Запорно-сливное устройство железнодорожной цистерны

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к железнодорожному транспорту и предназначена для использования в вагонах-цистернах, транспортирующих текучие грузы, в том числе высоковязкие и застывающие грузы и оборудованных запорно-сливными устройствами с тройной степенью защиты. Конструктивно тройная степень защиты предусматривает три последовательно установленные на сливном патрубке и независимо управляемые отдельными приводами запорные устройства - верхнее, промежуточное и нижнее. Наличие промежуточного запорного устройства не всегда позволяет при разгрузке вагона-цистерны полностью открыть проходное сечение сливного патрубка в средней его части.
Известны сливные устройства с промежуточным запорным органом, расположенным в средней части сливного патрубка между верхним затворами и нижним затвором (UA 8099, МПК B61D 5/00, опубл. 17.01.2005; RU 2289052, МПК F16K 27/07, F16K 39/02, F16K 31/51, опубл. 10.12.2006; RU 2154217, МПК F16K 27/07, опубл. 10.08.2000). Промежуточные запорные органы данных сливных устройств представляют собой поворотные дисковые затворы или заслонки, которые открывают просвет сливного патрубка, поворачиваясь вокруг своей оси с помощью приводов (органов управления), представляющих собой червячную передачу, либо карданный вал, либо шпиндель с маховиком.
Общим недостатком известных технических решений является то, что сами промежуточные запорные органы и их посадочные места расположены внутри полости сливного патрубка, поэтому они частично перекрывают полезное сечение сливного патрубка даже в процессе разгрузки цистерны, тем самым увеличивая время выгрузки груза.
Известно сливное устройство железнодорожной цистерны, состоящее из трех последовательно расположенных затворов с независимым друг от друга управлением: основного, выполненного в виде трехходового шарового запорного крана, состоящего из корпуса, расположенного во внутреннем объеме котла цистерны в зоне выходного окна, входные отверстия которого расположены на одной оси параллельной оси цистерны, подвижных в осевом направлении втулок, герметично установленных во входные отверстия корпуса, подпружиненных тарельчатыми пружинами, имеющими средства регулирования степени поджатая, неметаллических седел с тороидальными уплотнительными поверхностями, установленных в этих втулках, и расположенного между ними шарового запорного органа; дополнительного, представляющего собой откидную заглушку, размещенную на выходном патрубке сливного устройства, состоящую из крышки, имеющей канавку для установки неметаллического уплотнительного кольца с плоской уплотнительной поверхностью, поворотной скобы, на которой расположен нажимной винт с рукояткой; промежуточного, расположенного между корпусом основного затвора и выходного патрубка сливного устройства, выполненного в виде дискового затвора, заслонка которого установлена на шпиндель, являющийся осью поворота заслонки, расположенной перпендикулярно оси выходного патрубка сливного устройства и поперечно смещенной относительно этой оси, и рукоятки, установленной на конце шпинделя. Орган управления основным затвором, расположен снаружи цистерны в нижней ее части в зоне выходного окна. Для управления основным затвором шпиндель с установленным на нем маховиком и шестерня, установленная на шпиндель трехходового шарового запорного крана, кинематически соединены червячной передачей (RU 142675, МПК B61D 5/00, B65D 90/54, опубл. 27.06.2014).
Недостатком известного решения является то, что сливной патрубок при повороте заслонки промежуточного затвора вокруг своей оси в процессе разгрузки цистерны остается частично перегороженным, его проходное сечение заметно сужено заслонкой и шпинделем, на котором заслонка установлена внутри патрубка. Такая конструкция способствует замедлению скорости слива жидкости из цистерны, особенно вязких жидкостей.
Также известно сливное устройство, в котором в входной части сливной трубы установлены два, управляемые винтом и связанные между собой серьгой с распорной пружиной, седельные клапаны (SU 29850 А1. 30.04.1933).
Недостатками такого устройства являются: отсутствие жесткой поперечной связи нижнего клапана с верхним клапаном, что, в свою очередь, может привести к перекосу нижнего клапана относительно оси сливного патрубка и неплотному прижатию его к седлу; наличие серьги исключает возможность необходимого взаимного проворота нижнего клапана относительно верхнего клапана по оси сливного патрубка при работе устройства, что также может привести к деформации серьги.
Известно также сливное устройство железнодорожной цистерны, в котором промежуточный затвор выполнен в виде предохранительной пробки, при этом предохранительная пробка выполнена из полимерного материала и установлена под верхним затвором через упругий элемент, а на внутренней поверхности цилиндрического корпуса выполнен упорный буртик для сопряжения с кромкой предохранительной пробки (патент RU 180612 U1, 19.06.2018).
Недостатками такого устройства являются: применение полимерного материала пробки, который не обеспечивает необходимой прочности клапана с одновременным обеспечением эластичности кромки в зоне контакта с упорным буртиком для создания герметичности затвора; наличие упорного буртика внутри сливного патрубка, который уменьшает проходное сечение, создает препятствие протоку жидкости при сливе и вводу в сливной патрубок гидромонитора; отсутствие жесткой поперечной связи пробки с верхним клапаном, вследствие чего может происходить перекос пробки относительно оси сливного патрубка и неплотное прижатие ее к упорному буртику; отсутствие жесткой продольной, по оси сливного патрубка, связи пробки с верхним клапаном, что не позволяет произвести отрыв пробки от буртика в случае ее примерзания или прилипания.
Известно также запорно-сливное устройство железнодорожного вагона-цистерны, содержащее установленный в нижней части котла вагона-цистерны сливной патрубок с верхним и нижним запорными устройствами, размещенными на концах сливного патрубка, и промежуточным затвором, размещенным в средней части сливного патрубка с возможностью возвратно-поступательного перемещения при помощи привода управления. Промежуточный затвор кинематически соединен с приводом управления через редуктор. Промежуточной затвор выполнен в виде шиберной задвижки. Промежуточный затвор установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, отличном от направления оси сливного патрубка, с обеспечением в крайнем выдвинутом положении полного открытия проходного сечения сливного патрубка. Привод управления выполнен в виде ходового винта со штурвалом, закрепленным на его свободном конце. Редуктор выполнен зубчатым и коническим (RU 170721, МПК B61D 5/00, B65D 90/54, опубл. 04.05.2017).
Недостатками данного устройства, выбранного за прототип, являются: его габаритные размеры, что затрудняет его монтаж на цистерне; большой вес, что создает дополнительные напряжения от инерционных нагрузок в зоне присоединения сливного патрубка к котлу цистерны при движении вагона; сложность конструкции и ее обслуживание из-за наличия редуктора.
Задачей заявляемой полезной модели является достижение максимального полного открытия проходного сечения сливного патрубка без перекрытия его элементами затвора, осуществление привода внутреннего и промежуточного затвора от одной рукоятки при сливе-наливе цистерны, исключение крепления промежуточного затвора на сливном патрубке на удалении от стенки котла в целях снижения напряжений в зоне присоединения сливного патрубка к котлу цистерны.
Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных свойств конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что нижний клапан выполнен с меньшим диаметром, чем верхний клапан и имеет колонку, которая сопряжена с верхним клапаном. Упругий элемент между верхним и нижним клапанами может быть выполнен в виде цилиндрической пружины. Наличие упругого перемещения нижнего клапана вверх относительно верхнего клапана по оси сливного патрубка обеспечивает герметичное прижатие нижнего клапана к седлу сливного патрубка с постоянным, гарантированным усилием. Ограничение величины вертикального упругого перемещения нижнего клапана обеспечивается длиной колонки и способствует полному открытию сечения сливного патрубка. Помимо этого, нижний клапан снабжен уплотнительной манжетой из эластичного материала, например, из резины либо силикона, для плотного прижатия клапана к седлу и обеспечения герметичности затвора. Таким образом, обеспечивается надежная герметизация котла, а также беспрепятственная выгрузка цистерны на сливо-наливных эстакадах, оборудованных специальными сливо-наливными устройствами с телескопическими гидромониторами, что учитывает особенности инфраструктуры и расширяет технологические возможности полезной модели.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежом. Запорно-сливное устройство железнодорожной цистерны представляет собой нижний сливной патрубок 1 с установленным на нем нижним запорным устройством 5, выполненным в виде откидной крышки и внутренним запорным устройством 2, состоящим из двух клапанов - верхнего 3 и нижнего 4, расположенных друг над другом по оси сливного патрубка 1. В узле соединения клапана верхнего 3 и нижнего 4 имеется упругий элемент 6, выполненный, например, в виде пружины. Клапаны верхний 3 и нижний 4 снабжены эластичными манжетами 11, выполненными, например, из резины либо силикона, которыми они прижимаются каждый к своему седлу, обеспечивая герметичность цистерны. Привод клапанов внутреннего запорного устройства 2 осуществляется посредством ходового винта 8 с закрепленной на его свободном конце через соединительную штангу 9 откидной рукояткой 10, выполненной, например, в виде кривошипа. На нижнем клапане 4 внутреннего запорного устройства, выполненного из металла, установлена посередине, по оси сливного патрубка, колонка 12, которая сопряжена с верхним клапаном 3. Уплотнительная манжета 11 нижнего клапана 4 прижимается к седлу, являющемуся кольцевой кромкой сливного патрубка 1.
Запорно-сливное устройство работает следующим образом. Перед разгрузкой цистерны открывают нижнее запорное устройство 5 и присоединяют устройство для приема груза (не показано), при этом конструкция запорно-сливного устройства позволяет подсоединять установку нижнего слива нефти и нефтепродуктов железнодорожных вагонов-цистерн с гидромонитором типа УСНГ. Для открытия внутреннего запорного устройства 2 через открытый люк сверху цистерны вращением откидной рукоятки 10 производится подъем клапана верхнего 3, а при дальнейшем вращении рукоятки и клапана нижнего 4, после чего запорно-сливное устройство обеспечивает слив текучего груза из вагона-цистерны.
Закрывают запорно-сливное устройство в обратной последовательности. По сравнению с известным техническим решением, предлагаемое позволяет улучшить эксплуатационные свойства конструкции, а именно за счет наличия в верхнем запорном устройстве двух соединенных между собой клапанов позволяет полностью открыть сечение сливного патрубка с помощью одной рукоятки, расположенной сверху цистерны, а наличие упругой связи между клапанами позволяет обеспечить герметичность цистерны за счет стабильного поджатия нижнего клапана к нижнему седлу сливного патрубка и верхнего клапана к верхнему седлу сливного патрубка.
Полезная модель обеспечивает беспрепятственную выгрузку цистерны на сливо-наливных эстакадах, оборудованных специальными сливо-наливными устройствами с телескопическими гидромониторами, что учитывает особенности инфраструктуры и расширяет технологические возможности полезной модели, а именно, повышается надежность конструкции, снижается трудоемкость изготовления и обслуживания.