КОНТЕЙНЕР-ЦИСТЕРНА

Полезная модель относится к емкостям для перевозки и хранения взрывопожароопасных и агрессивных наливных грузов, в частности, нефтепродуктов, и может быть использована на автомобильном, железнодорожном и водном транспорте.
Известно, что элементы крепления рамных контейнеров-цистерн при статических и динамических нагрузках передают их от котла на раму контейнера через опорные элементы, соединяющие цистерну с нижними продольными балками. Поэтому при длительных эксплуатационных нагрузках в зонах наибольшей концентрации напряжений, в частности, местах примыкания опорных балок к котлу цистерны происходит накопление повреждений и образование усталостных трещин. Кроме того, часто при избыточных нагрузках опорные балки продавливают обечайку котла, что приводит к его деформации и последующему разрушению.
Известен контейнер-цистерна, содержащий цилиндрический котел с днищами, имеющий продольную ось, отсеки уровнемерно-дренажного устройства и запорной арматуры, две прямоугольные торцевые рамы, через центры которых проходит продольная ось контейнера, не совпадающая с продольной осью котла, имеющие верхние и нижние поперечины, вертикальные стойки с закрепленными по углам грузозахватными элементами, верхние и нижние диагональные распорки, соединяющие вертикальные стойки с поперечинами, переходные обечайки, связанные посредством сварного соединения с днищами и прямоугольными торцевыми рамами, попарно расположенные с каждой стороны котла четыре опорные балки, закрепленные на нижних углах торцевых рам и котла, контактные элементы, при этом цилиндрический котел размещен так, что продольная ось его расположена ниже и параллельно продольной оси контейнера, причем верхняя и нижняя поперечины и диагональные распорки каждой торцевой рамы смещены относительно центров грузозахватных элементов внутрь контейнера до совмещения в одну плоскость с боковыми поверхностями вертикальных стоек (RU №2194660 МПК B65D 88/12 опубл. 20.12.2002).
Конструкция известного контейнера-цистерны сложна в исполнении из-за большого количества дополнительных деталей. Наличие на емкости дополнительных опор увеличивает вес конструкции, вследствие чего возрастает рабочая нагрузка на опорные балки, что может привести к их разрушению при превышении эксплуатационных нагрузок, возникающем при продольных ускорениях. Кроме того, места контакта опорных балок и цилиндрической обечайки корпуса не имеют никакого усиления, кроме опорных подкладных пластин. Данное решение при знакопеременных транспортных нагрузках может привести к эффекту «мембраны» площади обечайки непосредственно примыкающих к зоне крепления опорных пластин, что при длительной эксплуатации может привести к накоплению усталостных напряжений и последующему разрушению силовой оболочки цистерны.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и принятым в качестве прототипа является контейнер-цистерна, содержащий цистерну с выпуклыми торцевыми днищами, две торцевые прямоугольные рамы, состоящие из стоек и поперечин, соединенных по углам угловыми фитингами, а по пролетам - диагональными распорками (RU №2207310 МПК B65D 88/00, B65D 88/12 опубл. 27.06.2003). Система крепления цистерны к торцевым рамам включает нижние опорные балки, расположенные попарно с каждой стороны цистерны, закрепленные одними концами на соответствующих угловых фитингах, другими - через подкладные элементы на цилиндрической части цистерны ниже ее горизонтальной оси симметрии в пределах зон, выбранных на поверхности цистерны с учетом минимизации силовых воздействий, вызванных внешними воздействиями на контейнер, на цистерну, нижние опорные балки и угловые фитинги торцевых рам. Каждая зона расположена между двумя образующими цилиндрической поверхности цистерны, соответствующими углам в 30° и 60° к горизонтальной оси симметрии цистерны, и ограничена в осевом направлении дугами двух окружностей, проходящих по цилиндрической поверхности цистерны на расстоянии от соответствующего углового фитинга, измеренном вдоль продольной оси цистерны, равном, соответственно, 0,8R и 1,2R, где R - наружный радиус цистерны.
В конструкции известного контейнера-цистерны зона закрепления нижних опорных балок на цилиндрической цистерне и зона приварки усиливающей накладки не имеет достаточного усиления для восприятия значительных продольных нагрузок. Соединение цистерны с торцевыми рамами выполнено только с помощью опорных балок, без какого-либо усиления места контакта опорных элементов и обечайки, что при длительной эксплуатации может привести к разрушению корпуса емкости.
Опыт эксплуатации контейнеров-цистерн показывает, что крепление опорных балок к котлу является одним из основных узлов, влияющих на надежность конструкции контейнера-цистерны. Интенсификация процесса контейнерных перевозок приводит к росту эксплуатационных нагрузок на контейнер-цистерну, и, в особенности, на его конструктивные элементы.
Технической задачей полезной модели является повышение прочности конструкции за счет обеспечения дополнительной жесткости силовых опорных элементов контейнера-цистерны и более равномерного распределения нагрузки в участках сопряжения нижних опорных балок с котлом.
Техническая задача решается тем, что в контейнере-цистерне, содержащем цилиндрический котел с днищами, две прямоугольные торцевые рамы, переходные обечайки, соединенные с днищами и торцевыми рамами, четыре нижние опорные балки, попарно расположенные с обеих сторон котла, сливно-наливной узел, верхние и нижние угловые грузозахватные фитинги, внешние подкладки в местах соединения нижних опорных балок и котла, что контейнер-цистерна дополнительно содержит силовые бандажные кольца или полукольца, расположенные с внутренней стороны котла и проходящие через участки сопряжения нижних опорных балок с котлом.
Силовые бандажные полукольца имеют угол охвата 150° по нижней полусфере цистерны.
Нижние опорные балки расположены под углом 14°-20° к продольной и 15°-21° к горизонтальной плоскости цистерны.
Техническая задача решается за счет более равномерного распределения нагрузки и снижения напряжения в балочных элементах силового пространственного каркаса контейнера-цистерны в местах примыкания опорных балок к котлу цистерны путем выбора оптимального угла крепления опорных балок к котлу цистерны и усиления места примыкания замкнутыми внутренними силовыми бандажными кольцами или полукольцами.
Данные признаки являются существенными, и их совокупность позволяет решить поставленную техническую задачу.
На фиг. 1 изображен контейнер-цистерна, в котором участки сопряжения опорных балок и котла усилены замкнутыми внутренними силовыми бандажными кольцами (вид сбоку).
На фиг. 2 изображен контейнер-цистерна, в котором участки сопряжения опорных балок и котла усилены замкнутыми внутренними силовыми бандажными кольцами (вид сверху).
На фиг. 3 изображен контейнер-цистерна, в котором участки сопряжения опорных балок и котла усилены разомкнутыми внутренними силовыми бандажными полукольцами (вид сбоку).
Контейнер-цистерна (фиг. 1) содержит цилиндрический котел (1) с днищами (2), две прямоугольные торцевые рамы (3), переходные обечайки (4), связанные с днищами (2) и торцевыми рамами (3) посредством сварного соединения, четыре нижние опорные балки (5), попарно расположенные с обеих сторон котла (1) под углом в диапазоне 14°-20° и 15°-21° к продольной и горизонтальной плоскости соответственно, две пары замкнутых внутренних силовых бандажных колец (6), проходящих через участки сопряжения нижних опорных балок (5) с котлом (1), сливно-наливной узел (7), расположенный в нижней части котла (1), верхние и нижние угловые грузозахватные фитинги (8), внешние сварные металлические подкладки (9) в местах сварного соединения нижних опорных балок (5) и котла (1). Подкладки размером 500*520 мм выполнены из однотипного с котлом материала и имеют толщину 10 мм. Продольная ось котла смещена вниз от продольной оси контейнера на 6 мм и параллельна ей для обеспечения большей устойчивости конструкции во время ее перемещения.
Расстояние между внутренними соседними силовыми бандажными кольцами одной пары составляет 350 мм, пары силовых элементов расположены симметрично относительно поперечной плоскости корпуса цистерны. Расположение колец обусловлено конечно-элементным расчетом.
Расстояние от соответствующего углового фитинга до плоскости, проходящей через центр крепления опорных балок, измеренное вдоль продольной оси цистерны, составляет 1350 мм.
Такое расположение опорных балок обусловлено двумя взаимно дополняющими условиями: корпус цистерны опущен максимально низко относительно горизонтальной плоскости, проходящей через центр торцевых рам, и опорная площадка, образованная срезом опорной балки, равна 370 мм, что позволяет равномерно распределить эту нагрузку по силовому каркасу.
Контейнер-цистерна закреплен в силовом пространственном каркасе балочной конструкции, включающем две прямоугольные торцевые рамы (3), соединенные верхними и нижними угловыми грузозахватными фитингами (8). В целях оптимизации и унификации условий штабелирования, перевозки и хранения контейнеров-цистерн габариты рамной конструкции строго регламентированы международными стандартами контейнерных перевозок.
При использовании контейнера-цистерны при щадящих эксплуатационных режимах котел контейнера-цистерны (1) оснащен вместо замкнутых внутренних силовых бандажных колец внутренними силовыми бандажными полукольцами (10) с углом охвата 150° по нижней полусфере цистерны, проходящими через зону сопряжения нижних опорных балок (5) с котлом контейнера-цистерны (1).
Отличительными особенностями заявляемого контейнера-цистерны от прототипа являются следующие признаки:
- угол наклона опорных балок к продольной и горизонтальной плоскости цистерны лежит в диапазоне 14°-20° и 15°-21° соответственно, что позволяет более равномерно распределить нагрузку на котел цистерны;
- наличие замкнутых силовых бандажных колец или полуколец, расположенных с внутренней стороны котла цистерны, проходящих через участки сопряжения нижних опорных балок с котлом, которые создают дополнительную жесткость при движении и обеспечивают более равномерное распределение нагрузок от опорных элементов конструкции и исключающих эффект «мембраны».
По сравнению с ближайшим аналогом (прототипом) заявляемый контейнер-цистерна обладает повышенной надежностью за счет использования оптимальной схемы размещения нижних опорных балок на цистерне и применения замкнутых внутренних силовых бандажных колец или полуколец, выбранных с учетом минимизации силовых воздействий на цистерну, вызванных внешними нагрузками на контейнер.
Указанная схема включает зоны, в пределах которых (и только в них) можно без ущерба для прочности и устойчивости конструкции закреплять нижние опорные балки и устанавливать внутренние силовые бандажные кольца или полукольца.
Исключение из конструкции внутренних силовых бандажных колец или полуколец, а также изменение их положения приводит к повышению напряженного состояния цистерны, снижению способности цилиндрической части корпуса цистерны к восприятию нагрузок.
Местоположение зон определено расчетным путем и подтверждено экспериментально путем нагружения натурного образца в соответствии с программой испытаний, включающей приложение к контейнеру-цистерне вертикальных, продольных и поперечных нагрузок, имитирующих эксплуатационные.
Полученные расчетные и экспериментальные результаты позволили локализовать зоны оптимального закрепления нижних опорных балок на котле ниже его горизонтальной оси и подтвердили целесообразность установки замкнутых внутренних силовых бандажных колец или полуколец.