Контейнер-цистерна

Полезная модель относится к устройствам для безопасного транспортирования и хранения жидких криопродуктов, в том числе сжиженного природного газа на автомобильном, железнодорожном и водном транспорте, а именно к конструкции опорных и фиксирующих элементов.
Известна цистерна для сжиженных газов, которая содержит оболочку, сосуд в ней, опертый по концам на две пары низкотеплопроводных опор. Опоры расположены под углом к вертикальной оси цистерны. Сосуд зафиксирован от продольных нагрузок в обоих направлениях одним жестким стержнем. Стержень имеет по концам пространственные шарниры, один из которых закреплен на сосуде, другой - на оболочке. Сосуд прижат к опорам и зафиксирован от поворота вокруг продольной оси подпружиненным упором. Упор закреплен на сосуде, оперт на оболочку через переходную деталь и имеет шпонку, помещенную в продольный паз указанной переходной детали, закрепленной на оболочке. Каждая из опор установлена на опорной поверхности сосуда и оперта на переходную деталь, установленную на опоре и закрепленную на оболочке по месту при монтаже (патент RU 2032848 C1, МПК F17C 13/08, F17C 3/00, опубл. 10.04.1995).
Недостатком данного решения является сложность конструкции опор, стержня и подпружиненного упора, сложность сборки, возможность повреждения низкотеплопроводных опор при выполнении монтажного шва приварки переходных деталей.
Известен резервуар для криогенной жидкости, относящийся к устройствам для хранения и транспортирования криогенных продуктов, а именно к конструкции опорных элементов, служащих для крепления внутренних теплоизолированных сосудов в герметичных наружных кожухах (оболочках) резервуаров и предохранения внутреннего сосуда от продольных перемещений в процессе транспортировки криогенных продуктов и компенсации температурных деформаций (патент RU 2709 750 C1, МПК F17C 13/08, F17C 3/00, опубл. 19.12.2019).
Недостатком известного решения, является то, что при применении в качестве опоры усеченного конуса, закрепленного малым диаметром на цилиндрической части сосуда, большим диаметром на силовом поясе наружного кожуха возникает большой тепловой мостик, т. к. металл имеет большой коэффициент теплопроводности и из-за этого процесс испарения криогенного продукта происходит более быстро. Также к недостаткам можно отнести возможные деформации данного опорного узла из-за температурных расширений материала сосуда при его наполнении криогенной жидкостью.
Известен контейнер-цистерна, относящийся к таре для хранения и транспортирования жидкостей, который может быть использован на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте. Контейнер - цистерна содержит оболочку и сосуд в ней, опертый на две пары низкотеплопроводных опор, расположенных под углом к вертикальной оси цистерны. Узел фиксации сосуда от транспортных нагрузок в продольном направлении выполнен в виде одного жесткого стержня, имеющего по концам пространственные шарниры, и установлен на центральной оси цистерны. Один пространственный шарнир закреплен на днище и размещен внутри сосуда в полости, сообщенной с изолирующим пространством цистерны, а другой - на днище оболочки. От вертикальных перемещений сосуд удерживается четырьмя подпружиненными цепями (звено и болт в заявляемом решении), один конец которых закреплен к сосуду 3, а другой - к оболочке 2 (патент RU 2259312 C1, МПК B65D 88/12, опубл. 27.08.2005).
Недостатком известного решения, взятого за прототип, является недостаточная жесткость и прочность узла натяжителя.
Технической проблемой, на устранение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение жесткости и прочности узла натяжителя.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности контейнера цистерны за счет обеспечения жесткости и прочности узла натяжителя, а также за счет снижения вероятности повреждения или деформации внутреннего сосуда.
Технический результат достигается тем, что в контейнере-цистерне, содержащем кожух с днищами, внутренний сосуд, расположенный в кожухе, низкотеплопроводные опоры, расположенные между кожухом и внутренним сосудом, а также узлы натяжителей, предохраняющие внутренний сосуд от смещений, каждый узел натяжителя включает кинематическое звено, болт с гайками, тарельчатые пружины, при этом кинематическое звено с одной стороны связано с кожухом, а с другой стороны - с внутренним сосудом, узлы натяжителей расположены на концах контейнера-цистерны с обеих его сторон, согласно полезной модели, в каждом узле натяжителя ушко жестко прикреплено к элементу жесткости и через кинематическое звено связано с концом болта, при этом элемент жесткости выполнен куполообразным, выходящим куполом во внутреннюю полость внутреннего сосуда через отверстие, выполненное во внутреннем сосуде, элемент жесткости жестко и герметично соединен с внутренним сосудом, а ушко прикреплено к внутренней поверхности элемента жесткости, тарельчатые пружины установлены на другом конце болта между ограничителями, при этом верхний ограничитель зафиксирован относительно кожуха, а нижний ограничитель закреплен относительно болта.
Узлы натяжителей могут быть расположены симметрично относительно вертикальной оси контейнера-цистерны.
Поперечное сечение куполообразного элемента жесткости может быть выполнено в виде окружности.
Поперечное сечение куполообразного элемента жесткости может быть выполнено в виде овала.
Верхний ограничитель может быть выполнен в виде шайбы.
Узел натяжителя может содержать дополнительную шайбу, установленную между верхней шайбой и пружинами, при этом между шайбами расположены прокладки из низкотеплопроводного материала.
Прокладка, расположенная между шайбами в узле натяжителя, может быть выполнена из стеклотекстолита.
В узле натяжителя ушко может быть прикреплено к элементу жесткости сваркой.
В узле натяжителя элемент жесткости может быть соединен с внутренним сосудом сваркой.
Кинематическое звено может быть выполнено в виде кольца.
Кинематическое звено может быть выполнено в виде кольца свободной формы.
Кинематическое звено может быть выполнено в виде овального кольца.
Кинематическое звено может быть выполнено в виде кольца неправильной формы.
Верхняя шайба может быть зафиксирована относительно кожуха посредством упора, жестко связанным с кожухом и установленным в пазу верхней шайбы.
Узел натяжителя может быть частично размещен в патрубке, жестко соединенным с кожухом, при этом внутренняя полость патрубка сообщена с полостью между кожухом и внутренним сосудом.
Упор может быть жестко соединен с патрубком.
Патрубок может быть соединен с кожухом посредством сварки.
Упор может быть соединен с патрубком посредством сварки.
Сущность полезной модели описывается далее на основе представленных чертежей, где на фиг. 1 представлен общий вид контейнера в аксонометрии, на фиг. 2 - вид спереди контейнера-цистерны, на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2, на котором изображено сечение контейнера-цистерны в месте расположения узлов натяжителей, на фиг. 4 - выносной элемент В на фиг. 3, на фиг. 5 представлен общий вид натяжителя в аксонометрии.
Контейнер-цистерна (фиг. 1-2) состоит из кожуха 1 с днищами 2, жестко скрепленными с двумя торцевыми рамами 3 посредством переходных силовых обечаек 4, и усиленного шпангоутами 5, внутреннего сосуда 6, имеющего экранно-вакуумную изоляцию 7, и опирающегося на внутреннюю сторону кожуха 1 посредством установки двух рядов опорных элементов, состоящих из опор 8 (фиг. 3 вид А-А) из низкотеплопроводного материала, например, стеклотекстолита. Опоры 8 расположены под углом к вертикальной оси контейнера. Для предотвращения вертикального перемещения и осевого вращения внутреннего сосуда 6 имеются узлы натяжителя 9, расположенные в поперечном направлении на одном уровне с опорами 8. Узлы натяжителей 9 расположены на обоих концах контейнера-цистерны с обеих его сторон симметрично относительно вертикальной оси контейнера-цистерны с тем, чтобы обеспечить равновесное положение внутреннего сосуда и обеспечить равномерное распределение нагрузок на внутренний сосуд 6. Пространство 10 между кожухом 1 и внутренним сосудом 6 заполнено вакуумом. Установленная запорно-предохранительная арматура контейнера-цистерны закрыта арматурным отсеком 11. Контейнер-цистерна имеет узел жесткой фиксации внутреннего сосуда 6 (на чертежах не обозначен). Внутренний сосуд 6 расположен в кожухе 1. Конструкция каждого узла натяжителя 9 (фиг. 4, выносной элемент В) содержит элемент жесткости 12, имеющий куполообразную форму. Элемент жесткости 12 выходит своим куполом во внутреннюю полость сосуда 6 через отверстие, выполненное во внутреннем сосуде. В частном случае элемент жесткости 12 может иметь форму полусферы. Элемент жесткости 12 жестко и герметично соединен с внутренним сосудом 6, например, посредством сварки по периметру отверстия, в котором размещен элемент жесткости 12. К внутренней поверхности элемента жесткости 12 жестко крепится, например при помощи сварки, ушко 13. К ушку 13 через кинематическое звено 14 присоединен болт 15, служащий для натяжения комплекта тарельчатых пружин 16 с направляющей втулкой 21. Комплект пружин 16 в верхней части упирается в комплект шайб 17, 18, между которыми расположена прокладка 19 из низкотеплопроводных материалов, например, стеклотекстолита. Комплект шайб 17 и 18, в свою очередь, упирается в упоры 20 жестко закрепленные к патрубку 24 кожуха 1, например, при помощи сварки. При этом упоры 20 размещены в пазу верхней шайбы 17.
В нижней части тарельчатые пружины 16 поджимаются направляющей втулкой 21, снабженной внизу плоским диском - ограничителем 25, и затягиваются гайками 23.
Заявляемое техническое решение работает следующим образом. В сосуд 6 через отверстия ввариваются элементы жесткости 12 так, чтобы их купола располагались во внутренней полости сосуда 6. К внутренним поверхностям элементов жесткости 12 приваривают ушки 13. В отверстие ушка 13 вводят кинематическое звено 14, подгибают его до соприкосновения торцевых поверхностей и заваривают. После закатки внутреннего сосуда 6 в кожух 1, на кинематическое звено 14 через патрубок 22 натяжителей 9 надевают болт 15, далее устанавливают комплект шайб 17, 18, между которыми расположена прокладка 19 из низкотеплопроводных материалов, например, стеклотекстолита, и которые упираются в упоры 20. Далее устанавливают комплект тарельчатых пружин 16, которые поджимаются и фиксируются при помощи направляющей втулки 21 и гаек 23. После этого выполняют замыкающий шов приварки заглушки 24 к патрубку 22. Внутренний сосуд 6 через опоры 8 постоянно прижат к внутренней поверхности кожуха 1 за счет работы тарельчатых пружин 16 и болтов 15 (фиг. 4), исключая опрокидывание сосуда. Также ход тарельчатых пружин 16 компенсирует уменьшение диаметра внутреннего сосуда 6 под влиянием криогенной жидкости. Примененный узел жесткой фиксации сосуда 6 способствует предотвращению его опрокидывания во время транспортировки криогенных продуктов. Наличие куполообразного элемента жесткости 12 обеспечивает сохранность внутреннего сосуда 6 от деформаций при возникновении динамических нагрузок, т.к. динамические нагрузки будут восприниматься, в первую очередь, элементом жесткости 12 (в отличие от наиболее близкого аналога, в котором динамические нагрузки от узла натяжителя воспринимаются непосредственно внутренним сосудом, что может привести к его деформациям). Выполнение элемента жесткости 12 куполообразным обусловлено необходимостью более равномерного распределения нагрузок от узла натяжителся на внутренний сосуд 6, что позволит снизить точечные напряжения на сосуд 6 (что имеет место быть в конструкции наиболее близкого аналога). Куполообразный элемент жесткости может представлять собой, например часть шара - полусферу, а может иметь иную форму купола.
Предлагаемые в данном техническом решении узлы натяжителя предотвращают вертикальное перемещение и осевое вращение внутреннего сосуда и его опрокидывания при транспортировании жидких криопродуктов. При этом предотвращение осевого вращения внутреннего сосуда (наряду с предотвращением вертикального перемещения, как в наиболее близком аналоге) обеспечивается за счет выполнения узла натяжителя более жестким по сравнению с наиболее близким аналогом, т.к. в качестве кинематического звена применяется одно кольцо, связанное с болтом и с ушком, отсутствует длинная цепь, обусловливающая более мягкое кинематическое соединение.
Техническая документация на заявляемый контейнер-цистерну с использованием отличительных признаков одобрена Главным Управлением Российского Морского Регистра Судоходства.