КОНТЕЙНЕР-ЦИСТЕРНА

Заявляемая полезная модель относится к емкостям для транспортировки и хранения жидкостей, агрессивных веществ, продуктов химии и нефтехимии и предназначен для перевозки водным, железнодорожным и автомобильным транспортом и для передачи его с одного вида транспорта на другой без промежуточной перегрузки содержимого продукта.
В данной области техники известна конструкция контейнера-цистерны для хранения и транспортирования жидкости и может быть использован на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте. (Патент РФ №2115606 от 18.08.1997 г.), содержащий цилиндрический котел с днищами, выполненный из металла или композиционного материала, оснащен пространственным силовым каркасом, который образован прямоугольными торцовыми рамами и треугольными опорами, расположенными снизу, с обоих боков и, при необходимости, сверху цилиндрического котла. Торцовые рамы и треугольные опоры имеют в качестве оснований соответствующие элементы торцовых рам, а в качестве сторон - диагональные опорные балки, закрепленные на котле через металлические цилиндрические панели, для которых на котле из композиционного материала предусмотрены металлические, охватывающие котел, кольца.
Также известна конструкция контейнера-цистерны для хранения и транспортирования жидкостей. (Патент РФ №2096295 от 20.11.1997 г.), включающего в себя раму с грузозахватными узлами, установленную на раме емкость, состоящую из цилиндрической части и днищ. На цилиндрической части емкости размещены опорные кольца с составными бандажными кольцами, части каждого из которых соединены между собой посредством болтов, и седловые вставки, жестко скрепленные с бандажными кольцами и угловыми частями рамы. В стенке цилиндрической части емкости со стороны каждого днища выполнен кольцевой паз для крепления в нем опорного кольца. Каждое опорное кольцо имеет выполненный по наружной его поверхности паз с коническими поверхностями, а в каждом бандажном кольце по его внутренней поверхности выполнен кольцевой выступ с цилиндрическим центральным и коническими боковыми участками. Бандажные кольца установлены в кольцевом пазу опорного кольца. Котел контейнера цистерны и опорные кольца выполнены из одного и того же композиционного материала и полимерного связующего.
Недостатком данного технического решения является наличие кольцевого паза выполненного на концах обечайки, в котором размещаются элементы крепления котла контейнера-цистерны к его торцевым рамам. Обечайка в зоне кольцевых пазов имеет существенное уменьшение поперечного ее сечения. Поскольку котел контейнера-цистерны выполнен несущим и на зону кольцевых пазов приходятся существенные нагрузки, передаваемые от рамы контейнера-цистерны, при ее эксплуатации в зоне кольцевых пазов будут появляться высокие напряжения, близкие к критическим, которые могут привести к разрушению котла.
Наиболее близким техническим решением того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является контейнер-цистерна (Патент РФ №148712 от 30.07.2014 г.) включающий в себя цистерну, корпус которой состоит из цилиндрической обечайки, торцевых днищ, опорной соединительной юбки, кольцевых шпангоутов и представляет собой единую цельную конструкцию выполненную из композитного материала путем феламентной намотки ровинга, а также металлического силового каркаса состоящего из торцевых рам, продольных и поперечных балок соединенных между собой образуя замкнутый контур.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Недостатком технического решения описанного в прототипе, является сложность технологического процесса сборки изделия - стыковки соединительного кольца котла с замкнутым опорным кольцом торцевой рамы. На практике осуществить сборку изделия при данном конструктивном исполнении достаточно сложно, так как потребуется механическая обработка поверхности соединительного кольца для обеспечения соосности при стыковке соединительного кольца котла и опорного кольца торцевой рамы, что приведет к увеличению трудоемкости при производстве изделия.
Технической задачей разработки, на решение которой направлена полезная модель, является разработка конструкции контейнера - цистерны с такой схемой крепления цистерны из композитного материала к торцевым рамам силового рамного каркаса, которая могла бы обеспечить равномерную передачу нагрузок с цистерны на торцевые рамы без возникновения опасных концентраций напряжений, обеспечивала бы необходимую прочность и жесткость конструкции при эксплуатации, и была бы более технологичной по сравнению с конструкцией - прототипом, то есть позволила бы снизить издержки производства контейнеров за счет более простой технологии процесса сборки изделия, создание безопасного, комфортного проведения сварочных работ с учетом того, что соединению подлежат материалы, имеющие различные физические свойства.
В связи с жесткими требованиями к проектированию конструкции данного изделия предъявляемые стандартом ИСО 1161 и ГОСТ Р 51891 Регистром Судоходства, точности установки и закрепления цистерн в силовом каркасе уделяется особое внимание.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается за счет соединения корпуса цистерны с силовым пространственным каркасом.
Для решения указанной задачи в контейнер-цистерне включающий в себя цистерну, корпус которой состоит из цилиндрической обечайки, торцевых днищ, опорной соединительной юбки, кольцевых шпангоутов и представляет собой единую цельную конструкцию выполненную из композитного материала путем феламентной намотки ровинга, а также металлического силового каркаса состоящего из торцевых рам, продольных и поперечных балок соединенных между собой образуя замкнутый контур. Корпус цистерны соединен с торцевой рамой посредством сопряжения между собой наружной поверхности его опорной соединительной «юбки» и внутренней поверхности двух полуколец одно из которых приварено в нижней части торцевой рамы, а второе к соединительной панели закрепленной в верхней части торцевой рамы, при этом соединительная панель выполнена из двух листов, на каждом из которых установлены элементы жесткости в направлении от фитинга к центру, а в местах контакта композиционного материала с металлом имеется прокладка.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения от наиболее близкого к нему, является наличие соединительной панели закрепленной в верхней части торцевой рамы, выполненной из двух листов, на каждом из которых установлены элементы жесткости в направлении от фитинга к центру, а соединение с цистерной выполнено с помощью двух полуколец, одно из которых приварено к нижней части торцевой рамы, а второе к соединительной панели, кроме того в местах контакта композиционного материала с металлом имеется прокладка из кремнеземного материала.
Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели обусловили создание новой конструкции соединения цистерны из композитного материала с металлическим силовым каркасом, что позволило упростить технологию процесса сборки изделия, комфортное проведение сварочных работ и возможность применения более простой технологической оснастки для выполнения жестких требований габаритных размеров, установленных нормативной документацией для проектирования изделий данного вида, тем самым снизить трудозатраты.
Благодаря наличию совокупности этих признаков при осуществлении сборки изделия обеспечивается наиболее высокая технологичность монтажа конструкции с возможностью выполнения жестких требований габаритных размеров, которые предусмотрены ИС01161 и ГОСТ Р 51891 и Регистра Судоходства, а также создание безопасного, комфортного проведения сварочных работ т.к. температурный режим сварки не позволяет вести сварочные работы в непосредственной близости к композиционному материалу.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил совокупность признаков отличающих заявленное техническое решение. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 -контейнер-цистерна, общий вид;
фиг. 2 - торцевая рама с приваренным полукольцом;
фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 2;
фиг. 4 - контейнер-цистерна, разрез А-А;
фиг. 5 - соединительная панель;
фиг. 6 - соединительная панель, элемент жесткости;
Контейнер - цистерна (фиг. 1) состоит из цистерны корпус 1 которой состоит из цилиндрической обечайки 2, торцевых днищ 3, опорной соединительной «юбки» 4, кольцевых шпангоутов 5 и выполненную из композитного материала путем феламентной намотки ровинга, а также металлического силового каркаса 6, состоящего из торцевых рам 7, продольных 8 и поперечных балок 9 соединенных между собой образуя замкнутый контур. Корпус 1 цистерны соединен с торцевыми рамами 7 посредством двух полуколец 8, которые охватывают своей внутренней поверхностью наружную поверхность опорной соединительной «юбки». Одно полукольцо приварено в нижней части торцевой рамы 7 (фиг. 2, 3), на которое устанавливается корпус цистерны. Второе кольцо приваривается к соединительной панели 10 (фиг. 4, 5), а затем устанавливается на наружную поверхность опорной соединительной юбки, после чего приваривается к верхней части торцевой рамы по периметру соединительной панели (фиг. 5). Такое конструктивное исполнение позволяет упростить технологию сборки изделия, выполнить сварочные работы не допуская повышения температуры в местах соединения корпуса цистерны и полукольца и возможность обеспечить выполнение жестких допусков предусмотренных нормативной документацией, что в свою очередь обеспечивает надежность конструкции при ее эксплуатации. Соединительная панель (фиг. 5) выполнена из двух листов, на каждом из которых установлены элементы жесткости 11 (фиг. 6) в направлении от фитинга к центру. В местах контакта композиционного материала с металлом имеется прокладка 12 (фиг. 7) из кремнеземного материала, что обеспечивает минимальный зазор между контактирующими поверхностями и смягчить контакт поверхностей трения разнородных материалов, а также в случае пожара ограничить передачу тепла от металла к котлу из композита.
В настоящее время на заявленную конструкцию разработана техническая документация и изготовлен опытный образец для проведения всесторонних испытаний.