Цистерна

Полезная модель относится к транспортной таре для хранения и перевозки грузов железнодорожным, водным или наземным транспортом, предназначенным, в частности, для коррозионно-активных и опасных грузов.
Известна цистерна, включающая в себя обечайку и днища, изготовленные из алюминиевого сплава, отличающаяся тем, что обечайка и днища изготовлены из алюминиевого сплава, обладающего гарантируемым значением условного предела текучести не менее 45 МПа, при этом обечайка имеет толщину стенки от 7 до менее 25 мм, днища имеют толщину стенок от 7 до менее 28 мм (RU 200 905 МПК B61D 5/00, B65D 88/06, опубл. 19.03.2020).
Недостатком аналога является высокая металлоёмкость, сниженная грузоподъёмность, а также недостаточная прочность и надежность корпуса цистерны при отсутствии вариативности толщины на разных участках обечайки с учётом нагруженности участков и исполнении толщины стенок более 20 мм.
Наиболее близким техническим решением является вагон-цистерна для транспортировки жидких грузов, включающий установленный на ходовые части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящей из днищ и цилиндрической обечайки, выполненной из средней царги, выполненной из соединенных между собой нижнего броневого листа и верхних листов , и двух крайних царг, крайние царги соединены с днищами и свободно размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме, отличающийся тем, что крайние царги выполнены из нижнего броневого листа, верхнего листа и двух промежуточных листов , соединяющих нижний броневой и верхний листы , при этом в крайних царгах отношение толщин промежуточных листов к толщине нижнего броневого листа составляет диапазон от 0,8 до 0,85, отношение толщины верхнего листа к толщинам промежуточных листов составляет диапазон от 0,85 до 0,95, а в средней царге отношение толщин верхних листов к толщине нижнего броневого листа составляет диапазон от 0,8 до 0,85 (RU 197050, МПК B61D 5/00, опубл. 26.03.2020).
Недостатком наиболее близкого аналога является недостаточная прочность и надежность цистерны, вызванные тем, что прочностные характеристики на разных участках цистерны недостаточно оптимизированы, а нагрузка, воздействующая на разные участки цистерны, неравномерна, при этом не обеспечена технологичность.
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является недостаточная надежность цистерны, вызванная скоплениями напряжений на внутренней поверхности и низкая технологичность при изготовлении цистерны.
Техническим результатом, на который направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности цистерны при обеспечении технологичности. Также описанным решением сохранен полезный объем цистерны и её грузоподъёмность.
Технический результат достигается тем, что цистерна, включающая в себя днища и обечайку, состоящую из трех царг и выполненную из листов, при этом листы обечайки, расположенные в верхней, средней и нижней частях обечайки имеют разную толщину, при этом толщина листов в верхней части обечайки составляет 75-86% от толщины листов в нижней части обечайки, согласно полезной модели отношение длины обечайки к длине каждой царги находится в диапазоне 2,5-3,5, толщина листов в средней части обечайки составляет 84-98% от толщины листов в нижней части обечайки, при этом не менее 50% листов обечайки равны своей длиной и шириной, а горизонтальные швы царг смещены относительно друг друга на расстояние не менее 100 мм.
Обечайка и днища могут быть выполнены из стали.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид цистерны;
фиг. 2 - аксонометрическая проекция цистерны;
фиг. 3 - эпюра распределения эквивалентных напряжений по конструкции цистерны при действии продольных нагрузок,  МПа.
Цистерна (фиг. 1, 2, 3), преимущественно для перевозки коррозионно-активных/опасных грузов включает в себя обечайку 1 и днища 2, выполненные, например, из стали.
Обечайка состоит из нескольких листов 1.1, 1.2, 1.3, расположенных в её верхней, средней и нижней частях соответственно. Стенка обечайки 1 в вертикальном направлении имеет разные толщины в верхней, средней и нижней своих частях. При этом толщина листов 1.1 в верхней части обечайки 1 составляет 75-86% от толщины листов 1.3 в нижней части обечайки 1, а толщина листов 1.2 в средней части обечайки 1 составляет 85-95% от толщины листов 1.3 в нижней части обечайки 1.
Применение листов 1.1 в верхней части обечайки 1 меньшей толщины, чем листов 1.2 и 1.3 в средней и нижней частях обечайки и применение средних листов 1.2 толщиной меньшей, чем листы 1.3 в нижней части обечайки 1 обусловлено распределением нагрузки от груза, воспринимаемой различными частями обечайки 1. Груз всем своим весом полностью воздействует на нижнюю часть обечайки 1, преимущественно в области установки опор при вертикальном нагружении, и в центральной части в области установки лап котла при нагружении продольными нагрузками, поэтому нижними листами 1.3 воспринимается наибольшая нагрузка и они выполнены наибольшей толщины. Средней частью обечайки воспринимаются нагрузки от груза в меньшей степени, и большей от суммарного расчетного давления, действующего внутри котла, при этом влияние груза снижается пропорционально высоте гидравлического столба, с учетом диаметра котла, в связи с чем средние листы 1.2 обечайки 1 выполнены меньшей толщины, чем нижние листы 1.3 и составляют 85-95% от толщины листов 1.3. А на верхнюю часть обечайки 1 воздействует преимущественно давление паров от перевозимого груза, поэтому для верхних листов 1.1 обечайки 1 достаточно толщины, составляющей 75-86% толщины нижних листов 1.3.
Выполнение стенки обечайки 1 с различными толщинами в вертикальном направлении позволило усилить цистерну в местах, воспринимающих большую нагрузку, тем самым распределить напряжения, возникающие на корпусе цистерны, то есть создать прочную, надежную и способную к долгой эксплуатации цистерну.
Обечайка 1 состоит из трех царг (позициями не обозначены). Отношение длины обечайки 1 к длине каждой царги находится в диапазоне 2,5-3,5, при этом в конструкции цистерны применено не менее 50% листов обечайки, равные между собой своей длиной и шириной, а горизонтальные швы царг смещены относительно друг друга на расстояние не менее 100 мм. Описанными решениями обуславливается равномерное распределение нагрузки, воспринимаемой цистерной от перевозимого груза, при обеспечении технологичности цистерны при изготовлении.
Также применение верхних 1.1 и средних листов 1.2 обечайки 1 меньшей толщины, чем нижние 1.3 позволяет снизить металлоёмкость, что обуславливает снижение себестоимости цистерны при сохранении полезного объема и грузоподъемности.
Совокупность указанных признаков цистерны таких как, количество царг, отношение их к длине обечайки, смещение горизонтальных швов царг относительно друг друга, необходимое количество листов обечайки равных между собой по ширине и длине, толщина листов обечайки в различных частях вертикального направления цистерны выбраны расчетным путем и обеспечивают должное распределение напряжений по корпусу цистерны, прочность, способность к выдерживанию нагрузок, что обуславливает создание надежной цистерны.
Описанная цистерна может применяться для хранения грузов, а также использоваться в вагонах-цистернах, контейнерах-цистернах.
В качестве примера реализации предлагаемой полезной модели может быть цистерна, в которой три царги, отношение длины обечайки к длине царги равно 3, горизонтальные швы царг смещены относительно друг друга на расстояние не менее 500 мм, в цистерне не менее 80% листов обечайки равны своей длиной и шириной, толщина листов обечайки в верхней части составляет 12 мм, в средней 14 мм, в нижней 16. Также в качестве примера может быть изготовлена цистерна, описанная выше, но листы в нижней части обечайки  могут быть толщиной 14 мм и 16 мм.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает создание надежной и способной к длительной эксплуатации цистерны, при сохранении её полезного объема и грузоподъемности, а также обеспечения технологичности при изготовлении цистерны.