Железнодорожная цистерна
RAILWAY TANK CAR

Изобретение относится к вагонам-цистернам для перевозки и кратковременного хранения вязких и затвердевающих продуктов, а именно к теплообменным элементам, устанавливаемым в железнодорожных цистернах для подогрева содержащихся в них вязких и застывающих продуктов, а также может быть использовано в контейнерах-цистернах и стационарных емкостях.
Известен вагон-цистерна для затвердевающих продуктов, содержащий котел, на наружной поверхности которого расположена система нагрева в виде приваренных на его поверхности с двух сторон в нижней его части змеевиков коробчатого сечения, объединенных общим коллектором (см. патент США №3228466, кл. 165-169). Система нагрева, выполненная в виде наварных змеевиков коробчатого сечения на наружной поверхности котла, является малоэффективной, т.к. поверхность, отдающая тепло продукту в котле, меньше поверхности, направленной в противоположную сторону от котла. Кроме того, изготовление таких змеевиков требует значительных материальных, энергетических и трудовых затрат.
Известна цистерна для затвердевающих продуктов (см. патент РФ №2202505, B65D 88/74, B61D 5/00), содержащая котел с установленными внутри него теплообменниками, каждый из которых состоит из заглушенной с одного конца трубы и расположенной внутри нее укороченной трубы меньшего диаметра, расположенной по центральной ее оси и центрируемой опорными кронштейнами. Труба установлена в котле разъемно с помощью фланцевого соединения, в котором закреплена укороченная труба и выполнено отверстие в нижней его части. Укороченная труба, расположенная по оси трубы и предназначенная для подвода теплоносителя (пара), и отверстие, предназначенное для отвода теплоносителя, соединены с соответствующими коллекторами. Недостатком такой конструкции является неэффективность применения жидких теплоносителей. При применении парообразного теплоносителя подводящий канал должен располагаться выше отводящего. При применении жидкого теплоносителя, например, горячей воды, дифенильной смеси и др., подводящий канал располагается как можно ниже отводящего, располагаемого максимально выше. В описанной конструкции подводящий канал (укороченная труба) расположен по центральной оси трубы, при этом жидкий теплоноситель заполняет пространство до располагаемого по оси трубы канала (укороченной трубы) и по нему выходит наружу, пространство выше расположенного по центру канала останется без омывания жидким теплоносителем, а, следовательно, площадь трубы, не заполненная жидким теплоносителем, становится малоэффективной.
Наиболее близким техническим решением является железнодорожная цистерна для вязких нефтепродуктов (см. патент РФ №2171766, B65D 88/00, B65D 88/74, B61D 5/00), установленная на платформе, которая содержит два закрытых торцовых днища, цилиндрическую обечайку цистерны с выпускным клапаном, расположенным в нижней части ее между закрытыми торцовыми днищами, и нагревательное устройство. Последнее расположено внутри в нижней части цистерны и выполнено из труб подогрева, вмонтированных в один из торцов котла и расположенных по всей его длине. При этом внутри каждой трубы подогрева расположены трубки подвода пара с отверстиями в шахматном порядке для выхода пара, а трубы подогрева соединены с внешней стороны торца котла коллекторами для подвода пара и слива конденсата, причем трубы подогрева установлены на опорах с уклоном в сторону входа пара и выхода конденсата. Штуцер слива конденсата установлен под углом 20° к коллектору слива конденсата. Недостатком такой конструкции является невозможность применения жидких теплоносителей.
Задачей изобретения является создание железнодорожной цистерны с нагревательным устройством позволяющим применять как парообразные теплоносители, так и жидкие с эффективным отбором их тепла.
Технический результат настоящего изобретения заключается в том, что предлагаемое нагревательное устройство позволяет в зависимости от имеющегося теплоносителя в пункте разгрузки применять как парообразные теплоносители, так и жидкие с эффективным отбором тепла от указанных теплоносителей.
Технический результат достигается тем, что железнодорожная цистерна, установлена на платформе и содержит два торцевых днища, цилиндрическую обечайку и нагревательное устройство, расположенное в нижней части цистерны и выполненное из труб подогрева, вмонтированных в одно из торцевых днищ цистерны и расположенных по всей ее длине. Трубы подогрева соединены с внешней стороны котла с верхним коллектором и нижним коллектором и установлены на опорах наклонно в сторону нижнего коллектора, коллекторы оснащены штуцерами. Цистерна дополнительно оборудована отводным коллектором, расположенным с противоположной стороны от нижнего коллектора, причем отводной коллектор 3
связан с трубами подогрева и установлен выше них, а также оборудован отводной трубкой и штуцером для выхода теплоносителя. Верхний коллектор для подвода пара или жидкого теплоносителя и нижний коллектор для слива конденсата или для подвода жидкого теплоносителя оборудован одним и более штуцерами, причем штуцеры на коллекторах могут располагаться как на продольной оси котла вагона, так и быть выведенными на одну или обе стороны котла. Нижний коллектор для слива конденсата или для подвода жидкого теплоносителя может быть закреплен, как на котле цистерны, так и на раме платформы.
Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что цистерна дополнительно оборудована отводным коллектором, расположенным с противоположной стороны от нижнего коллектора для слива конденсата, причем отводной коллектор связан с трубами подогрева и установлен выше них, а также оборудован отводной трубкой и штуцером для выхода теплоносителя. Верхний коллектор для подвода пара и нижний коллектор для слива конденсата могут быть оборудованы одним и более штуцерами. В свою очередь штуцеры на коллекторах могут располагаться как на продольной оси котла вагона, так и быть выведенными на одну или обе стороны котла. Нижний коллектор для слива конденсата может быть закреплен, как на котле цистерны, так и на раме платформы.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид цистерны; на фиг. 2 - вид А на теплообменную систему с торца цистерны с вариантом расположения коллектора для слива конденсата на раме вагона; на фиг. 3 - сечение Б-Б на виде А, вид на отдельно расположенные в котле трубы теплообмена, их соединение с коллекторами и трубу отвода теплоносителя; на фиг. 4 - аксонометрия системы теплообмена - вариант исполнения с 6-ю трубами теплообмена и расположением коллектора слива конденсата на раме вагона.
Железнодорожная цистерна 1 (фиг. 1), состоит из цилиндрической обечайки 2, двух торцовых днищ 3, загрузочного люка (на фиг. не показано), сливного устройства (на фиг. не показано) и установлена на платформу 4, оборудованную в свою очередь ходовыми частями, тормозом и ударно-тяговыми устройствами (на фиг. не показано).
Внутри, в нижней части цистерны 1 в продольном направлении размещено нагревательное устройство 5, которое выполнено из n труб подогрева 6, одним концом соединенных герметично с одним из торцевых днищ 3 цистерны 1 и расположенных по всей его длине.
Трубы подогрева 6 соединены с внешней стороны одного из торцовых днищ 3 цистерны 1 с верхним коллектором 7 посредством патрубков 8 и с нижнимколлектором 9 посредством патрубков 10 или гибких рукавов 10. В свою очередь на верхнем коллекторе 7, служащим для подвода пара и жидкого теплоносителя, установлен штуцер 11. На нижнем коллекторе 9, служащим как для слива конденсата, так и для подвода жидкого теплоносителя, установлен как минимум один штуцер 12, но в случаи производственной необходимости можно установить и более одного штуцера.
Трубы подогрева 6 установлены в цистерне 1 в специальных опорах 13. соединенных жестко с цистерной 1 и крепятся к ним с помощью хомутов. При этом трубы подогрева 6 установлены на опорах 13 с уклоном в сторону входа теплоносителя и выхода конденсата.
Внутри цистерны 1 с противоположной стороны от нижнего коллектора 9 трубы подогрева 6 соединены посредством патрубков или рукавов 14 с отводным коллектором 15, который расположен выше труб 6 и оборудован штуцером 16 для выхода теплоносителя. Для удобства обслуживания штуцер 16 может быть выведен на ту же сторону, что и штуцеры 11,12 посредством отводной трубки 17. Штуцера на коллекторах 11, 12 и 16 могут располагаться как на продольной оси цистерны 1, так и быть выведенными на одну или обе ее стороны. Для удобства в обслуживании коллектор 9 может быть закреплены как на цистерне 1, так и на раме платформы 4. В случае расположения коллектора на раме, соединение коллектора с трубами 6 осуществляется гибкими рукавами 10.
Железнодорожная цистерна с устройством подогрева работает следующим образом. В зависимости от имеющегося теплоносителя в пункте разгрузки в коллектор 7 посредством штуцера 11 подают пар или жидкость.
При применении парового теплоносителя его подача осуществляется через штуцер 11 в коллектор 7, из которого он поступает в трубы подогрева 6 через патрубки 8, пар заполняет весь объем труб 6 отдавая тепло через их стенки продукту, излишки пара переходят в отводной коллектор 15 и из него через отводную трубку 17 отводятся из теплообменника через штуцер 16. Образующийся при теплообмене конденсат из труб 6 самотеком отводится в коллектор 9 и через штуцер 12 отводится из системы.
При применении жидкого теплоносителя его подача может быть осуществлена как через штуцер 11 в коллектор 7, так и через штуцер 12 в коллектор 9. Жидкость заполняет весь объем труб 6 и отводится из нагревательного устройства 5 через штуцер 16. Слив жидкости после окончания разогрева проводится самотеком через штуцер 12.