Контейнер-цистерна

 

Изобретение относится к емкостям для хранения и транспортирования жидкостей и газов и может быть использовано на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте. Устройство содержит цистерну, торцовые рамы и систему крепления цистерны к рамам. Последняя включает переходные обечайки в виде оболочек, поперечное сечение которых представляет собой геометрическую фигуру с вертикальной плоскостью симметрии, и, по меньшей мере, только нижние опорные балки. Продольная ось переходных обечаек, выполняемых из криволинейных панелей или из сочетания криволинейных панелей с плоскими, либо совпадает с продольной осью цистерны, либо не совпадает и находится выше или ниже нее. При несовпадении осей диагональные распорки торцовых рам имеют разную длину и расположены симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии рам. В нижней части каждой переходной обечайки выполнен вырез с криволинейным или прямолинейно-ломаным контуром, позволяющим не закреплять обечайку на нижней поперечной балке торцовой рамы и тем исключить концентрацию напряжений в нижней части днища цистерны. Будучи незакрепленной и на верхней поперечной балке рамы, обечайка закреплена лишь на стойках и диагональных распорках торцовой рамы. Изобретение обеспечивает повышение надежности конструкции при транспортировке любых жидкостей и газов. Устойчивость конструкции, при необходимости, повышается за счет использования в системе крепления боковых и верхних опорных балок. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к емкостям для хранения и транспортирования жидкостей и газов и может быть использовано на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте.

Как известно, основными элементами контейнера-цистерны являются цистерна, торцовые рамы и система крепления цистерны к торцовым рамам.

Для равномерного распределения нагрузок в системах крепления предусматривают разгрузочные элементы типа переходных обечаек и опорных балок.

При транспортировках с продольным ускорением до 4g все элементы контейнера-цистерны испытывают значительные осевые перегрузки на "растяжение-сжатие". Импульсное воздействие этих перегрузок при резких толчках или при резких перепадах скорости транспортирующего средства усиливается нагрузками от внутреннего давления транспортируемого груза. Следствием перегрузок является чрезмерная концентрация напряжений в наиболее слабых зонах, к которым относятся в первую очередь нижние части днищ цистерны.

Причиной их разрушения является жесткая связь с нижними поперечными балками торцовых рам, хотя и опосредствованная через переходные обечайки. В результате многократных перегрузок указанные балки и переходные обечайки деформируются, а в днищах образуются трещины.

Для обеспечения безопасности транспортировки опасных грузов необходимо применять конструктивные меры, позволяющие рационально перераспределить нагрузки, действующие на цистерну с грузом и избежать опасной концентрации напряжений в ее стенках.

К таким мерам относится выбор формы и расположения опорных обечаек, посредством которых цистерна соединяется с торцовыми рамами контейнера.

Известен контейнер-цистерна, содержащий цистерну с днищами, две торцовые рамы и систему крепления цистерны к рамам, включающую переходные обечайки, соединяющие цистерну с рамами, и опорные балки, закрепленные на нижних углах торцовых рам и цистерне, причем продольная ось цистерны не совпадает с продольной осью контейнера, а последняя проходит через центры торцовых рам (патент EP N 0144864 B1, кл. B 65 D 88/12, oпубл. 11.05.88).

Известен также контейнер-цистерна, содержащий цистерну с торцовыми днищами, имеющую продольную ось, расположенную ниже продольной оси контейнера, две торцовые рамы, через центры которых проходит продольная ось контейнера, с верхними и нижними грузозахватными фитингами, имеющие стойки, нижние и верхние поперечные балки, нижние и верхние диагональные распорки, и систему крепления цистерны к торцовым рамам, включающую переходные обечайки с вырезами, имеющими продольную ось, совпадающую с осью цистерны, скрепленные каждая одной стороной с цистерной, другой - с соответствующей торцовой рамой, исключая ее верхнюю поперечную балку, и нижние опорные балки - по две с каждой стороны цистерны, закрепленные одними концами на нижних грузозахватных фитингах, другими, имеющими участок сопряжения с поверхностью цистерны, - на последней (патент RU N 2072956, кл. B 65 D 88/12, 1996).

Известные контейнеры-цистерны не обладают необходимой надежностью. При осевых перегрузках нижние продольные балки их торцовых рам вместе с переходными обечайками деформируются, а нижние части днищ разрушаются при перевозке даже относительно легких жидкостей и газов. Они тем более не пригодны для перевозки тяжелых жидких веществ типа ртути.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка контейнера-цистерны, пригодного для безаварийного транспортирования любых жидкостей и газов (как легких, так и тяжелых, включая ртуть) и в любых количествах, размещаемых в пределах стандартных габаритов.

Техническая задача решается за счет изменения схемы взаимного расположения цистерны и переходных обечаек, за счет варьирования формой переходных обечаек, и, что самое главное, за счет исключения зоны концентрации напряжений на днище цистерны.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является повышение надежности контейнера-цистерны и расширение его эксплуатационных возможностей.

Для решения поставленной задачи в контейнере-цистерне, содержащем цистерну с торцовыми днищами, имеющую продольную ось, расположенную ниже продольной оси контейнера, две торцовые рамы, через центры которых проходит продольная ось контейнера, с верхними и нижними грузозахватными фитингами, имеющие стойки, верхние и нижние поперечные балки, верхние и нижние диагональные распорки, и систему крепления цистерны к торцовым рамам, включающую переходные обечайки с вырезами, имеющие продольную ось, совпадающую с продольной осью цистерны, скрепленные каждая одной стороной с цистерной, другой - с соответствующей торцовой рамой, исключая ее верхнюю поперечную балку, и по меньшей мере нижние опорные балки по две с каждой стороны цистерны, закрепленные одними концами на нижних фитингах, другими, имеющими участок сопряжения с поверхностью цистерны, - на последней, согласно изобретению продольная ось переходных обечаек системы крепления, при необходимости, расположена выше или ниже продольной оси контейнера, каждая переходная обечайка выполнена в виде оболочки, поперечное сечение которой представляет собой геометрическую фигуру с вертикальной плоскостью симметрии, из криволинейных, плоских или сочетания криволинейных и плоских панелей одинаковой или разной толщины, вырез, имеющий криволинейный или прямолинейно-ломаный контур, выполнен в нижней части каждой переходной обечайки, причем его размеры и форма определены условиями крепления цистерны к торцовой раме таким образом, чтобы обеспечить гарантированное закрепление цистерны на стойках и диагональных распорках соответствующей торцовой рамы, при этом верхние и нижние диагональные распорки последней выполнены при необходимости разнодлинными и расположены симметрично относительно ее вертикальной плоскости симметрии, а также в предпочтительных вариантах каждая переходная обечайка системы крепления выполнена либо в виде простой или составной оболочки вращения, либо в виде простой или составной оболочки иной, чем оболочка вращения.

Отличительными от прототипа особенностями заявляемого контейнера-цистерны являются следующие признаки: - расположение при необходимости продольной оси переходных обечаек системы крепления выше или ниже продольной оси цистерны; - выполнение каждой переходной обечайки в виде оболочки, поперечное сечение которой представляет собой геометрическую фигуру с вертикальной плоскостью симметрии; - выполнение каждой переходной обечайки из криволинейных или плоских панелей или из сочетания криволинейных и плоских панелей; - выполнение указанных панелей одинаковой или разной толщины; - выполнение выреза в нижней части каждой переходной обечайки; - криволинейный или прямолинейно-ломаный контур указанного выреза; - определение формы и размера указанного выреза исходя из условий такого крепления цистерны к торцовой раме посредством переходной обечайки, которое бы гарантировало закрепление цистерны только на стойках и диагональных распорках торцовой рамы; - выполнение верхних и нижних диагональных распорок торцовой рамы при необходимости разнодлинными; - симметричное расположение указанных разнодлинных распорок относительно вертикальной плоскости симметрии торцовой рамы, а также
- выполнение каждой переходной обечайки системы крепления в виде простой или составной оболочки вращения;
- выполнение каждой переходной обечайки в виде простой или составной оболочки иной, чем оболочка вращения.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными.

Использование этих признаков в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенную совокупность признаков как соответствующую критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными позволяет решить поставленную задачу.

Новое техническое решение является результатом творческой работы и опытно-экспериментальных исследований и в предложенной совокупности признаков соответствует критерию "изобретательский уровень".

По сравнению с прототипом заявляемый контейнер-цистерна избавлен от концентрации напряжений в нижних частях днищ его цистерны за счет исключения воздействия на них нагрузок со стороны нижних поперечных балок торцовых рам. Это достигнуто выполнением выреза в нижней части переходной обечайки именно таким, чтобы предотвратить жесткую связь между обечайкой и указанной балкой рамы. Соединение с верхней поперечной балкой рамы исключено ввиду существенно более низкой степени ее нагружения.

Исключение слабой зоны с точки зрения концентрации в ней напряжений, закрепление цистерны через обечайки только на стойках и диагональных распорках торцовых рам позволяет уменьшить толщину днищ цистерны и снизить стоимость контейнера-цистерны.

Предлагаемый контейнер-цистерна обладает преимуществом варьирования схемы его компоновки в зависимости от условий его эксплуатации, вида перевозимого груза, габаритов самого контейнера.

Для перевозки тяжелых веществ типа ртути конструкцию по изобретению делают максимально устойчивой, для чего опускают не только цистерну, но и переходные обечайки относительно цистерны. Следствием этого является снижение изгибающих моментов в нижних частях рам.

В случае перевозки более легких жидкостей или монтажа дополнительной арматуры или изоляции в нижней части днищ переходные обечайки можно поднять выше относительно продольной оси цистерны.

Несоосность расположения цистерны и обечаек вызывает необходимость поиска специальных форм обечаек для конкретных случаев.

Как показала практика, наиболее удобной формой переходной обечайки является оболочка, но не любая, а только такая, поперечное сечение которой представляет собой геометрическую фигуру с вертикальной плоскостью симметрии. Это может быть простая (цилиндрическая или конусная) оболочка вращения или оболочка иная, чем оболочка вращения. В любом случае изготавливать оболочку можно либо из криволинейных, либо плоских, либо из сочетания плоских и криволинейных панелей.

При указанной несоосности целесообразно использовать диагональные распорки торцовых рам не одинаковой, а разной длины: верхние короче или длиннее нижних.

В ряде случаев целесообразно использовать традиционную схему компоновки, когда продольная ось цистерны совпадает с продольной осью переходных обечаек. При такой схеме выбирают наиболее простую форму обечаек (в виде оболочки вращения) и делают одинаковой длины диагональных распорок торцовых рам.

Система крепления цистерны к торцовым рамам помимо перечисленных обечаек включает по меньшей мере нижние опорные балки.

При необходимости в вышеуказанных случаях она может включать боковые и верхние опорные балки. Подробно такая система крепления описана в патенте RU N 2115606, кл. B 65 D 88/12, 1998.

Перечень чертежей:
фиг. 1 - вид спереди контейнера-цистерны с переходными обечайками в виде цилиндрических оболочек вращения, имеющих продольную ось, совпадающую с осью цистерны;
фиг. 2 - то же, вид сбоку;
фиг. 3 - вид А фиг. 1;
фиг. 4 - вид спереди части контейнера-цистерны с переходной обечайкой в виде цилиндрической оболочки вращения, имеющей продольную ось, расположенную ниже продольной оси цистерны;
фиг. 5 - то же, вид сбоку;
фиг. 6 - вид спереди части контейнера-цистерны с переходной обечайкой в виде конической оболочки вращения, имеющей продольную ось, совпадающую с продольной осью цистерны;
фиг. 7 - то же, вид сбоку;
фиг. 8 - вид спереди части контейнера-цистерны с переходной обечайкой в виде оболочки, образованной сочетанием конических и пирамидальных панелей;
фиг. 9 - то же, вид сбоку;
фиг. 10 - вариант исполнения контура выреза в нижней части переходной обечайки.

Описание предпочтительных вариантов исполнения.

Контейнер-цистерна (фиг. 1, 2) содержит цистерну 1 с торцовыми днищами 2, две торцовые рамы 3 с верхними 4 и нижними 5 грузозахватными фитингами и систему крепления цистерны 1 к торцовым рамам 3, включающую переходные обечайки 6, каждая из которых одной ее стороной 7 скреплена с цистерной 1, а другой 8 - с соответствующей торцовой рамой 3, и нижние опорные балки 9 (фиг. 3) по две с каждой стороны цистерны 1, закрепленные одними их концами 10 на нижних грузозахватных фитингах 5, другими 11, имеющими участок 12 сопряжения с поверхностью цистерны 1, - на последней.

Каждая торцовая рама 3 (фиг. 2) имеет стойки 13, нижние 14 и верхние 15 поперечные балки, верхние 16 и нижние 17 диагональные распорки.

Каждая переходная обечайка 6 системы крепления выполнена только из криволинейных или плоских панелей или из сочетания плоских и криволинейных панелей таким образом, что образуемая ими геометрическая фигура имеет вертикальную плоскость симметрии и является оболочкой. На фиг. 1-5 показана обечайка 6 в виде цилиндрической, а на фиг. 6, 7 - в виде конической оболочки вращения, выполненная из криволинейных панелей, на фиг. 8, 9 показана оболочка, образованная сочетанием конической и пирамидальной панелей. Возможны и другие сочетания плоских и криволинейных панелей, образующих оболочки, отвечающие поставленному условию.

Обечайка 6 может быть выполнена из панелей одинаковой или разной толщины, что обусловлено схемой ее нагружения, в свою очередь зависящей от вида перевозимого груза и габаритов контейнера-цистерны.

В нижней части 18 каждой переходной обечайки выполнен функциональный вырез 19, позволяющий не закреплять обечайку 6 на нижней поперечной балке 14 торцовой рамы 3.

Вырез 19 в обечайке 6 может иметь криволинейный или прямолинейно-ломаный контур. Примерные варианты вырезов 19 показаны на фиг. 10. Понятно, что форма вырезов ими не исчерпывается.

Размеры и форму выреза 19 определяют расчетным путем. При расчетах учитывают необходимость гарантированного закрепления обечайки 6 на стойках 13 и диагональных распорках 16 и 17 торцовых рам 3.

В верхней части обечайки 6, не закрепленной на верхней поперечной балке 15 торцовой рамы в силу существенно меньшей нагруженности, выполнен вырез 20.

Вырез 21 в местах контактов стоек 13 и диагональных распорок 16 и 17 торцовых рам 3 выполняют для удобства сварки.

Цистерна 1 имеет продольную ось, расположенную ниже продольной оси контейнера, а переходная обечайка 6 относительно цистерны 1 может быть расположена на одном уровне, как это показано на фиг. 1, где продольные оси обечайки 6 и цистерны 1 совпадают, или она может быть расположена выше или ниже цистерны 1, и тогда их продольные оси не совпадают. На фиг. 4, 5 представлен вариант расположения обечайки 6 ниже цистерны 1. Вариант "выше" не показан как аналогичный варианту "ниже", повернутому на 180^o.

И, наконец, диагональные распорки 16 и 17 торцовой рамы 3 могут иметь как одинаковую (фиг. 2), так и разную длину (фиг. 5) в зависимости от расположения обечайки 6 относительно цистерны 1, но они всегда расположены симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии торцовой рамы.

Приведенные варианты исполнения изобретения являются предпочтительными, и ими не ограничиваются возможности использования изобретения.

Задача, поставленная заявителем, решена, доказательством чего является практическая осуществимость изобретения.

Контейнер-цистерна заявляемой конструкции изготавливается в промышленных условиях на стандартном оборудовании.

Формула изобретения

1. Контейнер-цистерна, содержащий цистерну с торцовыми днищами, имеющую продольную ось, расположенную ниже продольной оси контейнера, две торцовые рамы, через центры которых проходит продольная ось контейнера, с верхними и нижними грузозахватными фитингами, имеющие стойки, верхние и нижние поперечные балки, верхние и нижние диагональные распорки, и систему крепления цистерны к торцовым рамам, включающую переходные обечайки с вырезами, имеющими продольную ось, совпадающую с продольной осью цистерны, скрепленные каждая одной стороной с цистерной, другой - с соответствующей торцовой рамой, исключая ее верхнюю поперечную балку, и, по меньшей мере, нижние опорные балки по две с каждой стороны цистерны, закрепленные одними концами на нижних грузозахватных фитингах, другими, имеющими участок сопряжения с поверхностью цистерны, на последней, отличающийся тем, что продольная ось переходных обечаек системы крепления, при необходимости, расположена выше или ниже продольной оси цистерны, каждая переходная обечайка выполнена в виде оболочки, поперечное сечение которой представляет собой геометрическую фигуру с вертикальной плоскостью симметрии из криволинейных, плоских, или сочетания криволинейных и плоских панелей одинаковой или разной толщины, вырез, имеющий криволинейный или прямолинейно-ломаный контур, выполнен в нижней части каждой переходной обечайки, причем его размер и форма определены условиями крепления цистерны к торцовой раме посредством торцовых обечаек таким образом, чтобы обеспечить гарантированное закрепление обечайки на стойках и диагональных распорках соответствующей торцовой рамы, при этом верхние и нижние диагональные распорки последней выполнены, при необходимости, разнодлинными и расположены симметрично ее вертикальной плоскости симметрии.

2. Контейнер-цистерна по п.1, отличающийся тем, что каждая переходная обечайка системы крепления выполнена в виде простой или составной оболочки вращения.

3. Контейнер-цистерна по п.1, отличающийся тем, что каждая переходная обечайка выполнена в виде простой или составной оболочки, иной, чем оболочка вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10