Кульовий клапан

Кульовий клапан свердловинного штангового насоса, який містить корпус, сідло, кулю, обмежник підйому кулі, наконечник, який відрізняється тим, що обмежник підйому кулі виконано у вигляді куполотвірної трипелюсткової цанги з внутрішнім діаметром сфери, що дещо перевищує діаметр кулі, і розташовано в корпусі так, що розрізну юбку цанги розміщено в радіальній кільцевій канавці, а пелюстки цанги розміщено в трьох відповідних радіальних пазах, виконаних повздовж зсередини корпуса. Корисна модель відноситься до нафтовидобувної промисловості, зокрема до свердловинних штангових насосів для видобутку нафти. До складу таких насосів входять всмоктувальний та нагнітальний кульові клапани, які один від одного відрізняються тільки геометричними розмірами. Ці клапани являються самодіючими і традиційно використовуються в таких насосах на протязі багатьох десятиріч. Відомі кульові клапани [див. каталог "Скважинные штанговые насосы для добычи нефти", "ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ", Москва, 1988, стор.36, 37] містять корпус з вікнами, або стакан з вікнами (залежно від типу виконання), сідло, кулю, наконечник. Стакан або перегородка в корпусі являють собою обмежник підйому кулі. Головним недоліком таких клапанів є запізнення посадки кулі до сідла, що значно знижує коефіцієнт наповнення насосу (всмоктувальний клапан) і коефіцієнт подачі насосу (нагнітальний клапан). У відкритому положенні клапана куля під дією потоку рідини здійснює хаотичний рух, що значно сповільнює його рух до сідла після завершення тактів всмоктування або нагнітання. Крім того, такі клапани мають значний гідравлічний опір. Найбільше близьким до запропонованого технічного рішення [прототип] є кульовий клапан [див. патент України №33597А]. Він містить корпус з нерухомим сідлом, кулю і обмежник підйому кулі, який виконано у виді пружної еластичної сітки. Як показала практика експлуатації такого клапана, при таких позитивних явищах, як зменшення запізнювання посадки кулі до сідла в порівнянні з се рійними, а також невеликий гідравлічний опір, головним недоліком його є порівняно короткий термін працездатності в наслідок зносу еластичної сітки за рахунок наявності механічних речовин у складі видобуваємої нафти із свердловини. Сутність явища запізнення закриття кульових клапанів загальновідомо і заключається в тому, що у відповідності з ефектом Магнуса куля визначеної маси має деяку початкову швидкість, вектор якої не співпадає з напрямком, який проходить через геометричні центри кулі (вісь клапана) в її кінцевих положеннях (відчинено-зачинено). В процесі роботи куля здійснює обертово-коливальний рух і прагне відхилитися від геометричної вісі клапана. При цьому величина і напрямок початкової швидкості кулі в її рухові до сідла носить хаотичний характер і тому рух кулі в цілому не піддається математичному опису. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення кульового клапана шляхом виконання обмежника підйому кулі у виді куполотвірної трьохпелюсткової цанги з внутрішнім діаметром сфери декілька перевищуючим діаметр кулі, який розташовано у корпусі так, що розрізну юбку цанги розміщено в радіальної кільцевий канавці, а пелюстки цанги розміщено в трьох відповідних радіальних пазах, виконаних повздовж з середини корпуса, підвищення терміну працездатності, забезпечити скорочення часу, необхідного для зачинення клапана і, як наслідок, підвищення коефіцієнтів наповнення і подачі насосу. Поставлена задача вирішується тим, що в кульовому клапані, який містить корпус, сідло, ку t (О 5> о> 9164 Кульовий клапан складається з корпуса 1, сідла 2, кулі 3, цанги 4, наконечника 5. В корпусі 1 є радіальна кільцева канавка 6, в яку встановлено розрізну юбку 7 цанги 4, пелюстки 8 якої розміщено в трьох радіальних пазах 9, виконаних повздовж корпуса 1. Збірка кульового клапана призволиться наступним чином. Цанга 4 у стиснутому стані відносно вісі встановлюють з середини корпуса, орієнтуючи її так, щоб розрізна юбка 7 цанги 4 розкрилась в радіальної кільцевий канавці 6, а пелюстки 8 - в радіальних пазах 9. Після цього до корпусу по черзі встановлюють кулю 3, сідло 4 і на різі наконечник 5. Збірку завершено. Запропонований кульовий клапан працює у складі свердловинного штангового насоса в якості всмоктувального і нагнітального (меншого розміру). При всмоктуванні клапан відкривається і рідина надходить із підклапаної порожнини в надклапану. В момент відкриття куля 3 відривається від активної поверхні сідла 2 і під дією турбулентного потоку рідини починає обертово-коливальний рух (ефект Магнуса). В подальшому куля 3 входить в контакт з внутрішньою куполотвірною (сферичною) поверхнею цанги 4, яка гальмує її рух і одночасно центрує відносно геометричної вісі клапану. Посадка кулі 3 до сідла 2 відбувається як під дією власної маси, так і під дією потоку рідини в кінці процесу всмоктування - спочатку процесу нагнітання. При нагнітанні процес відкриття-закриття клапана (нагнітального) відбувається аналогічним чином. Після чого цикл роботи клапанів повторюється. лю, обмежник підйому кулі, наконечник, обмежник підйому кулі виконано у виді куполотвірної трьохпелюсткової цанги з внутрішнім діаметром сфери декілька перевищуючим діаметр кулі, який розташовано у корпусі так, що розрізну юбку цанги розміщено в радіальної кільцевий канавці, а пелюстки цанги розміщено в трьох відповідних радіальних пазах, виконаних повздовж з середини корпусу. Виконання обмежника підйому купі у виді куполотвірної трьохпелюсткової' цанги дає змогу створити умови, за яких посадка кулі до сідла відбувається по най коротшій відстані при швидкості обертання кулі відносно власного центра ваги і вісі сідла близьких до нуля. Це можливо завдяки сферичному куполу цанги, діаметр внутрішньої сфери якої для запобігання заклинювання кулі декілька перевищує її діаметр. Виконання металевої цанги трьохпелюсткової з максимально можливими проходами між пелюстками та наявність трьох радіальних пазів, виконаних повздовж з середини корпусу І розміщення в них пелюстків, а також розміщення розрізної* юбки цанги в радіальної кільцевий канавки корпуса при загальному збереженні стандартних розмірів клапану дозволяє мінімізувати гідравлічний опір клапану в цілому. На приведених кресленнях показано запропонований кульовий клапан: Фіг.1 - фронтальна проекція (розріз) кульового клапана Фіг.2 - місцевий розріз А-А Фіг.З - просторове відображення кульового клапана. А-А (21) Фіг. 2 ФІГ.З Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601