КЛАПАН С УПЛОТНЕНИЕМ ПЛУНЖЕРНОГО НАСОСА ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ СКВАЖИН

Полезная модель относится к оборудованию для освоения и ремонта нефтяных и газовых скважин, в частности к плунжерным насосным установкам для обслуживания скважин (кислотная обработка, разрыв пласта, заглушение и т.д.), работающим в тяжелых условиях (агрессивная среда, высокая концентрация твердых частиц, высокое давление), а именно, к конструкции клапана с уплотнением для таких насосов.
В силу технологических особенностей при работе на скважинах прерывание операции до ее полного завершения недопустимо, поэтому плунжерные насосы для обслуживания скважин (далее плунжерные насосы) должны отвечать повышенным требованиям по надежности. Одним из наиболее ответственных и изнашиваемых узлов таких насосов являются клапанные узлы.
Известны клапанные узлы фирмы WIER SPM, используемые в насосных агрегатах TWS-2000 и др. модификаций (см. Каталог WIER SPM).
В соответствии с данным каталогом (см. копию с.27 каталога WIER SPM) клапанный узел плунжерного насоса включает клапан с кольцевой канавкой под уплотнение в крышке и конической рабочей поверхностью в нижней части крышки клапана, седло клапана с конической рабочей поверхностью, выполненной в головке седла, и кольцевое уплотнение.
Уплотнения выполняют из эластомеров под торговыми марками Buna и Viton, не относящимися к материалам с высокими упругими свойствами (см. Руководство по обслуживанию, копия 1 стр. прилагается).
Клапаны изготавливают из легированной стали (http://www.uralremdetal.ru/stati/spm/).
Указанная конструкция клапана клапанного узла плунжерных насосов для обслуживания скважин из каталога WIER SPM, в которой кольцевое горообразное уплотнение из эластомерных материалов размещено в канавке, выполненной в нижней части крышки клапана, выбрана в качестве прототипа.
Такая конструкция клапана с уплотнением, характеризуется недостаточными прочностными характеристиками элементов клапанного узла. В результате периодического воздействия значительных ударных нагрузок сравнительно быстро уплотнение разрушается и не обеспечивает необходимого демпфирования удара, в результате жесткого контакта металла клапана по металлу седла поверхности контакта разрушаются и клапан выходит из строя. Кроме того, между уплотнением и поверхностью канавки клапана в процессе работы возможно попадание абразивных частиц, что также приводит к преждевременному износу уплотнения и, следовательно, отрицательно сказывается на надежности и ресурсе работы клапана.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности и ресурса работы клапана с уплотнением плунжерных насосов.
Указанная задача решается за счет того, что в клапане с уплотнением плунжерного насоса для обслуживания скважин, включающем клапан с кольцевой канавкой под уплотнение в крышке и кольцевое уплотнение из эластомерного материала, согласно предлагаемому техническому решению, между уплотнением и поверхностью канавки размещен промежуточный слой из праймера, кольцевое уплотнение плотно связано с поверхностью кольцевой канавки клапана через указанный слой праймера и выполнено литым из расплава эластомерного материала, помещенного в канавку клапана.
При этом, в качестве эластомерного материала использован материал с высокими упругими свойствами, например Ecopur или Endiflex.
Таким образом, за счет обеспечения неразъемного контакта между поверхностью канавки в крышке клапана и материалом уплотнения, достигаемого за счет использования промежуточного слоя из праймера и выполнения уплотнения литым из расплава эластомерных материалов с высокими упругими свойствами, помещенного в канавку клапана на промежуточный слой праймера, значительно повышается надежность и ресурс работы клапана за счет увеличения износостойкости клапана с уплотнением.
Проведенные патентные исследования показали, что заявляемая разработка соответствует критерию «новизна». Заявляемая конструкция также соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлен клапан с кольцевым уплотнением.
Заявляемое устройство представляет собой клапан 1 с уплотнением 2, для плунжерных насосов, используемых для обслуживания скважин.
Клапан 1 включает крышку и направляющий хвостовик. В крышке клапана 1 выполнена канавка для уплотнения 2. На поверхность канавки нанесен промежуточный слой из праймера 3. Можно использовать праймер марок «симбонд (silbond)», «химосил (chimosil)» и др. Уплотнение 2 представляет собой кольцевой элемент, плотно связанный через промежуточный слой 3 праймера с поверхностью канавки клапана 1 и выполненый литьм из расплава эластомерного материала с высокими характеристиками упругости, например из эластомера Ecopur или Endiflex, помещенного в канавку клапана 1 на промежуточный слой 3 праймера.
За счет применения промежуточного слоя из праймера и использования уплотнения, отлитого из расплава, помещенного непосредственно в канавку, обеспечивается получение клапана, в котором тело клапана неразъемно, монолитно связано с материалом уплотнения. Зазор между уплотнением и поверхностью канавки отсутствует.
Внешне заявляемый клапан соответствует клапану-прототипу, однако конструктивно он имеет существенные отличия от прототипа, заключающиеся, как указано выше в следующем:
- предусмотрен промежуточный слой 3 из праймера, располагаемый между поверхностью канавки и уплотнением; толщина слоя праймера зависит от его марки, и выбирается из условие надежного, плотного беззазорного соединения между собой уплотнение и поверхность канавки под него.
- использовано литое уплотнение, причем отлитое из расплава эластомерного материала, помещенного непосредственно в канавку клапана, покрытую равномерным слоем праймера.
Работа узла осуществляется следующим образом:
Клапан изготавливают из легированной стали методом горячей штамповки с последующей механической обработкой (проточка канавки, обточка рабочих и посадочных поверхностей). Затем поверхность канавки подготавливают под заливку путем механической и химической обработки, и покрывают слоем праймера. После этого клапан помещают в специальную форму и в полученную полость заливают расплав эластомера. После охлаждения клапан с уплотнением извлекают из формы и производят окончательную механическую обработку наружного профиля уплотнения.