ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ЦИСТЕРНА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЖИДКИХ ГРУЗОВ Российский патент 1997 года по МПК B61D5/00 

Изобретение относится к железнодорожным цистернам горизонтального расположения, в частности для перевозки жидких грузов.

Известны котлы железнодорожных цистерн, выполненные из низколегированных сталей, оборудованные сливными устройствами, помимо наружных имеется внутренняя лестница для спуска внутрь котла.

Слив и налив открытый самотеком. Налив верхний через горловину люка - лаза. Слив нижний через сливной прибор.

Цистерны снабжены предохранительно впускным клапаном для защиты от повышения давления и образования вакуума в котле, так же снабжены устройством для определения предельного уровня заполнения котла [1]
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции котла цистерны является железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящей из торцевых днищ и трех царг, крайние из которых соединены с днищами и свободно размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет поддон и люк [2]
Недостатком существующей конструкции является концентрация напряжений в крайних сечениях котла в опорных зонах; в средних сечениях котла высокий уровень напряжений имеет в зоне лап и размещения поддона.

Цель изобретения повышение надежности при транспортировке жидких грузов под давлением и увеличение грузоподъемности при сохранении габаритных размеров котла.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, составляющей из эллиптических днищ и цилиндрической обечайки, выполненной из трех царг, из которых концевые соединены с днищами и свободно размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство. Обечайка выполнена таким образом, что отношение толщин верхних ее листов к нижним броневым составляет 1:1,2, при этом продольный сварной шов между верхним и нижним листами концевых царг выполнен под углом не менее 95 градусов от нижней образующей котла, а кольцевой сварной шов между средней и концевой царгой выполнен на расстоянии не менее 0,23 0,24 от общей длины обечайки, причем сварной шов между нижним броневым и последующими листами средней царги выполнен под углом не менее 40 градусов от нижней образующей котла.

Средняя царга выполнена из пяти продольных листов, четыре из которых имеют равную ширину, а пятый составляет не более 0,5 от ширины одного из них.

На фигуре 1 представлен общий вид предлагаемой железнодорожной цистерны для транспортировки жидких грузов, на фиг.2 сечение А А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б Б на фиг.1; на фиг.4 изображен раскрой обечайки.

Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов (фиг.1) содержит ходовые части 1, раму вагона 2 и котел в виде горизонтально расположенной емкости, собранной из трех царг 3 и 4 и двух эллиптических днищ 5. С торца котла концевые царги 3, соединены с днищем 5.

Средняя царга 4 котла снабжена сверху люком 6 с ригельной крышкой, предназначенным для залива продуктов и обеспечения герметичности котла. Рядом с люком устанавливается предохранительно впускной клапан, отрегулиpованный на избыточное давление и вакуум. Котел имеет нижний слив и оборудован унивеpсальным сливным прибором 7, расположенным в середине котла. Для обеспечения полного слива продукта нижний лист котла имеет уклон к сливному прибору. Для предотвращения продольных смещений средняя часть котла связана с рамой фасонными лапами 8, приваренными к нижнему листу котла и соединенными призонными болтами к лапам рамы, которые приварены к хребтовой балке. Концевые царги котла свободно лежат на деревянных брусках, укрепленных болтами в металлических желобах опор, установленных на шкворневых балках рамы. Для обеспечения вертикальных и поперечных перемещений использованы стяжные хомуты 9, которыми котел крепится к крайним опорам.

Котел представляет собой сварную конструкцию, состоящую из трех царг, сваренную заранее в одну обечайку и двух днищ эллиптической формы с высотой выпуклой части равной 0,25 от внутреннего диаметра.

Заготовку днища котла изготавливают из двух половин со сварным швом посредине. Листы раскраивают, затем режут газовой резкой, правят и фрезеруют на строгальном станке для обработки кромок для автоматическую сварку. Стыковой шов выполняют с двух сторон автоматической сваркой на сварочном стенде под слоем флюса с флюсовой подушкой. Из заготовки плазменной резкой вырезают круг, из которого на прессе штампуют днище. После штамповки кромки обрезают и зачищают под сварку шлифовальной машинкой.

Обечайка (фиг.2) выполнена из двух концевых 3 и средней 4 царг, соотношение толщин верхних S₁ листов обечайки к нижним бpоневым S составляет 1: 1,2. Заготовка концевых царг (фиг.2) выполнена из двух продольных листов, размер которых b₂ и b₃ выполнены с учетом того, что при сварке продольного сварного шва между ними образовался угол не менее 95 градусов от нижней образующей обечайки, а размер l₂ выбран с учетом соотношения не менее 0,23 ^oC 0,24 к общей длине обечайки L.

Средняя царга, длина которой l₁ выполнена из пяти продольных листов, ширина b четырех из которых равны между собой, а пятая b₁ выполнена не менее 0,5b, причем при сборке обечайки продольный сварной шов между нижним броневым и последующими листами должен быть выполнен под углом не менее 40 градусов от нижней образующей котла.

Заготовки царг раскраиваются и режутся в размер на гильотинных ножницах, стыкуются между собой прихватками, затем кромки и околошовные зоны зачищаются и завариваются стыковыми швами под слоем флюса на флюсовой подушке. Собранные царги завальцовывают в вальцах с подгибкой кромок, которые затем прихватываются и завариваются встык автоматической сваркой с двух сторон.

Готовые царги собирают в обечайку, совмещая при этом осевые линии броневых листов встык на гидроскобе. Днища подгоняют к обечайке и прихватывают электросваркой. Затем размечают и вырезают разрезают отверстия под люк, сливной прибор, бобышку под клапан. Заваривают четыре кольцевых стыка с двух сторон автоматической сваркой под слоем флюса и собирают люк, сливной прибор, бобышку под предохранительный клапан с корпусом котла.

Исследование напряженного состояния котла цистерны под давлением при транспортировке жидких грузов позволяет выявить наиболее загруженные участки котла, определяющие в целом его прочность. На усталостную прочность сварных швов влияет напряженно-деформированное состояние при действии опорного давления от массы котла.

Максимальные напряжения в среднем сечении опоры котла концевых царг достигает 108 МПа, что меньше допустимо 263,5 МПа более, чем в два раза. Это свидетельствует, что продольный сварной шов в опорной концевой царге под углом не менее 95 градусов от нижней образующей котла расположен рационально. Кольцевой сварной шов между средней и концевой царгой выполненный на расстоянии не менее 0,23 ^oC 0,24 от общей длины обечайки (цилиндрической части котла) также в низконагруженной зоне 52,4 МПа (уровень напряжений в два раза ниже чем в опоре). Нижний продольный сварной шов в средней царге также расположен в зоне, где уровень напряжений от опорного давления невысок. Поэтому котел в целом обладает улучшенными прочностными характеристиками.

Обеспечение соотношений толщин верхних листов обечайки к нижним броневым как 1:1,2, а также выполнение продольного сварного шва концевых царг на расстоянии не менее 95 градусов от нижней образующей котла, выполнение кольцевого сварного шва между средней и концевой царгой на расстоянии не менее 0,23 ^oC 0,24 от обечайки длины обечайки, а выполнение сварного шва между нижним броневым и последующими листами средней царги под углом не менее 40 градусов от нижней образующей котла и увеличение высоты выпуклой части днища до 0,25 от внутреннего диаметра при сохранении габаритных размеров позволило:
1. Обеспечивать высокую прочность котла и надежность перевозки жидких грузов;
2. Увеличить грузоподъемность на 10% например при перевозке светлых нефтепродуктов;
3. Улучшить коммерческие качества цистерны за счет увеличения массы перевозимых грузов на 10%
4. Обеспечить экологическую безопасность за счет увеличения свободного объема котла.

Использование: железнодорожные цистерны горизонтального расположения, в частности, для перевозки жидких грузов. Сущность изобретения: железнодорожная цистерна для перевозки жидких грузов включает установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящей из эллиптических днищ и цилиндрической оболочки, выполненной из трех царг, концевые из которых соединены с днищами и свободно размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство. Обечайка выполнена из верхних листов и нижних броневых листов так, что отношение толщин верхних листов к толщинам нижних броневых составляет 1:1,2, причем продольный сварной шов между верхним и нижним броневым листами концевых царг выполнен под углом не менее 95^o от нижней образующей котла, каждый кольцевой сварной шов между средней и концевой царгой выполнен на расстоянии не менее 0,23-0,24 от общей длины обечайки, причем сварной шов между нижним и броневым и последующими листами средней царги выполнен под углом не менее 40^o от нижней образующей котла. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящей из эллиптических днищ и цилиндрической обечайки, выполненной из трех царг, концевые из которых соединены с днищами и свободно размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство, отличающаяся тем, что каждая царга цилиндрической обечайки выполнена из соединенных между собой верхних листов и нижних броневых листов таким образом, что отношение толщин верхних листов к нижним броневым составляет 1 1,2, при этом каждый продольный сварной шов между верхним и нижним броневым листами каждой концевой царги выполнен так, что угол между ним и нижней образующей котла составляет не менее 95^o, а каждый кольцевой сварной шов между средней и концевой царгами выполнен на расстоянии от эллиптического днища, равном не менее 0,23 0,24 общей длины обечайки, причем сварной шов между нижним броневым и последующим листами средней царги выполнен под углом не менее 40^o от нижней образующей котла. 2. Цистерна по п. 1, отличающаяся тем, что средняя царга выполнена из пяти листов, четыре из которых имеют равную ширину, а пятый составляет не менее 0,5 ширины одного из четырех.