Клапанное устройство насосного модуля

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности к клапанам насосных установок предназначенных для подъема жидкости с больших глубин.
Известные конструкции погружных насосных установок возвратно поступательного действия преимущественно оснащены набором запорной арматуры в виде обратных и всасывающих клапанов.
На данный момент, благодаря простоте своей конструкции широко применяются гравитационные клапаны к недостаткам, которых можно отнести существенные потери жидкости и невозможность работы в скважинах с наклоном более 45%.
Из уровня техники известны различные варианты выполнения клапанных узлов с запирающим элементом, в виде шара приводимым в движение посредством толкателя.
В качестве ближайшего аналога выполнения заявляемого технического решения принято клапанное устройство глубинного штангового насоса, где в корпусе всасывающего клапана над его верхним ограничителем установлен толкатель клапана, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода клапана и взаимодействия с нижним окончанием плунжера с одной стороны, а с другой - всасывающим клапаном. Толкатель клапана выполнен в виде диска с проходными отверстиями, совпадающими с аналогичными отверстиями в верхнем ограничителе клапана. Толкатель снабжен направленным вниз центральным стержнем, расположенным в соответствующем отверстии верхнего ограничителя клапана (RU2258837 C1, 19.08.2002)
К недостаткам описанного технического решения можно отнести вероятность заклинивания толкателя, недостаточную технологичность конструкции связанную с тем, что необходимо осуществлять центрирование поверхностей толкателя относительно корпуса клапана, также к недостаткам можно отнести невозможность эксплуатации данного устройства в скважинах с наклоном более 45%.
Также из уровня техники известен клапан с запорным элементом в виде золотника с направляющим штоком, установленным внутри цилиндрического прямоточного корпуса, известная конструкция клапана позволяет снизить потери скважинной жидкости и обеспечивает возможность эксплуатации насосных установок в наклонных скважинах.
Так из патентов на полезные модели известен клапан для нефтяных насосов, содержащий прямоточный корпус, в котором размещены запорный орган со штоком, механическое уплотнение, седло, выполненное в виде втулки с коническим уплотнительным пояском, при этом запорный орган выполнен в виде цилиндрической пробки, снабженной конической уплотнительной поверхностью, сопрягаемой в закрытом положении клапана с уплотнительным пояском седла. Пробка соединена со штоком посредством резьбы, а в корпусе со стороны выхода установлена направляющая для свободного конца штока. Механическое уплотнение выполнено в виде установленного на пробке после конической уплотнительной поверхности набора эластично подпружиненных, эксцентрично попарно смещенных относительно друг друга на 180° уплотнительных колец. Каждая пара смещена относительно предыдущей пары. На свободном торце пробки установлена защитная шайба, закрывающая механическое уплотнение от воздействия абразивных составляющих пластовой жидкости, а на шток запорного органа нанесены винтовые канавки, обеспечивающие его вращение вокруг продольной оси потоком набегающей жидкости. Седло зафиксировано в корпусе резьбовой втулкой. На пробке между конической уплотнительной поверхностью и механическим уплотнением установлено эластичное уплотнительное (RU 69186 U1, 10.12.2007)
К недостаткам описанного технического решения можно отнести многодетальность конструкции, что снижает технологичность ее изготовления. Также применение подпружиненных уплотнительных колец приводить к заклиниванию клапана и повышению потерь скважинной жидкости.
Также  известен клапан, который содержит прямоточный корпус с седлом и запирающий элемент в виде золотника с направляющим штоком. Золотник снабжен набором уплотнительных колец, подпружиненных изнутри эластичными кольцами круглого сечения, и заканчивается буртом с конической и плоской поверхностями. В корпусе выполнена перегородка с пропускными отверстиями и центральным отверстием для направляющего штока. На направляющем штоке выполнены продольные пазы, а на его свободном конце нарезана резьба для привинчивания утяжелителя (RU 111229 U1, 10.12.2011).
К недостаткам описанного технического решения можно отнести повышенный износ поверхностей трения, в частности в зоне расположения подпружиненных уплотнительных колец, что приводит к заклиниванию клапана, а также к выходу из строя лабиринтного уплотнения под воздействие коррозии.
Принимаем указанное техническое решение за ближайший аналог для второго варианта выполнения заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель заключается в создании клапанного узла насосной установки, упрощенной конструкции, обеспечивающего надежность и продолжительность работы насосной установки с минимальными потерями скважинной жидкости.
Технический результат, достигнутый от реализации заявляемой полезной модели заключается в улучшении эксплуатационных характеристик клапанного узла, снижении износа запирающего элемента и направляющего штока, снижение динамического удара при закрывании клапана за счет специального выполнения направляющего штока и уменьшения его хода
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в клапанном устройстве насосного модуля, содержащего цилиндрический корпус, в котором размещены запирающий элемент с соответствующим ему местом посадки- седлом, выполняющий возвратно-поступательное движение, запирающий элемент выполнен в виде шара с седлом, приводимого в движение посредством толкателя. Толкатель выполнен полым и содержит множество перепускных отверстий, пересекающих тело толкателя под углом к его центральной оси. В полости толкателя устроена область увеличенного гидравлического сопротивления, создающая необходимое гидравлическое давление для его поступательного движения.
Согласно заявляемому варианту выполнения запирающий элемент клапанного узла выполнен из материала с твердостью большей, чем твердость материала толкателя.
Согласно заявляемому варианту реализации технического решения толкатель выполнен либо покрыт инертным, коррозионностойким материалом с антифрикционными свойствами.
Описанное техническое решение не ограничивается существенными признаками раскрытыми в формуле настоящей заявки и охватывает различные варианты реализации. В частности возможен вариант реализации клапанного узла, при котором запирающий элемент клапана будет выполнен в виде цельного штока с переменным радиальным сечением, с обеспечением возвратно-поступательного движения под воздействием набегающего потока скважинной жидкости.
Сущность заявляемого технического решения поясняется, но ограничивается следующими графическими материалами:
На чертеже изображено клапанное устройство в разрезе.
Согласно указанным вариантам реализации полезной модели клапанное устройство может быть использован в конструкции плунжерного насоса электропогружной насосной установки с приводом от линейного электродвигателя.
Согласно предпочтительному варианту реализации клапанное устройство содержит цилиндрический корпус 1, с соединительными резьбовыми элементами 2 по торцам в котором размещены запирающий элемент 3 в виде шара с седлом 4, приводимого в движение посредством толкателя 5. Указанный толкатель, выполнен полым и содержит множество перепускных отверстий 6, пересекающих тело толкателя под углом к его центральной оси, при этом в полости 7 толкателя устроена область увеличенного гидравлического сопротивления, создающая необходимое гидравлическое давление для его поступательного движения и перемещения запирающего элемента.
Запирающий элемент 3 клапанного узла выполнен из материала с твердостью большей, чем твердость материала толкателя 5. При этом толкатель выполнен либо покрыт инертным, коррозионностойким материалом с антифрикционными свойствами, что обеспечивает надежность и безотказность в работе.
Также возможен вариант реализации клапанного устройства, при котором запирающий элементом 3 может быть выполнен в виде цельнометаллического штока, выполняющего осевое возвратно поступательное перемещение под воздействием потока жидкости.
Реализация заявляемой полезной модели способствует достижение указанного технического результата, обеспечивая упрощение конструкции, повышение технологичности. Реализация запирающего элемента с толкателем позволяет снизить площадь контактных поверхностей, уменьшить ход запирающего элемента и обеспечить ориентирование потока скважинной жидкости в направлении дренажных отверстий клапана.