КОТЕЛ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕВОЗКИ АГРЕССИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к ёмкостям для хранения и перевозки агрессивных жидкостей, и может быть использована в вагонах-цистернах, контейнерах-цистернах и стационарных ёмкостях.
Кислоты – агрессивные жидкости, способные вызвать интенсивную коррозию металла, поэтому в вагоностроении используют котлы, выполненные из алюминиевых сплавов (Шевченко П.В., Горбенко А.П. Вагоны промышленного железнодорожного транспорта: Учебник для техникумов. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980, с. 92). Алюминиевые сплавы являются наиболее устойчивыми к агрессивной среде, однако для обеспечения прочности котла необходимо изготовление котла с большой толщиной стенок, что влияет на внутренний объём котла при полном использовании железнодорожного габарита.
Ближайшим аналогом выбран вагон-цистерна для перевозки азотной кислоты модели 15-1406 (ЖКЦ-39) (Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов: Справочное пособие. – М.: Издательство стандартов, 1993, стр. 68, табл. 5.1). В качестве материала котла используется алюминиевый сплав, являющийся наиболее устойчивыми к агрессивной среде. Для обеспечения несущей способности котла для хранения и перевозки агрессивных жидкостей его обечайки и днища выполнены большой толщины, что при полном использовании железнодорожного габарита создаёт ограничения по внутреннему объёму котла. Кроме того, изготовление котла для хранения и перевозки агрессивных жидкостей из алюминиевого сплава, обладающего низкими механическими свойствами из-за большой толщины требует особой технологии сварки, делая изготовление котла трудоёмким.
Технической проблемой ближайшего аналога является недостаточное использование внутреннего объёма котла при габарите котла, полностью вписанном в железнодорожный габарит, и высокая трудоёмкость его изготовления.
Задачей заявляемой полезной модели является создание котла, удовлетворяющего всем требованиям к хранению и перевозке агрессивных жидкостей, включая требования к прочности и химической устойчивости, а также увеличение внутреннего объёма котла при габарите котла, полностью вписанном в железнодорожный габарит и уменьшение трудоёмкости его изготовления.
Достигается заявленная задача котлом для хранения и перевозки агрессивных жидкостей, содержащим внутреннюю оболочку из алюминиевого сплава и внешнюю из стали, при этом толщина внутренней оболочки выполнена в диапазоне размеров от 0,08 мм до 1,5 мм, толщина внешней оболочки выполнена в диапазоне размеров от 7 до 24 мм.
В качестве развития полезной модели внутренняя оболочка может быть изготовлена из алюминия марки АД0; внешняя оболочка может быть изготовлена из высокопрочной стали; внешняя оболочка может быть изготовлена из легированной стали; внешняя оболочка может быть изготовлена из низколегированной стали; внешняя оболочка может быть изготовлена из стали марки 09Г2С.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что котёл для хранения и перевозки агрессивных жидкостей содержит внутреннюю оболочку из алюминиевого сплава, а внешнюю оболочку из стали, при этом толщина внутренней оболочки выполнена в диапазоне размеров от 0,08 мм до 1,5 мм, толщина внешней оболочки выполнена в диапазоне размеров от 7 до 24 мм; внутренняя оболочка может быть изготовлена из алюминия марки АД0; внешняя оболочка может быть изготовлена из высокопрочной стали; внешняя оболочка может быть изготовлена из легированной стали; внешняя оболочка может быть изготовлена из низколегированной стали; внешняя оболочка может быть изготовлена из стали марки 09Г2С. Такое отличие от прототипа даёт основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическим изображением, где на фиг. 1 показан общий вид котла для хранения и перевозки агрессивных жидкостей, на фиг. 2 – сечение А-А на фиг. 1.
Котёл для хранения и перевозки агрессивных жидкостей (Фиг. 1, Фиг. 2) содержит обечайку 1 и днища 2. Котел содержит внутреннюю оболочку 3 из алюминиевого сплава, а внешнюю оболочку 4 из стали, при этом толщина внутренней оболочки 3 выполнена в диапазоне размеров от 0,08 мм до 1,5 мм, толщина внешней оболочки 4 выполнена в диапазоне размеров от 7 до 24 мм.
Технический результат, который заключается увеличении внутреннего объёма котла для хранения и перевозки агрессивных жидкостей при габарите котла, полностью вписанном в железнодорожный габарит и уменьшении трудоёмкости его изготовления, обеспечивается следующим образом.
3
3
Изготовление внутренней оболочки 3 из алюминиевого сплава и внутренней оболочки 4 из стали в указанных диапазонах толщин в сумме составляют необходимую толщину обечайки 1 и днищ 2 котла, удовлетворяющего всем требованиям к хранению и перевозке агрессивных жидкостей, включая требования к прочности и химической устойчивости, позволяющую увеличить внутренний объём котла при габарите котла, вписанном в железнодорожный габарит за счёт уменьшения общей толщины обечайки 1 и днищ 2. В качестве примера при заданных габаритах котла достигается увеличение объёма на 3,5 м (на 2,8 м для объёма агрессивной жидкости) и увеличение грузоподъемности на 2 т по сравнению с котлом вагона-цистерны для азотной кислоты модели 15-6901, изготовленным полностью из алюминиевого сплава. Выбор толщины внутренней оболочки 3 из алюминиевого сплава определяется требованиями к виду перевозимой агрессивной жидкости и химической устойчивостью алюминиевого сплава в агрессивной среде. Изготовление внутренней оболочки 3 толщиной менее 0,08 мм обеспечит незначительное уменьшение толщины обечайки 1 и днищ 2 и незначительное увеличение внутреннего объёма котла, но не обеспечит устойчивости к агрессивной среде в течение срока службы котла, например, устойчивости к азотной кислоте в течение 40 лет. Изготовление внутренней оболочки 3 толщиной более 0,15 мм не целесообразно, т.к. дальнейшее увеличение толщины внутренней оболочки 3 не обеспечит большей устойчивости алюминиевого сплава в агрессивной среде и не повлияет на уменьшение толщины обечайки 1 и днищ 2 и увеличение внутреннего объёма соответственно. Выбор толщины внешней оболочки 4 из стали определяется расчетом на прочность и устойчивость котла от внешнего давления. Изготовление внешней оболочки 4 толщиной менее 7 мм обеспечит уменьшение толщины обечайки 1 и днищ 2 и, соответственно, повлияет на увеличение внутреннего объёма котла, однако не обеспечит прочность котла, а изготовление внешней оболочки 4 толщиной более 24 мм не обеспечит увеличение внутреннего объёма, т.к. толщина обечайки 1 и днищ 2 не будет уменьшена. В свою очередь, изготовление внутренней оболочки 3 из алюминиевого сплава с заявляемым диапазоном толщины не требует особой оснастки и технологии сварки, и изготовление внешней оболочки 4 из высокопрочных сталей обеспечивает сборку обечайки 1 с днищами 2 по принятой известной технологии, что в целом снижает трудоёмкость изготовления котла для хранения и перевозки агрессивных жидкостей.
В качестве алюминиевого сплава используется алюминий марки АД0, обладающий наилучшими свойствами по химической устойчивости, по сравнению, например, с алюминиевыми сплавами марки АД1 или марки А1, что позволяет изготавливать внешнюю оболочку 3 более тонкой, что влияет на уменьшение суммарной толщины обечайки и днищ и на увеличение внутреннего объёма котла.
Изготовление внешней оболочки 4 котла из стали, например, высокопрочной стали, либо легированной стали, либо низколегированной стали, позволяет изготовить котёл увеличенного внутреннего объёма, т.к. высокопрочная сталь обладает оптимальными прочностными характеристиками при относительно низких толщинах, по сравнению, например, с котлом, выполненным полностью из алюминиевого сплава.
В качестве конкретного примера реализации котла для хранения и перевозки агрессивных жидкостей является котёл, внешняя оболочка 4 которого изготовлена из стали марки 09Г2С категории не ниже 14 по ГОСТ 5520 и класса прочности не ниже КП 325 по ГОСТ 1928, что позволяет изготовить котёл с толщиной внешней оболочки 4 в заявляемом диапазоне с оптимальными характеристиками по трудоёмкости изготовления, а также с хорошими прочностными свойствами, обладающей более высокими механическими свойствами, чем, например, из углеродистой стали, обеспечивая снижение трудоёмкости и технологичности изготовления.
Котёл для хранения и перевозки агрессивных жидкостей, представляющий собой силовую каркасную оболочку, несущую эксплуатационные нагрузки, содержит обечайку 1 и днища 2. Основную несущую оболочку – внешнюю оболочку 4 котла изготавливают из стали, что обеспечивает сборку обечайки 1 с днищами 2 по принятой известной технологии. Внутренняя оболочка 3 может быть образована напылением из алюминиевого сплава или наплавкой из алюминиевого сплава, что позволяет изготовить внутренний слой 4 толщиной менее 1% от толщины внешней оболочки 4, обеспечивая получение тонкой бесшовной внутренней оболочки 3 без применения сложной оснастки, уменьшая трудоёмкость изготовления котла.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает достижение технического результата – увеличения внутреннего объёма котла для хранения и перевозки агрессивных жидкостей при габарите котла, полностью вписанном в железнодорожный габарит и уменьшения трудоёмкости его изготовления.