ВАГОН-ЦИСТЕРНА

Полезная модель относится к грузовым вагонам железнодорожного транспорта, в частности к конструкции вагонов-цистерн.
Известен четырехосный вагон-цистерна модели 15-1597, предназначенный для перевозки аммиака (Справочное пособие «Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов». М.: Издательство стандартов, 1993. стр. 68, табл. 5.1), конструкция которого содержит котел со сливо-наливным оборудованием, выполненный в виде горизонтальной емкости, состоящей из обечайки и двух днищ и опирающийся через элементы конструкции на ходовые тележки, а также содержит автосцепные устройства и тормозное оборудование. Котел данного вагона-цистерны изготовлен из стали марки 09Г2С 12-й категории, минимальное гарантированное значение предела текучести которой при толщине листов цилиндрической части обечайки 24 мм и днища 25 мм составляет 305 МПа.
Известен четырехосный вагон-цистерна модели 15-1519, предназначенный для перевозки углеводородных газов (Справочное пособие «Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов». М.: Издательство стандартов, 1993. стр. 69, табл. 5.1), конструкция которого содержит котел со сливо-наливным оборудованием, выполненный в виде горизонтальной емкости, состоящей из обечайки и двух днищ и опирающийся через элементы конструкции на ходовые тележки, а также содержит автосцепные устройства и тормозное оборудование. Котел данного вагона-цистерны также изготовлен из стали марки 09Г2С 12-й категории, минимальное гарантированное значение предела текучести которой при толщине листов цилиндрической части обечайки 24 мм и днища 25 мм составляет 305 МПа.
2
Для изготовления котлов вагонов-цистерн применяется сталь по ГОСТ 5520-79 (ранее ГОСТ 5520-69), в соответствии с требованиями которого подтверждение соответствия стали 12-й категории по ударной вязкости производится при температуре минус 40°C. Для толщин свыше 20 мм значение ударной вязкости KCU при температуре минус 40°C должно составлять не менее 34 Дж/см. Таким образом, применение стали 12-й категории позволяет эксплуатировать вагон-цистерну до температуры минус 40°C с обеспечением устойчивости к хрупкому разрушению.
В настоящее время все грузовые вагоны, в том числе вагоны-цистерны, предназначенные для эксплуатации на территории Российской Федерации, проектируются с обязательным использованием сталей 14-й категории, что позволяет эксплуатировать вагоны до температуры минус 60°C с обеспечением устойчивости к хрупкому разрушению.
Общим недостатком указанных вагонов-цистерн является их большая масса тары, обусловленная использованием в качестве материала котла стали с относительно невысоким минимальным гарантированным значением предела текучести, что, для обеспечения необходимых прочностных характеристик котла, вызывает потребность выполнять его стенки достаточно толстыми, что повышает металлоемкость котла, а, соответственно, и массу тары вагона-цистерны.
Известны четырехосные вагоны-цистерны производства компании GATX, предназначенные для перевозки сжиженных газов, например, модели 7598, 7299, 7399 (http://www.gatx.eu/en/fleet/pressure-gas-cars/), конструкция которых содержит котел со сливо-наливным оборудованием, выполненный в виде горизонтальной емкости, состоящей из обечайки и двух днищ и опирающийся через элементы конструкции на ходовые тележки, а также содержит автосцепные устройства и тормозное оборудование. Котлы данных вагонов-цистерн изготовлены из стали P460NL2 (http://www.mit.gov.it/mit/mop_all.php?p_id=14904, Pag. 16 и Foto 43), минимальное гарантированное значение предела текучести которой при толщине листов до 16 мм составляет 460 МПа, при толщине от 16 мм до 40 мм - 445 МПа (EN 10028-3:2003). Использование стали с повышенным пределом текучести позволяет выполнить стенки котла меньшей толщины и, следовательно, уменьшить массу тары вагона-цистерны. При этом минимальная температура подтверждения соответствия данной стали по ударной вязкости составляет минус 50°C, а минимально допустимая температура эксплуатации данных вагонов-цистерн составляет минус 40°C.
Недостатком вышеуказанных вагонов-цистерн производства компании GATX является недостаточно низкая для нашей страны минимально допустимая температура их эксплуатации - минус 40°C, и применение для котла вагона-цистерны стали, обеспечивающей устойчивость к хрупкому разрушению до температуры минус 50°C. Данные обстоятельства ограничивают возможность применения данных вагонов-цистерн в регионах с температурами до минус 60°C.
Технической проблемой является значительная масса тары вагонов-цистерн, эксплуатирующихся до температуры минус 60°C.
Задачей полезной модели является уменьшение массы котла вагона-цистерны для перевозки сжиженных газов с сохранением его объема, необходимого запаса прочности и сопротивления усталости с обеспечением возможности его эксплуатации при температурах до минус 60°C.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в уменьшении массы тары вагона-цистерны для перевозки сжиженных газов при сохранении внутреннего полного объема котла, благодаря чему достигается увеличение его грузоподъемности и повышение технико-экономических показателей.
2
2
2
Технический результат достигается тем, что вагон-цистерна для перевозки сжиженных газов содержит котел со сливо-наливным оборудованием, выполненный в виде стальной емкости, состоящей из обечайки и двух днищ, и опирающийся через элементы конструкции в виде рамы или полурамы на ходовые тележки, также содержит автосцепные устройства и тормозное оборудование, при этом обечайка имеет толщину стенок менее 20 мм, а котел выполнен из стали, обладающей минимальным гарантированным значением предела текучести не менее 390 МПа и ударной вязкостью KCU при температуре минус 60°C не менее 29 Дж/см, например, из стали, содержащей в массовых долях в качестве основных легирующих элементов углерод 0,05-0,15%, кремний 0,1-0,4%, марганец 1,3-1,8%, никель не более 0,5%, азот не более 0,006%, алюминий 0,015-0,05%, титан 0,01-0,02%, молибден не более 0,5%. Также может быть использована сталь повышенного класса прочности, обладающая минимальным гарантированным значением предела текучести не менее 390 МПа и ударной вязкостью KCU при температуре минус 60°C не менее 29 Дж/см, содержащая в массовых долях в качестве основных легирующих элементов углерод 0,05-0,15%, кремний 0,1-0,4%, марганец 1,3-1,8%, никель не более 0,5%, азот не более 0,006%, алюминий 0,015-0,05%, титан 0,01-0,02%, ванадий 0,005-0,1%, ниобий 0,005-0,05%. Благодаря применению в качестве материала котла стали с пределом текучести не менее 390 МПа достигается уменьшение толщины стенок котла при сохранении его объема и, соответственно, снижение его массы при сохранении необходимого запаса прочности и сопротивления усталости, что уменьшает и массу тары вагона-цистерны. При этом обеспечение ударной вязкости KCU при температуре минус 60°C не менее 29 Дж/см дает возможность эксплуатации вагона-цистерны до данной температуры с обеспечением устойчивости к хрупкому разрушению котла.
Так, при использовании стали 09Г2С с минимальным гарантированным значением предела текучести 305 МПа в качестве материала котла, например, вагона-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов, перевозимых под давлением в котле 2,3 МПа, стенки обечайки котла для обеспечения требуемых прочностных характеристик в настоящее время выполняют толщиной 20-22 мм, а днищ - 22-28 мм. При использовании стали с минимальным гарантированным значением предела текучести 390-470 МПа толщина стенок обечайки котла при обеспечении требуемых прочностных характеристик может составлять менее 20 мм, например, 14 мм, а днищ - менее 26 мм, например, 20 мм, что позволит уменьшить массу котла на 5-7 тонн. Таким образом, благодаря применению стали с увеличенным минимальным гарантированным значением предела текучести достигается сокращение металлоемкости котла и уменьшение его массы при сохранении объема, а, следовательно, и уменьшение массы тары вагона-цистерны, что обеспечивает повышение его технико-экономических показателей.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом, где показан общий вид конструкции вагона-цистерны.
2
Вагон-цистерна содержит котел 1 со сливо-наливным оборудованием 2, выполненный в виде стальной емкости, состоящей из обечайки 3 и двух днищ 4 и опирающийся через элементы конструкции 5 на ходовые тележки 6, а также содержит автосцепные устройства 7 и тормозное оборудование 8. При этом котел 1 выполнен из стали повышенного класса прочности, обладающей минимальным гарантированным значением предела текучести не менее 390 МПа и ударной вязкостью KCU при температуре минус 60°C не менее 29 Дж/см и обечайка имеет толщину стенок менее 20 мм.
2
Предлагаемая полезная модель может быть осуществлена следующим образом. Для изготовления котла вагона-цистерны выбирают сталь с минимальным гарантированным значением предела текучести не менее 390 МПа и ударной вязкостью KCU при температуре минус 60°C не менее 29 Дж/см, содержание в массовых долях основных легирующих элементов в которой может быть, например, следующим: углерод 0,05-0,15%, кремний 0,1-0,4%, марганец 1,3-1,8%, никель не более 0,5%, азот не более 0,006%, алюминий 0,015-0,05%, титан 0,01-0,02%, молибден не более 0,5%, или, например, следующим: углерод 0,05-0,15%, кремний 0,1-0,4%, марганец 1,3-1,8%, никель не более 0,5%, азот не более 0,006%, алюминий 0,015-0,05%, титан 0,01-0,02%, ванадий 0,005-0,1%, ниобий 0,005-0,05%. Расчетным методом устанавливают требуемую толщину стенок обечайки и днищ котла, при этом применение стали с минимальным гарантированным значением предела текучести не менее 390 МПа, позволяет изготавливать стенки обечайки толщиной менее 20 мм. Из выбранной стали формируют обечайку котла и два днища котла с толщиной стенок, определенной расчетом. Обечайку и днища соединяют вместе, тем самым формируя стальную емкость - котел. На котле закрепляют сливо-наливное и другое необходимое оборудование. Котел через элементы конструкции опирают на ходовые тележки, закрепляют автосцепное и тормозное оборудование. В результате получают вагон-цистерну, обладающий уменьшенной массой тары, повышенной грузоподъемностью и, в итоге, повышенными технико-экономическими показателями, эксплуатация которого возможна до температуры минус 60°C. Вагон-цистерна может быть использован при перевозке сжиженных газов, таких как углеводородные газы и аммиак.