Контейнер-цистерна
TANK CONTAINER

Изобретение относится к емкостям для хранения и транспортирования жидкостей или сжиженных газов и может быть использовано на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте.
Емкость, используемую в качестве контейнера, оснащают торцевыми рамами с грузозахватными элементами, габариты которых строго регламентированы международными стандартами. При транспортировках с критическим продольным ускорением на рамы с закрепленными грузозахватными элементами воздействуют значительные усилия и изгибающие моменты, вызывающие в них высокие напряжения, которые могут привести к нарушению целостности емкости либо к ее необратимой деформации.
Продольные инерционные силы возникают при переходных режимах движения поезда, во время маневров и роспуска с горок, а также при колебаниях подергивания движущегося вагона в поезде. В этих случаях скорость движения вагона изменяется и на емкость с налитой в нее жидкостью действует инерционная сила, вызываемая ускорением (замедлением).
Поперечные и вертикальные инерционные силы возникают вследствие того, что кузов вагона с грузом во время движения совершает сложные колебательные перемещения вследствие взаимодействия пути и подвижного состава. Главными видами колебаний вагона являются подпрыгивание, галопирование или продольная качка, боковое параллельное колебание или поперечный относ, боковая качка и виляние. Кузов вагона совершает и другие виды колебаний, но они не оказывают существенного влияния на устойчивость цистерны.
Аналогичные нагрузки возникают при транспортировке автомобильным или морским транспортом, а также во время перевалки заполненного контейнера-цистерны с одного транспортного средства на другое.
Известен контейнер-цистерна, содержащий цилиндрический котел с днищами, имеющий продольную ось, две прямоугольные торцовые рамы, через центры которых проходит продольная ось контейнера, не совпадающая с продольной осью котла, имеющие верхние и нижние поперечины, вертикальные стойки с закрепленными по углам грузозахватными элементами и верхние и нижние диагональные распорки, соединяющие вертикальные стойки с поперечинами, переходные обечайки, связанные посредством сварного соединения с днищами и прямоугольными торцовыми рамами, попарно расположенные с каждой стороны котла четыре опорные балки, закрепленные на нижних углах торцовых рам и котла, охватывающие котел армирующие кольца и контактные элементы, причем продольная ось котла не совпадает с продольной осью контейнера (патент ЕПВ N 0144864, кл. B65D 88/12, дата подачи заявки 22.11.84, дата публикации патента 11.05.88).
Контейнер-цистерна известной конструкции не обладает достаточной надежностью для транспортировки жидкости со значительными осевыми перегрузками. Он не обеспечивает равномерное распределение инерционных нагрузок со стороны котла на элементы рамы, не исключает потерю устойчивости днищ котла от приложения осевых усилий со стороны переходной обечайки на малых радиусах, не обладает необходимой прочностью переходных обечаек в зонах сварки с рамой и надежностью крепления опорных балок к котлу, не обладает достаточной длиной сварных швов соединения рамы с переходной обечайкой. Рамы и элементы связи рам между собой отличаются повышенной массой, связанной с необходимостью предотвращения их изгиба либо какого-либо перемещения относительно друг друга при критических нагрузках, так как такое перемещение может привести к нарушению целостности либо к необратимой деформации котла. Контейнер-цистерна по указанному патенту Европейского патентного ведомства является ближайшим аналогом к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание надежной конструкции контейнера-цистерны, которая была бы технологичной в изготовлении и недорогой по затратам. Техническая задача решается за счет соответствующего взаимного расположения котла и рам, особой конструкции элементов котла, оригинальных решений конструктивного исполнения соединений рам. Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, достигается всей совокупностью известных и новых существенных признаков изобретения. Для решения поставленной задачи в контейнере-цистерне, содержащем цилиндрический котел с днищами, имеющий продольную ось, две торцовые рамы, через которые проходит продольная ось котла, в котором вся обечайка котла либо ее существенная часть выполнена в форме сильфона, а рамы соединены друг с другом напрямую элементами, обеспечивающими упруго обратимое взаиморасположение рам относительно друг друга по типу пружин или рессор с демпфирующими элементами. Торцовые рамы могут располагаться как вовне, так и внутри основной обечайки котла.
Выполнение обечайки в форме сильфона означает выполнение в виде однослойной или многослойной гофрированной осесимметричной оболочки из металлических, неметаллических и композиционных материалов, в определенных пределах сохраняющей прочность и герметичность при деформациях сжатия, растяжения, изгиба и их комбинаций под воздействием внутреннего или внешнего давления, температуры и механических напряжений.
Часть обечайки котла может быть выполнена негофрированной для облегчения проведения операций налива и опорожнения либо для других технологических целей, например, в месте расположения горловины-колпака с люком.
Предпочтительно котел имеет одну или несколько дополнительных внешних и/или внутренних негофрированных обечаек, защищающих его поверхности от загрязнений либо обеспечивающих теплозащиту. Предпочтительно дополнительная обечайка имеет упругие механические связи с основной обечайкой, выполненной в форме сильфона, либо ограниченное (малое) количество жестких неупругих связей. Дополнительная обечайка также может быть выполнена из эластичного материала и иметь многочисленные жесткие связи с гофрированной обечайкой либо с другим элементами конструкции. Зазор между основной и дополнительными обечайками может быть заполнен мягким теплоизолирующим материалом.
Контейнер-цистерна может применяться как в виде контейнера, перемещаемого с помощью подъемного крана с одного вида транспорта на другой, так и в виде обычной транспортной цистерны, неразрывно связанной с транспортным средством - с железнодорожной платформой, с автоприцепом, с речным или морским судном.
Использование заявленного изобретения позволит снизить вес и материалоемкость контейнера-цистерны, повысит его надежность в условиях сильных инерционных нагрузок при транспортировке либо напряжений, возникающих при проведении погрузочно-разгрузочных мероприятий.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре показан вариант изготовления контейнера-цистерны.
Контейнер-цистерна содержит гофрированную цилиндрическую обечайку 1, негофрированную внешнюю цилиндрическую обечайку 2, негофрированную внутреннюю цилиндрическую обечайку 3, днища 4, торцовые рамы 5 с упругодемпфирующими элементами 6, платформу 7.
Контейнер-цистерна работает следующим образом.
При воздействии критического продольного или поперечного ускорения на платформу 7, на которой расположен заполненный перевозимой жидкостью котел, возникающий момент сил передается через упругодемпфирующие элементы 6 (рессоры или пружины с демпфирующими элементами) на одну или обе рамы 5, жестко связанные с торцами котла. За счет упругой деформации удерживающих рамы 5 элементов 6 происходит ограниченный сдвиг рам 5 относительно друг друга и относительно удерживающей платформы 7, вследствие чего величина нагрузки, действующей в моменте на раму и на связанный с ней торец котла, кардинально снижается. Обечайка 1 в виде сильфона позволяет торцам котла обратимо смещаться совместно с рамой 5 как в продольном, так и в поперечном направлении без повреждения корпуса котла. Пониженные нагрузки, а также сниженные требования к предельной величине смещения рам относительно других элементов котла, позволяют снизить массу платформы и рам по сравнению с прототипом при сохранении или даже повышении регламентных механических характеристик контейнера-цистерны.
Гофрированная обечайка 1 дополнительно позволяет эффективно противодействовать избыточному давлению или разрежению, возникающему внутри герметично закрытой цистерны с жидкостью под действием перепадов температуры либо в результате технологических операций (например, при перевозке опасных жидкостей или сжиженных газов). Гофрированная обечайка обладает повышенной жесткостью и механической прочностью в радиальном направлении и пониженной жесткостью в осевом направлении по сравнению с обычной гладкой обечайкой с такой же толщиной стенок. Перепад давлений, возникающий в поперечном к оси котла направлении компенсируется повышенной прочностью гофрированной обечайки в радиальном направлении. Перепад давлений, действующий в осевом направлении, компенсируется упругими элементами рам, жестко связанных с торцами котла. Данная особенность конструкции позволяет существенно снизить толщину стенок и, соответственно, уменьшить вес котла при сохранении его предельных прочностных характеристик.
Прочность обечаек 2 и 3 и в осевом и в радиальном направлении конструктивно невысока, так как основным назначением данных обечаек является предохранение внутренних и внешних поверхностей обечайки 1 от загрязнений. Однако вследствие того, что данные обечайки слабо связаны с упруго перемещаемыми элементами контейнера-цистерны, а амплитуда этих перемещений невелика, повреждения тонких обечаек 2 и 3 под действием возникающих механических нагрузок не происходит.