Железнодорожная цистерна для затвердевающих жидкостей

 

Использование: в железнодорожных цистернах для транспортирования расплавленных химических продуктов - серы, пека, битума и др., что позволяет повысить надежность крепления камер для активной части длинномерных электронагревателей внутри котла, обеспечить компактное совмещенное расположение камер для размещения электрооборудования и повысить надежность в системе электроразогрева. Сущность: железнодорожная цистерна включает котел, внутри которого установлены камеры для активной части электронагревателей, разделенные по длине с обеспечением промежутка между ними в средней части котла. Камеры для выводов электронагревателей совмещены с камерами для электрооборудования по управлению разогревом цистерны.

Изобретение относится к емкостям для транспортирования затвердевающих жидкостей и может быть использовано в железнодорожных цистернах для перевозки, например, расплавленной серы, пека и др. продуктов.

Известна цистерна для транспортирования затвердевающих жидкостей, содержащая котел с тепловой изоляцией, в нижней части которой в двух последовательно расположенных и отделенных друг от друга воздушным зазором камерах установлены секции трубчатых электрических нагревателей (секции ТЭН), при этом активная часть ТЭН находится в камерах под котлом, а выводы ТЭН в сопрягаемых "холодных" камерах, размещенных непосредственно в тепловой изоляции котла с определенными интервалами по длине цистерны, причем электрооборудование по управлению разогревом цистерны размещено в отдельных камерах (см. а.с. N 706271). Такие вагоны-термоцистерны в настоящее время находятся в серийном производстве в Мариупольском концерне "Азовмаш".

Недостатками таких цистерн являются: 1) значительное поглощение тепла самой изоляцией; 2) необходимость применения сравнительно большого количества ТЭН малой единичной мощности и соответственно необходимость в установке на цистерне большого количества камер для секций этих нагревателей; 3) потребность в применении сравнительно больших количества и длины силовых электропроводов; 4) невозможность установки длинномерных ТЭН большой единичной мощности.

Известно также техническое решение по установке ТЭН в емкости, снабженной внутренней камерой для размещения в ней активной части ТЭН, а камеры для выводов этих нагревателей расположены за пределами емкости, причем внутренняя камера является равнопрочной стенкой корпуса емкости, расположена по всей длине емкости и с обеих сторон жестко закреплена в торцевых частях последней (см. патент США N 2.122.585, кл. 123-142,5 прототип).

Недостатками такого решения являются: 1) необходимость применения специальных "сквозных" ТЭН строго определенной длины (от торца до торца емкости); 2) сложность решения технической задачи по недопущению деформации и разрушению внутренних длинномерных сквозных камер от температурных удлинений (например, длина котла вагона-цистерны для пека более 10м, расчетная температура продукта в котле от минус 50^oС до плюс 250^oС); 3) сложность размещения внутри емкости обустройств (например, привода управления нижним сливным прибором, сливо-наливных устройств и др.), препятствующих прохождению сквозных внутренних камер; 4) потребность в установке отдельных камер для электрооборудования по управлению разогревом; 5) необходимость в применении сравнительно больших количества и длины силовых электропроводов.

Цель изобретения повышение надежности крепления камер для активной части длинномерных ТЭН внутри котла, компактное совмещенное расположение камер для электрооборудования на цистерне и повышение надежности в работе системы электроразогрева.

Поставленная цель достигается тем, что камеры для активной части электронагревателей разделены по длине с обеспечением промежутка между ними в средней части котла, объединены в компактные группы, включающие, по меньшей мере, три камеры в группу, жестко соединены между собой в группах посредством планок в виде ферм, при этом фермы по длине устойчива установлены на опорах, а камеры для выводов электронагревателей совмещены с камерами для электрооборудования по управлению разогревом цистерны.

Указанное дает возможность установить в котле камеры для активной части ТЭН, направленными от каждого днища к середине цистерны и пронизывающими котел практически по всей длине, кроме средней его части, где между торцами встречных камер создается некоторый конструктивный промежуток, позволяющий таким длинномерным камерам естественно и беспрепятственно удлиняться (укорачиваться) при температурных колебаниях перевозимого продукта, а также иметь свободное пространство в средней части котла для установки необходимых сливо-наливных устройств. Кроме того, объединение длинномерных камер в компактные жесткие фермы, с учетом установки их на поддерживающих опорах, позволяет решить проблему вибростойкости и надежного сварного соединения ферм с днищами котла. Крепление же групп камер компактно на днищах позволяет одновременно совместить камеры для выводов ТЭН с другими "холодными" камерами, необходимыми для размещения электрооборудования, а внутри котла улучшить условия для работы обслуживающего персонала по очистке котла от нерастворимых осадков.

Очевидно, в длинномерных камерах возможно установить уменьшенное количество ТЭН повышенной единичной мощности, при этом значительно сокращается количество электрических контактов, количество и длина силовых электропроводов и, в конечном итоге, повышается надежность цистерны в эксплуатации.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая железнодорожная цистерна имеет следующие отличительные признаки: 1) камеры для активной части электронагревателей разделены по длине с обеспечением промежутка между ними в средней части котла; 2) камеры для активной части электронагревателей объединены в компактные группы, включающие, по меньшей мере, три камеры в группу; 3) камеры для активной части электронагревателей жестко соединены между собой в группах посредством планок в виде ферм; 4) фермы по длине устойчиво установлены на опорах; 5) камеры для выводов электронагревателей совмещены с камерами для электрооборудования по управлению разогревом цистерны.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена предлагаемая железнодорожная цистерна; на фиг.2 торец предлагаемой цистерны в разрезе вертикальной плоскостью вдоль продольной оси секции электронагревателей; на фиг.3 вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.4 поперечный разрез котла цистерны; на фиг.5 изображена ферма, собранная из камер для активной части ТЭН; на фиг. 6 разрез по Б-Б на фиг. 5.

Железнодорожная цистерна содержит котел 1 в тепловой изоляции 2, в нижней части которой на торцах цистерны смонтированы две независимые друг от друга системы электроразогрева 3, каждая из которых включает съемные секции 4 трубчатых электронагревателей 5, силовые электрические провода 6 и электрооборудование по управлению разогревом цистерны: штепсельные разъемы 7, выключатель 8, панель предохранителей 9 и др.

Секции 4 электронагревателей 5 установлены в нишах, выполненных в виде последовательно расположенных, но расчлененных между собой камер 10 - "горячих" и 11 "холодной".

Камеры 10 для активной части электронагревателей располагаются непосредственно в котле 1 и являются расчетными элементами конструкции, обеспечивающими прочность и герметичность его стенок.

Для изготовления камер 10 используются цельнотянутые (бесшовные) трубы определенного диаметра, зависящего от диаметра принятого ТЭН, а также из условия обеспечения минимального зазора между корпусом ТЭНа и внутренней цилиндрической поверхностью камеры 10 и расчетной толщины стенки.

"Холодная"камера 11 закреплена на днище 12 кожуха изоляции 2 и предназначена для размещения в ней выводов (электрических контактов) 13 электронагревателей 5.

Каждая секция 4 электронагревателей 5 закреплена на фланце 14 горловины 15, вваренной в днище котла 1 для каждой группы камер 10, отделенных от камеры 11 воздушным зазором 16 с целью разрыва теплового моста металлоконструкции.

С камерой 11 совмещены камеры 17 и 18 для размещения в них электрооборудования по управлению разогревом цистерны.

Для обеспечения удобства в эксплуатации и требований электробезопасности камера 11 закрыта крышкой 19, а камеры 17 и 18 крышками 20 каждая, что и является определяющим в конструктивном исполнении наружной ниши в изоляции котла в виде нескольких совмещенных камер вместо создания одной общей камеры для размещения упомянутого электрооборудования.

Для компактного размещения на днищах и внутри котла 1 камеры 10 объединены, например, в четыре группы, включающие по три камеры в группу. Каждая группа камер 10 представляет собой жесткую трехгранную ферму (с условными гранями S), на одном конце которой камеры 10 вварены в фланец 22 равноотстоящими друг от друга, между собой по длине камеры 10 жестко связаны системой планок 23, на противоположном конце камер 10 установлены заглушки 24. Жесткость такой фермы зависит от длины, диаметра, толщины стенки трубы, из которой изготовлены камеры 10, размера граней S фермы, количества планок, 23 установленных по длине камеры 10 (шага между планками 23) и и других параметров.

Длина камер 10 (ферм) определяется конструктивно, исходя из габаритных размеров обустройств, находящихся в средней части внутри котла 1, и физико-химических свойств перевозимого продукта (температуры плавления, скорости плавления, вязкости, теплоемкости и пр.), и должна быть меньше 1/2 длины котла 1.

Учитывая, что длинномерные камеры 10 в данном случае являются стенками котла, вопросу обеспечения их жесткости для исключения собственных колебаний (вибраций) при движении цистерны должно уделяться особое внимание. Объединение групп камер 10 в фермы решает эту задачу.

При установке ферм в котле 1 их фланцы 22 ввариваются в горловинах 15, компактно размещенных на днищах преимущественно на одном уровне от нижней образующей котла 1 (в данном примере по две горловины 15 на каждом днище), с горизонтальной ориентацией ферм вдоль продольной оси котла 1 так, чтобы двумя камерами 10 (гранью S) фермы устойчиво опирались на опоры 25, при этом противоположные торцы встречных ферм (с приваренными заглушками 24) не закреплены, и фермы могут удлиняться в свободный промежуток между ними. Опоры 25 преимущественно должны быть общими для ферм, приваренных на одном днище котла 1, это могут быть горизонтально установленные под фермами балки, например, из уголкового профиля; количество опор 25 и интервал между ними определяется конструктивно в зависимости от длины ферм, при этом, с целью улучшения условий слива и уменьшения остатков продукта в цистерне, узлы крепления 26 опор 25 к стенкам котла 1 должны быть максимально смещены от нижней образующей котла 1 к боковым его стенкам.

Для повышения жесткости длинномерных ферм, например, выполненных из сравнительно гибких труб малого диаметра, на опорах 25 сопрягаемые с ними камеры 10 могут крепиться скобами 27, как показано на фиг. 4, не препятствующими температурному удлинению камер 10.

Из чертежей видно, что системы электроразогрева 3 компактно смонтированы на цистерне в камерах 10, 11, 17, 18, при этом обеспечивается установка уменьшенного количества ТЭН повышенной единичной мощности ( за счет замены ТЭН малой единичной мощности, устанавливаемых вне котла и повышения КПД электроустановки новой конструкции) при минимальном количестве коротких силовых электропроводов 6.

Разогрев затвердевшего в котле 1 продукта производится на пункте разогрева (слива) путем включения систем электроразогрева 3, при этом тепло от каждого электронагревателя 5 через воздушную прослойку 21 в камерах 10 передается стенкам этих камер, а от последних расплавляемому продукту с минимальными потерями в окружающую среду.

Формула изобретения

Железнодорожная цистерна для затвердевающих жидкостей, включающая теплоизолированный котел с камерами для активной части трубчатых электронагревателей, жестко закрепленными на днищах и ориентированными внутри котла вдоль его продольной оси, камеры для выводов электронагревателей и камеры для электрооборудования по управлению разогревом цистерны, отличающаяся тем, что камеры для активной части электронагревателей расположены с образованием промежутка между собой в средней части котла, при этом камеры для выводов электронагревателей совмещены с камерами для электрооборудования по управлению разогревом цистерны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6