Клапанное устройство скважинного центробежного насоса
Владельцы патента RU 2310741:
Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к оборудованию для механизированной добычи нефтегазовой смеси, а более конкретно - к их клапанным устройствам. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности центробежного насоса. Клапанное устройство скважинного центробежного насоса, содержащее основной клапанный узел, включающий седло с самоуплотняющейся манжетой, запорный орган со штырем, направляющий элемент, стопорное и уплотнительное кольца, оно снабжено дополнительным клапанным узлом, расположенным перпендикулярно к оси основного клапанного узла и ниже его, причем запорный орган последнего кинематически связан с запорным органом дополнительного клапанного узла через дополнительный штырь, снабженный плавным выступом, имеющим в поперечном сечении плоскую форму и взаимодействующим с наклонной стенкой трапецеидального паза плоского копира-направляющей, снабженного стержнями, один из которых на среднем участке имеет головку, являющуюся запорным органом, опирающимся своими консольными участками на поверхности отверстий резьбовых втулок, имеющих буртики и вмонтированных в стенки корпуса на диаметрально противоположных участках, одна из них служит в качестве седла и направляющей, а другая - направляющей с глухим отверстием; дополнительный клапанный узел снабжен опорой-решеткой, центрирующей дополнительный штырь относительно оси клапанного устройства; плоский копир-направляющая подпружинен со стороны противоположной запорному органу. 4 ил.
Предложение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к оборудованию для механизированной добычи нефтеводогазовой смеси, а более конкретно - к их клапанным устройствам. Оно предназначено для защиты погружного электродвигателя от перегрева во время холостого режима работы насоса.
Известен обратный клапан, содержащий корпус, седло с посадочным участком из резины, запорный орган, направляющий элемент, стопорное и уплотнительные кольца (Герметичный, модернизированный клапан КОГМ-73, проект завода «Борец», Москва, 2001 г.).
Недостатки устройства:
- неудовлетворительный срок службы, обусловленный ограниченной нагрузочной способностью уплотнительного участка седла;
- нарушение герметичности при работе с жидкостью, содержащей механические частицы, которые образуют при остановке насоса микрощели между уплотнительными поверхностями, приводящие к опорожнению полости насосно-компрессорных труб;
- не защищает погружной электродвигатель от перегрева во время холостой работы насосной установки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является обратный клапан, содержащий основной клапанный узел, включающий корпус, седло с самоуплотняющейся манжетой, запорный орган со штырем, направляющий элемент, стопорное и уплотнительные кольца. (Патент РФ №2237212 от 27.09.2004 г.)
Существенным недостатков устройства является низкая эксплуатационная надежность, выражающаяся в его неспособности защищать погружной электродвигатель от перегрева во время холостой работы насосной установки.
Задачей изобретения является разработка клапанного устройства скважинного центробежного насоса, обладающего повышенной эксплуатационной надежностью.
Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим основной клапанный узел, включающий корпус, седло с самоуплотняющейся манжетой, запорный орган со штырем, направляющий элемент, стопорное и уплотнительные кольца.
Новым является то, что устройство снабжено дополнительным клапанным узлом, расположенным перпендикулярно к оси основного клапанного узла и ниже его, причем запорный орган последнего кинематически связан с запорным органом дополнительного клапанного узла через дополнительный штырь, снабженный плавным выступом, имеющим в поперечном сечении плоскую форму и взаимодействующим с наклонной стенкой трапециидального паза плоского копира-направляющей, снабженного стержнями, один из которых на среднем участке имеет головку, являющуюся запорным органом, опирающимся своими консольными участками на поверхности отверстий резьбовых втулок, имеющих буртики и вмонтированных в стенки корпуса на диаметрально противоположных участках, одна из них служит в качестве седла и направляющей, а другая - направляющей с глухим дном; дополнительный клапанный узел снабжен опорой-решеткой, центрирующей дополнительной штырь относительно оси клапанного устройства; плоский копир-направляющая подпружинен со стороны, противоположной запорному органу.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства в частичном разрезе.
На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.
На фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.2.
На фиг.4 - разрез по В-В фиг.2.
Устройство состоит из корпуса 1 (фиг.1), в котором расположены основной и дополнительный клапанные узлы. Основной клапанный узел включает седло 2, снабженное сферическим участком 3 и вулканизированной самоуплотняющейся манжетой 4, запорный орган 5 со сферическим участком 6 и расположенными по его оси штырем 7 и дополнительным штырем 8, направляющую 9, распорную втулку 10, уплотнительное 11 и стопорное 12 кольца. Дополнительный штырь 8 снабжен плавным выступом 13, имеющим в поперечном сечении плоскую форму.
Дополнительный клапанный узел состоит из резьбовых втулок 14 и 15 с буртиками, одна из них служит в качестве седла 16 и направляющей 17, а другая - направляющей 18 с глухим отверстием 19 (фиг.4), плоского копира-направляющей 20, в котором выполнен трапециидальный паз 21 в продольном сечении с конусной стенкой 22 и который контактирует с плавным выступом 13 штыря 8 запорного органа 5 основного клапанного узла. Плоский копир-направляющая 20 жестко соединен со стержнями 23 и 24 (фиг.2), один из которых на среднем участке имеет головку, являющуюся запорным органом 25. Резьбовые втулки 14 и 15 снабжены уплотнительными кольцами 26. Дополнительный клапанный узел снабжен опорой-решеткой 27, центрирующей дополнительный штырь 8 относительно оси клапанного устройства и фиксированной стопорным кольцом 28. Копир-направляющая 20 подпружинен со стороны противоположной запорному органу 25.
Работает устройство следующим образом.
Кольцевой зазор «а» между седлом 16 и запорным органом 25 дополнительного клапанного узла выбирают таким, чтобы при принудительном заклинивании запорного органа 5 в седле 2 основного клапанного узла в полости «б» создавалось давление несколько больше давления, развиваемого насосом в оптимальном режиме его работы. Во время остановок электронасоса полость «б» сообщена с полостью затрубного пространства. После пуска насоса в полости «б» появится давление, которое, в свою очередь, оказывает давление на запорные органы 5 и 25 клапанных узлов. При этом часть нефтегазовой смеси через кольцевой зазор «а» выбрасывается в затрубное пространство. По мере подъема запорного органа 5 сужается кольцевой зазор «а», а когда он займет крайнее верхнее положение, зазор «а» полностью исчезнет. При попадании в нагнетательную полость «б» насоса газовых пробок неразрывность потока перекачиваемой среды нарушается и в полости «б» давление резко падает. В результате запорный орган 5 садится на седло 2 и во время его посадки запорный орган 25 отходит от седла 16 дополнительного клапанного узла под действием плавного выступа 13 на стенку 22, образуя при этом кольцевой зазор «а». Через образовавшийся зазор «а» нефтегазовая смесь с газовыми пробками выбрасывается в затрубное пространство. С этого момента насос работает по замкнутому циклу: всасывание нефтеводогазовой смеси из затрубного пространства и нагнетание ее через зазор «а» в затрубное пространство и сопровождается это с интенсивным выделением газа из нефтеводогазовой смеси, что приводит к повышению давления газа в затрубном пространстве. В тоже время не прекращается охлаждение электродвигателя перекачиваемой средой. После прекращения поступления газовых пробок во всасывающую полость насоса в полости «б» начинает повышаться давление. При этом часть перекачиваемой среды в момент подъема запорного органа 5 по-прежнему направляется в затрубное пространство, а основная часть, поднимая запорный орган 5, нагнетается в полость «в» и оттуда до пункта дожимной станции. Когда запорный орган 5 займет крайнее верхнее положение, запорный орган 25 садится на седло 16 и вся перекачиваемая среда направляется в полость «в» насосно-компрессорных труб.
Предлагаемое устройство позволяет:
- повысить эксплуатационную надежность вследствие недопущения перегрева электродвигателя во время холостой работы насоса, достигаемого благодаря нагнетанию нефтеводогазовой смеси с газовыми пробками в затрубное пространство, приводящему к тому, что работа насоса в холостом режиме протекает по замкнутому циклу: всасывание нефтеводогазовой смеси из затрубного пространства и нагнетание ее в затрубное пространство;
- уменьшить время работы насоса в холостом режиме благодаря интенсивному выделению газа из перекачиваемой среды и отделению из нее газовых пробок, приводящих к резкому повышению давления в затрубном пространстве, позволяющему в свою очередь оператору диспетчерской службы оперативно вмешаться в работу электронасоса для устранения создавшейся нештатной ситуации.
Клапанное устройство скважинного центробежного насоса, содержащее основной клапанный узел, включающий седло с самоуплотняющейся манжетой, запорный орган со штырем, направляющий элемент, стопорное и уплотнительное кольца, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным клапанным узлом, расположенным перпендикулярно к оси основного клапанного узла и ниже его, причем запорный орган последнего кинематически связан с запорным органом дополнительного клапанного узла через дополнительный штырь, снабженный плавным выступом, имеющим в поперечном сечении плоскую форму и взаимодействующим с наклонной стенкой трапецеидального паза плоского копира-направляющей, снабженного стержнями, один из которых на среднем участке имеет головку, являющуюся запорным органом, опирающимся своими консольными участками на поверхности отверстий резьбовых втулок, имеющих буртики и вмонтированных в стенки корпуса на диаметрально противоположных участках, одна из них служит в качестве седла и направляющей, а другая - направляющей с глухим отверстием, дополнительный клапанный узел снабжен опорой-решеткой, центрирующей дополнительный штырь относительно оси клапанного устройства, плоский копир-направляющая подпружинен со стороны, противоположной запорному органу.
