Устройство для упора и удержания клапана

Изобретение относится к области возвратно-поступательных плунжерных и поршневых насосов, в частности к устройствам для упора и удержания клапана. Устройство (220) выполнено с возможностью взаимодействия с камерой (262) для сообщения каналов по текучей среде возвратно-поступательного насоса (250), включает в себя пластину (221), удерживающую пружину и множество удерживающих выступов (223), проходящих по существу от первой стороны пластины (221), удерживающей пружину. Каждый из множества удерживающих выступов (223) включает в себя верхний участок (223u), имеющий наружную поверхность (223s). Форма каждой из наружных поверхностей (223s) и форма внутренней поверхности (261) камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде, взаимодействующей с устройством (220) для упора и удержания клапана, по существу соответствуют форме по меньшей мере участка поверхности вращения, образованной вращением кривой линии вокруг копланарной оси вращения. Устройство (220) для упора и удержания клапана выполнено с возможностью удержания внутри камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде с помощью формы внутренней поверхности (261). Снижается воздействие концентрации высоких напряжений, связанных с внутренней геометрической конфигурацией возвратно-поступательных насосов. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 22 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к возвратно-поступательным плунжерным и поршневым насосам, и, более точно, к устройствам для упора и удержания клапана, которые могут быть использованы в таких насосах.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Плунжерные насосы, как правило, включают в себя плунжер, который располагается в канале для плунжера, всасывающий клапан, который располагается во всасывающем канале, и выпускной клапан, расположенный в выпускном канале. В ходе работы, плунжер совершает возвратно-поступательное движение внутри канала для плунжера так, чтобы поочередно забирать текучую текучую среду в насос через всасывающий клапан, и затем выбрасывать текучую текучую среду из насоса через выпускной клапан. Как правило, держатель упора клапана используется для поддержания всасывающего клапана на месте внутри всасывающего канала в ходе работы насоса, без этого всасывающий клапан и/или его соответствующие части могут свободно подниматься в путь плунжера, таким образом, приводя к повреждению плунжера или иных частей насоса. В плунжерных насосах большего размера, например в таких, которые, как правило, используются в нефтяной промышленности, держатель упора клапана зачастую является съемным компонентом, который устанавливается или удаляется отдельно от всасывающего клапана, таким образом, обеспечивая возможность проведения инспекции и/или ремонта насоса.

Для установки устройства для упора и удержания клапана внутрь всасывающего канала и/или насосной камеры возвратно-поступательного плунжерного насоса используются различные приспособления. Например, Фиг.1-4 изображают один иллюстративный держатель упора клапана, который используется в некоторых применениях предшествующего уровня техники. Фигура 1 изображает вид в частичном поперечном разрезе гидравлического узла 100 возвратно-поступательного плунжерного насоса 150 предшествующего уровня техники, при этом разрез выполнен по каналу 104 для плунжера и по насосной камере 162 гидравлического узла 100 насоса. Плунжер 102 расположен в канале 104 для плунжера, который выполнен в корпусе 101 насоса, и плунжер 102 совершает возвратно-поступательное движение внутри канала 104 для плунжера вдоль оси 103 плунжера. Всасывающий клапан 105 расположен во всасывающем канале 107 и выпускной клапан 109 расположен в выпускном канале 110. Держатель 120 упора клапана расположен, как правило, между всасывающим клапаном 105 и плунжером 102/каналом 104 для плунжера, и используется для удержания всасывающего клапана 105 в его положении внутри всасывающего канала 107. Всасывающий канал 107 имеет ось 106, и выпускной канал 110 имеет ось 116, которая, в некоторых случаях, коаксиально выровнена с осью 106. Дополнительно, всасывающий клапан 105 приводится в действие вдоль оси 106, и выпускной клапан приводится в действие вдоль оси 116. Съемная заглушка 112 и закрывающая пластина 111 с резьбой располагаются в канале для доступа 114, оба указанных элемента являются съемными с тем, чтобы обеспечить доступ к внутреннему пространству насосной камеры 162 для инспекции и/или ремонтных работ. Канал 114 для доступа имеет ось 113 канала, которая коаксиально выровнена с осью 103 плунжера.

В ходе работы возвратно-поступательного плунжерного насоса 150, плунжер 102 выходит наружу из плунжерной камеры 162 и/или вдаль от нее вдоль оси 103 плунжера, что вызывает снижение давления текучей среды внутри насосной камеры 162. Это снижение давления текучей среды внутри насосной камеры 162 создает разницу давлений по всасывающему клапану 105 так, что, когда эта разница достаточно велика, всасывающий клапан 105 вынужден приводиться в действие и переходить в его открытое положение, таким образом, позволяя текучей среде входить во всасывающий канал 117 и насосную камеру 162 из входа для текучей среды (не показано) перед всасывающим клапаном 105. Текучая среда входит в насосную камеру 163, в то время как плунжер 102 продолжает перемещаться вдаль от камеры 162 вдоль оси 103 плунжера до тех пор, пока разница давлений между камерой 162 и входом для текучей среды (не показано) не станет достаточно низкой для перевода всасывающего клапана 105 в его закрытое положение. После того, как плунжер 102 изменит направление (будет совершать обратное перемещение) внутри канала 104 для плунжера, он будет перемещаться обратно по направлению к насосной камере 162 и/или внутрь нее, таким образом, вызывая увеличение давления текучей среды внутри насосной камеры 162.

Давление текучей среды внутри насосной камеры 162 продолжает увеличиваться, когда плунжер 102 перемещается ближе к насосной камере 162, до тех пор, пока разница давлений на выпускном клапане 109 не станет достаточно большой для перевода выпускного клапана 109 в его открытое положение и обеспечения текучей среде возможности выйти из насосной камеры 162 к выпускному каналу 127 и из него к выходу для текучей среды (не показан) после выпускного клапана 109.

Фигура 2 представляет вид с торца держателя 120 упора клапана, и Фиг.3 изображает вид в поперечном сечении держателя 120 упора клапана вдоль линии ʺ3-3ʺ с Фиг.2. Держатель 120 упора клапана включает в себя пластину 121, удерживающую пружину, которая удерживает пружину 108 всасывающего клапана относительно всасывающего канала 117. Пластина 121, удерживающая пружину, имеет скошенные концевые поверхности 121t, которые контактируют и зацепляются с парой диаметрально противоположных фланцевых выступов или выступов 115, которые располагаются на верхнем конце всасывающего канала 117, вдоль соответствующих скошенных поверхностей 115t.

Фигура 4, представляющая частичный вид всасывающего канала 117 при виде сверху вдоль линии ʺ4-4ʺ, показанной на Фиг.1, показывает, как держатель 120 упора клапана располагается внутри всасывающего канала 117 так, что скошенные концы 121t контактируют и зацепляются со скошенными поверхностями 115t диаметрально противоположных выступов 115. Для ясности все внутренние компоненты гидравлического узла 100 насоса (такие как плунжер 102, всасывающий клапан 105, съемная заглушка 112, резьбовая закрывающая пластина 111 и т.д.) были удалены с Фиг.4, и лишь контур пластины 121, удерживающей пружину держателя 120 упора клапана показан пунктирной линией. Держатель 120 упора клапана устанавливается в гидравлический узел 100 насоса через канал 114 для доступа до того, как будут установлены съемная заглушка 112 и закрывающая пластина 111 с резьбой. Как показано на Фиг.4, держатель 120 упора клапана сориентирован в Положении «А», когда скошенные концы 121t пластины 121, удерживающей пружину, располагаются над открытыми пространствами между двумя выступами 115. Держатель 120 упора клапана, после этого, опускается во всасывающий канал 117, и пружина 108 всасывающего клапана достаточно сжимается с помощью пластины 121, удерживающей пружину, так, чтобы скошенные концы 121t пластины 121, удерживающей пружину, располагались ниже уровня скошенных поверхностей 115t соответствующих выступов 115. Держатель 120 упора клапана после этого поворачивается в Положение «В», когда скошенные концы 121t пластины 121, удерживающей пружину, сориентированы под соответствующими выступами 115. Пружина 108 затем смещает держатель 120 упора клапана вверх до тех пор, пока скошенные поверхности 121t не войдут в контакт и не зацепятся со скошенными поверхностями 115t.

Как показано на Фиг.1 и 3, устройство 120 для упора и удержания клапана имеет столбик или стержень 122, присоединенный к одному концу, и втулку 123, присоединенную к верхнему концу стержня 122. Когда держатель 120 упора клапана установлен во всасывающий канал 117, как описано выше и показано на Фиг.1 и 4, центральная линия втулки 123 коаксиально выровнена с осью 113 канала и центральная линия держателя 120 упора клапана коаксиально выровнена с осью 106. Съемная заглушка 112 после этого устанавливается в канал 114 для доступа так, чтобы цилиндрическая ступица 112h, проходящая от центра заглушки 112, помещалась в коаксиально выровненную втулку 123. Таким образом, стержень 122, втулка 123 и ступица 112h вместе выполняют функцию устройства, препятствующего вращению, таким образом, предотвращая вращение пластины 121, удерживающей пружину, в ходе работы насоса, и обеспечивая, что скошенные концы 121t останутся под скошенными поверхностями 115t выступов 115 и в контактном зацеплении с ними так, чтобы всасывающий клапан 105 удерживался во всасывающем канале 107.

Во многих целях из области добычи нефти, например, в ходе операций по впрыску воды и/или разрыву пластов, возвратно-поступательные плунжерные насосы зачастую используются для обеспечения давления текучей среды на выходе в диапазоне примерно 70-100 МПа (10-15000 фунтов на квадратный дюйм) и даже больше. Из-за эксплуатационных характеристик возвратно-поступательных насосов в целом, гидравлический узел насоса подвергается высокочастотным циклическим нагрузкам от давления. В некоторых насосах, работающих в особо тяжелых условиях, например в тех, которые используются в области добычи нефти под высоким давлением, как сказано выше, вдоль внутренних поверхностей насоса зачастую создаются очень высокие интенсивности напряжений. Такое происходит, в частности, в случае областей концентрации высоких напряжений, которые возникают на или около структурных разрывов в геометрии насоса, например, на кромках пересекающихся каналов и т.п. В случае гидравлического узла 100 насоса, показанного на Фиг.1 и 4, такие области концентрации высоких напряжений будут включать в себя кромки 118е, образованные на пересечении канала 104 для плунжера и/или канала 114 для доступа с отверстием 118 всасывающего канала 117, и на кромках 109е, образованных на пересечениях канала 104 для плунжера и канала 114 для доступа с выпускным каналом 110. Другие структурные разрывы, на которых зачастую присутствуют высокие концентрации напряжений, могут представлять собой углы любых внутренних вырезов, пазов, фланцевых выступов и/или выступающих элементов, используемых для поддержания и/или надлежащего размещения внутренних компонентов насоса. Например, в гидравлическом узле 100 насоса, показанном на Фиг.1 и 4, эти места будут включать в себя углы 115с выступов 115, которые используются для правильного расположения и удержания держателя 120 упора клапана внутри всасывающего канала 117.

При циклических нагрузках большой величины, которые возникают при пульсирующем нагружении высоким давлением возвратно-поступательных плунжерных насосов, работающих в особо тяжелых условиях, усталостные трещины будут часто образовываться на гидравлическом узле насоса в областях концентрации высоких напряжений, описанных выше, и около них. В зависимости от природы и протяженности таких усталостных трещин, зачастую необходимо вывести напорную часть возвратно-поступательного насоса высокого давления из эксплуатации для того, чтобы трещины можно было отремонтировать, и/или для того, чтобы насос можно было заменить. В попытках снизить степень концентрации напряжений в этих областях и снизить количество времени простоя насоса по причине ремонта и/или замены, кромки, образованные пересечениями различных каналов насоса в некоторых насосах предшествующего уровня техники, такие как кромки 118е и/или 110е гидравлического узла 100 насоса зачастую подвергаются шлифованию или механической обработке для того, чтобы придать им закругленную или скошенную конфигурацию. Подобным образом, углы на внутренних вырезах, паза и/или выступах, например, углы 115с выступов 115, зачастую скругляются или скашиваются, или геометрическая форма выступов регулируется так, чтобы они более плавно переходили в поверхности, от которых они выступают. Несмотря на то, что подобные подходы по скруглению и/или смягчению этих кромок/углов могут способствовать постепенному уменьшению таких концентраций высоких напряжений, эти области остаются подверженными образованию усталостных трещин при циклическом нагружении и высоким интенсивностям напряжений, создаваемым возвратно-поступательными насосами, работающими в особо тяжелых условиях.

Настоящее изобретение направлено на различные новые способы, устройства и конфигурации элементов насоса, включая новые конфигурации устройства для упора и удержания клапана, которые могут служить для устранения по меньшей мере некоторых из вышеописанных проблем, связанных с областями концентрации высоких напряжений возвратно-поступательных насосов предшествующего уровня техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже представлено упрощенное краткое описание настоящего изобретения для обеспечения базового понимания некоторых описанных здесь объектов. Данное краткое описание не представляет собой исчерпывающего описания изобретения, также оно не призвано определять ключевые или критические элементы сущности описываемого изобретения. Единственной его целью является представление некоторых концепций в упрощенной форме в качестве предисловия к более подробному описанию, приведенному ниже.

Настоящее изобретение в целом направлено на различные способы, устройства и конфигурации элементов насоса, которые могут привести к снижению воздействий концентрации высоких напряжений, связанных с внутренней геометрической конфигурацией возвратно-поступательных насосов. В одном иллюстративном воплощении описано устройство для упора и удержания клапана, выполненное так, чтобы граничить с камерой для сообщения каналов по текучей среде возвратно-поступательного насоса. Устройство для упора и удержания клапана включает в себя, среди прочего, пластину, удерживающую пружину, и множество выступов держателя, проходящих по существу от первой стороны пластины, удерживающей пружину. Дополнительно, каждый из множества выступов держателя включает в себя верхний участок, имеющий наружную поверхность, при этом форма каждой из наружных поверхностей и форма внутренней поверхности камеры для сообщения каналов по текучей среде, граничащая с устройством для упора и удержания клапана, по существу соответствовали форме по меньшей мере участка поверхности вращения. Более того, описанное устройство для упора и удержания клапана может удерживаться внутри камеры для сообщения каналов по текучей среде при помощи формы внутренней поверхности.

В другом иллюстративном воплощении описан гидравлический узел возвратно-поступательного насоса, который включает в себя, среди прочего, корпус насоса и камеру для сообщения каналов по текучей среде, расположенную в корпусе насоса, при этом камера для сообщения каналов по текучей среде имеет внутреннюю поверхность, и форма этой внутренней поверхности по существу совпадает с формой границы, определенной поверхностью вращения, имеющей ось вращения. Иллюстративный гидравлический узел дополнительно включает в себя всасывающий канал, расположенный в корпусе насоса, всасывающий клапан, расположенный во всасывающем канале, и устройство для упора и удержания клапана, расположенное в камере для сообщения каналов по текучей среде, и включающее в себя множество выступов держателя, имеющих наружные поверхностные участки. Устройство для упора и удержания клапана выполнено так, чтобы вращаться вокруг оси вращения, в то же время, располагаясь внутри камеры для сообщения каналов по текучей среде, и выполнено с возможностью удержания всасывающего клапана во всасывающем канале в ходе работы указанного возвратно-поступательного насоса. Более того, форма каждого из наружных поверхностных участков по существу соответствует форме границы поверхности вращения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение можно понять со ссылкой на следующее описание вместе с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:

Фигура 1 изображает частичный вид в поперечном сечении гидравлического узла иллюстративного возвратно-поступательного плунжерного насоса предшествующего уровня техники;

Фигура 2 изображает вид с торца иллюстративного устройства для упора и удержания клапана предшествующего уровня техники, используемого в возвратно-поступательном плунжерном насосе предшествующего уровня техники с Фиг.1;

Фигура 3 изображает вид в поперечном сечении устройства для упора и удержания клапана предшествующего уровня техники, показанного на Фиг.2, вдоль линии разреза ʺ3-3ʺ;

Фигура 4 изображает частичный вид всасывающего канала и устройства для упора и удержания клапана предшествующего уровня техники возвратно-поступательного плунжерного насоса предшествующего уровня техники, показанного на Фиг.1, при виде сверху вдоль линии ʺ4-4ʺ;

Фигура 5 изображает изометрический вид иллюстративного гидравлического узла возвратно-поступательного плунжерного насоса в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения;

Фигура 6 изображает вид в поперечном сечении по одному участку плунжера в гидравлическом узле иллюстративного насоса, показанного на Фиг.5, при виде вдоль линии разреза ʺ6-6ʺ с Фиг.5;

Фигура 7 изображает приближенный вид в поперечном сечении камеры для сообщения каналов по текучей среде, показанной на Фиг.6;

Фигура 8 изображает вид в поперечном сечении по каждой из камер для сообщения каналов по текучей среде гидравлического узла иллюстративного насоса, показанного на Фиг.5, при виде вдоль линии разреза ʺ8-8ʺ с Фиг.5;

Фигура 9 изображает схематичную иллюстрацию геометрии пересечения каналов, показанного на Фиг.6-8, в соответствии с одним иллюстративным воплощением, описанным здесь;

Фигура 10 изображает вид в поперечном сечении гидравлического узла насоса, показанного на Фиг.6, после установки различных компонентов насоса, по меньшей мере по центру плунжерного отсека насоса;

Фигура 11 изображает вид в поперечном сечении гидравлического узла насоса, показанного на Фиг.8, после установки различных компонентов насоса в центральный плунжерный отсек насоса;

Фигура 11А изображает приближенный подробный вид границы между внутренней поверхностью камеры для сообщения каналов по текучей среде и наружными поверхностями устройства для упора и удержания клапана;

Фигура 12 изображает изометрический вид иллюстративного устройства для упора и удержания клапана в соответствии с одним иллюстративным воплощением настоящего изобретения;

Фигура 13 изображает вид сверху вниз иллюстративного устройства для упора и удержания клапана, показанного на Фиг.12;

Фигура 14 изображает вид сбоку устройства для упора и удержания клапана, изображенного на Фиг.12;

Фигура 15 изображает вид снизу вверх устройства для упора и удержания клапана, показанного на Фиг.12;

Фигура 16 изображает вид с торца устройства для упора и удержания клапана с Фиг.12;

Фигура 17 изображает вид в поперечном сечении устройства для упора и удержания клапана, показанного на Фиг.12, при виде вдоль линии разреза ʺ17-17ʺ с Фиг.16; и

Фигуры 18-22 изображают различные изометрические виды в поперечном сечении по центру плунжерного отсека гидравлического узла иллюстративного насоса, показанного на Фиг.5, показывающие различные этапы, которые могут быть использованы для установки иллюстративного устройства для упора и удержания клапана в соответствии с настоящим изобретением в гидравлический узел насоса в соответствии с одним иллюстративным воплощением, описанным здесь.

Несмотря на то, что предмет изобретения, описанный здесь, может подвергаться различным модификациям и принимать альтернативные формы, его определенные воплощения были показаны лишь в виде примера на чертежах и будут описаны далее подробно. При этом следует понимать, что описание здесь определенных воплощений не предназначено для ограничения изобретения конкретными описанными формами, напротив, задачей описания является охватывание всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, не нарушающих пределов и сущности изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Различные иллюстративные воплощения предмета настоящего изобретения описаны ниже. В целях ясности в данной спецификации описаны не все признаки действительного воплощения. Должно быть очевидно, что при разработке любого практического воплощения необходимо принять множество решений конкретно для данного воплощения с целью достижения конкретных целей разработчика, например таких, как соответствие системным и деловым требованиям, которые могут изменяться от одного воплощения к другому. Более того, очевидно, что такая разработка может быть сложной и занимать много времени, однако, все равно остается обычной задачей для специалистов в данной области техники, решивших воспользоваться преимуществами настоящего изобретения.

Предмет настоящего изобретение будет описан со ссылкой на прилагаемые чертежи. Различные системы, конструкции и устройства схематично изображены на чертежах лишь в целях объяснения, и так, чтобы не загромождать настоящее описание подробностями, хорошо известными специалистам в данной области техники. Тем не менее, прилагаемые чертежи призваны описать и объяснить иллюстративные примеры настоящего изобретения. Слова и выражения, используемые здесь, необходимо понимать и интерпретировать в значении, соответствующем пониманию этих слов и выражений специалистами в данной области техники. Никакого специального определения термина или выражения, т.е., определения, отличающегося от обычного и обязательного значения при восприятии специалистами в данной области техники, не должно быть применено при соответствующем применении здесь такого термина или выражения. При условии, если термин или выражение имеет особое значение, т.е., значение, отличающееся от общепринятого специалистами в данной области техники, такое специальное определение будет ясно приведено в описании, как подобает определению, то есть напрямую и недвусмысленно обеспечивая особое определение указанного термина или выражения.

В следующем подробно описании могут быть приведены различные детали для обеспечения полного понимания различных иллюстративных воплощений, описанных здесь. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что некоторые иллюстративные воплощения изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения, могут быть выполнены на практики без некоторых или всех из этих различных описанных деталей. Более того, признаки и/или процессы, хорошо известные в данной области техники, могут не быть описаны во всех подробностях с тем, чтобы ненужным образом не загромождать описываемый предмет изобретения. Кроме того, одинаковые или идентичные номера ссылочных позиций могут быть использованы для обозначения общих или подобных элементов.

Фигура 5 изображает изометрический вид, показывающий сборку гидравлического узла 200 иллюстративного воплощения возвратно-поступательного плунжерного насоса 250. Как показано на Фиг.5, гидравлический узел 200 насоса может включать в себя корпус 201 насоса, имеющий множество установочных фланцев 233, используемых для соединения гидравлического узла 200 с соответствующим приводным концом (не показано), который используется для привода насоса 250. В некоторых воплощениях, гидравлический узел 200 насоса может включать в себя множество плунжерных отсеков 270а, 270b, 270c, и несмотря на то, что на Фиг.5 показано три плунжерных отсека, общее количество плунжерных отсеков может изменяться, например, от одного плунжерного отсека до пяти плунжерных отсеков и более, в зависимости от общих проектных параметров возвратно-поступательного насоса 250.

Фигура 6 изображает вид в поперечном сечении по одному из плунжерных отсеков, т.е. по центральному плунжерному отсеку 270b, гидравлического узла 200 насоса при виде вдоль линии разреза ʺ6-6ʺ с Фиг.5. Более подробно камера 262 для сообщения каналов по текучей среде показана на Фиг.7, где представлен приближенный вид камеры 262 для пересечения каналов, показанной на Фиг.6. В некоторых воплощениях, каждый из плунжерных отсеков 270а-с (и любых дополнительных плунжерных отсеков, помимо трех плунжерных отсеков, показанных на Фиг.5) может иметь по существу одинаковую конфигурацию. Соответственно, следует понимать, что любое описание плунжерного отсека 270b, приведенное ниже, может быть равным образом применимо к любому другому плунжерному отсеку, включенному в любой из возвратно-поступательных плунжерных насосов 250, описанных здесь. Дополнительно, Фиг.8 изображает вид в поперечном сечении по каждой из камер 262 для сообщения каналов по текучей среде гидравлического узла 200 насоса при виде вдоль линии разреза ʺ9-9ʺ с Фиг.5. В целях ясности различные внутренние элементы гидравлического узла 200 насоса не показаны на Фиг.5-8, но вместо этого показаны на Фиг.10 и 11, и будут описаны ниже более подробно.

В целом, камера 262 для сообщения каналов по текучей среде выполнена с возможностью приема потока текучей среды, проходящего в плунжерный отсек 270b через всасывающий канал 207, и для выброса потока текучей среды в выпускной канал 210 в ходе работы возвратно-поступательного плунжерного насоса 205. Как показано на Фиг.6-8, плунжерный отсек 270b (и любой другой подобный плунжерный отсек гидравлического узла 200 насоса) может включать в себя множество каналов, которые пересекаются в камере 262 для сообщения каналов по текучей среде. Например, в некоторых воплощениях, плунжерный отсек 270b может включать в себя канал 204 для плунжера, который пересекает камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде, где формируется кромка 204е. Более того, канал 204 для плунжера может проходить сквозь корпус 201 гидравлического узла 200 насоса вдоль оси 203 плунжера, и выполнен с возможностью приема возвратно-поступательного плунжера 202 (не показано; см. Фиг.10 и 11). Как показано на Фиг.6 и 7, канал 204 для плунжера может проходить между камерой 262 для сообщения каналов по текучей среде, и противоположным каналом 219, который коаксиально выровнен с осью 203 плунжера. В некоторых воплощениях, противоположное канал 219 может быть выполнен с возможностью приема набивного сальника 232 (не показано), как будет объяснено далее со ссылкой на Фиг.10.

Как отмечено ранее, плунжерный отсек 270b может также включать в себя выпускной канал 210, выполненный с возможностью размещения выпускного клапана 209 (не показано; см. Фиг.10 и 11), и которое пересекает камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде, и формирует кромку 210е. Как показано на Фиг.6 и 8, выпускной канал 210 проходит через корпус 201 насоса и может быть расположен между камерой 262 для сообщения каналов по текучей среде и выпускным отверстием 227, выполненным с возможностью приема текучей среды, выходящей из камеры 262 для пересечения каналов, через выпускной клапан 209. В определенных воплощениях, выпускное отверстие 227 плунжерного отсека 270b может быть в жидкостном сообщении с каждым из прочих выпускных отверстий 270а/с (и любыми другими выпускными каналами гидравлического узла 200 насоса, а также с выходом 230 насоса (см. Фиг.5) при помощи бокового сообщающего канала 230с, который проходит через корпус 201 насоса вдоль выпускной оси 231. Плунжерный отсек 270b может также включать в себя верхнее отверстие 228 для доступа, выполненное с возможностью обеспечения приема верхней съемной заглушки 229 (не показано), как будет объяснено ниже со ссылкой на Фиг.10 и 11. Также на Фиг.6 и 8 показано, что верхний канал 234 для доступа может располагаться между верхним отверстием 228 для доступа и выпускным отверстием 227. В по меньшей мере некоторых иллюстративных воплощениях, выпускной канал 210 может быть коаксиально выровнен с одним, нескольким или всеми выпускными отверстиями 227, верхним отверстием 228 для доступа и/или с верхним каналом 234 для доступа вдоль общей оси 216 на стороне выпуска.

Как показано на Фиг.6-8, сообщающий канал 218 может также пересекать камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде, таким образом, формируя кромку 218е вдоль пересечения канала 218 и камеры 262 для пересечения каналов. Сообщающий канал 218 может быть выполнен с возможностью обеспечения жидкостного сообщения между камерой 262 для сообщения каналов по текучей среде и всасывающим отверстием 217, которое может, в свою очередь, быть выполнено с возможностью приема текучей среды, входящей в плунжерный отсек 270b через всасывающий клапан 205 (не показан; см. Фиг.10 и 11), который выполнен с возможностью размещения во всасывающем канале 207. Более того, в по меньшей мере некоторых воплощениях конфигураций насоса, описанных здесь, сообщающий канал 218 может быть выполнен как продолжение всасывающего отверстия 217, т.е. так, чтобы всасывающее отверстие 217 пересекало камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде . Таким образом, в целях настоящего описания, ссылка на сообщающий канал 218 может быть равно применима к всасывающему отверстию 217, если это применимо для определенной конфигурации всасывающей стороны описываемого насоса. Как показано на Фиг.6 и 8, всасывающий канал 207, всасывающее отверстие 217 и сообщающий канал 218 могут каждое проходить через корпус 201 насоса, и более того, могут быть коаксиально выровнены вдоль общей оси 206 на стороне всасывания.

В по меньшей мере некоторых воплощениях, сообщающий канал 218, всасывающее отверстие 217 и всасывающий канал 207 могут быть расположены на по существу противоположных сторонах камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде относительно выпускного канала 210. В таких воплощениях, ось 206 на стороне всасывания может быть коаксиально выровнена с осью 216 на стороне выпуска, хотя в по меньшей мере одно воплощении оси 206 и 216 на стороне всасывания и на стороне выпуска могут быть смещены друг относительно друга в боковом направлении, в зависимости от конкретных проектных параметров насоса. В других воплощениях ось 206 на стороне всасывания может быть сориентирована под углом относительно оси 216 на стороне выпуска, например, как в Y-образной конфигурации плунжерного насоса и т.п.

Плунжерный отсек 270b может также включать в себя боковой канал 214 для доступа, расположенный на по существу противоположной стороне камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде относительно канала 204 для плунжера, и выполненный с возможностью пересечения камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде так, чтобы формировать кромку 214е. Как показано на Фиг.6-8, боковой канал 214 для доступа может проходить через корпус 201 насоса вдоль боковой оси 213, и может располагаться между камерой 262 для пересечения каналов, и боковым отверстием 211 для доступа, выполненным с возможностью обеспечения приема боковой съемной заглушки 212 (не показана), как будет объяснено далее со ссылкой на Фиг.10. В некоторых воплощениях, боковое отверстие 211 для доступа может быть коаксиально выровнен с боковым каналом 214 для доступа, т.е., вдоль боковой оси 213. Более того, в некоторых иллюстративных воплощениях, боковая ось 213 может быть коаксиально выровнена с осью плунжера 203, как показано на Фиг.6-8, хотя в других воплощениях боковая ось 213 и ось 203 плунжера могут быть смещены друг относительно друга в боковом или вертикальном направлении, или в обоих направлениях.

Как описано выше, каждое из иллюстративных воплощений, изображенных на Фиг.6-8, показывают, что различные отдельные каналы 204, 210, 218 и 214 могут пересекать различные участки камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, а не пересекать друг друга - что было бы типичным случаем для насосной камеры 162 гидравлического узла 100 насоса предшествующего уровня техники. Таким образом, концентрации напряжений, которые возникают в камере 262 для пересечения каналов, и вокруг нее на кромках 204е, 210е, 218е и 214е, образованных пересечениями, могут быть по существу снижены по отношению к тем концентрациями, которые, как правило, возникают при более остро образованных углах и кромках 118е, 110е и/или 115с в насосной камере 162 гидравлического узла 100 насоса предшествующего уровня техники и вокруг нее. См. Фиг.1 и 4 и вышеприведенное описание.

Как показано на Фиг.6-8, камера 262 для сообщения каналов по текучей среде может быть образована формой, которая по существу соответствует трехмерной форме, имеющей границу 260. Более того, как отмечено выше, граница 260 трехмерной формы, образующей форму камеры 262 для пересечения каналов, может быть такой, чтобы снижать и/или минимизировать серьезность любых областей концентраций высоких напряжений, которые обычно возникали бы при типовых конфигурациях пересечений каналов, которые зачастую присутствуют в гидравлических узлах возвратно-поступательных плунжерных насосов предшествующего уровня техники (см. Фиг.1 и 4). Например, в некоторых иллюстративных воплощениях, камера 262 для сообщения каналов по текучей среде может по существу соответствовать форме, выполненной как трехмерная эллипсоидальная форма, так, чтобы она имела по существу плавные и непрерывные поверхностные участки 261, по существу соответствующие форме границы 260 между кромок 204е, 210е, 218е и 214е, образованных пересечениями различных каналов 204, 210, 218 и 214, соответственно, с камерой 262 для пересечения каналов, и вокруг них. В других воплощениях, трехмерная форма, образующая камеру 252 для сообщения каналов по текучей среде , может быть выполнена так, чтобы граница 260 представляла любую надлежащим образом сформированную поверхность вращения - т.е., когда кривая подходящей формы вращается вокруг центральной копланарной оси вращения - при условии, что вышеуказанные по существу плавные и непрерывные поверхностные участки 261 присутствуют вокруг каждой из кромок 204е, 210е, 218е и 214е. Таким образом, несмотря на то, что по меньшей мере некоторая часть описания, приведенного ниже, может быть направлена на иллюстративные камеры 262 для пересечения каналов, имеющие различные типы эллипсоидальных конфигураций, следует понимать, что могут быть использованы формы камер для пересечения каналов, отличные от эллипсоидальной.

Фигура 9 схематично изображает различные аспекты геометрических характеристик иллюстративной эллипсоидальной формы, которая может быть использована для определения геометрической формы пересечения каналов, показанной на Фиг.6-8, в соответствии с по меньшей мере некоторыми иллюстративными воплощениями настоящего изобретения. Как показано на Фиг.9, эллипсоид, используемый для определения границы 260 камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, с центром в точке начала координат О осям X, Y и Z, может иметь по существу любую конфигурацию, соответствующую следующему стандартному уравнению для эллипсоида:

(1)

где:

a=длина полуоси вдоль направления Х;

b=длина полуоси вдоль направления Y;

и

c=длина полуоси вдоль направления Z.

Однако, следует отметить, что для того, чтобы непрерывные поверхностные участки 261, изображенные на Фиг.6-8, присутствовали между кромками 204е, 210е, 218е и 214е и вокруг них, могут быть применены следующие дополнительные условиям по длинам полуосей a, b и c относительно радиусов каналов 204, 210, 218 и 214:

a > радиусов каналов 204, 210, 218 и 214;

b > радиусов каналов 210 и 218; и

c >радиусов каналов 204 и 214.

В некоторых иллюстративных воплощениях, поверхность 260 эллипсоида 262 может образовываться вращательно, например, путем вращения двумерного эллипса вокруг любой из его большой или малой осей, в этом случае эллипсоид 262 может иногда называться либо эллипсоидом вращения, либо сфероидом. В таких случаях, эллипсоид вращения (или сфероид) 262 будет иметь по меньшей мере две полуоси одинаковой длины, при этом третья полуось может иметь длину, большую чем, меньшую чем или равную длине двух равных полуосей. Например, со ссылкой на Фиг.9, эллипс 262 имеет центр в точке начала координат O и имеет длину малой оси a и длину большой оси c. Если эллипс 264 вращается вокруг оси Z так, чтобы формировать эллипсоид вращения (или сфероид 262), полуось вдоль направления Х будет иметь длину a, полуось вдоль направления Y будет иметь длину b=a, и полуось вдоль оси Z будет иметь длину c. В зависимости от величины длины c относительно длин a и b, в результате могут получиться три разные эллипсоидальные формы:

a=b>c приводит к сплюснутому эллипсоиду вращения, или сплюснутому сфероиду;

a=b<c приводит к растянутому эллипсоиду вращения, или к растянутому сфероиду; и

a=b=c приводит к сфере.

В иллюстративных воплощениях, показанных на Фиг.6-8, камера 262 для сообщения каналов по текучей среде показана как имеющая форму сферы (т.е., случай когда a=b=c) и имеет радиус сферы 263 (см. Фиг.7). В таких воплощениях, стандартное уравнение для эллипсоида, как показано в Уравнении 1 выше, сокращается до следующего уравнения для сферы с центром в точке начала координат O осей X, Y и Z

(2)

где:

r=радиус сферы (например, радиус 263, как показано на Фиг.7).

В зависимости от общих проектных параметров гидравлического узла 200 насоса, точка начала координат О (или центральная точка) трехмерной формы, которая определяет границу 260, может быть по существу выровнена со всеми или ни с одной из различных осей 203, 206, 213 и 216 каналов 204, 207, 214, and 210. Например, в некоторых иллюстративных воплощениях, точка начала координат O камеры 262 для пересечения каналов, может быть по существу выровнена как с осью 206 на стороне всасывания, так и с осью 216 на стороне выпуска (как показано на Фиг.6-8), или она может быть смещена в боковом направлении от одной или от обеих осей 206 и 216 в одном или в разных направлениях. В других воплощениях, точка начала координат O может быть смещена в вертикальном направлении вниз от оси 203 плунжера на расстояние 203z (как показано на Фиг.6-8), хотя должно быть понятно, что точка начала координат O может также быть смещена вертикально вверх и/или вбок от оси 203 плунжера, или она может быть по существу выровнена с осью 203 плунжера. В дополнительных воплощениях, точка начала координат O может быть смещена вертикально вниз от боковой оси 213 на расстояние 213z (как показано на Фиг.6-8), которое может быть равно отступу 203z, или отличаться от него. В прочих воплощениях, точка начала координат O камеры 262 для пересечения каналов, может также быть смещена вертикально вверх от боковой оси 213 и/или смещена в боковой направлении от оси 213, или два вышеуказанных элемента могут быть по существу выровнены.

Фигуры 10 и 11 изображают виды в поперечном сечении гидравлического узла 200 насоса, изображенного на Фиг.6 и 8, соответственно, после установки различных компонентов насоса по меньшей мере в центр плунжерного отсека 270b насоса 250. Как показано на Фиг.10, набивной сальник 232 был установлен в противоположный канал 219, и плунжер 202 был установлен внутрь набивного сальника 232, выполненного с возможностью обеспечения по существу герметичного динамического уплотнения относительно наружной поверхности плунжера 202, когда плунжер совершает возвратно-поступательное движение в канале 204 для плунжера в ходе работы насоса. В некоторых воплощениях, плунжер 202 включает в себя муфтовое соединение 202f, выполненное с возможностью обеспечения механического соединения плунжера 202 с приводным концом (не показано) насоса 250. Как также показано на Фиг.10, боковая съемная заглушка 212 была с возможностью снятия присоединена к корпусу 201 насоса, например, путем обратимого завинчивания заглушки 212 внутрь бокового отверстия 211 для доступа, и тому подобное. В некоторых воплощениях, боковая съемная заглушка 212 может иметь бобышку или ступицу 212b, которая при установке в корпус 201 насоса проходит внутрь канала 214 для доступа. Более того, уплотнительное кольцо 212s может быть расположено между ступицей 212b и каналом 214 для доступа так, чтобы осуществлять герметичное уплотнение.

Как показано на Фиг.10 и 11, выпускной клапан 209 может быть установлен внутрь выпускного канала 210. При приведении в действие в ходе работы насоса путем увеличения давления текучей среды внутрь камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде - которое вызвано тем, что плунжер 202 совершает ход в канале 204 для плунжера по направлению к камере 262 для пересечения каналов - выпускной клапан 209 открывается так, чтобы обеспечить сообщение текучей среды через выпускной канал 210 и между камерой 262 для пересечения каналов, и выпускным отверстием 227. Текучая среда, покидающая камеру 262для пересечения каналов, и входящая в выпускное отверстие 227, может покидать сборку 200 гидравлического узла, проходя через боковое сообщающий канал 230с к выходу 230 насоса (см. Фиг.5). Как показано на Фиг. 10 и 11, выпускной клапан 209 может быть смещен к упору 209s клапана с помощью пружины 208. В некоторых воплощениях упор 209s клапана может быть соединен с верхней съемной заглушкой 229, которая может быть с возможностью снятия соединена с корпусом 201 насоса подобно боковой съемной заглушке 212, например, путем обратимого вкручивания в верхнее отверстие 228 для доступа. Так же, как и боковая съемная заглушка 212, верхняя съемная заглушка 229 может включать в себя бобышку или ступицу 229b, которая проходит в верхний канал 234 для доступа, и уплотнительное кольцо 229s может быть расположено между ступицей 229b и каналом 234 так, чтобы осуществлять герметичное уплотнение.

Как описано выше, всасывающий клапан 205 может также быть установлен внутрь всасывающего канала 207. При приведении в действие в ходе работы насоса путем понижения давления текучей среды внутри камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде - которое вызвано перемещением плунжера 202 в канале 204 для плунжера вдаль от камеры 262 для пересечения каналов - всасывающий клапан 205 открывается так, чтобы обеспечить сообщение текучей среды через всасывающий канал 207 и между входом для текучей среды (не показано) гидравлического узла 200 насоса и всасывающим отверстием 217. Текучая среда, входящая во всасывающее отверстие 217, может затем протекать в камеру 262 для пересечения каналов. Текучая среда, входящая во всасывающее отверстие 217, может затем протекать в камеру 262 для пересечения каналов через сообщающую камеру 218, из которой она может протекать к выпускному отверстию 227, как описано выше. Как показано на Фиг.10 и 11, всасывающий клапан 205 может быть смещен к устройству 220 для упора и удержания клапана с помощью пружины 208. В по меньшей мере некоторых иллюстративных воплощениях устройство 220 для упора и удержания клапана выполнено с возможностью установки в камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде, где оно может выполнять функцию как упора клапана для всасывающего клапана 205, так и удерживающего устройства, которое удерживает всасывающий клапан 205 в определенном положении внутри всасывающего канала 207. Более того, в некоторых воплощениях, устройство 220 для упора и удержания клапана может иметь такую конфигурацию, чтобы по меньшей мере некоторые поверхности устройства 220, такие как поверхности 223s, показанные на Фиг.12-17, по существу соответствовали форме границы 260, которая определяет камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде, как будет описано ниже дополнительно.

Фигуры 12-17 изображают различные изометрические виды, виды сверху, сбоку, снизу и с торца и виды в разрезе иллюстративного устройства для упора и удержания клапана в соответствии с настоящим изобретением, например такого, как устройство 220 для упора и удержания клапана, показанное на Фиг. 10 и 11. Как показано на Фиг.12-17, устройство 220 для упора и удержания клапана может иметь донную пластину 221, удерживающую пружину, и пару диаметрально противоположных удерживающих выступов 223, при этом каждый удерживающий выступ выступает или проходит вдаль от первой стороны пластины 221, удерживающей пружину, на каждом ее конце (например, по существу в направлении вверх от верхней стороны удерживающей пластины 221 на видах, изображенных на Фиг.12-17). В зависимости от различных проектных и/или рабочих параметров насоса 250, таких как производительность насоса, скорость текучей среды и тому подобное, устройство 220 для упора и удержания клапана может включать в себя канал 222 для прохода текучей среды, расположенный по существу в месте соединения каждого удерживающего выступа 223 с донной пластиной 221, удерживающей пружину. Каналы 222 для прохода текучей среды могут быть выполнены так, чтобы позволять текучей среде, выходящей из выпускного отверстия 217, проходить вокруг устройства 220 для упора и удержания клапана и в камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде, с меньшей общей задержкой и/или падением давления.

В некоторых воплощениях, по существу расположенный по центру паз 221g может быть расположен на противоположной стороне пластины 221, удерживающей пружину, относительно удерживающих выступов 223 (например, на донной стороне удерживающей пластины 221 на видах, показанных на Фиг.12-17). Паз 221g может образовывать по существу расположенную по центру бобышку или ступицу 221b (см. например Фиг.12, 14, 15 и 17), которая проходит или выступает от второй (донной) стороны пластины 221, удерживающей пружину (например, по существу по направлению вниз на видах, показанных на Фиг.12-17). Бобышка 221b может быть выполнена с возможностью зацепления с пружиной, смещающей всасывающий клапана, и для ее удержания, например, с пружиной 208, которая выполнена с возможностью обеспечения смещения всасывающего клапана 205 (см. Фиг. 10 и 11) в ходе работы насоса 250. Более того, один или оба удерживающих выступа 223 могут включать в себя отверстие 223h под стержень, имеющее такой размер, чтобы принимать блокирующий стержень 220p (не показано; см. Фиг.11 и 22). Блокирующий стержень 220p выполнен с возможностью обеспечения предотвращения поворота устройства 220 для упора и удержания клапана из его положения в ходе работы насоса, и, таким образом, выполняет функцию устройства, препятствующего повороту устройства для упора и удержания клапана, как будет описано дополнительно ниже. Кроме того, в некоторых воплощениях, один или несколько вырезов 221n может быть выполнено в верхней поверхности пластины 221, удерживающей пружину, которые могут быть использованы для облегчения установки устройства 220 для упора и удержания клапана в камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде(а также для его удаления из нее), как будет описано подробно ниже со ссылкой на Фиг.18-22.

В некоторых воплощениях, удерживающие выступы 223 устройства 220 для упора и удержания клапана могут иметь такую конфигурацию, чтобы по меньшей мере верхний участок 223u наружной поверхности 223s каждого удерживающего выступа 223 имел изогнутую форму, которая по существу соответствует кривизне внутренней поверхности 261 камеры 252 для сообщения каналов по текучей среде. Таким образом, по существу соответствующая изогнутая форма наружных поверхностей 223s верхних участков 223u удерживающих выступов 223 может быть выполнена с возможностью обеспечения возможности установки устройства 220 для упора и удержания клапана в гидравлический узел 200 насоса образом, описанным со ссылкой на Фиг.18-22 ниже. Более того, благодаря по существу соответствующей форме поверхностей 223s, удерживающие выступы 223 могут также быть выполнены с возможность вхождения в опорный контакт с внутренней поверхностью 261 камеры 262 для пересечения каналов вдоль по меньшей мере верхнего участка 223u каждого выступа 223, когда устройство 220 для упора и удержания клапана установлено, как описано. Более того, поскольку точка начала координат по существу соответствующей изогнутой формы, которая используется для определения поверхностей 223s, располагается между удерживающими выступами 223, ниже верха 220t устройства 220 для упора и удержания клапана, и выше дна 220b устройства 220 (см, Фиг.13, 14 и 17; см. также Фиг.11), поверхности 223s на верхних участках 223u удерживающих выступов 223 могут проходить вдоль изогнутой поверхности 261 камеры 262 для пересечения каналов как выше, так и ниже точки начала координат . Таким образом, устройство 220 для упора и удержания клапана может по существу быть «захвачено» внутри камеры 262 для пересечения каналов после его установки, как описано ниже, благодаря по существу окружающей форме границы 260 (и поверхности 261), которая определяет камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде. В установленном положении, соответствующая (и окружающая) форма камеры 262 для пересечения каналов может, таким образом, по существу выполнять функцию предотвращения перемещения устройства 220 для упора и удержания клапана вверх или вниз внутри камеры 262 для пересечения каналов.

При использовании совместно с камерой 262 для сообщения каналов по текучей среде, имеющей конфигурацию в соответствии с настоящим изобретением, устройство 220 для упора и удержания клапана может, таким образом, выполнять функцию удержания всасывающего клапана 205 (не показано; см. Фиг.10, 11 и 18-22) на месте в ходе работы насоса. Более того, как описано выше, устройство 220 для упора и удержания клапана может по существу поддерживаться на месте внутри камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде без использования типовых удерживающих элементов предшествующего уровня техники, таких как фланцевые выступы, язычки, выступы, пазы и/или вырезы и тому подобное. Таким образом можно по существу снизить, или даже устранить по меньшей мере некоторые из пагубных эффектов усталостных трещин, которые зачастую связаны с дополнительными областями концентрации высоких напряжений, окружающих такие удерживающие элементы предшествующего уровня техники, например углы 115с и кромки 118е выступов 115, показанных на Фиг. 1 и 4, и описанных выше.

В вышеприведенном описании под тем, что изогнутая форма наружных поверхностей 223s на верхнем участке 223u каждого удерживающего выступа 223 «по существу соответствует» кривизне внутренней поверхности 261 камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, подразумевается, что поверхности 223s и поверхность 261 могут обе иметь такую конфигурацию, чтобы по существу соответствовать одной и той же трехмерной форме (например, эллипсоиду вращения или поверхности вращения и т.д.), имеющей границу 260. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно после полного прочтения настоящего описания, что зазор 261g надлежащего размера (см. Фиг.11А) должен присутствовать между поверхностями 223s и 261 так, чтобы между ними было достаточное расстояние для обеспечения возможности установки устройства 220 для упора и удержания клапана в камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде (как описано со ссылкой на Фиг.18-22 ниже), так, чтобы при этом обеспечивалась возможность вхождения наружных поверхностей 223S удерживающих выступов 223 в достаточный опорный контакт с поверхностью 261 камеры 262 для пересечения каналов так, чтобы удерживать устройство 220 в определенном положении в ходе работы насоса, как отмечено выше. Соответственно, несмотря на то, что соответствующие формы поверхностей 223s и 261 могут по существу соответствовать границе 260 одинаковой трехмерной формы, уравнения, используемые для создания соответствующих поверхностей 223s и 261 могут, таким образом, быть отрегулированы надлежащим образом так, чтобы обеспечить определенный зазор 261g надлежащего размера между ними.

Например, в тех воплощениях, где трехмерная форма, имеющая границу 260, определена эллипсоидом вращения, имеющим полуоси a, b и c, соответственно, то полуоси, используемые в Уравнении 1 выше, образующие внутреннюю поверхность 261 камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, могут быть определены следующим образом:

где:

, и , длины полуосей, определяющих поверхность 261; и

проектный зазор 261g между поверхностью 261 и поверхностями 223s.

Подобным образом, полуоси, используемые в Уравнении 1 для создания наружных поверхностей 223S верхнего участка 223u удерживающих выступов 223 могут быть определены следующим образом:

где:

, и , длины полуосей, определяющих поверхности 223s; и

проектный зазор 261g между поверхностью 261 и поверхностями 223s.

В тех иллюстративных воплощениях, где трехмерная форма представляет собой сферу, и сферический радиус, используемый в Уравнении 2 выше для создания границы 260 определяется как r, то радиусы, используемые для создания внутренней поверхности 261 камеры 262 для пересечения каналов, и наружные поверхности 223s верхнего участка 223u удерживающих выступов 223 могут быть определены следующим образом:

где:

радиус сферы, определяющей поверхность 261;

радиус сферы, определяющей поверхности 223s, и

проектный зазор 261g между поверхностью 261 и поверхностями 223s.

Исключительно в виде примера, а не в виде ограничения, в одном иллюстративном воплощении, внутренняя поверхность 261 камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, которая механическим образом выполнена в корпусе 201 гидравлического узла 200 насоса, может быть определена сферой, имеющей сферический радиус 263, как показано на Фиг.7 (r1 выше) примерно 108.00 мм (4,250 дюймов). Более того, проектный зазор 261g, как показано на Фиг.11А (g выше), позволяющий установить устройство 220 для упора и удержания клапана в камеру 262 для пересечения каналов, может составлять примерно 0.25 мм (0.010 дюйма). В таком воплощении, сферический радиус 265, показанный на Фиг.13, 14 и 17 (r2 выше), определяющий наружные поверхности 223s верхнего участка 223u удерживающих выступов 223 может составлять примерно 107.75 мм (4.240 дюйма). Конечно следует понимать, что действительная форма и размер камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде может отличаться от примера, описанного выше, в зависимости от общих проектных параметров сборки 200 гидравлического узла, включая размеры различных каналов204, 210, 214 и 218, любые боковые и/или вертикальные отступы между соответствующими осями 203, 216, 213 и 206 каналов и тому подобное. Подобным образом могут быть использованы меньшие или большие проектные зазоры 216g, при условии, что может быть обеспечено надлежащее пространство для установки держателя, и требуемое количество опорного контакта между поверхностями 223s и 261.

Фигуры 18-22 представляют различные изометрические виды в поперечном сечении по центру плунжерного отсека 270b иллюстративной сборки 200 гидравлического узла, показанной на Фиг.4, и изображают по меньшей мере некоторые этапы, которые могут быть использованы для установки иллюстративного устройства для упора и удержания клапана в соответствии с настоящим изобретением, такого как устройство 220 для упора и удержания клапана, показанное на Фиг.12-17, в камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Обращаясь сперва к Фиг.18, устройство 220 для упора и удержания клапана было частично помещено в боковое отверстие 211 для доступа, и располагается вблизи канала 214 для доступа, ведущего к камере 262 для сообщения каналов по текучей среде. В различных воплощениях, общая высота 220h (см. Фиг.17) устройство 220 для упора и удержания клапана меньше внутреннего диаметра канала 214 для доступа, и более того, общая форма устройства 220 на виде с любого конца (см. Фиг.16) имеет такую конфигурацию, чтобы устройство 200 можно было провести через канал 214 для доступа и в камеру 262 для пересечения каналов.

Фигура 19 изображает сборку 200 гидравлического узла в ходе последующего установочного этапа, после того, как устройство 220 для упора и удержания клапана было помещено в камеру 262 для сообщения каналов по текучей среде через канал 214 для доступа. Как показано на Фиг.19, устройство 220 для упора и удержания клапана было размещено над всасывающим клапаном 205, например, так, чтобы смещающая пружина 208 была установлена на бобышке 221b (см. Фиг.12, 14, 15 и 17), которая расположена на донной стороне пластины 221, удерживающей пружину. Таким образом, устройство 220 для упора и удержания клапана может быть расположено по существу по центру над всасывающим клапаном 205 вдоль оси 206 на стороне всасывания.

После этого, как показано на Фиг.20, устройство 220 для упора и удержания клапана проталкивается вниз внутрь камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, таким образом, сжимая пружину 208 на всасывающем клапане 205. Более того, устройство 220 для упора и удержания клапана проталкивается вниз до тех пор, пока по меньшей мере нижние участки наружных поверхностей 223s не будут приведены близко к поверхностным участкам 261 камеры для сообщения каналов между сообщающей камерой 218 и каналом 204 для плунжера, и между сообщающей камерой 218 и каналом 214 для доступа, или в контакт с указанными участками. Как отмечено выше, благодаря по существу совпадающим формам изогнутых поверхностей устройства 220 для упора и удержания клапана и камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, в таком положении нижние участки поверхностей 223s могут быть приведены в по существу непрерывный опорный контакт с соответствующими поверхностями 261.

Возвращаясь теперь к Фиг.21, устройство 220 для упора и удержания клапана может быть повернуто на четверть оборота так, чтобы удерживающие выступы 223 вышли из-за оси 203 плунжера. Таким образом, когда возвратно-поступательный плунжер 202 совершает ход в канале 204 для плунжера вдоль оси 203 плунжера в ходе работы насоса, он будет проходить между удерживающими выступами 223 и над пластиной 221, удерживающей пружину, когда он входит и выходит из камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, таким образом, избегая повреждения плунжера 202, устройства 220 для упора и удержания клапана и/или любых других внутренних элементов насоса. Более того, когда устройство 220 для упора и удержания клапана поворачивается в свою поперечную ориентацию относительно оси 203 плунжера, наружные поверхности 223s по существу всех верхних участков 223u удерживающих выступов 203 могут входить в по существу непрерывный опорный контакт с внутренней поверхностью 261 камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде (см. Фиг.11). Кроме того, когда устройство 220 для упора и удержания клапана находится в таком положении, точки начала координат O трехмерных форм, которые используются для определения как наружных поверхностей 223s удерживающих выступов 223, так и внутренней поверхности 261 камеры 262 для пересечения каналов, могут быть расположены по существу в одной точке внутри камеры 262, при этом небольшое отклонение точек начала координат O происходит из-за размера зазора 261g (см. Фиг.11А) между ними, как описано выше. Более того, и как отмечено выше, поскольку поверхности 223s удерживающих выступов изогнуты как выше, так и ниже по существу одинаково расположенных центров начала координат O (см. Фиг.11, 13, 14 и 17), соответствующая поверхность 261 может, таким образом, выполнять по существу функцию предотвращения перемещения устройства 220 для упора и удержания клапана вверх или вниз относительно камеры 262 для пересечения каналов, таким образом, позволяя устройству 220 удерживать всасывающий клапан 205 на месте в ходе работы насоса.

В некоторых иллюстративных воплощениях, инструмент для установки устройства для упора и удержания клапана (не показано) может быть использован для облегчения установки и/или снятия устройства 220 для упора и удержания клапана. Как отмечено в отношении описания Фиг.12-17 выше, один или несколько вырезов 221n может быть выполнено в верхней поверхности пластины 221, удерживающей пружину. В некоторых воплощениях, вырезы 221n могут быть выполнены с возможностью приема конца инструмента соответствующей формы (не показано), который может в таком случае быть использован для проталкивания устройства 220 для упора и удержания клапана вниз, как показано на Фиг.20 и описано выше, и/или для поворота устройства 220 в поперечную ориентацию, описанную выше и показанную на Фиг.21. По меньшей мере в некоторых воплощениях, этапы, показанные на Фиг.20 и 21, могут осуществляться через боковое отверстие для доступа 221 и канал 214 для доступа. В других воплощениях этапы с Фиг.20 и 21 могут осуществляться через верхнее отверстие 228 для доступа, т.е., после удаления выпускного клапана 209 из выпускного канала 210 так, чтобы обеспечить доступ к камере 262 для сообщения каналов по текучей среде с верхней стороны.

Фигура 22 изображает дополнительный этап установки устройства 220 держателя упора клапана, после установки блокирующего стержня 220р в отверстие 223h для стержня. Блокирующий стержень 220р выполнен с возможностью обеспечения предотвращения вращения устройства 220 для упора и удержания клапана в ходе работы насоса, таким образом, поддерживая устройство 220 в поперечной ориентации, изображенной на Фиг.21. Таким образом, удерживающие выступы 223 остаются вне пути возвратно-поступательного плунжера 202, таким образом, избегая потенциального повреждения плунжера 202 и/или других внутренних элементов насоса. В некоторых воплощениях, блокирующий стержень 220р может представлять собой магнитный блокирующий стержень 220р, например, редкоземельный магнит, такой как неодимовый магнит и тому подобное. При использовании магнитного блокирующего стержня 220р можно, таким образом, избежать необходимости формирования каких-либо дополнительных пазов, вырезов, каналов, резьбовых отверстий и т.д. вдоль внутренней поверхности 261 камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде, что может быть необходимо для других типов блокировочных шпилек. Тем не менее следует понимать, что допускается использование других типов конструкций и/или материалов блокировочных шпилек, в зависимости от проектных задач блокирующего стержня 220р.

В некоторых иллюстративных воплощениях, устройство 220 для упора и удержания клапана может быть удалено из камеры 262 для сообщения каналов по текучей среде путем выполнения последовательности этапов, проиллюстрированных на Фиг.18-22 и описанных выше, по существу в обратном порядке.

В настоящем описании, таким образом, описаны различные способы, устройства и конфигурации насоса, которые могут быть использованы для уменьшения присутствия областей концентрации высоких напряжений на внутренних поверхностях гидравлического узла возвратно-поступательных плунжерных насосов, таким образом, снижая подверженность гидравлического узла насоса разрушительному формированию усталостных трещин. В некоторых воплощениях описана камера для сообщения каналов по текучей среде, которая может быть использована для минимизации жесткости геометрической формы пересечения каналов, которая зачастую обнаруживается в плунжерных отсеках возвратно-поступательных насосов предшествующего уровня техники. В других воплощениях описано устройство для упора и удержания клапана, которое может быть использовано совместно с описанной камерой для сообщения каналов по текучей среде , при этом устройство для упора и удержания клапана имеет такую конфигурацию, чтобы иметь по меньшей мере некоторые поверхности, форма которых по существу совпадает с формой камеры для пересечения каналов, таким образом устраняя необходимость в использовании дополнительных элементов, вызывающих концентрации высоких напряжений внутри насоса, таких как вырезы, пазы, выступы и тому подобное, для крепления устройства для упора и удержания клапана.

Отдельные воплощения, описанные выше, являются лишь иллюстративными, поскольку изобретение может быть модифицировано и выполнено на практике иным, но эквивалентным образом, понятным для специалиста в данной области техники, который собирается воспользоваться преимуществами настоящего изобретения. Например, этапы способа, описанного выше, могут осуществляться в ином порядке. Более того, нет никаких ограничений по деталям конструкции или дизайна, показанным здесь. Таким образом очевидно, что отдельные воплощения, описанные выше, могут быть измены или модифицированы, и все такие изменения входят в пределы изобретения. Соответственно, предмет защиты настоящего изобретения описан в нижеприведенной формуле изобретения.

1. Устройство (220) для упора и удержания клапана, выполненное с возможностью взаимодействия с камерой (262) для сообщения каналов по текучей среде возвратно-поступательного насоса (250), устройство (220) для упора и удержания клапана, содержащее:

пластину (221), удерживающую пружину; и множество удерживающих выступов (223), проходящих по существу от первой стороны пластины (221), удерживающей пружину, каждый из указанного множества удерживающих выступов (223) содержит верхний участок (223u), имеющий наружную поверхность (223s), при этом форма каждой из указанных наружных поверхностей (223s) и форма внутренней поверхности (261) камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде, взаимодействующей с устройством (220) для упора и удержания клапана, по существу соответствуют форме по меньшей мере участка поверхности вращения, образованной вращением кривой линии вокруг копланарной оси вращения, причем устройство (220) для упора и удержания выполнено с возможностью быть удержанным внутри камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде за счет указанной формы указанной внутренней поверхности (261).

2. Устройство (220) для упора и удержания клапана по п.1, в котором указанная пластина (221), удерживающая пружину, содержит первый и второй концы и указанное множество удерживающих выступов (223) содержит первые и вторые удерживающие выступы (223), проходящие по существу от указанных соответствующего первого и второго концов указанной пластины (221), удерживающей пружину.

3. Устройство (220) для упора и удержания клапана по п.1, дополнительно содержащее бобышку (221b), проходящую по существу от второй стороны указанной пластины (221), удерживающей пружину, которая противоположна указанной первой стороне, указанная бобышка (221b) выполнена с возможностью взаимодействия со смещающей пружиной (208) всасывающего клапана (205) указанного возвратно-поступательного насоса (250) и ее удержания.

4. Устройство (220) для упора и удержания клапана по п.1, в котором указанное устройство (220) для упора и удержания клапана выполнено с возможностью удержания всасывающего клапана (205) в канале (207) на стороне всасывания указанного возвратно-поступательного насоса (250).

5. Устройство (220) для упора и удержания клапана по п.1, в котором указанная поверхность вращения представляет собой эллипсоид вращения, начало координат указанного эллипсоида вращения расположено между указанным множеством удерживающих выступов (223), выше дна (220b) указанного устройства (220) для упора и удержания клапана и ниже верха (220t) указанного устройства (220) для упора и удержания клапана.

6. Устройство (220) для упора и удержания клапана по п.5, в котором указанный эллипсоид вращения представляет собой сферу.

7. Устройство (220) для упора и удержания клапана по п.1, в котором указанное устройство (220) для упора и удержания клапана выполнено с возможностью поворота внутри указанной камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде вокруг оси вращения указанной поверхности вращения от первого положения ко второму положению.

8. Устройство (220) для упора и удержания клапана по п.7, в котором указанное второе положение выполнено с возможностью обеспечения плунжеру (202), совершающему возвратно-поступательное движение внутри канала (204) для плунжера указанного возвратно-поступательного насоса (250), возможности проходить между указанным множеством удерживающих выступов (223) в ходе работы указанного возвратно-поступательного насоса (250).

9. Гидравлический узел (200) возвратно-поступательного насоса (250), гидравлический узел (200), содержащий:

корпус (201) насоса;

камеру (262) для сообщения каналов по текучей среде, расположенную в указанном корпусе (201) насоса, указанная камера (262) для сообщения каналов по текучей среде имеет внутреннюю поверхность (261), форма указанной внутренней поверхности (261) по существу соответствует форме границы (260), образованной поверхностью вращения, образованной путем вращения кривой линии вокруг копланарной оси вращения;

всасывающий канал (207), расположенный в указанном корпусе (201) насоса;

всасывающий клапан (205), расположенный в указанном всасывающем канале (207); и

устройство (220) для упора и удержания клапана, расположенное в указанной камере (262) для сообщения каналов по текучей среде и содержащее множество удерживающих выступов (223), имеющих наружные поверхностные участки (223s), при этом устройство (220) для упора и удержания клапана выполнено с возможностью вращения вокруг указанной оси вращения, в то же время, располагаясь внутри камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде и удержания указанного всасывающего клапана (205) в всасывающем канале (207) в ходе работы возвратно-поступательного насоса (250), форма каждого из наружных поверхностных участков (223s) по существу соответствует указанной форме границы (260) указанной поверхности вращения.

10. Гидравлический узел (200) по п.9, дополнительно содержащий:

канал (204) для плунжера, расположенный в указанном корпусе (201) насоса, указанный канал (204) для плунжера пересекает указанную камеру (262) для сообщения каналов по текучей среде; и

плунжер (202), выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения внутри указанного канала (204) для плунжера, при этом указанное устройство (220) для упора и удержания клапана выполнено с возможностью поворота внутри указанной камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде в рабочее положение, позволяющее указанному плунжеру (202) проходить между указанным множеством удерживающих выступов (223) в ходе работы указанного возвратно-поступательного насоса (250).

11. Гидравлический узел (200) по п.9, в котором указанная поверхность вращения представляет собой эллипсоид вращения, точка начала координат указанного эллипсоида вращения расположена между указанным множеством удерживающих выступов (223), выше дна (220b) указанного устройства (220) для упора и удержания клапана и ниже верха (220t) указанного устройства (220) для упора и удержания клапана.

12. Гидравлический узел (200) по п.11, в котором указанный эллипсоид вращения представляет собой сферу.

13. Гидравлический узел (200) по п.9, дополнительно содержащий по меньшей мере один блокирующий стержень (220р), выполненный с возможностью предотвращения вращения указанного устройства (220) для упора и удержания клапана внутри указанной камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде.

14. Гидравлический узел (200) по п.13, в котором по меньшей мере один блокирующий стержень (220р) содержит магнит.

15. Гидравлический узел (200) по п.9, в котором по существу все наружные поверхностные участки (223s) указанного множества удерживающих выступов (223) выполнены с возможностью контакта с указанной внутренней поверхностью (261) указанной камеры (262) для сообщения каналов по текучей среде.

16. Гидравлический узел (200) по п.9, в котором указанная внутренняя поверхность (261) образована первым эллипсоидом вращения и указанные наружные поверхностные участки (223s) образованы вторым эллипсоидом вращения, при этом каждая из главных полуосей указанного второго эллипсоида вращения меньше, чем соответствующая главная полуось указанного первого эллипсоида вращения, на заданную величину зазора.

17. Гидравлический узел (200) по п.16, в котором указанная заданная величина зазора составляет примерно 0,25 мм или меньше.

18. Гидравлический узел (200) по п.9, дополнительно содержащий всасывающее отверстие (217/218), расположенное в указанном корпусе (201) насоса, указанное всасывающее отверстие (217/218) пересекает указанную камеру (262) для сообщения каналов по текучей среде, при этом указанный всасывающий клапан (205) выполнен с возможностью управления потоком текучей среды из указанного всасывающего канала (207) в указанное всасывающее отверстие (217/218), и указанное всасывающее отверстие (217/218) выполнено с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде между указанным всасывающим каналом (207) и указанной камерой (262) для сообщения каналов по текучей среде.

19. Гидравлический узел (200) по п.9, дополнительно содержащий:

выпускной канал (210), расположенный в указанном корпусе (201) насоса;

выпускной клапан (209), расположенный в указанном выпускном канале (210); и

выпускное отверстие (217), расположенное в указанном корпусе (201) насоса, при этом указанный выпускной клапан (209) выполнен с возможностью управления потоком текучей среды из указанного выпускного канала (210) в указанное выпускное отверстие (217) и указанный выпускной канал (210) выполнен с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде между указанной камерой (262) для сообщения каналов по текучей среде и указанным выпускным отверстием (217).

20. Гидравлический узел (200) по п.9, дополнительно содержащий по меньшей мере одно отверстие (211/214) для доступа, расположенное в указанном корпусе (201) насоса и пересекающее указанную камеру (262) для сообщения каналов по текучей среде, при этом указанное устройство (220) для упора и удержания клапана выполнено с возможностью установки в указанную камеру (262) для сообщения каналов по текучей среде через указанное по меньшей мере одно отверстие (211, 214) для доступа.