КОТЕЛ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции котла вагонов-цистерн.
И
звестна железнодорожная цистерна (патент РФ № 175367), которая содержит котел, собранный из обечайки и днищ, содержащий поперечные и продольные швы, усиленный охватывающими наружную поверхность котла составными шпангоутами, жестко соединенными на котле. Для вывода мест стыков частей составных шпангоутов из зон наибольших эксплуатационных напряжений, возникающих в участках котла в районе центральной горизонтальной плоскости котла и в нижнем районе в центральной вертикальной продольной плоскости котла, места стыков составных шпангоутов расположены под углами от центральной вертикальной плоскости котла в нижней и верхней его точках, выдержанными, соответственно, в диапазонах от 38° до 50° и не менее 50°, и на расстоянии S, измеренном по дуге по поверхности котла от поперечных и продольных сварных швов котла, составляющем не менее 100 мм. При этом места стыков составных шпангоутов подкреплены усиливающими элементами.
Недостатком технического решения (патент РФ № 175367) является то, что шпангоуты выполнены охватывающими котел вагона-цистерны по всему периметру, что влечет за собой уменьшение полезного объема котла из-за невозможности максимально приблизить стенки котла к железнодорожному габариту, а также к увеличению металлоемкости, в том числе из-за того, что составные шпангоуты подкреплены усиливающими элементами.
Известен вагон-цистерна (патент РФ № 203401), включающий раму, ходовую часть, автосцепное оборудование, котел, содержащий обечайку, два днища, шпангоуты, при этом шпангоуты выполнены укороченной длины, при этом их нижние края смещены вверх от горизонтальной оси котла на величину H, находящуюся в диапазоне от 0,00125Dн до 0,16Dн, а ширина, где заканчиваются и максимально выступают шпангоуты, не превышает наружного диаметра котла Dн. Шпангоуты выполнены составными как минимум из двух частей. Сечение одной части составного шпангоута увеличено или уменьшено в 1,25 раза по сравнению с сечением второй части шпангоута. Одна часть составного шпангоута вставлена во вторую часть шпангоута.
Недостатком вагона-цистерны (патент № 203401) является его высокая металлоемкость.
Вагон-цистерна (патент № 203401) выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, является повышенный расход металла и обусловленный этим повышенные массогабаритные характеристики котла вагона-цистерны.
Технический результат, достигаемый полезной моделью - снижение металлоемкости котла вагона - цистерны при сохранении его прочности, повышение уровня унификации (универсальности) конструктивных элементов котла, в частности шпангоутов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в котле железнодорожного вагона-цистерны, содержащем обечайку, два днища, шпангоуты, выполненные укороченной длины, согласно полезной модели шпангоуты выполнены из коррозионностойкого биметаллического материала, при этом плотность материала одного слоя меньше, чем плотность материала второго слоя.
Каждый шпангоут может быть выполнен с поперечным уголковым сечением.
Каждый шпангоут может быть выполнен из двух биметаллических листов, образующих стороны уголкового профиля шпангоута и соединенных в вершине посредством сварки.
Каждый шпангоут изготовлен из коррозионного биметаллического материала, в котором материалом одного слоя является сталь, а материалом другого слоя является алюминий.
Каждый шпангоут изготовлен из коррозионного биметаллического материала, в котором материалом одного слоя является стальной сплав, а материалом другого слоя является алюминиевый сплав.
Каждый шпангоут изготовлен из коррозионного биметаллического материала, в котором материалом одного слоя является сталь, а материалом другого слоя является алюминиевый сплав.
Каждый шпангоут изготовлен из коррозионного биметаллического материала, в котором материалом одного слоя является стальной сплав, а материалом другого слоя является алюминий.
Шпангоут выполнен их коррозионностойкого биметаллического материала, у которого один слой выполнен из материала, соответствующего материалу обечайки котла, при этом указанный слой шпангоута обращен к обечайке котла и соединен с ней.
Каждый шпангоут может быть изготовлен из биметаллического листа.
Каждый шпангоут может быть изготовлен из гнутого биметаллического листа с образованием уголкового профиля.
Известно, что металлоемкость и масса конструктивных элементов, изготовленных из биметалла, у которого один слой выполнен из материала с меньшей плотностью, чем материал другого слоя, меньше, чем металлоемкость таких же конструктивных элементов, изготовленных из металла одного вида при одних и тех же значениях прочности и надежности.
Соответственно, изготовление шпангоутов котла вагона-цистерны из такого биметаллического материала позволит снизить металлоемкость шпангоутов и котла в целом. При этом сохраняется надлежащая прочность и надежность шпангоутов, а также сохраняется надежность котла при воздействии на него нагрузок.
Повышение унификации (универсальности) обеспечивается тем, что материал шпангоутов можно выбирать из спектра материалов, наиболее типичных для изготовления котлов вагонов-цистерн, например, из алюминия и стали.
В случае, если котел изготовлен из стали, шпангоут размещают на обечайке котла таким образом, чтобы стальной слой шпангоута был обращен к обечайке котла и соединялся с ней, например, посредством сварки.
В случае, если котел изготовлен из алюминия, шпангоут размещают на обечайке котла таким образом, чтобы алюминиевый слой шпангоута был обращен к обечайке котла и соединялся с ней, также, например, посредством сварки.
Это позволит обеспечить унификацию (универсальность) шпангоутов при сохранении надежности котла (по сравнению с конструкциями, в которых котел и шпангоуты изготовлены из одного материала) за счет исключения гальванической (электрохимической) коррозии, возникающей на стыке двух разных металлов.
Унификация (универсальность) шпангоутов заключается в том, что для котлов, изготовленных из разных материалов (как правило, из алюминия/алюминиевого сплава или из стали/стального сплава) можно использовать одни и те же шпангоуты.
В качестве коррозионностойкого биметаллического материала, у которого плотность материала одного слоя меньше, чем плотность материала другого слоя, можно применять биметалл (биметалл из алюминия и железа) (патент РФ № 2368475), или биметалл, состоящий из стали и алюминия (биметалл «алюминий-сталь» марки КБМ-1; источник: http://www.crism-prometey.ru/science/aluminium/bimetall-aluminum-steel-kbm-1.aspx).
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид котла вагона - цистерны.
На фиг. 2 изображен поперечный разрез шпангоута.
Позиции на чертежах:
1 - котел;
2 - обечайка;
3 - днища;
4 - шпангоуты;
5 - первый слой материала шпангоута;
6 - второй слой материала шпангоута.
Котел 1 содержит обечайку 2, два днища 3, шпангоуты 4, выполненные укороченными. Шпангоуты 4 расположены на обечайке 2 аналогично, как в наиболее близком аналоге. Шпангоуты 4 выполнены из биметаллического листа. Шпангоуты могут быть изготовлены из двух биметаллических полос, сваренных между собой тавровым или нахлесточным сварным швом с образованием уголкового профиля (угол составляет 90°). Каждый шпангоут 4 выполнен из двух биметаллических полос, образующих стороны уголкового профиля шпангоута и соединенных в вершине посредством сварки. Котел 1 выполнен из алюминия. При этом шпангоуты 4 выполнены из биметалла, в котором один слой выполнен из алюминия и имеет меньшую плотность, чем другой слой, изготовленный из стали. Шпангоут 4 размещен на обечайке 2 таким образом, чтобы его слой из алюминия был обращен к обечайке и соединен с ней посредством сварки.
Изготовление шпангоутов из биметалла позволило снизить их металлоемкость на 10% при сохранении прочности и надежности конструкции котла не меньших, чем у наиболее близкого аналога. Снижение металлоемкости шпангоутов обуславливает снижение соответствующего параметра котла.
В случае необходимости применения шпангоутов из биметалла «сталь-алюминий» на конструкциях котлов из стали, шпангоуты необходимо устанавливать на обечайку таким образом, чтобы его стальной слой был обращен к обечайке и соединен с ней.
Соединение шпангоутов с обечайкой котла может осуществляться любым известным способом, например, как в наиболее близком аналоге.
Отсутствие электрохимической коррозии в местах контакта шпангоутов и обечайки котла позволяет сохранить прочность и надежность котла такие же, как у наиболее близкого аналога.
Изготовление шпангоутов из слоев, каждый из которых выполнен из материала, наиболее характерном для изготовления котлов (например, алюминий и сталь), позволяет изготавливать котлы вагонов-цистерн с использованием одних и тех же шпангоутов, располагая их на котле соответствующим образом (указанным выше).