выражения:
l=0,5(D+d), где
D - наружний диаметр стакана,
d - внутренний диаметр стакана.
Таким образом максимальная величина непрорезанной части боковой стенки стакана равна толщине боковой стенки стакана. В результате при работе пружины данная непрорезанная часть боковой стенки стакана при работе пружины будет испытывать только изгибающие усилия. При этом исключается эффект скручивания материала боковой стенки стакана. Как следствие снижаются усталостные напряжения в материале стенки стакана, а наиболее нагруженная часть стенки стакана не имеет поперечных надрезов, что и обеспечивает надежную и «мягкую» работу пружины в составе клапана.
На фиг.1 представлен продольный разрез клапана с защемленным фланцем и на фиг.2 представлен продольный разрез клапана с зафиксированным относительно корпуса фланцем посредством резьбового соединения.
Клапан содержит установленные в цилиндрическом корпусе 1 неподвижное кольцевое седло 2 и подвижный в осевом направлении
относительно седла 2 затвор 3, подпружиненный относительно седла 2 пружиной 4 сжатия, выполненной за одно целое с затвором 3. Пружина 4 выполнена в виде цилиндрического насадка, в стенке которого выполнены поперечные прорези, причем соседние прорези направлены навстречу друг другу. Пружина 4 и затвор 3 выполнены в виде единой детали - стакана, дно которого образует затвор 3, а боковая стенка пружину 4. Между пружиной 4 и затвором 3 в боковой стенке стакана выполнены перепускные отверстия 5. Выше пружины 4 боковая стенка стакана выполнена с фланцем 6, который защемлен относительно цилиндрического корпуса 1 клапана, например цилиндрической втулкой 7 или одной из труб колонны труб.
Глубина поперечных прорезей «1» образующих пружину 4 определяется из выражения:
l=0,5(D+d), где
D - наружний диаметр стакана,
d - внутренний диаметр стакана.
Второй вариант выполнения клапана отличается от описанного выше тем, что выше пружины 4 боковая стенка стакана выполнена с фланцем 6, зафиксированным относительно цилиндрического корпуса 1 посредством резьбового соединения 8 между боковой стенкой стакана и внутренней стенкой корпуса 1.
При подаче под давлением среды, например жидкой среды по колонне труб, и создании таким образом на клапане перепада давления среда под давлением воздействует на затвор 3. В результате затвор 3 перемещается вдоль корпуса 1, образуя кольцевой зазор между седлом 2 и затвором 3 и сжимая пружину 4. Через этот зазор и далее через перепускные отверстия 5 среда под давлением поступает в пространство клапана над затвором 3 и далее поступает по назначению, которое зависит от того, где установлен клапан. При снижении давления в пространстве перед клапаном затвор 3 под действием сжатой пружины 4 перемещается в сторону седла 2, перекрывая образовавшийся между ними зазор.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтедобывающей или газодобывающей промышленности при проведении работ по добыче из скважин различных сред.