Цистерна для транспортировки загустевающих жидкостей

 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к вагонам-цистернам для транспортировки загустевающих жидкостей. Цистерна выполнена в виде цилиндрической емкости, смонтированной горизонтально на надрессорных балках экипажных тележек, и содержит систему нагрева транспортируемой жидкости из двух гидравлически связанных друг с другом нагревательных элементов. Один из элементов предназначен для обогрева сливного вентиля, а другой, установленный наклонно от торцов емкости к сливному вентилю, способствует сливу жидкости. Цистерна содержит два тепловых аккумулятора. Аккумуляторы в цистерне установлены горизонтально от одного ее торца к другому и предназначены для препятствия внутренней конвекции и снижения темпа остывания жидкости. Изобретение обеспечивает повышение эффективности слива загустевающей жидкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к вагонам-цистернам, предназначенным для транспортировки загустевающих жидкостей, например мазута.

Известны специализированные цистерны для транспортировки загустевающих жидких продуктов с нижним сливом, а также цистерны для транспортировки затвердевающих жидкостей, например модели 15-897, 15-1586, 15-1532 [1]. В этих цистернах обеспечиваются мероприятия, сохраняющие или восстанавливающие текучесть транспортируемой жидкости, такие как теплоизоляция стенок цистерны, нагрев сливного патрубка и др.

Недостатком данных транспортных средств являются высокая стоимость и продолжительность процедуры разогрева транспортируемой жидкости.

Известны цистерны с откосами в нижней части резервуара, повышающие эффективность выгрузки сыпучих грузов и вязких жидкостей. К последнему типу относится обогреваемый железнодорожный вагон-цистерна, выбранный в качестве прототипа к заявляемой модели [2].

Данный железнодорожный вагон-цистерна выполнен в виде цилиндрической емкости, смонтированной горизонтально на надрессорных балках экипажных тележек, содержит систему нагрева транспортируемой жидкости из двух гидравлически связанных друг с другом элементов, один из которых помещен вблизи сливного вентиля, установленного в нижней части емкости, а другой расположен наклонно от торцов емкости к сливному вентилю, плотно связан с корпусом емкости, образуя с нижней ее частью воздушные мешки, имеющие патрубки для подачи теплоносителя.

Недостатком данной цистерны является возможность образования на ее боковых стенках толстой корки затвердевшей жидкости, которая при низких температурах и продолжительной транспортировке может иметь толщину в несколько десятков сантиметров (обычно 30-50 см). Это предопределяет необходимость разогрева всей массы жидкости перед ее сливом.

Исследование динамики остывания реологической жидкости показывает, что существенное влияние на данный тепловой процесс оказывает внутренняя конвекция, возникающая на самых начальных его стадиях. При этом жидкость, омывающая изнутри стенки цистерны, охлаждается и, с ростом ее плотности, опускается вниз. Жидкость в центральных областях цистерны вытесняется вверх. Вследствие возникающего конвективного движения холодные стенки цистерны постоянно омываются горячей жидкостью и та быстро остывает во всей своей массе.

Расчет и опыты показывают, что переход от конвективного теплопереноса к кондуктивному, осуществляемому молекулярной теплопроводностью, во много раз снижает темп остывания жидкости.

Задачей изобретения является повышение эффективности слива загустевающей жидкости за счет обеспечения мероприятий по снижению темпа ее остывания, которые сводятся к подавлению внутренней конвекции.

Данная задача решается установкой в цистерне для транспортировки загустевающих жидкостей, например мазута, выполненной в виде цилиндрической емкости, смонтированной на надрессорных балках экипажных тележек, содержащей систему нагрева жидкости из двух гидравлически связанных друг с другом нагревательных элементов, один из которых помещен вблизи сливного вентиля, установленного в нижней части емкости, а другой расположен наклонно от торцов емкости к сливному вентилю, жестко связан с корпусом емкости, образуя с нижней ее частью полости, двух расположенных симметрично относительно продольной оси цистерны тепловых аккумуляторов, каждый из которых выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров (по схеме "труба в трубе"), проходящих от одного торца емкости к другому с выходом цилиндров за пределы цистерны на ее торцах, имеет торцевые фланцевые заглушки, на которых установлены патрубки для подачи и вывода теплоносителя из объема внутреннего цилиндра аккумулятора, а объем между цилиндрами заполнен теплоаккумулирующим составом, например кристаллогидратом гидроксила бария.

Оба аккумулятора крепятся симметрично относительно вертикального диаметра цистерны, ниже ее горизонтального диаметра, на величину, не превышающую треть радиуса цистерны. Аккумуляторы заполняются теплоаккумулирующим составом, имеющим достаточно высокие температуру и теплоту плавления.

Примером такого состава является кристаллогидрат гидроксида бария [Ва(ОН)₂•8Н₂О] , имеющего температуру плавления t_пл игл +78^oС и удельную теплоту плавления λ_пл=267 кДж/кг (или 581 кДж/дм³). К таким веществам также относится большое число органических и неорганических соединений эвтектического состава, а также ряд жирных кислот [3].

На фиг. 1 и 2 показан вариант изготовления заявляемой цистерны в продольных и поперечных сечениях соответственно.

В цистерне расположены нагревательные элементы 1 и 2, по которым осуществляется подача теплоносителя. Первый нагревательный элемент 1 осуществляет разогрев сливного вентиля 3, а второй, установленный наклонно нагревательный элемент 2, способствует cтеканию жидкости к вентилю 3. Под нагревательным элементом 2 организованы полости 4, которые препятствуют интенсивному загустеванию жидкости в нижней части цистерны. От одного торца цистерны к другому проходят тепловые аккумуляторы 5. Между аккумуляторами 5 и стенками цистерны имеется зазор, обеспечивающий cтекание жидкости при промывке и пропарке. Аккумуляторы имеют на своих торцах фланцевые заглушки 6, на которых установлены патрубки 7, через которые подается теплоноситель, например острый пар.

Аккумуляторы 5 разогреваются непосредственно перед заливом или во время залива транспортируемой жидкости в цистерну. Разогрев теплоаккумулирующего вещества 8 происходит при прохождении теплоносителя через внутренний цилиндр 9 аккумулятора 5.

Разогретый аккумулятор 5 препятствует конвекции жидкости в части объема цистерны, находящейся выше него и, кроме того, осуществляет дополнительный разогрев этой массы жидкости. Масса жидкости, находящаяся в объеме цистерны, под аккумулятором 5 остывает с большей скоростью, чем в объеме над аккумулятором 5. По мере остывания плотность жидкости ее возрастает.

В результате, в течение нескольких первых часов после залива жидкости в цистерну, реализуется ситуация, при которой в нижней части цистерны плотность и вязкость жидкости оказываются несколько выше, чем в ее верхней части. При этом естественная конвекция в цистерне замедляется и с течением времени прекращается совсем. Остывание жидкости в дальнейшем будет определяться только молекулярной теплопроводностью.

Повышение эффективности слива жидкости из цистерны, содержащей тепловые аккумуляторы, осуществляется за счет 1) резкого снижения темпа остывания транспортируемой жидкости, за счет чего в значительной мере сохраняется ее текучесть; 2) уменьшения времени разогрева жидкости при ее сливе из цистерны.

Литература 1. Губенко В.К., Никодимов А.П., Жилин Г.К. Цистерны (устройство, эксплуатация, ремонт). -М.: Транспорт, 1990 г.

2. Обогреваемый железнодорожный вагон-цистерна - пат. США 4530288, МКИ В 61 D 5/00; 27/00, пуб. 23.07.1985 г.

3. Дж. Даффит, У.А. Бекман. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии -М.: Мир, стр. 256-259.

Формула изобретения

1. Цистерна для транспортировки загустевающих жидкостей, включающая смонтированную на надрессорных балках экипажных тележек, горизонтальную цилиндрическую емкость, имеющую систему нагрева транспортируемой жидкости из двух гидравлически связанных друг с другом нагревательных элементов, один из которых размещен вблизи сливного вентиля в нижней части емкости, а другой расположен наклонно от торцов емкости к сливному вентилю и жестко связан с корпусом емкости с образованием полостей с нижней ее частью, отличающаяся тем, что она снабжена двумя тепловыми аккумуляторами, расположенными в емкости ниже горизонтального диаметра ее на расстоянии, не превышающем одной трети радиуса цистерны, каждый из тепловых аккумуляторов выполнен в виде коаксиальных цилиндров, размещенных параллельно стенке цистерны от одного торца ее к другому с выходом за пределы цистерны, и имеет фланцевые заглушки с патрубками для подачи и вывода теплоносителя из объема внутреннего цилиндра теплового аккумулятора, при этом объем между цилиндрами заполнен теплоаккумулирующим составом.

2. Цистерна по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве теплоаккумулирующего состава использован кристаллогидрат гидрооксида бария.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2