ПРОТИВОПОЖАРНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ АВАРИЙНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ КАНАЛА Российский патент 2002 года по МПК E21B35/00 

Изобретение относится к устройствам противопожарной защиты трубопроводов для подачи легковоспламеняемых рабочих сред, конкретно - для защиты буровых скважин при добыче нефти и газа.

Известен противопожарный клапан для аварийного перекрытия канала, включающий соединяемый с каналом корпус, смонтированные на входе клапана шарнирные треугольные рычаги-створки с обращенными против потока сходящимися свободными концами, и кинематически связанный со створками термочувствительный привод продольного перемещения ( см. патент SU 1836545 A3, Е 21 В 35/00, 19.08.91 - прототип изобретения).

В известном противопожарном клапане, предназначенном для защиты буровых скважин, содержится термочувствительный привод сильфонного типа с заполнением его рабочим веществом, объем которого меняется при изменении температуры. Это предопределило принципиальную сложность конструкции и большие габариты клапана, трудность обеспечения его повторного функционирования и эксплуатационные неудобства. Указанные недостатки усугублены необходимостью большого перемещения исполнительных створчатых органов: в известном противопожарном клапане они совершают поворот на 90^o. Перечисленные обстоятельства делают известный противопожарный клапан непригодным для практического применения.

Изобретение решает техническую задачу комплексного усовершенствования конструкции противопожарного клапана для аварийного перекрытия канала в целях получения простого и компактного противопожарного устройства, надежно срабатывающего при многократном использовании и удобного в обслуживании.

Поставленная задача решается тем, что в противопожарном клапане для аварийного перекрытия канала, включающем соединяемый с каналом корпус, смонтированные на входе клапана шарнирные треугольные рычаги-створки с обращенными против потока сходящимися свободными концами и кинематически связанный со створками термочувствительный привод продольного перемещения, - согласно изобретению края створок спрофилированы в расчете на смыкание при закрытии клапана с образованием тела с направленной против потока вершиной, шарнирные оси створок размещены в передней части центральной втулки, скрепленной с корпусом хвостовой частью, в глухих продольных гнездах которой размещены стержни из материала с памятью формы, взаимодействующие свободными концами с задним торцем приводной втулки, которая размещена с возможностью продольного перемещения в кольцевом пространстве между корпусом и центральной втулкой и передним своим торцем кинематически связана с плечами створок, причем в кольцевом пространстве между приводной и центральной втулками установлен взаимодействующий с ними упругосжимаемый при закрытии клапана элемент.

В частных случаях изобретения:
- стержни термочувствительного привода изготовлены из монокристаллов меди;
- упругосжимаемый элемент представляет собой кольцо с выступающими из него продольными стержнями, выполненными из термообработанных до сверхупругого состояния монокристаллов меди;
- по оси клапана установлена защитная трубка из легко разрушаемого при нагреве материала.

При осуществлении изобретения ожидается технический результат, совпадающий с существом решаемой задачи.

Существо изобретения иллюстрируется на фиг.1 и 2, где показан предлагаемый противопожарный клапан, смонтированный в устье нефтяной скважины, в двух положениях: нормальном открытом (фиг.1, левая часть) и закрытом (фиг.1, правая часть). На фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1.

Клапан содержит смонтированный по оси скважинного канала корпус 1, к которому прикреплена (например, при помощи не показанных шпилек) хвостовой частью (буртиком) центральная втулка, свинченная из двух деталей 2а и 2б. В упомянутой хвостовой части выполнены (обычно симметричные оси втулки) глухие продольные гнезда, где размещены стержни 3, изготовленные из пруткового материала с памятью формы (предпочтительно монокристаллы меди) в расчете на удлинение при нагреве выше точки обратного структурного превращения. Указанные стержни, являющиеся частью термочувствительного привода продольного перемещения, свободными концами взаимодействуют с задней торцевой кромкой подвижной приводной втулки 4, которая размещена в пространстве между корпусом и центральной втулкой. Между упомянутыми двумя втулками установлено с осевым зазором кольцо 5 с продольными (обычно симметричными оси) гнездами, где размещены превышающие высоту кольца (выступающие из него) упругие стержни 6, взаимодействующие концами с кромками упомянутых втулок. Стержни изготовлены из монокристаллов меди и прошли термообработку до сверхупругого состояния. Передний торец приводной втулки 4 связан кинематически (через оси O₁) с плечами треугольных в плане створок 7, которые установлены шарнирно (с осями O₂) на переднем конце центральной втулки. Эти рычаги-створки в открытом положении клапана примыкают к корпусу и обращены свободными концами против потока. По центру клапана пропущена легко разрушаемая при нагреве металлическая или пластиковая трубка 8, защищающая механизм клапана от возможных повреждений.

Клапан работает следующим образом. В случае возникновения пожара в результате воспламенения выходящего из скважины продукта конструкция клапана нагревается. При достижении сравнительно невысокой (порядка 100-200^oС) температуры разрушается (выгорает или расплавляется) защитная трубка 8, и остатки ее выносятся потоком из канала. По мере дальнейшего нагрева конструкции температура стержней 3 достигает границы структурного превращения ("вспоминания" формы) материала стержней, и они удлиняются, воздействуя на приводную втулку 4. Развиваемое при этом усилие сжимает упругие стержни 6, толкая втулку по направлению входа в клапан. При своем движении втулка воздействует на плечи рычагов-створок 7 (через оси О₁), поворачивая створки (вокруг осей О₁) и вводя их в поток до полного смыкания краями. При этом образуется тело в виде пирамиды или конуса с направленной против потока вершиной, полностью перекрывающее расходный канал. (Для возможности этого края створок должным образом профилируются, что не представляет трудностей для конструктора). Таким образом, поступление горючего продукта в зону пожара прекращается, и он ликвидируется.

При остывании клапана стержни 3 сокращаются до прежнего размера, и освобождающиеся от нагрузки упругие стержни 6 разжимаются, возвращая приводную втулку 4 и вместе с ней створки 7 в первоначальное положение. Клапан снова открывается и готов к повторному срабатыванию.

Показанное на фиг.1 и 2 конкретное устройство упругого органа (5-6) для возврата клапана в первоначальное положение является преимущественным, но не обязательным: в рамках изобретения указанный элемент может выполняться, например, в виде пружины. Подобным образом стержни 3 и 6 не обязательно делать круглыми, а их количество может быть различным. Чтобы повысить усилие закрытия клапана, стержни 3 предпочтительно изготавливать из монокристаллов меди, однако можно использовать и другой материал с памятью формы (например, никелид титана). Количество створок 7 (на фиг.1, 2 их четыре) может быть различным. Устанавливать защитную втулку 8 необязательно, но при необходимости в устройстве клапана можно предусмотреть и установку новой втулки взамен разрушенной при пожаре.

Как явствует из приведенного описания, предлагаемый клапан имеет простую, компактную конструкцию и удобен в эксплуатации. Благодаря своему устройству клапан надежно перекрывает расходный канал и гарантированно возвращается в исходное положение после ликвидации пожара. Клапан может функционировать многократно.

Таким образом, ожидаемый от изобретения технический результат подтвержден. Преимущественной областью применения изобретения является нефтегазодобывающая и геологоразведочная отрасли промышленности. В этом случае предложенный противопожарный клапан может устанавливаться в устье скважины или на технической колонне перед вскрытием продуктивного пласта. Использование клапана повышает также безопасность перекачки пожароопасных реагентов по трубопроводам в нефтяной, газовой, химической и атомной отраслях промышленности.

Клапан относится к устройствам противопожарной защиты трубопровода для подачи легковоспламеняемых рабочих сред, конкретно - для защиты буровых скважин при добыче нефти и газа. Клапан содержит шарнирные треугольные рычаги-створки, рассчитанные на смыкание при закрытии клапана с образованием тела с направленной против потока вершиной. Оси створок размещены в передней части центральной втулки, скрепленной с корпусом хвостовой частью. В глухих продольных гнездах хвостовой части размещены стержни из материала с памятью формы. Стержни взаимодействуют свободными концами с задним торцем подвижной приводной втулки. Эта втулка размещена между корпусом и центральной втулкой и передним своим торцем кинематически связана с плечами створок. Между приводной и центральной втулками установлен взаимодействующий с ними упругосжимаемый при закрытии клапана элемент. Технический результат состоит в комплексном усовершенствовании конструкции противопожарного клапана для возможности его практического применения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Противопожарный клапан для аварийного перекрытия канала, включающий соединяемый с каналом корпус, смонтированные на входе клапана шарнирные треугольные рычаги-створки с обращенными против потока сходящимися свободными концами, и кинематически связанный со створками термочувствительный привод продольного перемещения, отличающийся тем, что края створок спрофилированы в расчете на смыкание при закрытии клапана с образованием тела с направленной против потока вершиной, шарнирные оси створок размещены в передней части центральной втулки, скрепленной с корпусом хвостовой частью, в глухих продольных гнездах которой размещены стержни из материала с памятью формы, взаимодействующие свободными концами с задним торцем приводной втулки, которая размещена с возможностью продольного перемещения в кольцевом пространстве между корпусом и центральной втулкой и передним своим торцем кинематически связана с плечами створок, причем в кольцевом пространстве между приводной и центральной втулками установлен взаимодействующий с ними упругосжимаемый при закрытии клапана элемент. 2. Противопожарный клапан по п. 1, отличающийся тем, что стержни термочувствительного привода изготовлены из монокристаллов меди. 3. Противопожарный клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что упруго сжимаемый элемент представляет собой кольцо с выступающими из него продольными стержнями, выполненными из термообработанных до сверхупругого состояния монокристаллов меди. 4. Противопожарный клапан по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что по его оси установлена защитная трубка из легко разрушаемого при нагреве материала.