ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНАЯ ЦИСТЕРНА
RAILWAY EXPLOSION-PROOF TANK

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу и касается цистерн для транспортировки застывающих и кристаллизующихся продуктов, в частности для перевозки карбамидоформальдегидной смолы, карбамидоформальдегидного концентрата, а также для перевозки легковоспламеняющихся, токсичных и едких жидкостей.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является железнодорожная цистерна (патент РФ на ПМ №57729 - прототип), содержащая котел, выполненный из цилиндрической обечайки и двух торцевых днищ, люк, предохранительно-впускной клапан, сливное устройство, расположенное в нижней части цилиндрической обечайки, подогревательный кожух, расположенный в нижней части котла, причем цилиндрическая обечайка котла снабжена теневой защитой, которая расположена и жестко закреплена по обе стороны от люка, а угол охвата теневой защитой цилиндрической обечайки котла составляет 150-160°, а зазор между ними выполнен равным 50-60 мм, при этом теневая защита выполнена съемной.
Недостатком прототипа является отсутствие системы взрывобезопасности на железнодорожной цистерне.
Технически достижимый результат - повышение взрывобезопасности железнодорожной цистерны при перевозках легковоспламеняющихся, взрывоопасных жидкостей.
Это достигается тем, что в железнодорожной взрывобезопасной цистерне, содержащей котел, выполненный из цилиндрической обечайки и двух торцевых днищ, люк, предохранительно-впускной клапан, сливное устройство, расположенное в нижней части цилиндрической обечайки, подогревательный кожух, расположенный в нижней части котла, причем цилиндрическая обечайка котла снабжена теневой защитой, которая расположена и жестко закреплена по обе стороны от люка, угол охвата теневой защитой цилиндрической обечайки котла составляет 150-160°, а зазор между ними выполнен равным 50-60 мм, при этом теневая защита выполнена съемной, согласно изобретению дополнительно установлено взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе, монтируемым в люке-лазе, и содержащим корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, а разрывной элемент состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом концы проволоки вставляются в отверстия барабанов и затем наматываются на них, а зазор h между вилками составляет порядка (1,5÷3) от диаметра проволоки, а параметры клапана находятся в следующих оптимальных интервалах величин: c=H/Dy=2,5÷3,0, где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса защищаемого объекта; H - высота клапана в сборе, при этом на проволоке разрывного элемента закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства оповещения об аварийной ситуации, а проволока разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, выполнена упругой и имеет несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.
Железнодорожная взрывобезопасная цистерна (фиг. 1), установленная на платформе 1, содержит котел 2, который выполнен из цилиндрической обечайки 3 и двух закрытых торцевых днищ 4, люк-лаз 5, предохранительно-впускной клапан 6, сливное устройство 7, расположенное в нижней части цилиндрической обечайки 3 между торцевыми днищами 4. Цилиндрическая обечайка 3 котла снабжена теневой защитой 8, которая расположена и жестко закреплена по обе стороны от люка-лаза 5, при этом угол охвата теневой защитой 8 цилиндрической обечайки 3 котла 2 составляет 150°-160°. Причем зазор между теневой защитой 8 и цилиндрической обечайкой 3 котла 2 выполнен равным 50-60 мм. Теневая защита 8 выполнена съемной, что обеспечивается за счет крепления уголков через платик 10 к цилиндрической обечайке 3. Вокруг люка-лаза 5 установлены помосты и наружная лестница 9 по обе стороны котла 2.
Предлагаемая конструкция цистерны с теневой защитой и подогревательным кожухом позволяет более эффективно использовать подвижной состав, сокращая время простоев при разгрузке цистерны и, соответственно, обеспечивает экономию тепла и энергоносителей за счет уменьшения времени разогрева перевозимых грузов, и одним из важных моментов является сохранение качества груза при транспортировке в летний период.
Предложенная конструкция железнодорожной цистерны позволила решить основные проблемы, связанные с транспортировкой карбамидоформальдегидной смолы, карбамидоформальдегидного концентрата и сохранением их качества.
Для повышения безопасности перевозок цистерна снабжена взрывозащитным устройством с индикатором безопасности (фиг. 2 и 3), которое размещается в люке-лазе 5 цистерны.
Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе устанавливается на корпус 11 (фиг. 2) защищаемого объекта (цистерны) и содержит футерованный грузовой затвор, выполненный в виде двух слоев: слоя футеровки 20, перекрывающей отверстие диаметром Dy в корпусе 11 защищаемого объекта, и насыпного грузового слоя 12 в виде щебня, гравия или песка. Корпус клапана 13 выполнен в виде нижней конической и верхней цилиндрической части, в которой размещены  теплоизоляционный элемент 14 и герметизирующая мембрана 15, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки 16, шарнирно соединенной с рычагом 18, взаимодействующим с отбойником 17.
Узел 19 крепления разрывного элемента (фиг. 3) в виде проволоки закреплен своей верхней частью на рычаге 18, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса 13 клапана. Узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки 26, стопорного болта 21, вилки 22, рычага 23 крышки клапана, гайки 24 и двух барабанов 25, расположенных соответственно в вилке 22 рычага 23 крышки клапана и в вилке верхней цилиндрической части корпуса 13 клапана. Концы проволоки 26 вставляются в отверстия барабанов 25 и затем наматываются на них при их вращении обычным гаечным ключом. После достаточного натяжения проволоки барабаны 25 фиксируются стопорными болтами 21.
На проволоке 26, в ее средней (на чертеже не показано, т.е.,  как в прототипе), свободной от крепежа, части закреплен индикатор безопасности 27 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 28, а выход тензоусилителя 28 соединен с входом устройства оповещения 29 об аварийной ситуации.
Возможен вариант выполнения проволоки (фиг. 3) разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, упругой и имеющей несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.
Важно заметить, что давление срабатывания клапана зависит только от прочности проволоки 26 и не зависит от силы ее натяжения. Чтобы срабатыванию клапана не предшествовали большие пластические деформации проволоки, ее длина, а следовательно, и зазор h должны быть минимальными. Зазор h должен быть порядка (l,5÷3)d, где d - диаметр проволоки. Чтобы крепление концов проволоки было надежным и не допускало их вытягивания из отверстий в барабане, на него должно быть намотано не менее трех витков. Откидная крышка 16 через рычаг 18 удерживается в закрытом положении при разрывном элементе 19, роль которого выполняет проволока калиброванного сечения. Для полной герметизации клапана используется мембрана 15 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Под действием давления в защищаемом аппарате мембрана прижимается к крышке и таким образом через рычаг 18 все усилие от давления передается на шарнир рычага и разрывную проволоку 19. Сама же мембрана при этом оказывается практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана (разрыв проволоки 19) существенного влияния не оказывает. В этом смысле мембрана не является расчетным элементом: конструкции взрывного клапана.
Если в защищаемой цистерне происходят процессы при высоких температурах, то для тепловой защиты мембраны 15 и других деталей клапана предусмотрены два уровня теплоизоляции. Первый из них представляет собой грузовой затвор 12, футерованный огнеупорным материалом, а второй - минеральную вату, асбестовую крошку или другой термостойкий пористый материал 14, уложенный в корзину из металлических прутьев или полос. Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: c=H/Dy=2,5÷3,0,
где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; Н - высота клапана в сборе.
Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе работает следующим образом.
Давление в защищаемой цистерне воздействует на крышку 16, так как затвор 12 перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься, а теплоизоляционный слой 14 порист.
При срабатывании клапана крышка 16 отбрасывается до упора в отбойники 17, засыпка 1 2 и теплоизоляционный элемент 14 потоком газа выбрасываются из полости клапана. При этом срабатывает индикатор безопасности 27 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 28 сигнала, а затем на устройство оповещения 29 об аварийной ситуации.
В случае, когда повышение давления в объекте незначительное, то крышка 16 все равно приподнимается, но уже без выброса потоком газа засыпки 12 и теплоизоляционного элемента 14, т.е. возникает предъаварийная ситуация, то индикатор безопасности 27 срабатывает, и устройство оповещения 29 сигнализирует обслуживающему персоналу о нарушении технологического процесса и необходимости принятия предупреждающих аварию мер.
После окончания сброса газов затвор и крышка опускаются вниз и закрывают сбросное отверстие клапана. При этом герметичность клапана полностью не восстанавливается, однако интенсивный подсос воздуха из атмосферы в полость защищаемого аппарата, который может вызвать вторичный взрыв в оборудовании, исключается.
После срабатывания клапана и устранения причин, вызвавших взрыв в оборудовании, клапан должен быть восстановлен, т.е. необходимо в корзину уложить теплоизоляционный слой.