ЦИСТЕРНА НИЦА-3 ДЛЯ ЗАТВЕРДЕВАЮЩИХ И ВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК B65D88/74 B65G69/20 

Изобретение относится к конструкции цистерн с разогревом затвердевающих материалов при транспортировке и хранении, например, битума, серы, парафина, петролатума, солидола, мазута, кукурузного экстракта и других.

Изобретение может использоваться во всех отраслях промышленности при транспортировке железнодорожным и автомобильным транспортом при положительных и отрицательных температурах.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является железнодорожная цистерна для затвердевающих грузов, которая содержит котел, камеру для ротора-вентилятора, замкнутый контур для нагрева и перемещения газообразного теплоносителя при атмосферном давлении.

Котел имеет наружную металлическую обшивку и теплоизоляцию, которые по долговечности не соответствуют котлу цистерны. Поверхность каналов для передачи тепла используется на 50% Разогрев перевозимых материалов в пути производиться не может. Для разгрузки на месте необходимо смонтировать специализированное оборудование, которое не обеспечивает большую эффективность по сравнению с действующими.

Цель изобретения уменьшение материалоемкости и повышение эффективности разогрева (слива с колес) перевозимого материала.

Это достигается тем, что цистерна выполнена с установкой аэродинамического нагрева, механизмом магнитной связи, камерой с герметичной крышкой из немагнитного материала и размещенными в ней ротором-вентилятором и его ведомой полумуфтой-валом и подвижной приемо-направляющей камерой, которые соединены между собой сообщающимися трубами, расположенными по отношению внутренней поверхности по периметру котла на расстоянии, определяемом расчетом, и образуют систему нагрева и перемещения в замкнутом объеме газообразного теплоносителя, который находится в нем постоянно при избыточном давлении.

Это позволяет получить высокую герметичность в рециркуляционной системе и применить для нагрева и перемещения газообразного теплоносителя избыточное атмосферное давление, т.е. интенсифицировать теплопроизводительность, обеспечить вращение ротора-вентилятора магнитной связью и герметизировать камеру с ротором и его ведомой полумуфтой-валом крышкой из немагнитного материала, обеспечить теплопередачу перевозимому материалу всей поверхностью теплообменных труб (каналов) за счет размещения их на внутренней поверхности по периметру котла на подвесках, создать совместно с перевозимым материалом теплоизолирующий слой толщиной, равной расстоянию между поверхностями труб-каналов и внутренней поверхностью котла, определяемой расчетом баланса максимальных теплопотерь, передать вращение ведущей полумуфте-валу ротора-вентилятора непосредственно от вала электромотора, отказаться от редукторов, подшипниковых опор и т.д. разогревать материал в пути. С целью контроля установлено оборудование для подачи и выброса под давлением теплоносителя и приборы для измерения температуры и давления.

На фиг.1 изображен общий вид цистерны, вид сбоку; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1 (базовая рама транспортного средства условно не показана); на фиг.4 узел I устройства неподвижной камеры и размещения в ней ротора-вентилятора (с ведомой полумуфтой-валом) электромотора (с ведомой полумуфтой магнитной связи); на фиг.5 сечение В-В на фиг.4; на фиг.6 узел II соединения приемно-направляющей подвижной камеры с котлом; на фиг.7 узел III подвески труб подачи теплоносителя (воздуха) на внутренней поверхности по периметру котла на расстоянии от нее равного, определяемого расчетом; на фиг.8 то же, вид сбоку.

Цистерна содержит котел 1, камеру 2, ротор-вентилятор 3 с ведомой полумуфтой-валом 4 магнитной связи, трубы 5 подачи и 6 всасывания теплоносителя, крышку 7, ведущую полумуфту 8 магнитной связи, приводной электродвигатель-электромотор 9, защитный кожух 10, устройство подачи и выброса теплоносителя и измерения температуры и давления 11, подвеску 12 для соединения труб 6 с опорами на внутренней поверхности котла, сливное устройство 13 и заполнения 14, подвижную приемно-направляющую камеру 15 теплоносителя, амортизационное пружинно-болтовое соединение 16.

Камеры 2 и 15 соединены между сообщающимися трубами 5 подачи и трубой 6 всасывания теплоносителя (перемещения). Камера 2 имеет крышку 7 из немагнитного материала, размещенную в воздушном зазоре между ведомой и ведущей полумуфтами 4 и 8 магнитной связи и соединенной с котлом с наружной стороны, обеспечивая высокую герметичность в образованной таким образом рециркуляционной системе.

Рециркуляционная система заполняется газовым теплоносителем (воздухом), находящимся в ней постоянно под избыточным давлением, как например, газ фреон в холодильнике.

Роторная камера 2 оборудована устройством 11 для подачи под давлением и выброса лишнего воздуха и измерения температуры и давления.

Трубы 5 и 6 размещены на внутренней поверхности вдоль котла 1 по периметру, труба 6 находится в нижней части котла и соединена с камерами 2 и 15 по оси ротора 3.

На рабочих поверхностях полумуфт 4 и 8 с чередующейся полярностью расположены магниты.

Котел 1 цистерны и трубы 5 и 6 выполняются из металла, крышка 7 камеры 2 из немагнитного металла (нержавеющая сталь, титан) и соединена с котлом 1 с наружной стороны.

Разогрев материалов, находящихся в котле, производится в пути и местах назначения разгрузки и хранения и осуществляется рециркуляционной системой установки аэродинамического нагрева и перемещения теплоносителя (воздуха), работающей при избыточном давлении. Теплоноситель (воздух) находится в рециркуляционной системе постоянно, как например, газ фреон в холодильнике, и заполняется на заводе-изготовителе.

Рециркуляционная система содержит камеры 2 и 15, соединенные между собой сообщающимися трубами 5 подачи и трубой 6 всасывания теплоносителя, ротор-вентилятор 3 аэродинамического нагрева, привод, состоящий из ведомой полумуфты 4, ведущей полумуфты 8, крышки 7 магнитной связи и электромотора 9 с числом, например, 730, 980, 1479 об/мин, работающего от контактной сети, электростанции, тепловоза или от ременной передачи, от движителя транспортного средства.

При работе электромотора 9, соединенного с полумуфтой 8 (ведущей) магнитной связи производится механический разогрев газового теплоносителя, находящегося в рециркуляционной системе под давлением роторов-вентиляторов 3. Нагретый воздух в роторной камере 2, двигаясь по трубам 5 подачи и трубе 6 всасывания, через приемно-направляющую камеру 15 нагревает их поверхность, которая, излучая тепло, нагревает материал в котле 1.

Достижение положительного эффекта в объекте получено за счет устройства котла цистерны с рециркуляционной системой и установкой аэродинамического нагрева и перемещения воздуха, работающего при избыточном давлении и применения магнитной связи для вращения ротора вентилятора.

Предлагаемая цистерна не имеет теплоизоляции ни снаружи, ни изнутри. Ее роль выполняет перевозимый материал. Например, в приведенном примере с битумом толщина теплоизоляционного слоя, считая от внутренней поверхности котла цистерны до наружной поверхности труб каналов составляет 10 см.

Для различных видов материалов толщина теплоизоляционного слоя определяется соотношением
L где L расстояние установки труб по отношению к внутренней поверхности котла (толщина теплоизоляционного слоя), м;
Л_о коэффициент теплопроводности, ккал/м ч град;
S площадь наружной поверхности котла, м²;
Т время, ч;
К коэффициент разности температур материала внутри котла и снаружи цистерны;
С_о удельная теплоемкость материала в котле, ккал/кг· град;
М масса перевозимого материала в котле, кг.

Проведенные расчеты и расчетное соотношение для определения толщины теплоизоляционного слоя материала подтверждают, что она зависит не только от свойств материала, но и теплопроизводительности рециркуляционной установки, что позволяет получать и устанавливать необходимые и определенные оптимальные результаты для них.

Таким образом, цистерна позволяет производить разогрев затвердевающих материалов в пути, вести слив в любых условиях с меньшими затратами труда и времени, уменьшать потери материала, сохранять его качество.

Использование: при перевозке железнодорожным и автомобильным транспортом и хранении затвердевающих и вязких материалов (нефтепродуктов) и других при положительных и отрицательных температурах, что позволяет уменьшить материалоемкость цистерн, вести нагрев перевозимого материала в пути, повысить эффективность разгрузки-слива за счет использования эффекта аэродинамического нагрева, применения аэродинамической установки разогрева ротором-вентилятора газового теплоносителя (воздуха) в замкнутом контуре магнитной связи и рециркуляционной системы нагрева и перемещения теплоносителя (воздуха), образованной неподвижной и подвижной камерами, соединенных трубами, расположенными по периметру на внутренней поверхности котла и работающей при избыточном атмосферном давлении теплоносителя (воздуха). Трубы расположены на определенном расстоянии от внутренней поверхности котла, что позволяет использовать перевозимый материал как теплоизолирующее покрытие, равное толщине, определяемой расчетным соотношением баланса теплопотерь и разогрева материала. Избыточное давление воздуха в рециркуляционной системе является интенсификатором и позволяет интенсифицировать теплопроизводительность, увеличить потребление электроэнергии на разогрев. Магнитная связь, содержащая ведомую и ведущую полумуфты и крышку, обеспечивает 100% герметичность, сохраняет постоянство избыточного давления теплоносителя. Крышка изготавливается из немагнитного материала (нержавеющая сталь, титан). При работе электромотора, вращающего ротор-вентилятор, производится разогрев теплоносителя в камере. Нагретый воздух, перемещаясь в рециркуляционной системе, нагревает ее поверхность, которая, излучая тепло, нагревает материал в котле. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Цистерна для затвердевающих и вязких материалов, включающая котел, установку аэродинамического нагрева газового теплоносителя с роторной вентиляционной камерой, приводным электродвигателем и загерметизированным крышкой замкнутым конуром с расположенными внутри котла и сообщенными между собой каналами для аэродинамического нагрева газообразного теплоносителя, отличающаяся тем, что она снабжена магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой связана с валом приводного электродвигателя, а ведомая - с валом ротора вентилятора. 2. Цистерна по п. 1, отличающаяся тем, что каналы для аэродинамического нагрева газообразного теплоносителя выполнены с возможностью подачи теплоносителя под избыточным давлением и образованы трубами, установленными в котле по отношению к его внутренней поверхности на расстоянии, определяемом соотношением

где L - расстояние установки труб по отношению к внутренней поверхности котла, м;
λ_o - теплопроводность перевозимого материала,
S - площадь наружной поверхности котла, м²;
T - время, ч;
K - коэффициент разности температур внутри и снаружи котла цистерны;
C₀ - удельная теплоемкость перевозимого материала,
M - масса перевозимого материала, кг. 3. Цистерна по п. 1, отличающаяся тем, что крышка выполнена из немагнитного материала.