Зміщений клапанний отвір у поршневому насосі

або (87) має випускний клапан (43) і вісь випускного клапанного отвору (63) або (93). Осі щонайменше одного всмоктувального і випускного клапанних отворів у напірній частині зміщені всередину від осі плунжерного отвору. UA 109682 C2 (12) UA 109682 C2 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Описується пристрій, в якому клапанний отвір зміщений відносно плунжерного отвору у напірній частині поршневого насосу для послаблення напруги. На нафтових промислах поршневі насоси використовують у різних цілях. Поршневі насоси застосовують для цементації, окислювання, гідророзривів підземних свердловин. Ці поршневі насоси включають на відносно короткі проміжки часу, але це відбувається багато разів і часто при надзвичайно високому тиску. Поршневий насос встановлюють на вантажівку або візок для транспортування до різних свердловин, і його розмір і вага повинні відповідати нормам доріг та автомагістралей. Поршневі насоси або насоси позитивного переміщення для застосування на нафтових промислах подають рідину або суспензії, що можуть нести тверді частки (наприклад, піщаний заповнювач для стовбуру свердловини) при тиску до 20 000 фунтів на квадратний дюйм. Відомий насос для нафтопромислів має силову частину, яка приводить у зворотнопоступальний рух більше одного плунжеру до напірної частини або камери насосу. Напірна частина може включати три або п'ять плунжерних отворів, влаштованих упоперек напору рідини, і кожен плунжерний отвір може перетинатись всмоктувальним і випускним клапанними отворами. У відомому поршневому насосі вісь кожного плунжерного отвору пересікає перпендикулярно спільну вісь всмоктувального випускного клапанних отворів. У режимі роботи відомого трьох-плунжерного поршневого насосу при високих тисках рідини (наприклад, біля або більше 20 000 фунтів на квадратний дюйм), максимальний тиск і, відповідно, напруга можуть траплятися у певній насосній камері, коли плунжер рухається у поздовжньому напрямку у напірній частині до верхньої мертвої точки (ВМТ), стискаючи там рідину. Одна з інших насосних камер буде випускати рідину і тому мати дуже низький тиск, а інша насосна камера почне якраз стискувати рідину. Було виявлено, що у кожній насосній камері зони найвищої напруги знаходяться на перетині кожного плунжерного отвору з його всмоктувальними і випускними клапанними отворами, коли плунжер рухається до ВМТ. Випадки високої напруги у цих зонах можуть скоротити термін дії напірної частини. JP 2000-170643 спрямований на багатоканальний поршневий насос маленького розміру. Цей насос має три поршневі отвори, в яких рухаються поршні, але щоб можна було забезпечити компактну конфігурацію насосу, вісь кожного всмоктувального клапанного отвору створено перпендикулярно відповідному випускному клапанному отвору (тобто так, що існує випуск з напірної частини, направлений убік). JP 2000-170643 також вказує, що граничним обсягом рідини, яку може перекачати маленький поршневий насос, є розміри всмоктувального і випускного клапанних отворів. На відміну від втілень, розкритих тут, викладене у JP 2000-170643 не стосується зниження тиску, що утворюється в точках перетину поршневих, всмоктувальних і випускних отворів. Скоріше, у JP 2000-170643 йдеться про рух осей кожного із зовнішніх всмоктувальних і випускних клапанних отворів зовні з урахуванням осі їхнього плунжерного отвору, щоб мати можливість збільшити обсяг кожного всмоктувального і випускного клапанного отвору. Таким чином, збільшивши швидкість насосу, можна досягти більшого об'ємного потоку насосом, який має ті самі розміри. Крім того, JP 2000-170643 розкриває, що клапанні отвори рухають назовні без збільшення кількості матеріалу між всмоктувальним і випускним отворами. Це пояснюється тим, що реконструкція насосу у JP 2000-170643 не стосується зменшення тиску в насосі під час його застосування. У першому аспекті описано напірну частину збірного агрегату багаторазового поршневого насосу. Збірний агрегат багаторазового поршневого насосу може, наприклад, включати три або п'ять плунжерних отворів і може знайти застосування в роботах на нафтових промислах і/або може працювати із рідинами під високим тиском (наприклад, до 20 000 фунтів на квадратний дюйм і більше). Коли напірна частина включає щонайменше три плунжерні отвори (наприклад, три або п'ять плунжерних отворів), кожен з них може отримати зворотно-поступальний плунжер, і кожен може мати вісь плунжерного отвору. Плунжерні отвори можна влаштувати впоперек напору рідини, щоб виділити центральний плунжерний отвір і бічні плунжерні отвори, розміщені на кожній стороні центрального плунжерного отвору (наприклад, один чи два бічні плунжерні отвори з кожного боку центрального плунжерного отвору, щоб означити напірну частину, відповідно, з трьома або п'ятьма плунжерними отворами). Щонайменше три відповідні всмоктувальні клапанні отвори (наприклад, три або п'ять всмоктувальних клапанних отворів) можна надати для їхнього рідинного зв'язку з плунжерними отворами і бути з ними у такому зв'язку. Кожен отвір всмоктувального клапану може отримати всмоктувальний клапан і мати вісь всмоктувального клапанного отвору. 1 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Щонайменше три відповідні випускні клапанні отвори (наприклад, три або п'ять випускних клапанних отворів) можна надати для рідинного зв'язку з плунжерними отворами і бути з ними у такому зв'язку. Кожен отвір випускного клапану може отримати випускний клапан і мати вісь отвору випускного клапану. За першим аспектом щонайменше одна з осей всмоктувального та випускного клапанних отворів для щонайменше одного з бічних плунжерних отворів відгалуження всередину у напірній частині від його відповідної осі плунжерного отвору. Було неочікуваним чином виявлено, що це внутрішнє відгалуження може зменшити тиск, який би в іншому разі міг трапитись на кожному перетині кожного плунжерного отвору з його всмоктувальним або випускним клапанним отвором під час руху плунжеру до ВМТ. Зниження напруги може збільшити корисну тривалість експлуатації напірної частини насосу. У певних втіленнях щонайменше одна з осей хоча б одного із всмоктувальних і випускних клапанних отворів для кожного з бічних плунжерних отворів може бути відгалуження всередину. Наприклад, для бічних плунжерних отворів щонайменше одну відгалужену вісь можна внутрішньо відвести в той же мірі, як і другу щонайменше одну відгалужену вісь. У певних втіленнях осі обох – і всмоктувального, і випускного – клапанних отворів можуть бути відгалуження внутрішньо стосовно щонайменше одного бічного плунжерного отвору. Наприклад, у осі як всмоктувального, так і випускного клапанних отворів внутрішньо відгалужені на однакову відстань. У певних втіленнях для кожного з плунжерних отворів всмоктувальний клапанний отвір може бути навпроти випускного клапанного отвору. Цей пристрій легше виробляти, експлуатувати та обслуговувати, ніж, наприклад, пристрої, в яких вісь кожного всмоктувального клапанного отвору перпендикулярна випускному клапанному отвору. Крім того, влаштування протилежного отвору може під час використання знизити напруження у напірній частині, у порівнянні, наприклад, із улаштуванням перпендикулярного отвору. У певних втіленнях для кожного плунжерного отвору осі всмоктувального і випускного клапанних отворів можуть бути вирівняними в одну лінію для навіть ще більшої простоти виробництва, експлуатації і обслуговування. У певних втіленнях щонайменше одну вісь можна внутрішньо змістити на відстань приблизно від 10 % до 60 % діаметру плунжерного отвору. В інших відгалуженнях вісь можна змістити на відстань в межах приблизно від 20 % до 50 %, або приблизно від 30 % до 40 % від діаметра плунжерного отвору. В інших певних втіленнях щонайменше одна вісь може бути внутрішньо зміщеною на відстань приблизно від 0,5 до 2,5 дюймів. В інших втіленнях відгалужену вісь можна змістити на відстань приблизно від 1,5 до 2,5 дюймі. Ці розміри можуть представляти оптимальні межі для багатьох діаметрів отворів конфігурацій напірної частини, що застосовуються у ректифікаційних насосах на нафтових промислах і подібних сферах використання. Інші аспекти, риси і переваги стануть очевидними з наступного детального опису, пов'язаному із супроводжуючими кресленнями, які є частиною даного розкриття і які ілюструють на прикладах принципи описаної тут напірної частини. ОПИС ФІГУР Незважаючи на будь-які інші форми, що можуть бути в межах напірної частини, як викладено у стислому описі, тепер будуть описані тільки як приклади із посиланням на супровідні креслення конкретних втіленнь напірної частини і поршневого насосу. В описі фігур і в детальному описі конкретних втілень насос, що включає три плунжери, всмоктувальний і випускний отвори називається тут "триплексом", а той, що включає п'ять плунжерів, всмоктувальний і випускний отвори, називається тут "квинтом", що є абревіатурою від " quintuplex " – п'ятиелементний. У кресленнях: Фігури 1A і 1B ілюструють у перспективі і розрізах втілення поршневого насосу. На Фігурі 1 A може бути відображений триплекс або квинт, хоча на Фігурі IB конкретно зображений триплекс. На Фігурі 2 схематично зображено перше втілення триплексу, що є частковим розрізом Фігури 1A по лінії 2-2, щоб ілюструвати обидві пари бічних (або зовнішніх) клапанних отворів, внутрішньо відгалужених від їхніх відповідних плунжерних отворів. Фігура 3 – це схематичний вид знизу розрізу на Фігурі 2, на якому показано зразок болта у напірній частині. На Фігурі 4 показано той самий вид триплекса, що й на Фігурі 2, але ілюструється тільки один з відгалужених (або зовнішніх) клапанних отворів, внутрішньо зміщений від відповідного плунжерного отвору. Фігура 5 схематично відображує ще одне втілення триплекса, але з використанням часткового розрізу, такого як на Фігурі 2, щоб ілюструвати один із відгалужених бічних клапанних 2 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 отворів, внутрішньо зміщений від його відповідного плунжерного отвору, а також центральний клапанний отвір, зміщений у тому ж напрямку від його відповідних плунжерних отворів. На Фігурі 6 показано схематичний вид знизу розрізу на Фігурі 5, що демонструє приклад болта у напірній частині циліндра. На Фігурі 7 схематично показане інше втілення триплекса із застосуванням часткового розрізу, як на Фігурі 2, де бічні отвори тільки випускних, а не всмоктувальних, клапанів внутрішньо зміщені від їхніх відповідних плунжерних отворів. На Фігурі 8 схематично показано інше втілення триплекса з використанням часткового розрізу, подібного до Фігури 2, де бічні отвори тільки всмоктувальних, а не випускних, клапанів внутрішньо зміщені від їхніх відповідних плунжерних отворів. На Фігурі 9 схематично зображене перше втілення квинта з використанням часткового розрізу з Фігури 1A по лінії 2-2, щоб показати дві пари бічних клапанних отворів з кожного боку центрального клапанного отвору, зміщених всередину від їхніх відповідних плунжерних отворів. Фігура 10 є схематичним видом знизу розрізу з Фігури 9, де показано приклад болта у напірній частині циліндра. Фігура 11 є таким самим видом квинту, як і на Фігурі 9, але на ній показані крайні пари бічних клапанних отворів, зміщених від їхнього відповідного плунжерного отвору. Фігура 12 є таким самим видом квинту, як і на Фігурі 11, але на ній показаний тільки один із крайніх пар бічних клапанних отворів, зміщений всередину від його відповідного плунжерного отвору. На Фігурі 13 такий самий вид квинту, як і на Фігурі 9, але на ній показана тільки найглибша бічна пара клапанних отворів, зміщених всередину від їхнього відповідного плунжерного отвору. На Фігурі 14 такий самий вид квинту, як і на Фігурі 13, але на ній показано тільки одну з бічних пар клапанних отворів, зміщених всередину від їхнього відповідного плунжерного отвору. На Фігурах 15 і 16 схематично зображені підняття бокових розрізів, генерованих аналізом кінцевих елементів AКЕ, і взяті з протилежних сторін через напірну частину триплекса, щоб проілюструвати, де трапляється максимальне напруження, як означає AКЕ на перетинах плунжерного отвору із всмоктувальним і випускним клапанними отворами; на Фігурі 15 не показане зміщення, а на Фігурі 16 показане зміщення на 2 дюйми всередину. Фігура 17 є графіком числових даних, означених точками, який зображує критерій результату по Мізесу (тобто відносно максимальної напруги в фунтах на квадратний дюйм, встановленої AКЕ) проти розміру зміщення клапанного отвору (в дюймах) на одиночну (моно) напірну частину і внутрішнього зміщення клапанного отвору для напірної частини триплекса. Фігура 18 є гістограмою, яка зображує критерій результату по Мізесу (тобто відносно максимальної напруги в фунтах на квадратний дюйм, встановленої AКЕ) проти різних розмірів відгалужень клапанних отворів (в дюймах) на одиночну (моно) напірну частину і напірну частину триплекса. Щодо Фігур 1A і IB, то на них показане втілення поршневого насосу, розміщеного у кожусі колінчастого валу 13. Кожух колінчастого валу 13 може включати більшу частину зовнішньої поверхні поршневого насосу 12. Розпірки (анкерні болти) 14 з'єднують кожух колінчастого валу 13 (так звану "привідну частину") з напірною частиною 15. Коли насос треба застосовувати на великому тиску (наприклад, біля 20 000 фунтів на квадратний дюйм або більше), треба використати до чотирьох розпірок на кожний плунжер багатоканального поршневого насосу. Розпірки за бажанням можна включити у кожух. Насос 12 є триплексом з набором із трьох циліндрів 16, кожен з яких включає відповідний плунжерний отвір 17. Ці три (або, в разі квинту, п'ять) циліндрів/плунжерних отворів можна розташувати відповідно впоперек напірної частини 15. Плунжер 35 рухається поступально у відповідному плунжерному отворі 17, і на Фігурі 1A плунжер 35 показаний повністю витягнутим в його позиції верхньої мертвої точки. У зображеному втіленні рідину качають тільки з однієї сторони 51 плунжеру 35, тому поршневий насос 12 є поршневим насосом однобічної дії. Кожен плунжерний отвір 17 є у зв'язку із впускним отвором рідини або всмоктувальним колектором 19, а сторона вихідного отвору рідини 20 зв'язана з випускним отвором насосу 21 (Фігура IB). Всмоктувальна кришка 22 для кожного циліндра 16 і плунжерного отвору 17 змонтована до напірної частини 15 у позиції, яка знаходиться навпроти цього плунжерного отвору 17. Насос 12 може вільно стояти на землі, можна змонтувати його на трейлері, щоб буксирувати його між робочими зонами, або на візку, як для офшорних операцій. В кожух колінчастого валу 13 вкладено колінчастий вал 25, який можна механічно приєднати до двигуна (не показано). Двигун обертає колінчастий вал 25, щоб рухався поршневий насос 12. В одному втіленні колінчастий вал 25 піднімають так, що рідина накачується з кожного циліндра 16 в альтернативну чергу. Як уже готові оцінити спеціалісти, кваліфіковані у цій технології, 3 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чередування циклів подачі насосом рідини з кожного циліндра 16 допомагає мінімізувати первинну, вторинну і третинну (і всі інші) сили, пов'язані з дією насосу. Пристосування 24 механічно з'єднане з колінчастим валом 25, який обертається двигуном (не показано) через редуктори 26 та 24. Шатунна шийка 28 кріпиться до основного валу 23, показаного по суті паралельно осі Αх колінчастого валу 25. Шатун 27 приєднаний до колінчастого валу 25 з одного кінця. Другий кінець шатуна 27 надійно прикріплений втулкою до крейцкопфу або до поршневого пальця 31, який обертається в межах крейцкопфу 29 у кожусі 30, коли колінчастий вал 25 обертається на одному кінці шатуна 27. Шпилька 31 також функціонує, щоб утримувати шатун 27 у поздовжньому напрямку відносно крейцкопфу 29. Допоміжний шток 33 виходить з крейцкопфу 29 поздовжньо у протилежному напрямку щодо колінчастого валу 25. Шатун 27 і крейцкопф 29 перетворюють обертальний рух колінчастого валу 25 у поздовжній рух допоміжного штоку 33. Плунжер 35 з'єднано з допоміжним штоком 33 для накачування рідини, яка проходить через кожний циліндр 16. Кожен циліндр 16 включає внутрішню частину, або камеру циліндру 39, яка знаходиться там, де плунжер 35 стискує рідину, що перекачується поршневим насосом 12. Циліндр 16 також має вхідний (або всмоктувальний) клапан 41 і вихідний (або випускний) клапан 43. Звичайно вхідний і вихідний клапани 41, 43 влаштовані у протилежному відношенні у циліндрі 16 і можуть, наприклад, лежати на спільній осі. Клапани 41 і 43 є звичайно пружинними і приводяться в дію заздалегідь встановленим диференціальним тиском. Вхідний (всмоктувальний) клапан 41 діє, щоб регулювати потік рідини із її входу 19 до камери циліндру 39, а вихідний (випускний) клапан 43 діє, щоб регулювати потік рідини з камери циліндру 39 до вихідного отвору 20 і звідти до виходу з насосу 21. Залежно від розміру насосу 12, плунжер 35 може бути одним із сукупності плунжерів, наприклад, можна застосувати три або п'ять плунжерів. Плунжер 35 рухається поступально або поздовжньо до і від камери 39, в той час як колінчастий вал 25 обертається. Коли плунжер 35 рухається поздовжньо від камери циліндра 39, тиск рідини всередині камери 39 зменшується, створюючи диференціальний тиск на вхідний клапан 41, який активізує цей клапан 41 і дозволяє рідині увійти у камеру циліндру 39 зі входу 19. Рідина продовжує входити у камеру циліндру 39, поки плунжер 35 продовжує рухатись поздовжньо від циліндра 17, доки різниця тисків рідини у камері 39 і на вході рідини 19 є достатньо малою для входу клапана 41, щоб надати йому руху до закритої позиції. Коли плунжер 35 починає рухатись поздовжньо в циліндр 16, тиск на рідину всередині камери циліндра 39 починає збільшуватись. Тиск рідини всередині камери циліндра 39 продовжує зростати, поки плунжер 35 досягає камери 39, аж доки диференціальний тиск на вихідний клапан 43 є досить великим, щоб активізувати цей клапан 43 і дозволити рідині вийти з камери 39 через вихідний отвір 21. Вхідний клапан 41 розміщують в отворі всмоктувального клапана 59, а вихідний клапан 43 – в отворі випускного клапана 57.В описаному втіленні отвори обох клапанів 57, 59 зв'язані з плунжерним отвором 17 і витягнуті перпендикулярно до нього. Клапанні отвори 57, 59, як показано, також коаксіальні (тобто, лежать на спільній осі або на паралельних осях),але вони можуть бути зміщеними відносно кожного іншого, як описано нижче. Слід відмітити, що протилежне розташування клапанних отворів 57, 59, показане на Фігурі 1, легше виробляти (наприклад, шляхом відливки та механічної обробки), а також вони простіші в експлуатації і обслуговуванні ніж, наприклад, клапанні отвори, розташовані перпендикулярно (тобто, де осі отворів перпендикулярні). До отворів. розташованих протилежно, легший доступ, їх легше пакувати, розпаковувати і обслуговувати знизу або зверху напірної частини, не перешкоджаючи впускним чи випускним колекторам. Крім того, зрозуміло, що де є бажаним зниження напруги у напірній частині, протилежне розташування клапанних отворів 57, 59 може сприяти меншій напрузі у напірній частині, особливо при високому тиску - біля 20 000 фунтів на квадратний дюйм або більше, порівняно з перпендикулярним розташуванням або під іншим кутом. Щодо Фігури 2,то на ній схематично зображений вид часткового розрізу напірної частини 15 насосу 12 по лінії 2-2 Фігури 1A. У втіленні, показаному на Фігурах 2 і 3, насос 12 є триплексом з трьома плунжерними отворами 17, які відповідають трьом отворам циліндрів. Але, як описано нижче з посиланням на Фігури 9-14, насос може мати іншу кількість отворів циліндрів і плунжерів, скажімо, п'ять. У симетричній напірній частині триплексу центральний з трьох плунжерних отворів лежить на центральній осі його напірної частини, а два інші розміщують на однакових відстанях з кожного боку центрального плунжерного отвору. Зміщення всередину може бути з урахуванням центральної осі напірної частини. 4 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У втіленні, зображеному на Фігурах 2 і 3, кожен з трьох плунжерних отворів 17 схематично позначений цифровим шифром 61 (тобто, 61a, 61b і 61c); кожен з трьох отворів всмоктувальних клапанів схематично позначений цифровим шифром 59 (тобто, 59a, 59b і 59c); і кожен з трьох випускних клапанних отворів схематично позначений цифровим шифром 57 (тобто, 57a, 57b і 57c). Так само, вісь плунжерного отвору 61схематично позначена цифровим шифром 65 (тобто, 65a, 65b і 65c). А спільну вісь кожного з клапанних отворів 59, 57 схематично позначено цифровим шифром 63 (тобто, 63a, 63b і 63c). Ці позначення будуть також вживатись нижче з посиланням на втілення напірної частини кожного з різноманітних триплексів, показаних тут на Фігурах 2-8. Було відкрито, що найвища точка концентрації напруги в насосі 12 трапляється на перетині плунжерного отвору із всмоктувальним (або вхідним) і випускним (або вихідним) клапанними отворами. Максимальна напруга у напірній частині трапляється, коли один плунжер (наприклад, горизонтальний плунжер) досягає верхньої мертвої точки (ВМТ), інший досягає нижньої мертвої точки (НМТ), а третій тільки починає рух від ВМТ до НМТ. Далі, було також відкрито, що для зменшення напруги у напірній частині деякі (або всі) горизонтальні (зовнішні) клапанні отвори 57a, 57c, 59a, 59c на всмоктувальній і випускній сторонах можна відвести так, що вісь 65 або хоча б деякі з плунжерних отворів (тобто, осі горизонтальних плунжерних отворів 65a, 65c) не перетинаються із спільною віссю клапанного отвору 63, так, що хоча б одна з осей горизонтального плунжерного отвору 63a або 63c зміщена всередину від осі її відповідного горизонтального плунжерного отвору 65a або 65c. Було помічено, що це внутрішнє горизонтальне зміщення значно зменшує напругу у напірній частині 15, яка піднімається в результаті потоку рідини, особливо при високому тиску, який може бути застосованим в роботі на нафтових промислах (наприклад, при ректифікації рідини з нафтової свердловини). У втіленні трьох циліндрів триплексного насосу, показаному на Фігурах 2 і 3, бічні (або зовнішні) всмоктувальний і випускний клапанні отвори 59a, 57a і 59c, 57c показані кожен як відгалуження всередину на однакову відстань від відповідних бічних (або зовнішніх) плунжерних отворів 61a і 61c. Центральні всмоктувальний і випускний клапанні отвори 59b, 57b не зміщені від їхніх відповідних плунжерних отворів 61b. Таким чином, термінологія "зміщений всередину і на однакову відстань" може розглядатись як така, що означає внутрішнє відгалуження у відношенні, або стосовно, центрального плунжерного отвору 61b і центральних клапанних отворів 57b, 59b. Крім того, далі побачимо, що спільна вісь 63a клапанних отворів 59a, 57a зміщена всередину від осі 65a плунжерного отвору 61a. Далі буде також видно, що спільна вісь 63c клапанних отворів 59c, 57c зміщена всередину на ту саму відстань від осі 65c плунжерного отвору 61c. Більше того, оскільки у цьому втіленні розмір зміщення всередину обох горизонтальних плунжерних отворів і осей до центрального плунжерного отвору і осі є однаковим, цей розмір може бути різним. Наприклад, всмоктувальний і випускний клапанні отвори з одного боку можуть бути більш або менш зміщені убік до того із всмоктувальних або випускних клапанних отворів, які є з другого боку напірної частини. До того ж, будь-який або обидва всмоктувальний і випускний клапанні отвори на одному боці можуть бути зміщені убік на різні відстані, або один може не бути зміщеним зовсім, і він може відрізнятись від кожного із всмоктувальних і випускних клапанних отворів з другого бокуі напірної частини, які також можуть бути по-різному зміщеними один від одного. У будь-якому разі, зміщення всередину бічного всмоктувального і випускного клапанних отворів 59a, 57a і 59c, 57c на однакові обсяг і відстань максимізує зменшення напруги у напірній частині при високому робочому тиску рідини, як пояснюється на Прикладі 1. Як зазначено вище, у втіленні трициліндрового триплексного насосу, показаному на Фігурах 2 і 3, спільна вісь центральних всмоктувального і випускного клапанних отворів 59b, 57b перетинається з віссю 65b центрального плунжерного отвору 61b. Було помічено, що у напірній частині, яка має три або більше циліндрів, менша концентрація напруги на перетині центрального плунжерного отвору 61b з центральними клапанними отворами 57b, 59b у порівнянні з напругою на перетинах бічних отворів і відповідних їм плунжерів, і тому зміщення центральних клапанних отворів 57b, 59b може не мати потреби. Але втілення, показані на Фігурах 5 і 6, доводять, що центральні клапанні отвори 59b, 57b і осі можуть також бути зміщеними (наприклад, можливо, на меншу ступінь, ніж бічні отвори), щоб зменшити там концентрацію напруги. 5 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У втіленні, зображеному на Фігурах 2 і 3, кожна спільна вісь 63 клапанних отворів 57 і 59 протягується перпендикулярно осі плунжерного отвору 65, хоча бічні осі 63a і 63c не перетинаються. Розмір зміщення всередину клапанних отворів 59, 57 від плунжерного отвору 61 може бути значним. Наприклад, для отворів діаметром 4,5 дюйми, клапанні отвори 59, 57 можуть бути зміщені всередину на 2 дюйми від відповідного плунжерного отвору 61. Розмір відгалуження всередину можна заміряти від осі до осі. Наприклад, відстань можна встановити, враховуючи ту відстань, на яку спільна вісь 63a або 63c клапанних отворів 57a або 57c і 59a або 59c зміщена від осі відповідного плунжерного отвору 65a чи 65c, або від осі центрального плунжерного отвору 65b (або, де центральний клапанний не зміщений, як зміщені від центральної спільної осі 63b клапанні отвори 57b і 59b). У будь-якому випадку, розмір відгалуження може бути коло 40 % діаметра плунжерного отвору, хоча він може коливатись, наприклад, в межах приблизно від 10 % до 60 %. Там, де відгалуження всередину кожного з горизонтальних клапанних отворів 59a, 59c і 57a, 57c дорівнює 2 дюймам, відстань від осі 63a клапанних отворів 59a, 57c до осі 63c клапанних отворів 59c, 57c стає на 4 дюйми ближче, ніж у відомих напірних частинах подібних розмірів. В інших втіленнях відгалуження всередину кожного горизонтального клапанного отвору може коливатись приблизно від 0,25 дюйму до 2,5 дюймів; приблизно від 0,5 дюйму до 2,0 дюймів; приблизно від 0,75 дюйму до 2,0 дюймів; приблизно від 1 дюйму до 2 дюймів; приблизно від 0,25 дюйму до 1,25 дюйму; приблизно від 1,5 дюймів до 2,5 дюймів; приблизно від 1,5 дюймів до 2,0 дюймів; або від 1,5 дюймів до 1,75 дюйму. Цей рух горизонтальних клапанних отворів всередину може представляти значне зменшення спільного розміру і ваги напірної частини. Але одним обмеженням розміру зміщення всередину бічних (або зовнішніх) клапанних отворів відносно центрального клапанного отвору може бути розмір опорного металу між клапанними отворами. Коли горизонтальні (або зовнішні) всмоктувальні клапанні отвори 59 зміщені всередину, як описано з посиланням на Фігуру 2, модифікація всмоктувального колектора 19 (Фігури 1A і IB) може дозволити просту прив'язку до нової напірної частини 15. Подібні модифікації можна застосувати і для випускного колектора. Традиційний всмоктувальний колектор відповідає традиційним зразкам болтів, які будуть розміщені на більшій відстані, ніж та, що існує між клапанними отворами 59a, 57a і клапанними отворами 59c, 57c, зображеними на Фігурі 2. Зразок нового болта 71, показаний на Фігурі 3, схематично відображує низ напірної частини 15.У цьому відношенні відстань 74 осі 63 a клапанного отвору 59a до осі 63c клапанного отвору 59c коротша, ніж відстань 72 між віссю 65a плунжерного отвору 61a до осі 65c плунжерного отвору 61c, останній з яких відповідає традиційному зразку болта. Можливо модифікувати і використати колектор з новим зразком болта. Посилаючись тепер на Фігуру 4, ми бачимо такий самий вид триплекса, як і на Фігурі 2, і такі самі цифрові шифри використані для означення подібних частин. Але у цьому втіленні триплекса тільки один з бічних (або зовнішніх) клапанних отворів зміщений всередину від його відповідного плунжерного отвору, при цьому другий не відводиться. На Фігурі 4 горизонтальні клапанні отвори 57a і 59a показані зміщеними всередину від їхніх відповідних плунжерних отворів 61a, 65a (тобто, зміщеними у напрямку осі центрального плунжерного отвору 65b). На Фігурі 4 протилежні бічні клапанні отвори 57c і 59c не зміщені від їхнього відповідного плунжерного отвору 61c. В іншому втіленні, показаному на Фігурах 5 і 6, всмоктувальні клапанні отвори 59b, 59c і випускні клапанні отвори 57b, 57c, які відповідають плунжерним отворам 61b, 61c, зміщені наліво на ту саму відстань. Всмоктувальний і випускний клапанні отвори 59a і 57a, які відповідають плунжерному отвору 65a, не зміщені. Альтернативно, всмоктувальні клапанні отвори 59a, 59b і випускні клапанні отвори 57a, 57b, які відповідають плунжерним отворам 61a, 61b, можна відвести направо на ту саму відстань (не показано). У цій альтернативі всмоктувальний і випускний клапанні отвори 59c, 57c, які відповідають плунжерному отвору 61a, не будуть зміщені. У втіленні, показаному на Фігурах 5 і 6, осі 63b, 63 c кожного з клапанних отворів 59b, 59c і 57b, 57c зміщені вліво від осей 65b, 65c відповідних плунжерних отворів 61b, 61c. Завдяки однаковому зміщенню клапанних отворів 59b, 59c, 57b, 57c, пов'язаних з кожним плунжерним отвором 61b, 61c, може бути використана існуюча частина болтової системи колектора. Хоча для не зміщених клапанних отворів 59a, 57a фактично потрібна нова (переміщена) болтова система. 6 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В іншому втіленні, показаному на Фігурі 7, горизонтальні випускні клапанні отвори 57a і 57c показані зміщеними всередину на однакову відстань, а центральний випускний клапанний отвір 57b і всмоктувальні клапанні отвори 59a, 59b, 59c всі залишаються на одній лінії з їхніми відповідними плунжерними отворами 61a, 61b і 61c. Таким чином, осі 63a' і 63c' кожного з двох бічних випускних клапанних отворів 57a і 57c зміщені від осей їхніх відповідних плунжерних отворів 65a і 65c, в той час як вісь 63b і осі 63a" і 63c" бічних всмоктувальних клапанних осей 59a і 59c перетинаються із їхніми відповідними осями 65a-c плунжерних отворів 61a-c. У цьому втіленні зміщення випускних клапанних отворів 57a і 57c знову обумовлює зменшення напруги у напірній частині цих взаємно пересічних отворів. Завдяки неоднорідному зміщенню випускних клапанних отворів традиційний випускний колектор не використовують, а замість нього модифікований випускний колектор кріпиться болтами до випускної напірної частини 15 цього втілення. Хоча можна також застосувати і традиційний всмоктувальний колектор. У ще одному втіленні, показаному на Фігурі 8, всмоктувальні клапанні отвори 59a і 59c показані зміщеними всередину на однакову відстань, в той час як центральний всмоктувальний отвір 59b і впускні клапанні отвори 57a, 57b, 57c всі залишаються на одній лінії з їхніми відповідними плунжерними отворами 61a, 61b and 61c. Таким чином, осі 63a" і 63c" кожного з двох бічних всмоктувальних клапанних отворів 59a і 59c зміщені від осей їхніх відповідних плунжерних отворів 65a і 65c, в той час як спільна вісь 63b і осі 63a' і 63c' бічних випускних клапанних отворів 57a, 57c перетинаються з осями 65a-c їхніх відповідних плунжерних отворів 61a-c. У цьому втіленні відгалуження всмоктувальних клапанних отворів 59a і 59c знову гарантує зменшення напруги у напірній частині цих пересічних отворів. Завдяки неоднорідному зміщенню всмоктувальних клапанних отворів традиційний випускний колектор не використовують, а замість нього модифікований випускний колектор кріпиться болтами до випускної напірної частини 15 цього втілення. Хоча можна також застосувати і традиційний всмоктувальний колектор. Слід відмітити, що зміщення тільки бічних всмоктувальних клапанних отворів, або тільки бічних випускних клапанних отворів можна застосовувати також і у напірних частинах квинтових насосів, хоча це не проілюстровано, щоб уникнути повторення. Щодо Фігур 9 і 10, на них показано перше втілення напірної частини квинту (тобто, п'ятикратну напірну частину з п'ятьма плунжерами, п'ятьма всмоктувальними і п'ятьма випускними клапанними отворами). Фігура 9 є частковим розрізом Фігури 1A по лінії 2-2 (відмітимо, що Фігура 1A стосується також і квинта). Фігура 10 є схематичним видом знизу розрізу Фігури 9 і показує систему болтів на напірній частині циліндру. Для симетрії напірної частини квинта центральний отвір з п'яти плунжерних отворів лежить на центральний осі напірної частини, по два плунжери рівномірно розміщені з обох боків центрального плунжерного отвору. Знову, можливе зміщення відносно центральної осі напірної частини. У втіленні, показаному на Фігурах 9 і 10, кожен з п'яти плунжерних отворів 17 позначений схематично цифровим кодом 91 (тобто, 91a, 91b, 91c, 9 Id і 91 e); кожен з трьох всмоктувальних клапанних отворів схематично позначений цифровим кодом 89 (тобто, 89a, 89b, 89c, 89d і 89e); і кожен з трьох випускних клапанних отворів схематично позначений цифровим кодом 87 (тобто, 87a, 87b, 87c, 87d і 87e). Так само, вісь кожного плунжерного отвору 91 схематично позначена цифровим кодом 95 (тобто, 95a, 95b, 95c, 95d and 95e). Також, спільна вісь кожного з клапанних отворів 89, 87схематично позначена цифровим кодом 93 (тобто, 93a, 93b, 93c, 93d і 93 e). Ці позначення будуть також вживатись нижче з посиланням на різні напірні частини описуваних тут втілень. У втіленні напірної частини квинту, показаному на Фігурах 9 та10, два бічні клапанні отвори 89a і 87a; 89b і 87b; 89d і 87d; 89e і 87e з кожного боку центральних клапанних отворів 89c і 87c показані зміщеними всередину від їхніх відповідних плунжерних отворів 91a, 91b, 91d і 91 e. У втіленні, показаному на Фігурах 9 і 10, кожен з двох бічних клапанних отворів з кожного боку центральних клапанних отворів зміщений всередину на однаковий обсяг і розмір. Але, з напірною частиною квинту можливо значно більше варіантів і комбінацій зміщень, ніж із напірною частиною триплексу. Наприклад, тільки два бічні всмоктувальні клапанні отвори 89a і 89b (а не їхні відповідні випускні клапанні 87a і 87b) можна відвести всередину, і кожен з цих двох всмоктувальних клапанних отворів 89a і 89b може бути зміщений на однакову або іншу відстань. Це зміщення всередину можна використати або не використовувати для протилежних двох бічних всмоктувальних клапанних отворів 89d і 89e. Зміщення всередину можна застосувати для протилежних двох клапанних отворів 87a і 87b, і кожен з двох останніх може також бути зміщеним на такий самий або інші розміри, і т.д. 7 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Щодо нової болтової системи на Фігурі 10, модифікація всмоктувального колектора може дозволити його просте приєднання д напірної частини нового квинту. Як відмічено вище, традиційний всмоктувальний колектор відповідає традиційній болтовій системі, які розміщені на більшій відстані, ніж існує між клапанними отворами 89a, 87a і 89e, 87e, показаними на Фігурі 10. Нову болтову систему 101показано на Фігурі 10, яка схематично зображує вид з нижнього боку напірної частини 15. Стосовно цього, відстань 104 осі 93a клапанного отвору 89a до осі 93e клапанного отвору 89e є меншою від відстані 102 між віссю 95a плунжерного отвору 91a і віссю 95e плунжерного отвору 91e, останній з яких відповідає традиційній болтовій системі. Знову ж, можливо модифікувати і застосувати колектор з новою болтовою системою. Тепер щодо Фігури 11, то на ній показане ще одне втілення напірної частини квинту. Фігура 11 показує такий самий вид, що й на Фігурі 9, але в цьому втіленні ілюструють зміщення всередину від їхніх відповідних плунжерних отворів 91a і 91e крайніх бічних клапанних отворів 89a і 87a і 89e і 87e з кожного боку центральних клапанних отворів 89c і 87c. Інші бічні клапанні отвори 89c і 87c і 89d і 87d не зміщені. Тепер поговоримо про Фігуру 12, на якій показано ще одне втілення напірної частини квинту. Фігура 12 – це такий самий вид, що й на Фігурі 11, але у цьому втіленні ілюстровано зміщення всередину тільки одного з крайніх бічних клапанних отворів 89a і 87a від відповідного плунжерного отвору 91a. Інші горизонтальні клапанні отвори 89b і 87b, 89d і 87d, і 89e і 87e не зміщені. Обговоримо тепер Фігуру 13, що показує ще одне втілення напірної частини квинту. На Фігурі 13 бачимо такий самий вид квинту, що й на Фігурі 9, але у цьому втіленні ілюстроване зміщення всередину тільки самих внутрішніх бічних клапанних отворів 89b і 87b, і 89d і 87d від їхніх відповідних плунжерних отворів 91a і 91e, з кожного боку центральних клапанних отворів 89c і 87c. Крайні бічні клапанні отвори 89a і 87a, і 89e і 87e не зміщені. Тепер обговорюємо Фігуру 14, подальше втілення напірної частини квинту. На Фігурі 14 показаний такий самий вид квинту, що й на Фігурі 13, але у цьому втіленні ілюстровано зміщення всередину тільки одного з самих внутрішніх бічних клапанних отворів 89b і 87b від його відповідного плунжерного отвору 91a. Інші бічні клапанні отвори 89b і 87b, 89d і 87d, і 89e і 87e не зміщені. ПРИКЛАД Тепер надамо необмежуючий приклад, щоб показати, як було передбачено аналізом кінцевих елементів (АКЕ), що зміщення всередину горизонтального клапанного отвору зменшить в цілому напругу у напірній частині при її експлуатації. У наступному прикладі були проведені тести АКЕ напірної частини триплексу, хоча було відмічено, що отримані дані застосовні також і до напірної частини п'ятициліндрового насосу. HP70-053A Експерименти АКЕ було проведено, щоб порівняти напруги, викликані у кількох напірних частинах нової конфігурації, яка має три циліндри, з відомою (існуючою і не модифікованою) конфігурацією трициліндрової напірної частин. У відомій конфігурації напірної частини вісь отвору кожного плунжера перетинає перпендикулярно спільну вісь всмоктувального і випускного канальних отворів. У цих АКЕ тестах напруги кожну напірну частину піддавали робочому тиску рідини у 15 000 фунтів на квадратний дюйм, відповідному тому, що існує у звичайних застосуваннях. Тиск рідини у горизонтальному випускному отворі спостерігався при тестах АКЕ на рівні 16,800 фунтів на квадратний дюйм… На Фігурах 15 і 16 показано дві схематичні напірні частини триплекса, генеровані AКЕ при тисках рідини у цій моделі. На Фігурі 15 - вид з одного боку напірної частини без зміщення випускного і всмоктувального клапанних отворів 59 і 57. Наконечник нижньої стрілки показує, де трапляється максимальний стрес на перетині плунжерного отвору 61 із всмоктувальним клапанним отвором 57 (тобто, де всмоктувальний клапанний отвір 57 перетинає продовження плунжерного отвору 61, який завершується на кришці всмоктувального отвору 22). На Фігурі 16 – вид з протилежного боку напірної частини, який показує зміщення на 2 дюйми всередину випускного і всмоктувального клапанних отворів 59 і 57. Наконечник стрілки A показує, де трапляється максимальний стрес на перетині плунжерного отвору 61 із всмоктувальним клапанним отвором 57 (тобто, де плунжерний отвір 61 вперше перетинає всмоктувальний клапанний отвір 57). Це вказує, що в роботі тиск у напірній частині можна знизити, наприклад, зміщуючи всередину тільки один всмоктувальний з клапанних отворів 59. Але більшого зниження тиску можна досягти зміщенням всередину протилежних бічних всмоктувального і випускного клапанних отворів 59 і 57. Приклад 1 8 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 У тестах тиску AКЕ моделювали кожну з напірних частин одного (або моно) блоку і триплексу. Моделі конфігурацій напірної частини триплексу включали один бічний всмоктувальний клапанний отвір 59 і один випускний клапанний отвір 57, кожен з яких зміщений всередину на 1,5 дюйми, як показано на Фігурі 17. Розмір кожного тиску, виданий AКЕ, був співвіднесений із критерієм результату по Мізесу (у фунтах на квадратний дюйм) і результати були нанесені на графік для кожного нульового зміщення (тобто, для існуючої напірної частини), а також для зміщень у 1,5 і 2,0 дюйми (тобто, для нової напірної частини). У напірній частині одиночного блоку всмоктувальний і випускний клапанні отвори були зміщені від плунжерного отвору. Результат тиску за AКЕ був співвіднесений із критерієм результату по Мізесу (у фунтах на квадратний дюйм), і ці результати були нанесені на графік для кожного нульового зміщення (тобто, для існуючої напірної частини), а також для зміщень у 1,5 і 2,0 дюйми (тобто, для нової напірної частини). Результати показані на графіках на Фігурі 17 (де точками означені дані результатів для обох зміщень - у 1.5 і 2 дюйми) і на Фігурі 18 (яка представляє на гістограмі результати для зміщень всередину на 1.5 і 2 дюйми). Як можна побачити, за розрахунками AКЕ найбільша знижка тиску відбувається при зміщені всередину на 2 дюйми клапанних отворів у триплексі. Для напірної частини одиночного блоку моделювання зміщення не дало значного зменшення тиску. Спільне зменшення тиску у напірній частині триплексу для зміщення всередину на 2 дюйми було зафіксовано приблизно на 30 % (тобто, від ~ 97 000 фунтів на квадратний дюйм до менше 69 000 фунтів на квадратний дюйм, як показано на Фігурах 17 і 18). Було помічено, що таке зменшення тиску може суттєво продовжити корисну експлуатаційну тривалість напірної частини. У попередньому описі певних втілень було використано специфічну термінологію заради ясності. Але у даному розкритті немає наміру обмежуватись підібраними таким чином специфічними термінами, і слід вже зрозуміти, що кожен специфічний термін включає інші технічні еквіваленти, які діють таким самим чином для виконання тих самих технічних завдань. Такі терміни як "лівий" і "правий", "передній" і "задній", "зверху (над)" і "знизу (під)", "верх" і "низ" і тому подібні використовують для зручності як довідкові точки, і їх не слід розуміти як обмежуючі терміни. У даному технічному описі слово "comprising" (включаючий, охоплюючий) слід розуміти в його "відкритому" сенсі, тобто, в значенні "включаючий", і тому не слід обмежуватись його "закритим" значенням, тобто "consisting only of …“ ("який складається тільки з…»). Відповідне значення слід також надати і відповідним словам "comprise" (включати, охоплювати), "comprised"(включений) і "comprises" (включає, охоплює) там, де вони зустрічаються. Крім того, попередні описи стосуються тільки деяких втілень напірної частини і поршневого насосу, і всі їхні зміни, модифікації, доповнення і/або переробки можна зробити, не відходячи від обсягу і духу описаних втілень, які є ілюстративними, але не обмежувальними. Далі, напірна частина і поршневий насос описані у зв'язку з тими втіленнями, які у даний момент вважаються найбільш практичними і переважними, і слід зрозуміти, що напірну частину і поршневий насос не можна обмежувати наведеними тут втіленнями, а навпаки, вони наведені з наміром охопити різні модифікації і еквівалентні пристрої, які відповідають духу і обсягу даного розкриття. Крім того, різні вищеописані втілення можна впроваджувати у поєднанні з іншими втіленнями, наприклад, аспекти одного втілення поєднати з аспектами другого, щоб здійснити ще інші втілення. Далі, кожна незалежна риса або кожен компонент будь-якого даного пристрою можуть стати додатковим втіленням. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 1. Напірна частина багатоканального поршневого насосного агрегату включає: щонайменше три плунжерні отвори, у кожному з яких зворотно-поступально рухається плунжер, кожен плунжерний отвір має вісь плунжерного отвору, плунжерні отвори розміщені впоперек напору рідини, щоб означити центральний плунжерний отвір і бічні плунжерні отвори, розташовані по обидва боки центрального плунжерного отвору; щонайменше три відповідні всмоктувальні клапанні отвори у сполученні рідини з плунжерними отворами, кожен всмоктувальний клапанний отвір призначений для всмоктувального клапана і має вісь всмоктувального клапанного отвору; 9 UA 109682 C2 5 10 15 20 25 30 щонайменше три відповідні випускні клапанні отвори у сполученні рідини з плунжерними отворами, кожен випускний клапанний отвір призначений для випускного клапана і має вісь випускного клапанного отвору; хоча б одну з осей хоча б одного всмоктувального і випускного клапанних отворів для щонайменше одного з бічних плунжерних отворів зміщено всередину у напірній частині від її відповідної осі плунжерного отвору. 2. Напірна частина за п. 1, де щонайменше одну з осей щонайменше одного зі всмоктувальних і випускних клапанних отворів зміщено всередину від кожного з бічних плунжерних отворів. 3. Напірна частина за п. 2, в якій хоча б одну зміщену вісь зміщено всередину на таку саму відстань від бічного плунжерного отвору, що й іншу хоча б одну зміщену вісь. 4. Напірна частина за будь-яким із попередніх пунктів, в якій осі всмоктувального і випускного клапанних отворів зміщені всередину від щонайменше одного з бічних плунжерних отворів. 5. Напірна частина за п. 4, де осі всмоктувального і випускного клапанних отворів зміщені всередину на однакову відстань. 6. Напірна частина за будь-яким з попередніх пунктів, де відносно кожного плунжерного отвору всмоктувальний клапанний отвір знаходиться навпроти випускного клапанного отвору. 7. Напірна частина за п. 6, де осі всмоктувального і випускного клапанних отворів розташовані по одній лінії відносно кожного з плунжерних отворів. 8. Напірна частина за будь-яким з попередніх пунктів, яка включає три або п'ять плунжерних отворів і три або п'ять відповідних всмоктувальних і випускних клапанних отворів. 9. Напірна частина за будь-яким з попередніх пунктів, де хоча б одну вісь зміщено всередину від бічних плунжерних отворів на відстань приблизно від 10 % до 60 % від діаметра плунжерного отвору. 10. Напірна частина за будь-яким з попередніх пунктів, де хоча б одну вісь зміщено на відстань приблизно від 20 % до 50 % від діаметра плунжерного отвору. 11. Напірна частина за будь-яким з попередніх пунктів, де хоча б одну вісь зміщено на відстань приблизно від 30 % до 40 % від діаметра плунжерного отвору. 12. Напірна частина за будь-яким з пунктів 1-8, де хоча б одну вісь зміщено на відстань приблизно від 0,5 до 2,5 дюйма. 13. Напірна частина за будь-яким з пунктів 1-8, де хоча б одну вісь зміщено на відстань приблизно від 1,5 до 2,5 дюйма. 14. Агрегат поршневого насоса, який складається з напірної частини за будь-яким із попередніх пунктів. 10 UA 109682 C2 11 UA 109682 C2 12 UA 109682 C2 13 UA 109682 C2 14 UA 109682 C2 15 UA 109682 C2 16 UA 109682 C2 17 UA 109682 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18