клапан универсальный

Формула изобретения

1. Клапан универсальный, содержащий расположенные в полом цилиндрическом корпусе запорный элемент в виде шарика, седло, пружину, отличающийся тем, что в нижней части корпуса с помощью нажимной втулки неподвижно закреплен упор, имеющий в верхней части нажимной торец, шарик, взаимодействующий с седлом, установлен в клапанном блоке, поджатом резьбовой втулкой, имеющем возможность скольжения в сквозном отверстии резьбовой втулки и корпусе вдоль вертикальной оси, при этом упор и клапанный блок в исходном положении расположены с гарантированным зазором между нажимным торцом упора и шариком.

2. Клапан универсальный по п.1, отличающийся тем, что упор выполнен в виде полого ступенчатого стакана, в стенке меньшего диаметра которого выполнены радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия, на наружной поверхности выполнена кольцевая опорная поверхность для упора пружины.

3. Клапан универсальный по п.2, отличающийся тем, что пружина выполнена, например, в виде пакета тарельчатых пружин.

4. Клапан универсальный по п.2, отличающийся тем, что пружина предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением.

5. Клапан универсальный по п.1, отличающийся тем, что корпус клапанного блока выполнен в виде ступенчатой втулки, во внутреннем сквозном отверстии которого выполнена проточка для установки седла клапана, имеющего сквозное отверстие и закрепленного в корпусе с помощью буксы, а выше расположения седла во внутреннем сквозном отверстии корпуса выполнена проточка для расположения шарика.

6. Клапан универсальный по п.1, отличающийся тем, что нажимной торец упора выполнен в виде сферической поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к запорно-регулирующим устройствам, например входящим в комплекс оборудования для добычи нефти, в котором подача жидкости осуществляется с помощью скважинного насоса по эксплуатационной трубе насосно-компрессорных труб (НКТ).

В таких комплексах напорный патрубок насоса оснащается обратным клапаном, который предохраняет систему от давления столба жидкости, находящейся в эксплуатационной трубе, при повторном запуске насоса после его остановки. Поскольку в процессе работы насос подвержен загрязнению парафиновыми и другими отложениями, применяется методика его периодической промывки специальными растворами, подаваемыми с поверхности по той же эксплуатационной трубе, но в обратном направлении, т.е. сверху вниз. Обычные обратные клапаны не пропускают жидкость в этом направлении. А промывочные клапаны не обеспечивают защиту насоса от давления столба жидкости при работе в рабочем и остановочном режимах.

Известен клапан обратный, включающий корпус, седло, запорный элемент, выполненный в виде шара, установленный в ограничителе с отверстиями для протока жидкости. Ограничитель выполнен в виде клетки, закрепленной с помощью стопорного кольца, с возможностью увеличения проходного сечения между запорным элементом и ограничителем, при осевом перемещении запорного элемента. Ограничитель выполнен с конусными отверстиями и конусными расточками для протока жидкости. Угол раствора конусных отверстий и расточек может находиться в диапазоне 1-20 градусов. Седло закреплено с помощью гайки и втулки. Для защиты резьбы втулка снабжена уплотнительным кольцом (патент на полезную модель № 76379, МПК Е21В 34/00, опубликовано 20.09.20080).

Известен обратный клапан, содержащий запорный орган и седло с нагрузонесущим и уплотнительным участками. Нагрузонесущий участок седла выполнен из металла, а уплотнительный участок выполнен из резины в форме самоуплотняющейся манжеты с заостренным краем. Перед посадкой запорного органа в седло край манжеты прикасается к поверхности запорного органа раньше, чем остальные части седла. В результате острая кромка уплотнительного участка счищает с поверхности запорного органа механические частицы и плотно обхватывает его по периметру, создавая надежную герметизацию в зоне "седло-запорный орган" (патент РФ № 2237212, МПК F16K 15/04, опубликовано 27.09.2004)

Известен клапан обратный, содержащий корпус с входным отверстием, седлом и основной камерой, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом, шарик установлен в основной камере корпуса с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками, образованными в корпусе в результате пересечения поверхностей основной камеры и дополнительных камер. Длина направляющих дорожек выполнена больше величины хода шарика для надежного перемещения шарика с обеспечением максимального раскрытия проходного сечения, т.е. кольцевой щели, образованной кромкой седла и поверхностью отодвинутого от седла шарика, при мгновенном увеличении давления (гидроударе) на входе. А суммарная эффективная площадь сечений дополнительных камер равна площади сечения входного отверстия, чтобы обеспечить низкое гидравлическое сопротивление клапана (патент РФ 2177575, МПК F16K 15/04, опубликовано 27.12.2001). Недостатками клапана являются: неудовлетворительный срок службы, нарушение герметичности устройства при работе с жидкостью, содержащей механические частицы, которые образуют при остановке насоса микрощели между уплотняемыми поверхностями, приводящие к опорожнению полости НКТ, а также пропуск жидкости только в одном направлении.

Известен клапанный узел, содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент, дополнительно содержащий груз, выполненный в виде тела вращения, в шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента, а груз размещен с возможностью перемещения в полости (патент РФ 2107859, МПК F16K 15/04, опубликовано 27.03.1998) Данное решение является достаточно сложным для реализации.

Известен промывочный клапан, содержащий соединенный посредством переводника с насосно-компрессорными трубами (НКТ) цилиндрический корпус с радиальными отверстиями, подвижную подпружиненную герметизирующую втулку, размещенную в корпусе с образованием поршневой пары, согласно изобретению при эксплуатации скважины с невставным штанговым насосом снабжен штоком с муфтой, установленным с возможностью свободного перемещения во внутренней части клапана и соединяющим плунжер невставного штангового насоса со штангами, связанными с канатной подвеской станка-качалки, при этом клапан снабжен также вторым переводником, связывающим его корпус с подъемным патрубком невставного штангового насоса, внутренняя поверхность герметизирующей втулки выполнена с участком конической формы, а муфта расположена на штоке с учетом глубины подвески невставного штангового насоса и растяжения от веса штанг на расстоянии от упомянутого участка конической формы, выбранном таким, чтобы при работе насоса упомянутая муфта не доходила до упомянутого участка и обеспечивающим опору муфты на этот участок при освобождении штока, связанного со штангами, от канатной подвески станка-качалки для перемещения герметизирующей втулки клапана до совмещения с радиальными отверстиями в корпусе клапана и открытия сообщения полости НКТ с затрубным пространством (патент РФ № 2358091, МПК Е21В 34/06, опубликовано 10.06.2009).

Недостатками данных клапанов являются: неудовлетворительный срок службы, нарушение герметичности устройства при работе с жидкостью, содержащей механические частицы, которые образуют при остановке насоса, микрощели между уплотняемыми поверхностями, приводящие к опорожнению полости НКТ.

Предлагаемое устройство обеспечивает защиту насоса от давления столба жидкости при работе в рабочем и остановочном режимах, а также периодический пропуск специального раствора в обратном направлении в режиме промывки. Переключение предлагаемого клапана с рабочего на промывочный режим производится за счет того, что промывочный раствор подается под давлением, гарантированно превышающим давление столба жидкости при обычном режиме работы насоса.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности работы насосной установки, в повышении надежности и срока эксплуатации скважинных насосов в скважинах.

Поставленная задача решается за счет того, что в клапане универсальном, содержащем расположенные в полом цилиндрическом корпусе запорный элемент в виде шарика, седло, пружину, в нижней части корпуса с помощью нажимной втулки неподвижно закреплен упор, имеющий в верхней части нажимной торец, шарик, взаимодействующий с седлом, установлен в клапанном блоке, поджатом резьбовой втулкой, имеющем возможность скольжения в сквозном отверстии резьбовой втулки и корпусе вдоль вертикальной оси, при этом упор и клапанный блок в исходном положении расположены с гарантированным зазором между нажимным торцом упора и шариком.

Дополнительно упор выполнен в виде полого ступенчатого стакана, в стенке меньшего диаметра которого выполнены радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия, на наружной поверхности выполнена кольцевая опорная поверхность для упора пружины.

Кроме того, пружина выполнена, например, в виде пакета тарельчатых пружин.

Кроме того, пружина предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением.

Дополнительно корпус клапанного блока выполнен в виде ступенчатой втулки, во внутреннем сквозном отверстии которого выполнена проточка для установки седла клапана, имеющего сквозное отверстие и закрепленного в корпусе с помощью буксы, а выше расположения седла во внутреннем сквозном отверстии корпуса выполнена проточка для расположения шарика.

Кроме того, нажимной торец упора выполнен в виде сферической поверхности.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 представляет продольный разрез клапана универсального в остановочном режиме.

Фиг.2 - вид А, исходное положение шарика в седле клапана универсального, гарантированный зазор К между нажимным торцем и нижней точки шарика.

Фиг.3 - продольный разрез клапана универсального в рабочем режиме.

Фиг.4 - продольный разрез клапана универсального в промывочном режиме.

Клапан универсальный содержит полый цилиндрический корпус 1 с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами, которые служат для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб. В нижней части полого цилиндрического корпуса 1 с помощью нажимной втулки 2 неподвижно закреплен упор 3 в виде полого ступенчатого стакана, в стенке меньшего диаметра которого выполнены радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия 4, а на наружной поверхности имеется кольцевая опорная поверхность для упора пружины 5, выполненной, например, в виде пакета тарельчатых пружин, при этом пружина предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением, т.е. давлением столба жидкости в вертикальном трубопроводе. Упор 3 имеет в верхней части нажимной торец 6, который может быть выполнен, например, в виде сферической поверхности.

В корпусе 1 установлен клапанный блок 7, поджатый резьбовой втулкой 8 со сквозным отверстием диаметром d, имеющий возможность скольжения в сквозном отверстии резьбовой втулки 8 и корпусе 1 вдоль вертикальной оси, состоящий из корпуса 9 в виде ступенчатой втулки, во внутреннем сквозном отверстии которого выполнена проточка для установки седла клапана 10, имеющего сквозное отверстие и закрепленного в корпусе 9 с помощью буксы 11, выше расположения седла 10 во внутреннем сквозном отверстии корпуса выполнена проточка для расположения запорного элемента в виде шарика 12, ограничивающая его вертикальное перемещение. В корпусе 9 выполнены радиальные сквозные равномерно расположенные отверстия 13, выполненные таким образом, что при расположении шарика 12 в крайнем верхнем положении соединяют полость Б, расположенную выше клапанного блока 7 и полость В, расположенную внутри упора 3. Нижний торец буксы 11 предназначен для упора пружины 5. Упор 3 и клапанный блок 7 в исходном положении расположены с гарантированным зазором К между нажимным торцом 6 упора и шариком 12.

Клапан универсальный работает в трех режимах эксплуатации - рабочем, остановочном и промывочном.

В рабочем режиме пружина предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением, т.е. давлением столба жидкости в вертикальном трубопроводе, жидкость под рабочим давлением подается от насоса снизу в полость В упора 3, проходит через радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия 4 упора 3, затем через сквозное отверстие седла клапана 10 шарик 12 поднимается в крайнее верхнее положение, соединяет полость Б, расположенную выше клапанного блока 7 и полость В, расположенную внутри упора 3, жидкость проходит через радиальные сквозные равномерно расположенные отверстия 13 далее в трубопроводную трассу.

При остановке двигателя насоса (остановочный режим) шарик 12 под действием собственного веса опускается, закрывает отверстие седла клапана 10 и клапан работает как обратный клапан, предохраняя систему от давления столба жидкости в трубопроводной трассе. При этом полости Б и В разобщены, между нажимным торцом 6 и нижней точки шарика 12 сохраняется гарантированный зазор К.

При промывочном режиме жидкость подается в полость Б под давлением, гарантированно превышающим рабочее давление. При этом клапанный блок 7 сдвигается вниз, преодолевая усилие пружины, на величину зазора К, и шарик 4 входит в контакт с нажимным торцом 6 упора 3, клапанный блок 7 продолжает движение вниз, и седло клапана 10 отрывается от шарика 12, образуя зазор для прохода жидкости, которая через радиальные сквозные равномерно расположенные отверстия 13, радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия 4 упора 3 и полость В упора 3 проходит вниз в сторону напорного патрубка насоса.