Контейнер-цистерна

Заявляемая полезная модель относится к цистерне для хранения и транспортирования грузов и может быть использована на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте.
Известен контейнер-цистерна, включающий цилиндрический котел с днищами, каждое из которых через седловую опорную конструкцию присоединено к торцевой раме, имеющей строповочные уголки, причем по крайней мере один из седловых опорных элементов включает в себя первое кольцо, приваренное к цистерне, второе кольцо, которое выполнено в виде углового профиля с одним радиальным фланцем, приваренным к поверхности торцевой рамы, расположенной перпендикулярно к оси цистерны , и одним аксиальным фланцем, расположенным параллельно оси котла, и третье кольцо, вставленное между первым и вторым кольцами, отличающийся тем, что не менее чем одно днище котла в осевом направлении выступает за соответствующую торцевую раму, первое кольцо имеет аксиальный фланец, приваренный к цилиндрической части котла, и обращенный наружу радиальный фланец, третье кольцо имеет аксиальный фланец, расположенный параллельно аксиальному фланцу второго кольца, к которому он приварен, и радиальный фланец, расположенный параллельно радиальному фланцу первого кольца, с которым он соединен (RU №2021958, МПК B65D 88/12, опубл. 30.10.1994).
Недостатком известного технического решения аналога является использование большого количества элементов конструкции и сварных швов, что соответственно приводит к удорожанию конструкции, а также к сложности и трудоемкости при её производстве, к тому же применение большого количества сварных швов отрицательно сказывается на надежности конструкции.
Наиболее близким техническим решением является контейнер-цистерна для хранения и транспортировки жидкостей, включающий корпус из композитного материала в виде единой цельной конструкции, закрепленный с помощью полуколец, жестко связанных с опорными кольцами, в силовом каркасе, состоящем из торцевых рам, продольных и поперечных балок, соединенных между собой в замкнутый контур, отличающийся тем, что единая цельная конструкция включает монолитно выполненные обечайку, днища, арматурный отсек, опорные кольца, кольцевые шпангоуты и упоры, расположенные в зонах кольцевых шпангоутов для опоры корпуса цистерны на промежуточные продольные балки силового каркаса, при этом для увеличения жесткости силового каркаса между вертикальными стойками торцевых рам и нижними продольными балками силового каркаса, а также между нижними балками торцевых рам и нижними продольными балками силового каркаса попарно жестко закреплены металлические косынки, выполненные из листового металла, между нижними полукольцами и промежуточными продольными балками установлены листовые металлические закладные элементы, а на внутренней поверхности опорного кольца закреплена предохранительная лента (RU №179806, МПК B65D 88/12, опубл. 24.05.2018).
Недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточная надежность конструкции из-за отсутствия оптимизации возникающих напряжений в соединении котла с торцевыми рамами и правильного распределения нагрузки во время эксплуатации, а также выполнение корпуса из композитного материала приводит к её удорожанию.
Задачей полезной модели является создание конструкции контейнера-цистерны с оптимизированными возникающими напряжениями в соединении котла с торцевыми рамами и правильным распределением нагрузок во время эксплуатации, обеспечивающими достижение необходимых требований к надежности.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности контейнера-цистерны за счет оптимизации возникающих напряжений в соединении котла с торцевыми рамами и правильного распределения нагрузки во время эксплуатации контейнера-цистерны.
Указанный технический результат достигается тем, что контейнер-цистерна состоит из котла, включающего обечайку и днища, к которым примыкают соединительные кольца, продольных балок, торцевых рам, включающих раскосы, к внутренней стороне торцевых рам и раскосов присоединены опорные кольца, элементов крепления, скрепляющих соединительные кольца с опорными кольцами через размещенные на них отверстия,  при этом диаметр отверстий находится в диапазоне 16-50 мм, угол между соседними отверстиями и центром днища в верхней части котла составляет 24-45°, угол между соседними отверстиями и центром днища в нижней части котла составляет 15-24°.
1. Контейнер-цистерна;
2. состоящий из котла;
3. включающего обечайку;
4. днища;
5. к днищам примыкают соединительные кольца;
6. состоящий из продольных балок;
7. торцевых рам;
8. к внутренней стороне торцевых рам и раскосов присоединены опорные кольца;
9. включающих раскосы;
10. элементов крепления;
11. элементы крепления, скрепляют соединительные кольца с опорными кольцами через размещенные на них отверстия;
12. диаметр отверстий находится в диапазоне 16-50 мм;
13. угол между соседними отверстиями и центром днища в верхней части котла составляет 24-45°;
14. угол между соседними отверстиями и центром днища в нижней части котла составляет 15-24°;
15. закрепление соединительного кольца котла с опорным кольцом рамы может быть выполнено с помощью болтовых соединений;
16. закрепление соединительного кольца котла с опорным кольцом рамы может быть выполнено с помощью ШТОГ-соединений;
17. отверстия на соединительном кольце и опорном кольце выполнены идентичными;
18. отверстия соединительного кольца и опорного кольца расположены попарно, на одной прямой с центром днища;
19. отверстия соединительного и опорного колец могут находиться на одной прямой с горизонтальной осью котла;
20. отверстия относительно друг друга и горизонтальной оси котла могут быть размещены равномерно;
21. отверстия относительно друг дуга и горизонтальной оси котла могут быть размещены неравномерно;
22. отверстия относительно друг дуга и горизонтальной оси котла могут быть размещены закономерно;
23. размещение отверстий относительно друг дуга и горизонтальной оси котла может быть смешанного типа.
Признаки 1-11 являются общими с прототипом, признаки 12-14 являются существенными отличительными признаками полезной модели, признаки 15-23 являются дополнительными признаками, раскрывающими частные случаи реализации технического решения.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 –общий вид контейнера-цистерны; на фиг. 2 – отверстия соединительного и опорного колец; на фиг. 3 – вид с торца контейнера-цистерны.
Контейнер-цистерна (фиг. 1) состоит из котла 1, который включает в себя цилиндрическую обечайку 2 с торцевыми днищами 3, к которым по всему периметру посредством сварки примыкают соединительные кольца 4, а также оборудована сливо-наливным оборудованием 5. Контейнер-цистерна кроме того включает в себя продольные балки 6 и торцевые рамы 7, включающие в себя фитинги 8 и раскосы 9. К внутренней стороне торцевых рам 7 и к внутренней стороне раскосов 9 посредством сварки присоединены опорные кольца 10. Дополнительно на каждое опорное кольцо 10 в нижней части посредством сварки жестко закреплен усиливающий элемент 11, представляющий собой полукольцо.
Котел 1 закреплен с торцевыми рамами 7 посредством сопрягающихся между собой соединительных колец 4 котла 1 и опорных колец 10 торцевой рамы 7. Каждое соединительное кольцо 4 котла 1 и опорное кольцо 10 торцевой рамы 7 жестко скреплены между собой по всей длине сопряжения с помощью элементов крепления 12, в местах прохождения которых расположены проставки 13 (фиг. 3). Сопряжение может реализовываться, например, болтовым соединением, ШТОГ-соединением.
d
На каждом соединительном кольце 4 и опорном кольце 10 размещены отверстия 14 (фиг. 2 ), выполненные идентичными. Элементы крепления 12 устанавливают в отверстия 14 соединительного кольца 4 и опорного кольца 10 для надежного и прочного закрепления их между собой. Диаметр элементов крепления 12 выбран в соответствии с диаметром отверстий 14. Для свободного прохождения и закрепления элементов крепления 12 отверстия 14 расположены попарно, то есть у каждого отверстия 14 соединительного кольца 4 есть парное отверстие 14 опорного кольца 10, расположенное с ним и с центром днища 3 на одной прямой. Диаметр  отверстий 14 находится в диапазоне 16-50 мм.  В верхней части котла 1 угол α, образованный между соседними отверстиями 14 и центром днища 3 котла 1, составляет 24-45°. В нижней части котла 1 угол β, образованный между соседними отверстиями 14 и центром днища 3 котла 1 составляет 15-24°. При этом отверстия 14 соединительного 4 и опорного 10 колец могут находиться на одной прямой с горизонтальной осью котла 1. Размещение отверстий 14 относительно друг дуга и горизонтальной оси котла 1 может быть равномерномерное, неравномерное, закономерное или смешанного типа.
Применение диаметра отверстий более, а углов менее заявленного, может привести к нарушению целостности конструкции из-за высокой частоты выполненных отверстий с большим диаметром, а использование отверстий менее, а углов более заявленного приводит к недостаточной надежности контейнера-цистерны.
d
Выбор оптимального соотношения между диаметром  отверстий, для установки элементов крепления, предназначенных для закрепления соединительного кольца с опорным, и углами, образованныйми между центром днища и соседними отверстиями соединительного и опорного колец в верхней и нижней частях котла выявлен расчетным путем, так как влияет на надежность работы контейнера-цистерны.
Диаметр отверстий соединительного и опорного колец выбран в диапазоне 16-50 мм и углы выдержаны в верхней части котла 24-45° и нижней части котла 15-24°, потому что на соединение опорного с соединительным кольцом в процессе эксплуатации приходится большая часть воздействующих внешних нагрузок (динамические удары, инерция, динамические нагрузки и т.д.), а соответственно, чтобы оптимизировать параметры прочности, необходимо распределить возникающие напряжения по конструкции.
Расчеты показали, что предлагаемая конструкция контейнера-цистерны, заполненная до массы брутто, при железнодорожных операциях и в результате движения судна выдерживает:
- воздействие инерции содержимого цистерны как на саму цистерну, так и на соединения цистерны с рамой в условиях поперечного ускорения;
- внешнее продольное сжатие и растяжение под воздействием динамических нагрузок, вызываемых ускорением 2g;
- динамический удар в продольном направлении с перегрузкой не менее 4g для опасных грузов в течение промежутка времени, характерного для механических ударов, происходящих на железнодорожном транспорте.
Распределение максимальных напряжений по конструкции контейнера-цистерны не превышает допускаемых значений напряжений при штабелировании, подъеме за четыре верхних или нижних угловых фитинга, закреплении в продольном или поперечном направлении, поперечном или продольном перекосе, динамическом воздействии в продольном направлении.
Примером использования полезной модели может быть изготовленный контейнер-цистерна в конструкции которого использованы отверстия с диаметрами 32 мм, при чем в верхней части котла реализовано 5 отверстий, угол, образованный между соседними отверстиями и центром днища составляет 37,5°, а в нижней части котла реализовано 7 отверстий, угол, образованный между соседними отверстиями и центром днища составляет 22,5°.
Данное исполнение позволяет добиться оптимизации возникающих напряжений в соединении котла с торцевыми рамами и правильного распределения нагрузки во время эксплуатации, а соотвественно повысить надежность конструкции в целом.
По сравнению с известным техническим решением, предлагаемое повышает надежность соединения котла с торцевыми рамами за счет оптимизации возникающих напряжений и правильного распределения нагрузки во время эксплуатации, а соответственно повышает надежность всего контейнера-цистерны.