Котел железнодорожного вагона-цистерны

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции котла вагонов-цистерн для затвердевающих продуктов.
Известна железнодорожная цистерна, которая содержит котел, собранный из обечайки и днищ, содержащий поперечные и продольные швы, усиленный охватывающими наружную поверхность котла составными шпангоутами, жёстко соединенными на котле. Для вывода мест стыков частей составных шпангоутов из зон наибольших эксплуатационных напряжений, возникающих в участках котла в районе центральной горизонтальной плоскости котла и в нижнем районе в центральной вертикальной продольной плоскости котла, места стыков составных шпангоутов расположены под углами от центральной вертикальной плоскости котла в нижней и верхней его точках, выдержанными, соответственно, в диапазонах от 38° до 50° и не менее 50°, и на расстоянии S, измеренном по дуге по поверхности котла от поперечных и продольных сварных швов котла, составляющем не менее 100 мм. При этом места стыков составных шпангоутов подкреплены усиливающими элементами (RU 175 367, МПК B61D 5/00, B65D 88/06, B60P 3/22, опубл. 01.12.2017).
Недостатком этого технического решения является то, что шпангоуты выполнены охватывающими котел вагона-цистерны по всему периметру, что влечет за собой уменьшение полезного объема котла из-за невозможности максимально приблизить стенки котла к железнодорожному габариту, а также к увеличению металлоемкости, в том числе из-за того, что составные шпангоуты подкреплены усиливающими элементами.
Известен котел вагона-цистерны, содержащий обечайку, днище, люк с крышкой, предохранительный клапан, лапы, сливной прибор. Для подогрева затвердевающих продуктов снизу котла расположена пароподогревательная рубашка с концентрическими вырезами. Для установки котла на рамную конструкцию с помощью хомутов в рубашке существуют отступы. Для расположения лестниц обслуживания в пароподогревательной рубашке выполнены отступы (RU 200 079, МПК B61D 5/00, B65D 90/10, опубл. 05.10.2020).
Недостатком этого технического решения является то, что в конструкции не предусмотрены шпангоуты, так как котлы вагонов-цистерн для перевозки затвердевающих продуктов изготавливаются из металла небольшой толщины, при этом необходимо обеспечить устойчивость сжатых элементов оболочки котла от наружного давления, а жесткости подогревательной рубашки не достаточно для обеспечения необходимого критерия устойчивости сжатых элементов, так как потеря устойчивости происходит, как правило, в верхней части котла.
Наиболее близким техническим решением является вагон-цистерна для затвердевающих продуктов, которая содержит котёл, оборудованный шпангоутами, подогревательной системой в виде рубашки с каркасом, и установленный на рамную конструкцию посредством опорного листа и лежневых опор в зонах шкворневых узлов и лап в средней части котла. В зонах разрыва сплошности подогревательной рубашки с наружной стороны котла закреплены желоба с возможностью движения по ним теплоносителя, при этом в шпангоутах выполнены сквозные вырезы для размещения желобов (RU 194216, МПК B61D 5/00, B65D 88/74, опубл. 03.12.2019).
Недостатком этого технического решения является то, что шпангоуты являются охватывающими котел вагона-цистерны по периметру, что влечет за собой уменьшение полезного объема котла из-за невозможности максимально приблизить стенки котла к железнодорожному габариту, а также к увеличению металлоемкости.
Задачей полезной модели является оптимизация конструкции шпангоутов для увеличения полезного объема котла, при сохранении его устойчивости к наружным воздействиям.
Техническим результатом является увеличение полезного объема котла вагона-цистерны, следствием чего является увеличение грузоподъемности вагона-цистерны в заданном железнодорожном габарите подвижного состава при соответствии требованиям, предъявляемым к вагонам-цистернам, с сохранением его устойчивости к наружным воздействиям.
H
Указанный технический результат достигается тем, что  котел вагона-цистерны содержит обечайку, два днища, шпангоуты, которые выполнены укороченной длины, при этом их нижние края смещены вверх от горизонтальной оси котла на величину , а ширина, где заканчиваются и максимально выступают шпангоуты, не превышает наружного диаметра котла.
Признаками заявляемой полезной модели являются:
1. Котел вагона-цистерны,
2. Содержащий обечайку,
3. Два днища,
4. Котел оборудован шпангоутами,
5. Шпангоуты выполнены укороченной длины,
H
6. Нижние края шпангоутов смещены вверх от горизонтальной оси котла на величину ,
7. Ширина, где заканчиваются и максимально выступают шпангоуты, не превышает наружного диаметра котла, при этом расположение нижней части шпангоутов обеспечивает функциональность при максимальном использовании заданного железнодорожного габарита подвижного состава.
Признаки 1-4 является общими с прототипом, признаки 5-7 являются отличительными признаками полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен котел вагона-цистерны (аксонометрическая проекция); на фиг. 2 - вид с торцевой части котла вагона-цистерны; на фиг. 3 - пример профиля шпангоута.
Котел вагона-цистерны содержит обечайку 1, два днища 2, люк с крышкой 3, предохранительный клапан 4, лапы 5, сливной прибор 6. Для подогрева и обеспечения условий устойчивости сжатых элементов конструкции котла в нижней части котла расположен каркас кожуха подогревательной рубашки 7 с вырезами 8 в области днища. Для крепления котла к раме платформы (условно не показана) с помощью хомутов (условно не показаны) в каркасе кожуха подогревательной рубашки 7 существуют секторы 9, а для расположения лестниц обслуживания (условно не показаны) секторы 10. Для обеспечения условий устойчивости сжатых элементов конструкции в верхней части котла расположены шпангоуты 11 (фиг. 1).
D
H
D
D
W
D
н
н
н
н
Наружный диаметр котла  выбран из расчета обеспечения максимального использования заданного габарита подвижного состава, при этом шпангоуты 11 выполнены не охватывающими котел вагона-цистерны по всему периметру, а укороченной длины, при этом их нижние края смещены вверх от горизонтальной оси котла на величину , которая находится в диапазоне 0,00125 до 0,16, например, от 4 мм до 520 мм, при этом ширина в месте, где заканчиваются и максимально выступают шпангоуты 11, не превышает наружного диаметра котла , что позволяет максимально приблизить стенки котла к габариту вписывания, за счет этого увеличивается объем котла и соответственно объем перевозимого груза, а также обеспечивается необходимая жесткость и устойчивость конструкции котла (фиг. 2).
Для обеспечения необходимой устойчивости сжатых элементов всего котла к наружным воздействиям, шпангоуты 11 (фиг. 1) расположены в верхней части обечайки 1 и жестко связаны с ней, при этом расположение нижней части шпангоутов обеспечивает функциональность при максимальном использовании заданного железнодорожного габарита подвижного состава. Шпангоуты 11 выполнены, например, из уголкового профиля (фиг. 3) или профиля, который в сечении омегаобразный, швеллерообразный и т.д.
Шпангоуты 11 выполнены составными как минимум из двух частей, которые могут быть соединены между собой жестким или не жестким соединением. Сечение одной части составного шпангоута может быть увеличено или уменьшено в 1,25 раза по сравнению с сечением второй части шпангоута для того, чтобы одна часть составного шпангоута вставлялась во вторую часть шпангоута.
Таким образом, наличие шпангоутов, которые не охватывают периметр котла вагона-цистерны, позволяет максимально приблизить стенки котла к габариту вписывания, за счет этого увеличивается полезный объем котла и соответственно грузоподъемность всего вагона-цистерны, а также обеспечивается необходимая устойчивость сжатых элементов всего котла к наружным воздействиям.