Котел для хранения и перевозки грузов

Полезная модель относится к емкостям для перевозки и хранения преимущественно жидких грузов железнодорожным или автомобильным транспортом.
Известно, по совокупности существенных признаков, наиболее близкое техническое решение - котел для хранения и перевозки жидких грузов, состоящий из днищ и как минимум из пяти царг, включающих плоские вставки, при этом центральная царга имеет прямоугольные вставки, отличающийся тем, что как минимум четыре царги, расположенные между центральной царгой и днищами, выполнены переменного сечения, торцевые царги имеют треугольные плоские вставки, а царги, расположенные между центральной и торцевой царгами, имеют трапециевидные плоские вставки (RU 204444 U1, МПК B61D 5/00, B60P 3/22, опубл. 25.05.2021).
Недостатком данного котла является большое количество царг и недостаточная грузоподъемность, вызванная, с одной стороны, недостаточным использованием габарита для размещения перевозимого груза при перевозке железнодорожным транспортом, а с другой отсутствием параметров толщины, применяемых листов, при изготовлении котла увеличенного объема. Данный недостаток вызван конструкцией котлов с размерами, недостаточно приближенными к размерам железнодорожного габарита в верхней части в районе днищ и торцевых царг.
Известен котел, снабженный вставкой постоянной ширины, размещенной по всему периметру котла между верхними и нижними частями обечайки и днищ и выполненной постоянной ширины на всем своем протяжении (RU 204138 U1, МПК B61D, опубл. 11.05.2021).
Недостатком такого выполнения котла является недостаточная грузоподъемность, вызванная, с одной стороны, недостаточным использованием габарита для размещения перевозимого груза при перевозке железнодорожным транспортом, а с другой отсутствием параметров толщины, применяемых листов, при изготовлении котла увеличенного объема. В частности, не используется пространство в районе нижней средней части котла.
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является недостаточная грузоподъемность, вызванная недостаточным использованием габарита при перевозке груза перевозке железнодорожным транспортом отсутствием параметров толщины, применяемых листов, при изготовлении котла увеличенного объема.
Техническим результатом является увеличение грузоподъемности котла за счет увеличения полезного объема котла, при обеспечении его надежности.
3
Указанный технический результат достигается тем, что котел включает днища и обечайку, жестко соединенные между собой, выполнен из металлического сплава, при этом днища и обечайка имеют вставки между своими верхними и нижними частями, согласно полезной модели вставки днищ выполнены постоянной высоты Н1, а вставка обечайки выполнена переменной высоты Н2, при этом высота Н2 вставки обечайки выполнена больше, чем высота Н1 вставок днищ, а объем котла находится в диапазоне от 90 до 127 м, толщина обечайки, днищ и вставок в обечайке и днищах котла находится в диапазоне 8-20 мм, при этом вставка днища и вставка обечайки выполнены толщиной, не менее толщины днища и обечайки соответственно.
В настоящей заявке под вставкой понимается участок котла, расположенный между верхней и нижней частью обечайки или днища, за счет которого произведено увеличение диаметра и объема котла.
Обечайка может быть выполнена из царг.
Высота Н1 вставки днищ может находиться в диапазоне 50-500 мм.
Высота Н2 вставки обечайки может находиться в диапазоне 51-1500 мм.
Вставки обечайки могут быть выполнены плоскими.
Вставки обечайки могут быть выполнены вальцованными.
Вставка в обечайке, выполненная по линии перехода, может являться продолжением обечайки.
Вставка может быть выполнена по линиям перехода, расположенным между переходными участками и вставкой.
С обечайкой может быть жестко соединен отдельный элемент, включающий, вставку, выполненную по линиям перехода с образованием переходных участков.
Элемент может быть жестко соединен с обечайкой сваркой.
В качестве элемента может быть вальцованный лист.
В качестве элемента может быть плоский лист.
Сопряжение вставки с переходными участками может быть выполнено гибкой или штамповкой.
Сопряжение переходных участков может быть выполнено жестким соединением, например, сваркой.
Вставки и переходные участки могут быть выполнены как одинаковой, так и различной по отношению друг к другу высоты.
Переходные участки вставки могут быть выполнены плоскими или вальцованными.
Вставка в днище, может быть выполнена штамповкой заодно с днищем.
Вставка в обечайке, образованная посредством переходных участков, может быть выполнена гибкой или штамповкой в составе обечайки.
Линиями перехода может определяться контур вставки.
Вставка может являться отдельным элементом.
Вставка может быть жестко соединена с обечайкой сваркой.
Вставка может быть жестко соединена с днищем сваркой.
Переходные участки могут продолжать дугообразный контур обечайки.
Переходные участки расположены между линией перехода и основным телом обечайки или днища.
Переходные участки расположены между линией перехода, а соответственно и вставкой обечайки, и линией жесткого соединения элемента с телом обечайки или днища.
Отдельный элемент в одной царге может включать в себя по меньшей мере одну вставку обечайки, по меньшей мере две линии перехода и по меньшей мере два переходных участка.
Вставка в обечайке может быть выполнена равной или превышающей толщину обечайки.
Вставка в обечайке может быть выполнена равной или превышающей толщину днища.
Вставка в днище может быть выполнена равной или превышающей толщину днища.
Вставка в днище может быть выполнена равной или превышающей толщину обечайки.
Вставка может быть выполнена цельной.
Вставка может быть выполнена составной.
Вставка может быть выполнена составной, причем части вставки обечайки на разных участках выполненной различной по отношению друг к другу высоты.
Вставка может быть выполнена составной, причем вставка обечайки включает по крайней мере один составной элемент переменной высоты.
Вставка может быть выполнена составной, причем вставка обечайки включает один элемент постоянной высоты.
Вставка может быть выполнена составной, причем вставка обечайки включает один элемент постоянной высоты и элементы переменной высоты.
В проекции на продольную вертикальную плоскость котла вставка может быть выполнена по большей части на одном расстоянии относительно центральной продольной оси котла по его длине.
Расстояние в проекции на продольную вертикальную плоскость от продольной оси котла до вставки может быть выполнено переменным.
Вставка на разных участках по длине котла может быть выполнена различной формы.
Вставка, а также переходные участки вставки, на разных участках по длине котла могут быть выполнены формой, которая приближена к контурам геометрических фигур.
В частности, форма вставки, а также переходных участков вставки может быть приближена к форме трапеции.
В частности, форма вставки, а также переходных участков вставки может быть приближена к форме прямоугольника.
В частности, форма вставки, а также переходных участков вставки может быть приближена к форме параллелограмма.
Обечайка может содержать по крайней мере одну царгу.
Котел может быть выполнен из стали.
Котел может быть выполнен из алюминиевого сплава.
Днища и обечайка могут быть жестко соединены между собой сваркой.
Высота Н2 вставки обечайки может быть выполнена больше, чем высота Н1 вставок днищ по крайней мере на одном проценте длины обечайки.
При использовании стали в качестве металлического сплава достаточным является выполнение обечайки, днищ и вставок в обечайке и днищах котла толщиной, находящейся в диапазоне 8-14 мм.
При использовании в качестве металлического сплава алюминиевого сплава, рекомендовано выполнять толщину обечайки, днищ и вставок в обечайке и днищах котла в диапазоне 10-20 мм.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен котел со вставкой обечайки, являющейся отдельным элеменом; на фиг. 2 представлено поперечное сечение котла, разрезы А-А, Б-Б; на фиг. 3 представлен котел со вставками днищ и обечайки, являющимися переходными участками основных элементов котла; на фиг. 4 и 5 представлены котлы со вставками, являющимися отдельными элементами, включающими в себя переходные участки.
Котел (фиг. 1) включает днища 1 и обечайку 2, выполненную переменной высоты. Днища 1 и обечайка 2 соединены между собой жестким соединением, например, сваркой. Для повышения грузоподъемности увеличен объем котла и по всему его периметру выполнены вставки 3, размещенные между верхними и нижними частями обечайки 2 и днищ 1.
Вставку 3 можно подразделить на участки, где вставка 3.1 - участок вставки 3, расположенный в днищах 1, вставка 3.2 - участок вставки 3, расположенный в обечайке 2. Вставка 3.1 днищ 1 выполнена постоянной высоты Н1, а вставка 3.2 обечайки 2 выполнена переменной высоты Н2.
Высота Н2 вставки 3.2 в обечайке 2 больше высоты Н1 вставок 3.1 в днищах 1, то есть Н2>Н1, причем достаточным является выполнение высоты Н2 вставки 3.2 обечайки 2 больше высоты Н1 вставки 3.1 днищ 1 по крайней мере на одном проценте длины обечайки 2. Исключением может быть зона сопряжения обечайки 2 с днищами 1, так как при соединении обечайки 2 с днищами 1 сваркой встык высота Н2 вставки 3.2 обечайки 2 в месте соединения будет равна Н1 вставки 3.1 днища 1, то есть в указанной зоне Н2=Н1.
3
Высота Н1 вставки 3.1 днищ 1 может находиться в диапазоне 50-500 мм, высота Н2 вставки 3.2 обечайки 2 может находиться в диапазоне 51-1500 мм. Выполнение обечайки 2 переменной высоты со вставкой 3.2 высотой большей, чем высота вставки 3.1 днищ 1, причем больше хотя бы в одной выбранной точке, в которой высота Н2 вставки 3.2 в обечайке будет больше высоты Н1 вставки 3.1 в днище 1 и в которой высота Н2 вставки 3.2 будет увеличиваться по направлению от вставки 3.1 днищ 1 к выбранной зоне обечайки 2, при этом высота Н2 будет всегда больше высоты Н1 вставки 3.1 за исключением зоны сопряжения, что уже приведет к увеличению объема котла, а соответственно к повышению его грузоподъемности, относительно выбранного аналога. Объем котла при таком исполнении будет находиться в диапазоне 90-127 м.
Значения для Н1 не менее 50 мм выбраны расчетным путем, так как изготовление котла со вставкой 3.1 высотой Н1 менее 50 мм не приводит к необходимому увеличению полезного объема.
Значения для Н2 не менее 51 мм выбраны также расчетным путем с учетом параметров Н1, таким образом, что нижний параметр Н2 не может быть меньше Н1, так как не будет достигнут заявленный технический результат.
Причем при выполнении вставки 3.1 высотой Н1 более 500 мм и вставки 3.2 высотой Н2 более 1500 мм не получится применить заявленный котел в качестве котла вагона-цистерны, так как своими параметрами он не впишется в заданный габарит железнодорожного подвижного состава.
Вставка 3.2 обечайки 2 может быть плоской или гнутой формы, например, методом вальцевания, в таком случае вставки 3.2 будут вальцованными.
В настоящей заявке жирными линиями обозначены места жесткого соединения вставки 3 с днищами 1 и с обечайкой 2 (фиг. 1) или жесткого соединения переходного участка, расположенного между вставкой и обечайкой 2/днищами 1 с обечайкой 2 и днищами 1 (фиг. 4, 5), а тонкими линиями линии перехода 4 от вставки 3 к основным элементам котла (днищ, обечайки) (фиг. 3-5).
Вставка 3 (вставка 3.1 в днищах 1 и вставка 3.2 обечайки 2) может быть отдельным элементом, жестко соединенным, например, сваркой, непосредственно с обечайкой 2/днищами 1, как это представлено на фиг. 1, может быть частью днищ 1 и обечайки 2, причем вставка 3.1, выполненная по линии перехода 4 в днище 1 при изготовлении выполняется штамповкой заодно с днищем 1, а вставка 3.2 в обечайке 2, выполненная по линии перехода 4, является продолжением обечайки (фиг. 3) или жесткого соединенного с обечайкой 2 элемента 6, например, вальцованного листа, с образованием переходного участка 5 (фиг. 4, 5), причем жесткое соединение этого элемента 6 с обечайкой 2 выполнено не по линии перехода 4 и не на вставке 3, а расположено на расстоянии от них. При этом линии перехода 4 являются определяющими контур вставки 3, а переходные участки расположены между линией перехода 4 и соответственно вставки 3.2 и линией жесткого соединения элемента 6 с корпусом обечайки 2. Стоит отметить, что переходные участки будут продолжать дугообразный контур обечайки. При такой реализации элемент 6 в царге будет включать в себя по меньшей мере одну вставку 3.2, по меньшей мере две линии перехода 4 и по меньшей мере два переходных участка 5. Таким образом из составного элемента 6 обечайки посредством линий перехода 5 образованы вставки 3.2 благодаря которым возможно обеспечивать приближение поперечного сечения котла к контуру габарита железнодорожного подвижного состава, увеличивая тем самым полезный объем котла, а соответственно и его грузоподъемность.
Описанные примеры имеют место быть, а предпочтительность выбора вставки 3, которая является отдельным элементом или же элементом 6, являющегося частью основных элементов котла, образованной линиями перехода 4 с образованием переходных участков 5, определяется расчетным путем применительно к конкретному котлу с заданными для него параметрами. При выборе необходимо руководствоваться характеристиками надежности, которые должны быть присущи котлу.
При этом очевидным является, что повышение грузоподъемности в конечном итоге определяется к способности котла переводить больше груза, на что непосредственным образом влияет как объем котла, так и плотность перевозимого груза и, соответственно, возможность его выдерживать.
Котел, а соответственно и его составные элементы, выполнены из металлического сплава, например, из стали или алюминиевого сплава, а толщина обечайки 2, днищ 1 и вставок 3.2 и 3.1 в обечайке 2 и днищах 1 котла находится в диапазоне 8-20 мм, при этом вставка 3.1 днища 1 и вставка 3.2 обечайки 2 выполнены толщиной, не менее толщины днища 1 и обечайки 2 соответственно. Также вставка 3.2 в обечайке 2 может быть выполнена равной или превышающей толщину днища 1, а вставка 3.1 в днище 1 может быть выполнена равной или превышающей толщину обечайки 2.
Этим решением обеспечена надежность котла увеличенного объема, выражающаяся в его способности выдерживать перевозимый груз с большей плотностью, то есть увеличена грузоподъемность котла. так как выполнение вставок толщиной менее указанной может привести к разрыву вставки, деформации и повреждению котла, а соответственно к невозможности выдержать нагрузку от напорного воздействия перевозимого груза.
При использовании стали достаточно будет выполнения обечайки 1, днищ 2 и вставок 3.1 и 3.2 в обечайке 1 и днищах 2 котла толщиной, находящейся в диапазоне 8-14 мм, а при выполнении из алюминиевого сплава, например, из 1565ч, рекомендовано выполнять толщину обечайки 1, днищ 2 и вставок 3.1 и 3.2 в обечайке 1 и днищах 2 котла в диапазоне 10-20 мм.
При использовании вставок, являющихся отдельным элементом при соединении с котлом сваркой рекомендовано выдерживать установленные нормативной документацией размеры между швами - не менее 100 мм.
По отношению к наиболее близкому аналогу исключена составная часть вставки, выполняющая функцию ребра жесткости, тем самым упрощается изготовление и улучшается технологичность изготовления такого котла, но применение при изготовлении котла стенок обечайки 2 и днищ 1 и вставок 3.1 и 3.2 указанной толщины с выдерживанием толщины вставок 3.1 и 3.2 относительно толщин днищ 1 и обечайки 2 позволяет обеспечить сохранение необходимой прочности котла, то есть данным решением обеспечена надежность котла увеличенного объема, который может перевозить и выдерживать больше груза.
Вставка 3 может быть, например, цельной или составной. Вставка 3.2 обечайки 2 может быть выполнена цельной переменной высоты или составной, причем части вставки 3.2 обечайки 2 на разных участках по длине обечайки 2 выполнены различной по отношению друг к другу высоты: постоянной и/или переменной, например, включающей элемент постоянной высоты и элементы переменной высоты или включать по крайней мере один элемент переменной высоты.
Если смотреть на котел в проекции на продольную вертикальную плоскость, то контур вставки 3 может быть выполнен по большей части на одном расстоянии относительно центральной продольной оси котла по длине котла или же расстояние в проекции от продольной оси котла до контура вставки может быть переменным.
Вставка 3 на разных участках может быть выполнена различной конфигурации, то есть формой, которая может быть приближена к контурам геометрических фигур, например, формой, приближенной к прямоугольной, трапециевидной.
Обечайка 2 содержит по крайней мере одну царгу, при необходимости их может быть больше.
3
Примером может служить котел, представленный на фиг. 1, содержащий днища 1 и обечайку 2, выполненную из трех царг, вставку 3 расположенную по всему периметру котла, по большей части на одном расстоянии от горизонтальной продольной оси котла. Если смотреть на котел в проекции на продольную вертикальную плоскость, вставка 3.2 выполнена составной и содержит пять элементов: два в днищах 1 (по 1 в каждом из днищ), один в центральной царге 3.2.2, два в крайних царгах 3.2.1 (по одному в каждой царге 3.2.1). Составные участки вставки 3, а именно вставка 3.1 в днищах 1 и вставка 3.2 в обечайке 2 являются отдельными элементами, причем каждый составной элемент вставки 3.2 приварен к царге, в которой он расположен, а составной участок вставки 3.1 приварен к днищу 1. Составная часть вставки 3.1 в днищах 1 выполнена постоянной высоты Н1=220 мм и в развертке имеет форму, приближенную к прямоугольной, составная часть вставки 3.2 обечайки 2 в крайних царгах 3.2.1 выполнена переменной высоты Н2, находящейся в диапазоне 220-740 мм и имеет форму, приближенную к трапециевидной, часть вставки 3.2 в центральной царге 3.2.2 выполнена высотой Н2=740 мм и формой, приближенной к прямоугольной. Таким образом объем котла составит 106 м. При этом котел будет иметь следующие значения параметров: длина котла 11400 мм, длина центральной царги 4000 мм, радиус котла 1600 мм.
Для обеспечения надежности котла с описанными выше параметрами его корпус изготовлен из сплава на основе металла, при этом если котел выполнен из алюминиевого сплава, толщина обечайки котла составляет 10-12 мм, толщина днищ 1 составляет 12 мм, толщина вставки 3.2 в днищах 1 котла составляет 12 мм, толщина вставки 3.1 в обечайке составляет 12мм, а при выполнении котла из стали толщина обечайки котла составляет 8-10 мм, толщина днищ составляет 10 мм, толщина вставки 3.2 в днищах 1 котла составляет 10 мм, толщина вставки 3.1 в обечайке составляет 10 мм.
3
3
3
При использовании указанных параметров объем котла и перевозимого груза составит 106 м, то есть изготовление котла с предложенными решениями приводит к увеличению объема перевозимого груза по сравнению с аналогом на 3 м, а по сравнению с котлом цилиндрической формы увеличение составляет 13 м. Вместе с этим выбранными толщинами для составных элементов котла обеспечена возможность выдерживать нагрузку от груза, размещаемого в заявленном объеме.
3
На фиг. 3 представлен тот же котел, что и на фиг. 1, только разница в том, что составная вставка 3.2 обечайки является частью стенок обечайки 2 и образована по линиям перехода 4, а в днищах 1 вставка 3.2 выполнена при их штамповке. Составная часть вставки 3.1 в днищах 1 выполнена постоянной высоты Н1=250 мм, составная часть вставки 3.2 обечайки 2 в крайних царгах 3.2.1 выполнена переменной высоты Н2, находящейся в диапазоне 250-750 мм, часть вставки 3.2 в центральной царге 3.2.2 выполнена высотой Н2=250 мм, в этом случае объем котла составит 110 м, при этом котел будет иметь следующие значения параметров: длина котла 11400 мм, длина центральной царги 4000 мм, радиус котла 1625 мм. (Под радиусом понимается расстояние от центра до контура котла без учета высоты вставки 3.)
Данный котел также изготовлен из сплава на основе метала, при этом выполняя котел из алюминиевого сплава, толщина обечайки котла составляет 12-14 мм, толщина днищ составляет 14 мм, толщина вставки 3.2 в днищах 2 котла составляет 14 мм, толщина вставки 3.1 в обечайке составляет 14 мм.
3
3
3
При использовании указанных параметров объем котла и перевозимого груза составит 110 м, то есть изготовление котла с предложенными решениями приводит к увеличению объема перевозимого груза по сравнению с аналогом на 7 м, а по сравнению с котлом цилиндрической формы увеличение составляет 17 м. Вместе с этим выбранными толщинами для составных элементов котла обеспечена возможность выдерживать нагрузку от груза, размещаемого в заявленном объеме.
3
На фиг. 4 в котле применена составная вставка 3, причем составная часть вставки 3.1 вварена в днище 1, а в обечайку 2 на расстоянии от линий перехода 4 вварен отдельный элемент 6, который включает составную часть вставки 3.2 обечайки 2 и переходные участки 5, границей которых являются линии перехода 4, переходные участки расположены между вставкой 3.2 и листом обечайки 2, причем составная часть вставки 3.2, расположенная в каждой крайней царге 3.2.1, приближена по форме к трапеции, переходные участки 5, расположенные выше вставки 3.2, выполнены формой, приближенной к прямоугольникам, а переходные участки 5, расположенные ниже вставки 3.2, формой, приближенной к параллелограмму. Высота Н1 вставки 3.1 в днищах 1 составляет 220 мм, высота Н2 вставки 3.2 в обечайке 2 является переменной и изменяется от днищ 1 к центру котла от 200 мм до 600 мм, объем котла составляет 103 м, при этом его длина равна11400 мм, а радиус 1600.
На фиг. 5 в котле четыре царги, вставка 3 является составной, вставки 3.1 вварены в днища 1, а в обечайку 2 вварен отдельный элемент 6 на расстоянии от линий перехода 4, который включает составную часть вставки 3.2 обечайки 2 и переходные участки 5, границей которых являются линии перехода 4, переходные участки расположены между вставкой 3.2 и листом обечайки 2, причем составная часть вставки 3.2 и переходные участи 5, расположенные в каждой крайней царге 3.2.1, приближены по форме к прямоугольнику, составная часть вставки 3.2 расположенная в каждой крайней царге 3.2.1, приближена по форме к трапеции, переходные участки 5, расположенные выше вставки 3.2 выполнены формой, приближенной к прямоугольниками, а переходные участки 5, расположенные ниже вставки 3.2 формой приближенной к параллелограмму. В проекции на продольную вертикальную плоскость котла вставки 3.2 в царгах расположены по большей части на одном расстоянии от горизонтальной продольной оси котла.
Таким образом, заявленное техническое решение приводит к увеличению грузоподъемности котла за счет увеличения полезного объема котла при обеспечении его надежности, так как одновременно соблюдено как увеличение объема котла, так и способность перевозить с большей плотностью, а соответственно становится возможным перевозить/хранить в котле больше груза, при этом реализовано вписывание котла в заданный габарит железнодорожного подвижного состава.