Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов

 

Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов включает установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящей из эллиптических днищ и цилиндрической обечайки. Последняя выполнена из трех царг. Концевые царги соединены с днищами и размещены на раме. Средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство. Каждая царга цилиндрической обечайки выполнена из соединенных между собой верхних листов и нижних броневых листов. Котел установлен на брусьях опор и закреплен посредством хомутов. Для повышения оборачиваемости цистерны, надежности и качества перевозки цилиндрическая обечайка снабжена четвертой средней царгой. Средние царги равны между собой и соединены кольцевым сварным швом по средней оси обечайки. Цилиндрическая обечайка выполнена и установлена с уклоном 1-3^o к середине котла. Продольные сварные швы средних царг смещены относительно друг друга на расстояние не менее чем на 100 мм. Продольный сварной шов обечайки между верхним листом и нижним броневым листом каждой концевой царги выполнен так, что угол между ним и нижней образующей котла составляет 70-85^o. Сварной шов между нижним броневым и последующими листами каждой средней царги выполнен под углом 30-40^o от нижней образующей котла. Отношение длин нижней части средней царги к верхней относительно вертикальной оси составляет 1,02-1,07, а отношение высот концевых фасонных лап равно 1,04 - 1,08, при этом концевой участок с меньшей высотой установлен к середине котла. 1 с. и. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

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

Известны цистерны для нефтепродуктов [1], котел которой состоит из цилиндрической обечайки, сваренной из продольных листов, и двух днищ эллиптической формы. Котел имеет нижний слив и оборудован универсальным сливным прибором. Для налива продукта используют люк, закрываемый крышкой. Рядом с люком устанавливается предохранительно-впускной клапан.

Наиболее близким техническим решением является 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 размещены на опорах рамы, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство, а каждая царга цилиндрической обечайки выполнена из соединенных между собой верхних и нижних броневых листов так, что отношение толщины 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 от 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, при этом средняя царга выполнена из пяти листов, четыре из которых имеют равную ширину, а пятый составляет не менее 0,5 от ширины одного из четырех [2].

Недостатком известных конструкций является низкая скорость разгрузки и неполный слив транспортируемой жидкости, и как следствие, низкая оборачиваемость цистерны, а также повышенная металлоемкость за счет ширины броневого листа обечайки.

Целью изобретения является повышение скорости оборачиваемости цистерны как тары за счет ускорения разгрузки и полноты слива транспортируемой жидкости, снижение металлоемкости, уменьшение себестоимости, улучшение коммерческих качеств, а также повышение надежности и качества перевозки грузов.

Поставленная цель достигается тем, что в железнодорожной цистерне для транспортировки жидких грузов, включающей 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 размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство, а каждая царга цилиндрической обечайки выполнена из соединенных между собой верхних листов и нижних броневых листов, при этом котел установлен на брусьях опор и закреплен посредством хомутов, цилиндрическая обечайка снабжена четвертой средней царгой, при этом средние царги равны между собой и соединены кольцевым сварным швом по центру обечайки, а сама цилиндрическая обечайка выполнена и установлена с уклоном 1-3^o к середине котла, а продольные сварные швы средних царг смещены относительно друг друга на расстоянии не менее чем на 100 мм.

Продольный сварной шов обечайки между верхним листом и нижним броневым листом каждой концевой царги выполнен так, что угол между ним и нижней образующей котла составляет 70-85^o, а сварной шов между нижним броневым и последующими листами каждой средней царги выполнен под углом 30-40^o от нижней образующей котла.

Отношение длин нижней части средней царги к верхней относительно вертикальной оси составляет 1,02-1,07, а отношение высот концевых участков фасонных лап равно 1,04-1,08, при этом концевой участок с меньшей высотой установлен к середине котла.

Высоту брусьев по периметру опоры изменяют в зависимости от угла установки цилиндрической обечайки.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой железнодорожной цистерны для транспортировки жидких грузов; на фиг. 2 - цилиндрическая обечайка котла; на фиг. 3 - раскрой цилиндрической обечайки; на фиг. 4 представлена конструкция фасонных лап; а на фиг. 5 представлена установка котла на опоры посредством брусков.

Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов (фиг.1) содержит ходовые части 1, раму вагона 2 и котел 3 в виде горизонтально расположенной емкости, состоящей из эллиптических днищ 4 и цилиндрической обечайки 5, выполненной из четырех царг, двух средних 6 и концевых 7. Концевые царги 7 соединены с днищами 4 и размещены на раме 2.

Средние царги 6, посредством фасонных лап 8 жестко закреплены на раме 2. Цистерна имеет люк 9 и сливное устройство 10. Каждая царга цилиндрической обечайки 5 выполнена из соединенных между собой верхних листов и нижних броневых. Котел 3 установлен на брусьях 11 опор 12 и закреплен посредством хомутов 13.

Цилиндрическая обечайка 5 (фиг.2) выполнена и установлена с уклоном 1-3^o к середине котла, что обеспечивает повышение скорости разгрузки и полноту слива транспортируемой жидкости.

Средние царги 6 и концевые царги 7 равны между собой, причем средние царги 6 соединены между собой кольцевым сварным швом по средней оси обечайки, а их продольные сварные швы (фиг.3) смещены относительно друг друга на расстоянии не менее чем на 100 мм, обеспечивая тем самым прочностные характеристики предлагаемой конструкции цистерны.

Продольный сварной шов обечайки 5 между верхним листом и нижним броневым листом каждой концевой царги 7 выполнен так, что угол между ним и нижней образующей котла 3 составляет 70-85^o, а сварной шов между нижним броневым и последующими листами каждой средней царги 6 выполнен под углом 30-40^o от нижней образующей котла 3. Выбор указанных углов позволяет не только уменьшить металлоемкость конструкции, но и сохранить прочностные характеристики котла в целом.

При этом отношение длины L₁ нижней части средней обечайки 6 к верхней длине L₂ относительно вертикальной оси составляет 1,02- 1,07, а отношение высоты h₁ (фиг.4) концевого участка фасонной лапы 8 к высоте h₂ другого концевого участка равно 1,04-1,08, при этом концевой участок фасонной лапы 8 с меньшей высотой h₂ установлен к середине котла 3.

При этом котел 3 (фиг.5) установлен на брусьях 11, причем высоту брусьев по периметру опоры 12 изменяют в зависимости от угла установки цилиндрической обечайки 5 на раму 2. За счет скоса брусьев 11 достигается установка котла 3 на всю плоскость брусьев, нагрузка при этом распределяется равномерно на всю суммарную площадь опоры 12.

Исследование напряженного состояния котла цистерны под давлением при транспортировкt жидких грузов позволяет выявить наиболее загруженные участки, определяющие его прочность.

На усталостную прочность сварных швов влияет напряженно-деформированное состояние при действии опорного давления от массы котла, а также напряженно-деформированное состояние в среднем сечении обечайки.

Предлагаемая конструкция цистерны, каждая царга которой выполнена из соединенных между собой верхних и нижних броневых листов, обеспечивает снижение напряжения в среднем сечении концевых царг под опорой до 44,9 МПа, что меньше допустимого 292,5 МПа более чем в шесть раз, поэтому расположение продольного сварного шва между верхним и нижним броневым листами в каждой концевой царге под углом 70-85^o от нижней образующей котла является рациональным.

Величина эквивалентного напряжения, возникающего в среднем сечении котла, составляет 40,9 МПа, что также меньше допустимого более чем в шесть раз. Следовательно, выполнение цилиндрической обечайки с уклоном 1-3^o к середине котла не ведет к ухудшению прочностных характеристик цистерны.

Выполнение нижнего продольного сварного шва между нижним броневым и последующими листами средней царги под углом 30-40^o позволяет снизить уровень напряжения до 51 МПа, что ниже допустимого более чем в пять раз. Поэтому предлагаемая конструкция котла цистерны обладает улучшенными прочностными характеристиками.

Преимущества предлагаемой конструкции заключаются: в увеличении скорости оборачиваемости цистерны как тары за счет разгрузки и полноты слива транспортируемых жидкостей; в снижении металлоемкости конструкции, уменьшение ее себестоимости; в обеспечении высокой прочности котла и надежности перевозки жидких грузов; в улучшении коммерческих качеств цистерны за счет ускорения ее оборота.

Формула изобретения

1. Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящий из эллиптических днищ и цилиндрической обечайки, выполненной из трех царг, концевые из которых соединены с днищами и размещены на опорах рамы, а средняя царга посредством фассоных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство, а каждая царга цилиндрической обечайки выполнена из соединенных между собой верхних листов и нижних броневых листов, при этом котел установлен на брусьях опор и закреплен посредством хомутов, отличающаяся тем, что цилиндрическая обечайка снабжена четвертой средней царгой, при этом средние царги равны между собой и соединены кольцевым сварным швом по средней оси обечайки, а сама цилиндрическая обечайка выполнена и установлена с уклоном 1 - 3^o к середине котла.

2. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что продольный сварной шов обечайки между верхним листом и нижним броневым листом каждой концевой царги выполнен так, что угол между ним и нижней образующей котла составляет 70 - 85^o, а сварной шов между нижним броневым и последующими листами каждой средней царги выполнен под углом 30 - 40^o от нижней образующей котла, а отношение длин нижней части одной из средних царг к верхней относительно вертикальной оси составляет 1,02 - 1,07.

3. Цистерна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что отношение высот концевых участков фасонных лап равно 1,04 - 1,08, при этом концевой участок с меньшей высотой установлен к середине котла.

4. Цистерна по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что продольные сварные швы средних царг смещены относительно друг друга на расстояние не менее чем 100 мм.

5. Цистерна по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что высоту брусьев по периметру опоры изменяют в зависимости от угла установки цилиндрической обечайки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5