Противопожарный клапан для аварийного перекрытия канала

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

RH4A - Выдача дубликата патента Российской Федерации на изобретение

Дата выдачи дубликата: 07.12.2004

Наименование лица, которому выдан дубликат:Смирнов Валентин Петрович (RU)

Наименование лица, которому выдан дубликат:Пулатов Анатолий Болтаевич (RU)

Извещение опубликовано: 10.02.2005        БИ: 04/2005

---