Цистерна для перевозки вязких продуктов

Цистерна для перевозки вязких продуктов
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к транспортным средствам для транспортирования вязких жидких продуктов, например, расплавленной серы, гудрона, битума, парафина.
Известна цистерна-термос, содержащая емкость из холоднокатаного листа с полированной поверхностью из нержавеющей стали, дополнительную трехслойную силовую оболочку из стеклосотопласта, торцевые рамы, соединительные шпангоуты из неметаллического материала и многослойную теплоизоляцию; в нижней части цистерны размещены нагреватели; заправочная горловина емкости закрыта теплозащитным кожухом; многослойная теплоизоляция состоит из двух слоев теплоизоляционных плиток, эластичного теплоизоляционного материала и отражающих покрытий [см. патент РФ №2177900, МПК B65D 88/00, B65D 88/74, B65D 88/12, опубл. 10.01.2002, «Цистерна-термос», авторы: Балатюк В.И. и др.].
Недостатками цистерны-термоса являются использование в конструкции цистерны дорогостоящих материалов, невозможность диагностирования (дефектоскопирования) котла цистерны на наличие пороков металла, трещин, технологически сложное исполнение каркаса, допускающее тепловые мосты.
Известна также цистерна для перевозки вязких продуктов, содержащая котел с креплениями к раме, теплоизолирующий кожух со шпангоутами из неметаллического материала и теплоизоляционный материал, отличающаяся тем, что выполнена со свободной посадкой теплоизолирующего кожуха на котле, теплоизолирующий кожух выполнен из двух половин с креплениями между собой, каждая из которых выполнена из обечайки, продольных ребер и  поперечных шпангоутов, которые скреплены между собой, причем, поперечные шпангоуты и продольные ребра образуют соты, внутри которых помещены пакеты теплоизоляционного материала, обечайка закреплена с наружной поверхности продольных ребер и поперечных шпангоутов, а пакеты теплоизоляционного материала закреплены на внутренней поверхности обечайки, и в нижней части каждой половины теплоизолирующего кожуха выполнены пазы для крепления к раме котла [см. патент РФ №91981, МПК B65D 88/00, B65D 88/74, B65D 88/12, опубл. 10.03.10, «Цистерна для перевозки вязких продуктов», авторы: Балалаев А.Н., и др.].
Недостатком данного устройства является недостаточно высокое термическое сопротивление теплоизолирующего кожуха, так как его величина ограничена коэффициентом теплопроводности теплоизоляционного материала и его толщиной, которая ограничена в свою очередь габаритом цистерны. Другим недостатком является большое количество поперечных и продольных шпангоутов в теплоизолирующем кожухе, которые служат тепловыми мостами.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение теплового сопротивления теплоизолирующего кожуха цистерны для перевозки вязких продуктов за счет использования вакуумных теплоизоляционных изделий, уменьшения количества поперечных шпангоутов, отказа от продольных шпангоутов и крепления теплоизолирующего кожуха с котлом к раме цистерны стяжными хомутами поверх половинок теплоизолирующего кожуха.
Технический результат достигается тем, что цистерна для перевозки вязких продуктов содержит котел, раму, опоры, стяжные хомуты, теплоизолирующий кожух, выполненный из двух половинок, скрепленных между собой, каждая из которых состоит из стальной обечайки, поперечных шпангоутов из неметаллического материала с низкой теплопроводностью и пакетов теплоизоляционного материала, закрепленных на внутренней поверхности торцевого днища обечайки, обечайка закреплена на наружной поверхности поперечных шпангоутов, половинки теплоизолирующего кожуха выполнены со  свободной посадкой на котел цистерны, согласно полезной модели, в поперечных шпангоутах выполнены кольцевые пазы, в каждую половинку теплоизолирующего кожуха дополнительно введены вакуумные теплоизоляционные изделия, которые выполнены в виде внешней герметичной оболочки с внутренними ребрами жесткости из материала с низкой теплопроводностью, с остаточным вакуумом внутри изделия менее 1 кПа, вакуумные теплоизоляционные изделия скреплены между собой, расположены между поперечными шпангоутами и вставлены в кольцевые пазы поперечных шпангоутов, в каждой половине теплоизолирующего кожуха два поперечных шпангоута размещены по краям цилиндрической части обечайки, по крайней мере один шпангоут расположен в сечении крепления котла к раме цистерны, а крепление к раме стяжными хомутами выполнено поверх половинок теплоизолирующего кожуха.
Предложенное техническое решение отличается от прототипа тем, что, во-первых, вместо теплоизоляционного материала используются вакуумные теплоизоляционные изделия, имеющие герметичную оболочку и внутренние ребра жесткости, а внутренняя полость каждого изделия отвакуумирована до величины остаточного давления менее 1 кПа, во-вторых, вакуумные теплоизоляционные изделия размещены между поперечными шпангоутами и вставлены в их кольцевые пазы и, в-третьих, в каждой половине теплоизолирующего кожуха два поперечных шпангоута размещены по краям цилиндрической части обечайки, по крайней мере, один шпангоут расположен в сечении крепления котла к раме цистерны, а крепление к раме стяжными хомутами выполнено поверх половинок теплоизолирующего кожуха.
Использование в качестве теплоизоляции вакуумных теплоизоляционных изделий, которые выполнены из материала с низкой теплопроводностью в виде внешней герметичной оболочки и внутренних ребер жесткости, с величиной остаточного вакуума внутри изделий менее 1 кПа, позволяет значительно увеличить тепловое сопротивление теплоизолирующего кожуха, использующего обычные теплоизоляционные материалы.
Размещение вакуумных теплоизоляционных изделий между поперечными шпангоутами, скрепление вакуумных теплоизоляционных изделий между собой неразъемным соединением и вставка вакуумных теплоизоляционных изделий в кольцевые пазы поперечных шпангоутов делает конструкцию теплоизолирующего кожуха жесткой, что позволяет уменьшить до минимума количество поперечных шпангоутов, а продольные шпангоуты исключить из конструкции, что в свою очередь уменьшает количество тепловых мостов и увеличивает общее тепловое сопротивление теплоизолирующего кожуха.
В каждой половине теплоизолирующего кожуха два поперечных шпангоута размещены по краям цилиндрической части обечайки, по крайней мере один шпангоут расположен в сечении крепления котла к раме цистерны, а крепление к раме выполнено стяжными хомутами поверх половинок теплоизолирующего кожуха. Размещение, по крайней мере, одного шпангоута в сечении крепления котла к раме цистерны позволяет осуществлять крепление к раме стяжными хомутами поверх половинок теплоизолирующего кожуха, что позволяет не выполнять отверстия в нижней части каждой половины теплоизолирующего кожуха, как в прототипе. Отсутствие отверстий в теплоизолирующем кожухе повышает его теплоизоляционные свойства, так как приводит к полному отсутсвию омывания котла атмосферным воздухом и отсутствию попадания влаги внутрь теплоизолирующего кожуха. Стяжные хомуты при этом перестают быть тепловыми мостами, так как не касаются котла, имеющего более высокую температуру, чем опоры, к которым крепятся стяжные хомуты, и рама цистерны.
На фиг. 1 - вид в изометрии котла цистерны со снятыми половинами съемного теплоизолирующего кожуха.
На фиг. 2 - вид спереди на котел цистерны с рамой и двумя половинами съемного теплоизолирующего кожуха с местным разрезом.
На фиг. 3 - поперечный разрез половинки съемного кожуха по вакуумным теплоизоляционным изделиям в их сборке между собой с местными видами.
Цистерна для перевозки вязких продуктов содержит котел 1, раму цистерны 2 с узлами крепления к раме в виде опор 3 и стяжных хомутов 4, две половины  теплоизолирующего кожуха 5, каждая из которых содержит поперечные шпангоуты 6 с кольцевыми пазами 7, поперечные шпангоуты с отверстиями 8 под болтовые соединения, наружную обечайку 9, состоящую из торцевого днища 10 ч цилиндрической части 11, пакеты теплоизоляционного материала 12, вакуумные теплоизоляционные изделия 13, состоящие из герметичной оболочки 14 и внутренних ребер 15.
Цистерна для перевозки вязких продуктов работает следующим образом.
После деповского или капитального ремонта цистерны на котел 1 надевают две половинки теплоизолирующего кожуха 5, стыкуют между собой поперечными шпангоутами с отверстиями 8 и скрепляют их между собой болтовыми соединениями. Затем котел 1 с половинками теплоизолирующего кожуха 5 размещается на опоры 3 рамы цистрны 2 и стягивается стяжным л хомутами 4. В процессе перевозки в котле 1 цистерны находится разогретый до температуры 80-90°С вязкий продукт, и половинки теплоизолирующего кожуха 5 защищают его от потерь теплоты в окружающую среду за счет вакуумных теплоизоляционных изделий 13, вставленных в кольцевые пазы 7 поперечных шпангоутов 6 и за счет пакетов теплоизоляционного материала 12, которые приклеиваются к внутренней поверхности торцевого днища 10 обечайки 9. Обечайка 9 предохраняет теплоизоляционный материал 12 и вакуумные теплоизоляционные изделия 13 от атмосферного влияния и возможных потеков вязкой жидкости при загрузке. Вакуумные теплоизоляционные изделия 13 повышают жесткость конструкции половин теплоизолирующего кожуха 5, что позволяет уменьшить до минимума количество поперечных шпангоутов 6. Повышение жесткости конструкции половин теплоизолирующего кожуха 5 обеспечивается также неразъемным скреплением вакуумных теплоизоляционных изделий 13 между собой, например, с помощью склеивания расплавленным полиамидом. Повышение жесткости конструкции также достигается соединением шпангоутов 6 и вакуумных теплоизоляционных изделий 13 по посадке с натягом Уменьшение числа поперечных шпангоутов 6 за счет повышения жесткости конструкции уменьшает величину потоков теплоты по шпангоутам 6 от  разогретого вязкого продукта в окружающую среду. В каждой половинке теплоизолирующего кожуха 5 два шпангоута 6 размещаются по концам цилиндрической части 11 обечайки 9, а по крайней мере один шпангоут 6 размещается в сечении крепления котла 1 к опорам 3, что позволяет выполнять крепление котла 1 с половинками теплоизолирующего кожуха 5 к опорам 3 стяжными хомутами 4 поверх половинок теплоизолирующего кожуха 5. Это повышает герметичность теплоизолирующего кожуха, что повышает его теплоизоляционные свойства, так как приводит к полному отсутсвию омывания котла атмосферным воздухом и отсутствию попадания влаги внутрь теплоизолирующего кожуха. На фиг. 2 показано исполнение цистерны с крепление одной стороны котла двумя стяжными хомутами - Вид В (другое исполнение), в этом случае в местах крепления котла 1 к опорам 3 размещено два шпангоута 6. Вакуумные теплоизоляционные изделия 13 состоят из герметичной оболочки 14 и внутренних ребер жесткости 15. Как отмечалось в работе [Балалаев А.Н., Мокшанов А.С., Паренюк М.А. Теплотехнические свойства вагонов и контейнеров из экструдированных алюминиевых панелей // Транспорт Российской Федерации, 2014. - №1. - С. 58-60.], согласно расчетам, если внутри вакуумного теплоизоляционного изделия 13, создать величину остаточного вакуума менее 1 кПа, то его термическое сопротивление будет примерно в 2 раза больше, чем термическое сопротивление современных теплоизоляционных материалов, например, типа материала «URSA». Поперечные шпангоуты 6, герметичные оболочки 14 с внутренними ребрами жесткости 15 предлагается выполнить из материала с низкой теплопроводностью, типа полиамид «ПА-6». У данного материала соотношение предела текучести, модуля упругости и коэффициента теплопроводности таковы, что обеспечивают за счет его низкой теплопроводности малую величину тепловых потоков по поперечным шпангоутам 6 и внутренним ребрам жесткости 15, а за счет его прочности и гибкости обеспечивает возможность плотного прижатия двух половин теплоизолирующего кожуха 5 к котлу 1 и их обоих в сборе - к опорам 3 с помощью стяжных хомутов. Это обеспечивает увеличение теплового  сопротивления двух половин теплоизолирующего кожуха 5. Чтобы массовые характеристики вакуумных теплоизоляционных изделий 13 были на уровне пакетов теплоизоляционного материала прототипа, необходимо уменьшить толщину вакуумных теплоизоляционных изделий на 25-50%, по сравнению с пакетом теплоизоляционного материала 12, при этом общее тепловое сопротивление половинок теплоизолирующего кожуха 5 увеличивается на 25-30% по сравнению с прототипом за счет лучших теплоизоляционных качеств вакуумных теплоизоляционных изделий 13 и меньшего числа поперечных шпангоутов 6. Увеличение теплового сопротивления теплоизолирующего кожуха.
Таким образом, предлагаемая полезная модель повышает на 25-30% термическое сопротивление теплоизолирующего кожуха, что на 25-30% снижает потери тепла вязкого продукта в окружающую среду и уменьшает затраты энергоресурсов на разогрев вязкого продукта при сливе его в конце перевозки в пунктах слива.