Водяной бак

Изобретение относится к системам водоснабжения и может быть использовано для хранения воды в средствах транспорта. Водяной бак содержит корпус (1), к которому прикреплена крышка (2). Стенки корпуса и крышки имеют наружный слой (3) и внутренний слой (4) из стеклопластика, между которыми находится теплоизоляционный слой (5). В месте стыка корпуса с крышкой проложены элементы (9) уплотнения. Во внутренний слой (4) стенок корпуса вмонтированы элементы (10) электронагрева. Во внутренний слой (4) стеклопластика вмонтирована горизонтальная металлическая рама (15), к которой прикреплены металлические шпангоуты (16). Средства крепления бака к несущим элементам базовой конструкции выполнены в виде металлических кронштейнов, расположенных по периметру бака. Изобретение снижает массу устройства и повышает его надежность при повышенных нагрузках в условиях низких температур. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано, например, для хранения запаса воды в пассажирских железнодорожных вагонах.

Из описания изобретения к американскому патенту US 5046529, кл. Е03В 11/02, опубл. 10.09.91 г. [1], известен водяной бак, включающий корпус и прикрепленную к нему крышку, выполненные из полиэтилена высокой плотности. Стенки корпуса и крышки водяного бака [1] не имеют теплоизоляционного слоя. В связи с этим в холодное время года при отрицательных температурах окружающей среды такой бак может надежно функционировать лишь в теплых отапливаемых помещениях. Использование подобного водяного резервуара в железнодорожных вагонах в районах с суровым климатом сопряжено с опасностью замерзания его содержимого в зимнее время.

Из описания изобретения к патенту RU 2199629, кл. Е03В 11/00, опубл. 11.10.2002 г. [2], известен водяной бак, включающий корпус и прикрепленную к корпусу крышку. Согласно описанию [2] корпус и крышка бака выполнены из пластика, например из полиэтилена низкого давления с теплоизоляционным покрытием. Для повышения эксплуатационной надежности бака в холодное время года нижняя часть бака утеплена грунтовой обсыпкой, а верхняя часть - теплоизоляционным материалом. Как указывают авторы изобретения [2], полиэтилен низкого давления, имеющий теплопроводность, в сто раз меньшую теплопроводности стали, в сочетании с покрытием из теплоизоляционного материала повышает эксплуатационную надежность устройства. Однако применение такого технического решения в условиях переменных ударных нагрузок, характерных для работы подвижного состава железнодорожного транспорта, может привести к поломкам элементов бака. Поэтому использование бака конструкции [2] в пассажирском железнодорожном вагоне весьма проблематично.

Из описания изобретения к патенту RU 2331739, кл. Е03В 11/02, опубл. 20.08.2008 г. [3] известен водяной бак, включающий корпус и прикрепленную к корпусу крышку. Корпус и крышка выполнены из неметаллического материала и имеют слоистую структуру. Корпус подкреплен элементами жесткости, выполненными в виде шпангоутов. Корпус и крышка имеют теплоизоляционный слой и защитное покрытие из стеклопластика. Техническое решение [3] является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения. Однако конструкция [3] чрезвычайно перегружена металлическими подкрепляющими элементами и поэтому применима лишь для стационарных условий хранения воды. Кроме того, отсутствие средств нагрева не позволяют рекомендовать решение [3] для использования в зимний период в районах сурового климата

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение массы устройства и повышение его надежности при повышенных статических и динамических нагрузках в условиях низких температур окружающей среды.

Указанный технический результат достигается в водяном баке, включающем корпус, крышку, средства крепления крышки к корпусу, детали усиления корпуса, элементы электронагрева и средства крепления бака к несущим элементам базовой конструкции, стенки корпуса и крышки имеют наружный и внутренний слои стеклопластика, теплоизоляционный слой, находящийся между упомянутыми слоями из стеклопластика, и слой внутреннего покрытия, причем толщина внутреннего слоя стеклопластика стенок корпуса и крышки бака составляет 0,45-0,85 толщины теплоизоляционного слоя, а толщина наружного слоя стеклопластика стенок корпуса и крышки бака составляет 0,07-0,25 толщины теплоизоляционного слоя, в месте стыка корпуса с крышкой на стенках корпуса и крышки выполнены стыковочные фланцы, каждый из которых состоит из слоя стеклопластика и слоя внутреннего покрытия, между стыковочными фланцами проложены элементы уплотнения, элементы электронагрева вмонтированы во внутренний слой стеклопластика стенок корпуса, средства крепления крышки к корпусу состоят из металлических накладок и комплекта болтов, гаек и шайб, детали усиления корпуса состоят из вмонтированной во внутренний слой стеклопластика горизонтальной металлической рамы, которая охватывает корпус по периметру, и металлических шпангоутов, которые вмонтированы во внутренний слой стеклопластика и концы которых прикреплены к горизонтальной металлической раме, средства крепления бака к несущим элементам базовой конструкции выполнены в виде расположенных по периметру стыка корпуса с крышкой металлических кронштейнов, каждый из которых состоит из вертикальной прямоугольной пластины, прикрепленных к этой пластине горизонтальной прямоугольной пластины и вертикальных треугольных пластин, причем вертикальная прямоугольная пластина каждого из кронштейнов прикреплена к горизонтальной металлической раме.

Предусмотрены следующие частные случаи выполнения настоящего изобретения.

Во внутренний слой стеклопластика стенок корпуса бака под горизонтальной металлической рамой вмонтированы один или несколько горизонтальных металлических поясов, с которыми скреплены вертикальные прямоугольные пластины каждого из кронштейнов.

Горизонтальная металлическая рама и горизонтальные металлические пояса выполнены из фланцевых или полых профилей.

Металлические накладки стыковочных фланцев вмонтированы в слой из стеклопластика каждого из стыковочных фланцев.

Металлические накладки стыковочных фланцев снабжены полимерным покрытием.

В качестве материала, из которого выполнены слои внутреннего покрытия корпуса и крышки, использован пищевой полиэтилен с добавкой серебра.

В качестве элементов электронагрева, вмонтированных во внутренний слой стеклопластика стенок корпуса, использованы саморегулирующиеся греющие кабели, причем расстояние от поверхности каждого саморегулирующегося греющего кабеля до внутренней поверхности теплоизолирующего слоя не менее величины наружного диаметра упомянутого кабеля.

Средства уплотнения стыка крышки с корпусом выполнены в виде резиновых прокладок.

Существо изобретения поясняется следующими чертежами.

Фиг.1. Общий вид водяного бака (схема).

Фиг.2. То же, вид сбоку по стрелке А на фиг.1.

Фиг.3. Узел стыка корпуса с крышкой, разрез по Б-Б на фиг.2.

В прилагаемых чертежах использованы следующие условные цифровые обозначения узлов и деталей.

1. Корпус бака.

2. Крышка бака.

3. Наружный слой стеклопластика стенок корпуса и крышки.

4. Внутренний слой стеклопластика стенок корпуса и крышки.

5. Теплоизоляционный слой.

6. Слой внутреннего покрытия.

7. Стыковочный фланец корпуса.

8. Стыковочный фланец крышки.

9. Резиновые прокладки.

10. Саморегулирующиеся греющие кабели.

11. Металлические накладки стыковочных фланцев.

12. Болты.

13. Гайки.

14. Шайбы.

15. Горизонтальная металлическая рама.

16. Металлические шпангоуты.

17. Металлические кронштейны.

18. Вертикальная прямоугольная пластина кронштейна.

19. Горизонтальная прямоугольная пластина кронштейна.

20. Вертикальные треугольные пластины кронштейна.

21. Горизонтальные металлические пояса корпуса бака.

На фиг.1-2 представлен общий вид водяного бака. К корпусу 1 бака прикреплена крышка 2. Как показано на фиг.3, стенки корпуса 1 и крышки 2 имеют наружный слой 3 и внутренний слой 4, выполненные из стеклопластика. Между слоями 3 и 4 находится теплоизоляционный слой 5. В качестве материала теплоизоляционного слоя 5 может быть использован пенополиуритан. Изнутри корпус 1 и крышка 2 имеют слой 6 внутреннего покрытия из материала с бактерицидными свойствами, например из пищевого полиэтилена с добавкой серебра. Толщина внутреннего слоя 4 стеклопластика стенок корпуса 1 и крышки 2 составляет 0,45-0,85 толщины теплоизоляционного слоя 5, а толщина наружного слоя 3 стеклопластика стенок корпуса 1 и крышки 2 составляет 0,07-0,25 толщины теплоизоляционного слоя 5. В месте стыка корпуса 1 с крышкой 2 на их стенках выполнены стыковочные фланцы 7 и 8 соответственно. Каждый из стыковочных фланцев 7 и 8 выполнен из слоя стеклопластика и слоя внутреннего покрытия (в связи с особенностями технологии слои внутреннего покрытия фланцев 7 и 8 являются продолжениями соответствующих слоев 6 внутреннего покрытия корпуса 1 и крышки 2). Между стыковочными фланцами 7 и 8 проложены элементы уплотнения, например резиновые прокладки 9. Во внутренний слой 4 стенок корпуса 1 бака вмонтированы элементы электронагрева. В качестве элементов электронагрева могут быть использованы саморегулирующиеся греющие кабели 10. При этом расстояние от поверхности каждого саморегулирующегося кабеля 10 до внутренней поверхности теплоизоляционного слоя 5 должно быть не менее величины наружного диаметра упомянутого кабеля.

Средства крепления крышки 2 к корпусу 1 состоят из металлических накладок 11, наложенных на стыковочные фланцы, и комплекта болтов 12, гаек 13 и шайб 14. Накладки 11 могут быть вмонтированы в слой стеклопластика каждого из стыковочных фланцев 7 и 8 или покрыты полимерным материалом.

Детали усиления корпуса состоят из горизонтальной металлической рамы 15, вмонтированной во внутренний слой 4 стеклопластика. Рама 15 охватывает корпус 1 бака по периметру. К горизонтальной металлической раме 15 прикреплены своими концами шпангоуты 16, которые вмонтированы во внутренний слой 4 стеклопластика стенки корпуса 1 и дна корпуса 1.

Средства крепления бака к несущим элементам базовой конструкции (например, к балкам рамы вагона) выполнены в виде металлических кронштейнов 17, расположенных по периметру стыка корпуса 1 бака с крышкой 2. Каждый из кронштейнов 17 состоит из вертикальной прямоугольной пластины 18 и прикрепленных к этой пластине горизонтальной прямоугольной пластины 19 и двух вертикальных треугольных пластин 20. При этом вертикальная прямоугольная пластина 18 каждого из кронштейнов 17 прикреплена к горизонтальной металлической раме 15. Во внутренний слой 4 стеклопластика боковых стенок корпуса 1 бака под горизонтальной металлической рамой 15 могут быть вмонтированы один или несколько горизонтальных металлических поясов 21, к которым дополнительно прикреплены вертикальные прямоугольные пластины 18 каждого из кронштейнов 17.

В качестве основного неметаллического материала в предлагаемом изделии использован стеклопластик, отличающийся высокой прочностью. Кроме того, учитывая, что изделие подвергается повышенным статическим и динамическим нагрузкам и подвергается воздействию низких температур, авторы стремились насколько возможно упрочнить стеклопластик металлическими армирующими элементами. При этом учитывалось и то обстоятельство, что теплопроводность металла на порядок превышает теплопроводность пластмассы. В предлагаемом техническом решении горизонтальная металлическая рама 15 усиливает верхнюю часть корпуса 1, а прикрепленные концами к горизонтальной металлической раме 15 металлические шпангоуты 16 разгружают пластмассовые стенки корпуса 1 от вертикально действующих нагрузок, которые создает заполняющая корпус 1 вода. Расположенные под горизонтальной металлической рамой 15 горизонтальные металлические пояса 21 воспринимают горизонтально направленные нагрузки, которым подвергаются стенки корпуса 1. Крепление металлических шпангоутов 16 к горизонтальным металлическим поясам придает дополнительно прочность всей металлической арматуре. Особую роль в предлагаемой конструкции играют металлические кронштейны 17. В данном случае кронштейны не только передают нагрузки от корпуса 1 несущим элементам базовой конструкции, но и дополнительно скрепляют горизонтальную металлическую раму 15 с горизонтальными металлическими поясами 21 и с металлическими шпангоутами 16. Таким образом, из армирующих элементов получается своеобразная корзина, которая придает прочность и надежность основным пластмассовым элементам корпуса и вцелом всему корпусу 1. Важно отметить, что при этом ни один из элементов металлической арматуры не контактирует с наполняющей корпус водой и каждый из армирующих элементов является защищенным от потери тепла в окружающую среду благодаря наличию теплоизолирующего слоя 5.

Крепление крышки 2 к корпусу 1 водяного бака производят следующим образом.

Тщательно очищают слой 6 внутреннего покрытия корпуса 1, крышки 2 и контактные поверхности их стыковочных фланцев 7 и 8. Устанавливают корпус 1 бака на специальный сборочный стенд и, проложив по всему периметру контактной поверхности стыковочного фланца корпуса 1 элементы 9 уплотнения, ставят накладки 11 на стыковочные фланцы 7 и 8 и закрывают корпус 1 крышкой 2. Затем осуществляют болтовое соединение, используя комплект болтов 12 с гайками 13 и шайбами 14. Водяной бак готов к установке на транспортном средстве.

В лабораторных условиях предлагаемая конструкция бака была проверена на способность выдерживать статические и динамические нагрузки. Испытания показали, что предлагаемый бак с прикрепленной к нему крышкой выдерживает нагрузки на 20-25% большие по сравнению с аналогичными водяными баками. Обеспечивается надежная работа бака при понижении температуры окружающей среды до - 50°С. С учетом результатов испытаний готовится опытная партия баков для опробования в условиях работы транспорта.

1. Водяной бак, включающий корпус, крышку, средства крепления крышки к корпусу, детали усиления корпуса, элементы электронагрева и средства крепления бака к несущим элементам базовой конструкции, стенки корпуса и крышки имеют наружный и внутренний слои из стеклопластика, теплоизоляционный слой, находящийся между упомянутыми слоями из стеклопластика, и слой внутреннего покрытия, причем толщина внутреннего слоя стеклопластика стенок корпуса и крышки бака составляет 0,45-0,85 толщины теплоизоляционного слоя, а толщина наружного слоя стеклопластика стенок корпуса и крышки бака составляет 0,07-0,25 толщины теплоизоляционного слоя, в месте стыка корпуса с крышкой на стенках корпуса и крышки выполнены стыковочные фланцы, каждый из которых состоит из слоя стеклопластика и слоя внутреннего покрытия, между стыковочными фланцами проложены элементы уплотнения, элементы электронагрева вмонтированы во внутренний слой стеклопластика стенок корпуса, средства крепления крышки к корпусу состоят из металлических накладок и комплекта болтов, гаек и шайб, детали усиления корпуса состоят из вмонтированной во внутренний слой стеклопластика горизонтальной металлической рамы, которая охватывает корпус по периметру, и металлических шпангоутов, которые вмонтированы во внутренний слой стеклопластика, и концы которых прикреплены к горизонтальной металлической раме, средства крепления бака к несущим элементам базовой конструкции выполнены в виде расположенных по периметру стыка корпуса с крышкой металлических кронштейнов, каждый из которых состоит из вертикальной прямоугольной пластины, прикрепленных к этой пластине горизонтальной прямоугольной пластины и вертикальных треугольных пластин, причем вертикальная прямоугольная пластина каждого из кронштейнов прикреплена к горизонтальной металлической раме.

2. Водяной бак по п.1, отличающийся тем, что во внутренний слой стеклопластика стенок корпуса бака под горизонтальной металлической рамой вмонтированы один или несколько горизонтальных металлических поясов, с которыми скреплены вертикальные прямоугольные пластины каждого из кронштейнов.

3. Водяной бак по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что горизонтальная металлическая рама и горизонтальные металлические пояса выполнены из фланцевых или полых профилей.

4. Водяной бак по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что металлические накладки стыковочных фланцев вмонтированы в слой из стеклопластика каждого из стыковочных фланцев.

5. Водяной бак по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что металлические накладки стыковочных фланцев снабжены полимерным покрытием.

6. Водяной бак по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве материала, из которого выполнены слои внутреннего покрытия корпуса и крышки, использован пищевой полиэтилен с добавкой серебра.

7. Водяной бак по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве элементов электронагрева, вмонтированных во внутренний слой стеклопластика стенок корпуса, использованы саморегулирующиеся греющие кабели, причем расстояние от поверхности каждого саморегулирующегося греющего кабеля до внутренней поверхности теплоизолирующего слоя не менее величины наружного диаметра упомянутого кабеля.

8. Водяной бак по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что средства уплотнения стыка крышки с корпусом выполнены в виде резиновых прокладок.