ВОДЯНОЙ БАК ПАССАЖИРСКОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
WATER TANK OF RAILWAY PASSENGER CAR

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию транспортных средств и может быть использовано в системах водоснабжения железнодорожных пассажирских вагонов.
Из описания изобретения к американскому патенту US 5046529, кл. Е03В 11/02, опубл. 10.09.91 г. [1] известен водяной бак, включающий корпус и герметически прикрепленную к нему крышку, выполненные из полиэтилена высокой плотности, и отверстия для впуска и для выпуска воды. Водяной бак [1] не имеет средств сохранения тепла, поэтому в холодное время года при отрицательных температурах окружающей среды он может надежно функционировать лишь в теплых отапливаемых помещениях. Попытка использования подобного водяного бака в железнодорожном вагоне в зимних условиях сурового климата сопряжена с опасностью замерзания его содержимого.
Из описания изобретения к патенту RU 2199629, кл. Е03В 11/00, опубл. 11.10.2002 г. [2] известен водяной бак, включающий корпус с отверстиями для впуска и для выпуска воды и герметично 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. По мнению авторов изобретения [2], полиэтилен низкого давления, имеющий теплопроводность в сто раз меньшую чем сталь, в сочетании с покрытием из теплоизоляционного материала повышает эксплуатационную надежность устройства. Однако применение такого технического решения неэффективно в условиях переменных ударных нагрузок, характерных для железнодорожного транспорта. 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 герметично 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, имеющий защитное покрытие из стеклопластика. По нашему мнению, техническое решение [3], являющееся наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, чрезвычайно перегружено металлическими подкрепляющими элементами и поэтому применимо лишь для стационарных условий хранения воды. Кроме того, отсутствие средств нагрева не позволяет рекомендовать решение [3] для использования в зимний период в районах сурового климата.
При разработке настоящего изобретения перед авторами стояла задача создания максимально облегченной конструкции водяного бака, пригодного для использования в пассажирском железнодорожном вагоне при температурах наружного воздуха до -40°С и даже -45°С, которые характерны для центральных и восточных районов Сибири.
Техническим результатом изобретения является снижение массы устройства и повышение его надежности, особенно при эксплуатации в районах с суровым климатом.
3
3
Указанный технический результат достигается в водяном баке пассажирского железнодорожного вагона, включающем корпус, который выполнен в форме параллелепипеда со скругленными ребрами, и герметично прикрепленную к корпусу крышку, корпус и крышка выполнены из композитных материалов, армированы полыми стержнями, полученными методом полтрузии из стеклопластика на базе эпоксидной смолы, и имеют слой внутренней облицовки из пищевого полиэтилена, снаружи корпус и крышка имеют теплоизоляционный слой из жесткого пенополиуретана плотностью от 50 кг/м до 80 кг/м, снабженного защитным покрытием из стеклопластика, бак имеет отверстия для впуска и выпуска воды, при этом в верхний край стенок корпуса под теплоизоляционным слоем вмонтирована металлическая рама, охватывающая бак по периметру и снабженная прикрепленными к ней и выступающими из-под теплоизоляционного слоя кронштейнами, предназначенными для крепления водяного бака к элементам железнодорожного вагона, стенки и дно корпуса водяного бака усилены расположенными под теплоизоляционным слоем металлическими шпангоутами, концы которых прикреплены к металлической раме, причем в корпус дополнительно вмонтированы электронагревательные элементы в виде саморегулирующихся греющих кабелей с возможностью подвода к ним электрического тока.
Предусмотрены следующие частные случаи выполнения настоящего изобретения.
Дополнительно в качестве электронагревательных элементов использованы металлические сетки.
Используемые в качестве электронагревательных элементов саморегулирующиеся греющие кабели вставлены в полые стержни, полученные методом полтрузии из стеклопластика на базе эпоксидной смолы.
Пищевой полиэтилен, из которого выполнен слой внутренней облицовки корпуса и крышки водяного бака, содержит добавку бактерицидного вещества.
В качестве добавки бактерицидного вещества в пищевом полиэтилене, из которого выполнен слой внутренней облицовки корпуса и крышки водяного бака, использовано серебро.
В качестве материала теплоизоляционного слоя использованы сотовые панели из пластмассы.
Отношение суммы толщины слоя внутренней облицовки и толщины слоя защитного покрытия, которым снабжены корпус и крышка водяного бака к толщине теплоизоляционного слоя составляет от 0,25 до 0,35, а отношение толщины слоя внутренней облицовки к толщине слоя защитного покрытия составляет от 0,9 до 1,1.
Боковые стенки корпуса водяного бака дополнительно усилены горизонтально ориентированными металлическими поясами, прикрепленными к вертикальным элементам шпангоутов.
Боковые стенки корпуса водяного бака дополнительно усилены горизонтально ориентированными металлическими поясами, прикрепленными к вертикальным элементам шпангоутов.
Крышка водяного бака выполнена выпуклой, преимущественно в форме сегмента цилиндрической поверхности.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
Фиг.1. Водяной бак, поперечный разрез.
Фиг.2. То же, вид сверху, разрез по А-А на фиг.1.
Фиг.3. Узел В на фиг.1, увеличено.
Фиг.4. Электронагревательная сетка, разрез по Б-Б на фиг.3.
Фиг.5. Саморегулирующийся греющий кабель, вставленный в полый стержень, выполненный из стеклопластика методом полтрузии, разрез по В-В на фиг.3.
Далее в тексте и в прилагаемых чертежах использованы следующие цифровые обозначения узлов и деталей.
1. Корпус бака.
2. Крышка корпуса бака.
3. Полые стержни из стеклопластика, полученные методом полтрузии из стеклопластика на базе эпоксидной смолы.
4. Слой внутренней облицовки из пищевого полиэтилена.
5. Теплоизоляционный слой.
6. Защитное покрытие из стеклопластика.
7. Отверстие в корпусе для впуска воды.
8. Отверстие в корпусе для выпуска воды.
9. Металлическая рама.
10. Кронштейны.
11. Металлические шпангоуты.
12. Металлические сетки.
13. Саморегулирующиеся греющие кабели.
14. Металлические пояса, прикрепленные к металлическим шпангоутам.
На прилагаемых чертежах представлен предпочтительный вариант выполнения изобретения. Как видно из фиг.1-3, основными частями водяного бака являются корпус 1, выполненный в форме параллелепипеда со скругленными ребрами, и прикрепленная сверху к корпусу 1 крышка 2. Между корпусом 1 и крышкой 2 проложена прокладка, обеспечивающая герметичность их соединения. Корпус 1 и крышка 2 выполнены из композитных материалов и армированы полыми стержнями 3, которые получены методом полтрузии из стеклопластика на базе эпоксидной смолы. Изнутри корпус 1 и крышка 2 покрыты слоем 4 внутренней облицовки, выполненным из пищевого полиэтилена, содержащего добавку бактерицидного вещества, например серебра, а снаружи корпус 1 и крышка 2 имеют теплоизоляционный слой 5 из пенополиуретана, который снабжен защитным покрытием 6 из стеклопластика. В донной части корпуса 1 выполнены отверстие 7 для впуска воды и отверстие 8 для выпуска воды. Отношение суммы толщины слоя 4 внутренней облицовки и толщины защитного покрытия 6 к толщине теплоизоляционного слоя 5 составляет от 0,25 до 0,35, а отношение толщины слоя 4 внутренней облицовки к толщине слоя защитного покрытия 6 составляет от 0,9 до 1,1. На фиг.2 показано, что в верхний край стенок корпуса 1 бака под теплоизоляционным слоем 5 вмонтирована ориентированная горизонтально металлическая рама 9, которая охватывает корпус 1 бака по всему периметру (периметру горизонтального сечения А-А корпуса 1). К металлической раме 9 прикреплены выступающие из-под теплоизоляционного слоя 5 кронштейны 10, которые предназначены для крепления водяного бака к элементам железнодорожного вагона. Кроме того, стенки и дно корпуса 1 водяного бака усилены металлическими шпангоутами 11, которые расположены под теплоизоляционным слоем 5 и концы которых прикреплены к металлической раме 9, боковые стенки корпуса 1 водяного бака могут быть дополнительно усилены горизонтально ориентированными металлическими поясами 14, например из стальных полос, прикрепленными к вертикальным элементам шпангоутов 11. Помимо этого дно и стенки корпуса 1 снабжены вмонтированными в них электронагревательными элементами, например, в виде металлических сеток 12 (см. фиг.4) или саморегулирующихся греющих кабелей 13 (см. фиг.5), которые могут быть вставлены в полученные методом полтрузии полые стержни 3 из стеклопластика с возможностью подвода к этим элементам (12 или 13) электрического тока.
В предлагаемом изобретении, где это возможно, вместо металла использован высокопрочный пластик. Применение слоя 4 внутренней облицовки из пластика с добавкой серебра, помимо снижения массы бака (т.к. пластик легче нержавеющей стали), обеспечивает обеззараживание воды. Стержни, полученные из стеклопластика методом полтрузии, по прочности сопоставимы с качественным стальным прокатом, но вследствие малой плотности они позволяют облегчить конструкцию бака. Применение таких стержней с полостью (полые стержни 3) одновременно облегчает конструкцию предлагаемого бака и кроме того обеспечивает снижение потерь тепла. Защитное покрытие 6 из стеклопластика повышает надежность водяного бака, предохраняя теплоизоляционный слой от разрушения и повышая прочность всей конструкции. Металлическая рама 9, прикрепленные к ней металлические шпангоуты 11, расположенные под теплоизоляционным слоем 5, и металлические пояса 14 повышают надежность бака при воздействии механических нагрузок (особенно ударных нагрузок). Толчки и вибрации, испытываемые при движении несущими элементами железнодорожного вагона, через кронштейны передаются металлической раме 9, а от нее металлическим шпангоутам 11. Таким образом, металлическая рама 9, металлические шпангоуты 11 и металлические пояса 14, выполняя функцию основной арматуры, снижают риск разрушения корпуса при эксплуатации. Такие элементы как металлические сетки 12 и саморегулирующиеся греющие кабели 13, вмонтированные в корпус 1 с возможностью подвода к ним электрического тока, обеспечивают надежную работу водяного бака в суровых климатических условиях, предотвращая замерзание воды при низких отрицательных температурах окружающего воздуха. Кроме того, применение саморегулирующихся греющих кабелей 13, вставленных в полые стержни 3, дает возможность замены греющих кабелей 13 в случае выхода их из строя. Выполнение крышки водяного бака выпуклой в форме сегмента цилиндрической поверхности уменьшает (по сравнению с плоской поверхностью) потери тепла, повышает надежность в случае образования вакуума в полости бака и позволяет рационально использовать объем вагона, т.к. форма крыши пассажирского железнодорожного вагона близка к цилиндрической поверхности.
Водяной бак пассажирского железнодорожного вагона используется следующим образом. На железнодорожной станции, имеющей средства экипировки пассажирских железнодорожных вагонов, через впускное отверстие 7 бак наполняют водой до определенного уровня. Затем во время движения и на остановках через отверстие 8 происходит расходование воды на нужды потребителей, например на обслуживание сантехнических узлов. При использовании вагона в районах с суровым климатом и вообще при понижении температуры до минусовых значений может быть использован электрический подогрев корпуса 1 водяного бака. Электрический подогрев осуществляют, пропуская электрический ток через электронагревательные элементы (например, через металлические сетки 12 или саморегулирующиеся греющие кабели 13), вмонтированные в корпус 1.
В соответствии с приведенным выше описанием изобретения были изготовлены опытные образцы водяного бака, которые подвергли механическим испытаниям. Эксперименты показали, что предлагаемая конструкция водяного бака выдерживает в 1,7-1,9 раза большую нагрузку по сравнению с обычной металлической конструкцией. Стендовые испытания водяного бака с описанными выше нагревательными элементами показали удовлетворительные результаты при моделировании условий, соответствующих температурам окружающей пассажирский железнодорожный вагон атмосферы до -40°С и даже до -52°С.