КОТЕЛ ДЛЯ СОСУДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ

Заявляемая полезная модель относится к емкостям для хранения и транспортирования жидких грузов и может быть использована в контейнерах-цистернах и стационарных емкостях.
Известно достаточное количество конструкций выполнения узла соединения обечайки люка с обечайкой котла цистерны. Недостатками известных решений часто является высокая трудоемкость при реализации конструкции, и как результат, снижение производительности, а также большая металлоемкость и материалоемкость изделия.
Так, известен железнодорожный вагон-цистерна, содержащий обечайку, люк с горловиной, закрепленной в обечайке котла. Место соединения горловины люка с обечайкой усилено накладкой, установленной на наружной цилиндрической поверхности обечайки и охватывающей горловину люка, (заявка US 20140000474 опубл. 02.01.2014). Технической проблемой, данного устройства, является ненадежное закрепление горловины люка на обечайке котла вагона-цистерны по причине наличия высоких внутренних напряжений, концентрирующихся в местах соединения горловины люка и усиливающей накладки с обечайкой котла, а также по кромкам усиливающей накладки.
Известен котел вагона-цистерны патент (CA 2725064), содержащий обечайку, два днища, люк-лаз с горловиной, расположенный в верхней части котла, предохранительную и запорную арматуру и усиливающую накладку, расположенную в месте установки люка-лаза. Накладка имеет форму кольца и приварена по внутреннему диаметру к горловине люка-лаза, а по наружному диаметру к обечайке котла.
Недостатком существующего технического решения является наличие напряжений в стенках котла, близких по своему значению к допускаемым по периметру накладки в зоне, удаленной от продольной оси котла, при создании внутреннего давления. Явление наблюдается ввиду резкого изменения жесткости конструкции за счет приваривания накладки к горловине люка-лаза. Данное обстоятельство негативно сказывается на надежности узла установки люка-лаза и безопасности эксплуатации котла, работающего под давлением.
Также известен котел вагона - цистерны, содержащий обечайку, люк с горловиной, закрепленной в обечайке котла, при этом место соединения горловины люка с обечайкой усилено накладкой, установленной на наружной цилиндрической поверхности обечайки и охватывающей горловину люка, где усиливающая накладка выполнена с переменным поперечным сечением (Патент РФ №2646709 опуб. 06.03.2018). Недостатками такой конструкции является большая трудоемкость при выполнении усиливающей накладки, в части изготовления деталей разной толщины, сложность при обеспечении минимального сварочного зазора при монтаже накладки, а также большой объем сварочных работ.
Наиболее близким решением является полезная модель, описанная в патенте РФ №214321 опубл. 21.10.2022 г. Согласно полезной модели для достижения заявленного технического результата крепление обечайки люка с обечайкой котла выполнено посредством диска, изогнутого по форме обечайки котла и являющегося частью обечайки котла, при этом диск выполнен с центральным сквозным отверстием. По периметру сквозного отверстия диск соединен посредством сварки с горловиной люка. По наружному периметру диск соединен посредством сварки с обечайкой котла. Толщина диска 1,5-3 толщины обечайки котла.
Недостатком является:
металлоемкость в следствие необходимости применения обечайки горловины по толщине сопоставимой с толщиной диска для выполнения качественного сварного шва;
трудоемкость при обработке наружного диаметра кольца под сварку;
применение приварного фланца для стыковки с крышкой люка.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, укрепление отверстия для вварки горловины, а также герметичность стыковки горловины люка-лаза с крышкой с минимальными затратами по металлоемкости и трудоемкости и, как следствие, обеспечение безопасности эксплуатации сосуда, работающего под давлением, требования к которым предъявляются нормативной документацией.
Техническим результатом является снижение металлоемкости и трудоемкости при изготовлении и как следствие снижение стоимости изделия.
Заявленный технический результат обеспечивается тем, что котел для сосудов, работающих под давлением, для транспортировки и хранения жидких продуктов, содержит обечайку котла, люк-лаз с горловиной, закрепленной в обечайке котла, где согласно полезной модели, отношение толщины горловины к толщине обечайки лежит в диапазоне 1,75-2 раза превышающей толщину обечайки. При этом верхняя поверхность горловины обработана для формирования посадочного места стыковки с крышкой люка в виде соединения «шип-паз».
Отличительными признаками предлагаемого технического решения является то, что отношение толщины горловины к толщине обечайки лежит в диапазоне 1,75-2 раза превышающей толщину обечайки. Выбранный диапазон обусловлен требованиями ГОСТ по укреплению отверстия под установку горловины. Использование горловины, изготовленной из листового проката указанной толщины, позволяет с помощью механической обработки сформировать элемент стыковки (посадочное место) с крышкой люка - соединение «шип-паз», в котором функцию «шипа» выполняет обработанная верхняя поверхность горловины с заданным диаметром для размещения в «пазе» крышки люка, тем самым обеспечив соосность и шероховатость поверхности в месте стыковки с целью обеспечения герметичности соединения. Заявляемое техническое решение исключает необходимость установки укрепляющего кольца и фланца на горловине для стыковки с крышкой люка, что позволяет снизить металлоемкость и трудоемкость при изготовлении изделия, обеспечить герметичность стыковки горловины люка-лаза с крышкой и как следствие, повысить безопасность эксплуатации сосуда, работающего под давлением и снизить себестоимости изделия.
В процессе анализа уровня техники, включающий поиск по патентным документам и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявленной полезной модели, заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками сходными с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами.
на фиг. 1 представлен общий вид котла для сосудов, работающих под давлением для транспортировки и хранения жидких продуктов;
на фиг. 2 - вид А люк-лаз с горловиной;
на фиг. 3 - вид Б соединение «шип-паз».
Котел для сосудов, работающих под давлением, для транспортирования и хранения жидких продуктов (фиг. 1) включает в себя обечайку котла 1, люк-лаз 2, закрепленный в обечайке котла. Для изготовления горловины 3 люка-лаза используется прокат толщиной в 1,75-2 раза превышающий толщину обечайки котла (фиг. 2). Выбранный диапазон обусловлен требованиям ГОСТ по укреплению отверстий. Такая толщина позволяет механической обработкой сформировать элемент стыковки (посадочное место) с крышкой люка - соединение «шип-паз» (фиг. 3), в котором функцию шипа выполняет обработанная верхняя поверхность горловины с заданными диаметрами для размещения в «пазе» крышки люка. В зоне перехода от обработанного «шипа» к цилиндрической поверхности горловины выполнен скос для снятия концентраторов напряжения. Описанная конструкция, согласно проведенному расчету, обеспечивает условие укрепления отверстия под установку горловины без применения укрепляющего кольца. Таким образом, заявляемая полезная модель исключает необходимость установки укрепляющего кольца и фланца на горловине для стыковки с крышкой люка, что позволяет производителю снизить металлоемкость и существенным образом снизить трудоемкость изготовления изделия.
В настоящее время, заявляемое техническое решение выполнено на экспериментальной серии изделий и показало хороший результат.