КОТЕЛ ЦИСТЕРНЫ Российский патент 2023 года по МПК B61D5/00 B60P3/22 B65D88/06 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к конструкциям котлов цистерн для перевозки жидких грузов.

Известны торосферические днища котлов (ГОСТ 34233.2-2017 Сосуды и аппараты), представляющие собой днища трёх типов:

тип А: R = D₁, r₁ ≥ 0,095D₁;

тип В: R = 0,9D₁, r₁ ≥ 0,170D₁;

тип С: R = 0,8D₁, r₁ ≥ 0,150D₁,

где:

R – радиус кривизны в вершине днища по внутренней поверхности, мм;

D₁ – наружный диаметр котла, мм;

r₁ - наружный радиус отбортовки торосферического днища, мм.

Недостатком данных цистерн, в которых применены днища по ГОСТ 34233.2-2017, является малый объем днища и, соответственно, уменьшенный объем цистерн.

Из патента РФ № 183428 на полезную модель известно днище котла цистерны, представляющее собой полусферу торосферического исполнения, выполненное с наружным диаметром D₁, радиусом кривизны R вершины полусферы по внутренней поверхности и наружным радиусом r₁ отбортовки торосферического днища, при этом радиус кривизны R определяется по формуле:

R = (0,7…0,75) D₁,

где D₁ – наружный диаметр котла, мм.

Наружный радиус r₁ отбортовки торосферического днища определяется по формуле:

r₁ = (0,15…0,17) D₁,

где D₁ – наружный диаметр котла, мм.

Величина наружного диаметра D₁ котла составляет от 3260 до 3400 мм.

Недостатком полезной модели № 183428 является недостаточный объем цистерны, в которой применены днища по патенту.

Из заявки № WO 2001/040080 на изобретение известен контейнер-цистерна, содержащий обечайку и два днища, установленные по торцам обечайки, каждое днище для соединения с обечайкой содержит цилиндрический участок, каждое днище содержит два других участка, наружный периферический участок, представляющий собой часть тора, и центральный участок, выполненный вогнутым, торовая поверхность наружного периферического участка с одной стороны сопряжена прямолинейно с цилиндрическим участком, а с другой стороны торовая поверхность наружного участка сопряжена под углом с центральным вогнутым участком в самой выпуклой части наружного участка. Как следует из описания заявки № WO 2001/040080 (стр. 5 описания, 2 абзац снизу), увеличение объема контейнера – цистерны обеспечено за счет увеличения длины обечайки цистерны, при этом объем днища наоборот уменьшен путем выполнения его вогнутым в центральной части. Это необходимо для уменьшения степени, в которой куполообразная торцевая крышка выступает из центральной оболочки. При этом увеличение общего объема контейнера-цистерны происходит за счет разницы между увеличенным объемом обечайки и уменьшенным объемом днищ цистерны.

Недостатком изобретения по заявке № WO 2001/040080 является то, что оно не обеспечивает увеличение полезного объема по сравнению с цистернами, имеющими такой же внутренний объем обечайки.

Изобретение по заявке № WO 2001/040080 выбрано в качестве наиболее близкого аналога.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением – недостаточная прочность и надежность днищ котла.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением – повышение прочности и надежности днища при упрощении его изготовления.

Технический результат достигается за счет того, что в котле цистерны, содержащем обечайку и два днища, установленные по торцам обечайки, каждое днище для соединения с обечайкой содержит цилиндрический участок с высотой L, каждое днище содержит два других участка, наружный участок, представляющий собой часть тора, и центральный участок, выполненный вогнутым, наружный участок с одной стороны сопряжен прямолинейно с цилиндрическим участком, а с другой стороны наружный участок сопряжен с центральным участком, согласно изобретению наружный участок сопряжен с центральным участком прямолинейно, при этом наружный и центральный участки выполнены с одинаковым радиусом R.

Центральный участок выполнен в виде части сферы.

Высота центрального участка l в его самой нижней части составляет больше, чем высота L.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид днища котла цистерны снаружи и изнутри.

На фиг. 2 показано поперечное центральное сечение днища.

На фиг. 3 показано заявляемое днище с полезным объемом А наружного участка днища и объемом В центрального участка по сравнению с тороидальным днищем наиболее близкого аналога.

Позиции на фигурах:

1 – цилиндрический участок днища;

2 – центральный участок днища;

3 – наружный участок днища.

Заявляемый котел цистерны содержит обечайку (на фигурах не показана) и два днища, установленные по торцам обечайки; каждое днище для соединения с обечайкой содержит цилиндрический участок 1 с высотой L, каждое днище содержит два других участка, наружный участок 3, представляющий собой часть тора, и центральный участок 2, выполненный вогнутым, наружный участок 3 с одной стороны сопряжен прямолинейно с цилиндрическим участком 1, а с другой стороны наружный участок 3 сопряжен с центральным участком 2. Наружный участок 3 сопряжен с центральным участком 2 прямолинейно, при этом наружный 3 и центральный 2 участки выполнены с одинаковым радиусом R.

В каждом центральном продольном сечении, проходящем через центр днища (центр центрального участка) видно, что днище имеет волнообразную наружную поверхность с вогнутым центральным участком.

На фиг. 3 видно, что по сравнению с днищем тороидальной формы (как в полезной модели по патенту № 183428), в наружном участке 3 образуется дополнительный объем А (выделен цветом) по сравнению с днищем тороидальной формы.

При этом, потерянный объем В, образующийся над центральным участком 4 в сравнении с днищем тороидальной формы (как в полезной модели по патенту № 183428), меньше относительно прироста объема А.

Прямолинейное сопряжение участков обусловлено необходимостью исключить места появления местных напряженностей, которые возникают в местах изменения геометрии. Поскольку при увеличении объема днища должна обеспечиваться необходимая прочность и надежность днища, сопряжение участков выполняют прямолинейным.

Увеличение объема А заявляемого днища, несмотря на уменьшение объема В по сравнению с днищем тороидальной формы (как в полезной модели по патенту № 183428), обеспечивает увеличение внутреннего объема днища на 15 – 18%.

Пример осуществления изобретения:

Диаметр цилиндрического участка днища составляет 3220 мм; высота L цилиндрического участка составляет 50 мм; радиус R наружного и центрального участка составляет 650 мм; высота Н центрального участка в его самой нижней точке составляет 277 мм; высота днища составляет 700 мм.

При таких габаритах внутренний объем днища увеличен на 17,5% по сравнению с днищем котла по патенту №183428 такого же диаметра и такой же высоты.

Высота H центрального участка, а также радиусы выполнения центрального и наружного участков определяются расчетным путем с учетом сохранения надлежащей надежности и жесткости днища.

Высота L выбирается с учетом обеспечения надлежащего прочного соединения днища с обечайкой (как правило, осуществляемое посредством сварки).

Выполнение наружного и центрального участков с одинаковым радиусом позволяет обеспечить простоту изготовления днищ, использовать для изготовления обоих участков унифицированную оснастку. Одинаковый радиус указанных участков позволяет выполнить их сопряжение наиболее оптимальным образом с точки зрения обеспечения прямолинейности сопряжения. При разных радиусах усложнится процесс изготовления, а также усложнится процесс подбора выполнения сопряжения, которое будет сложно выполнить прямолинейным.

Объем днища может быть увеличен до значений, являющихся пороговыми с точки зрения одновременного сохранения требований по жесткости и надежности днища. Критические значения жесткости и надежности устанавливаются, как правило, по результатам компьютерного моделирования.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении прочности и надежности днища при упрощении его изготовления.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к конструкциям котлов цистерн для перевозки жидких грузов. В котле цистерны, содержащем обечайку и два днища, установленные по торцам обечайки, каждое днище для соединения с обечайкой содержит цилиндрический участок (1) с высотой L. Каждое днище содержит два других участка: наружный участок (3), представляющий собой часть тора, и центральный участок (2), выполненный вогнутым. Наружный участок (3) с одной стороны сопряжен прямолинейно с цилиндрическим участком (1), а с другой стороны наружный участок сопряжен с центральным участком (2). Наружный участок (3) сопряжен с центральным участком (2) прямолинейно. Наружный и центральный участки выполнены с одинаковым радиусом R. Изобретение повышает прочность и надежность днища при упрощении его изготовления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Котел цистерны, содержащий обечайку и два днища, установленные по торцам обечайки, каждое днище для соединения с обечайкой содержит цилиндрический участок с высотой L, каждое днище содержит два других участка: наружный участок, представляющий собой часть тора, и центральный участок, выполненный вогнутым, наружный участок с одной стороны сопряжен прямолинейно с цилиндрическим участком, а с другой стороны наружный участок сопряжен с центральным участком, отличающийся тем, что наружный участок сопряжен с центральным участком прямолинейно, при этом наружный и центральный участки выполнены с одинаковым радиусом R.

2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что центральный участок выполнен в виде части сферы.

3. Котел по п. 1, отличающийся тем, что высота центрального участка l в его самой нижней части составляет больше, чем высота L.