Цистерна для затвердевающих продуктов

 

Изобретение относится к средствам для транспортировки и хранения затвердевающих продуктов. Цистерна содержит корпус с установленными внутри него теплообменниками, каждый из которых состоит из заглушенной с одного конца трубы и расположенной внутри нее укороченной трубы меньшего диаметра, которые своими концами, снабженными подводящими и отводящими штуцерами, закреплены фланцевым соединением с наружной стороны корпуса, а по длине - посредством опорных кронштейнов, установленных внутри корпуса. При этом опорные кронштейны выполнены в виде колец со стойками, охватывающими с зазором наружную трубу теплообменника, а фланец наружной трубы теплообменника снабжен центрирующим кольцевым буртом, расположенным в ответной проточке фланца корпуса цистерны. Данное выполнение цистерны позволяет улучшить условия ее эксплуатации и обслуживания, повысить ее ремонтопригодность и срок службы с сохранением технико-экономических показателей. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области цистерностроения, в частности к емкостям для затвердевавших продуктов, и может быть использовано в железнодорожных цистернах, контейнер-цистернах и стационарных емкостях.

Известны вагон-цистерны для затвердевающих продуктов, содержание цистерну, систему разогрева в виде двух змеевиков корытообразной формы, каждый из которых расположен на наружной нижней части цистерны по всей ее длине, и коллектор для подвода теплоносителя одновременно к двум змеевикам, установленный в средней части цистерны (патенты США N 3228466, кл. 165-169, от 11.01.66 и N 3685458, кл. В 61 D 27/00, от 22.08.72).

Очевидно, что такие вагон-цистерны имеют сравнительно малую поверхность нагрева и низкую эффективность разогрева продукта из-за значительных потерь тепла в окружающую среду.

Известна вагон-цистерна, содержащая цистерну с плоским внутренним змеевиком, выполненным из непрерывной трубы в виде продольно расположенных вытянутых петель, каждая ветвь которых закреплена внутри цистерны на общих для всех ветвей поперечных опорных брусьях, причем расстояние между ветвями равно 2r, где r - радиус гиба трубы змеевика (патент США N 4502392, кл. В 61 D 27/00, F 28 F 1/00, 5/00 от 05.03.85).

В такой вагон-цистерне змеевик имеет незначительное количество петель, зависящее от диаметра трубы, минимально допустимого радиуса естетвенного гиба этой трубы и ограниченной длины опорного бруса. В результате эффективность разогрева продукта в этой цистерне также относительно низка. Кроме того, такое выполнение системы разогрева вызывает неудобства в обслуживании в связи с засорением нижней части цистерны под змеевиками и необходимостью проведения регламентных работ внутри цистерны.

Известна принятая за прототип цистерна для затвердевающих продуктов, содержащая корпус с установленными внутри него трубчатыми теплообменниками, каждый из которых состоит из заглушенной с одного конца прямой трубы и расположенной внутри нее укороченной трубы значительно меньшего диаметра, служащей для подвода теплоносителя, которые своими противоположными концами, снабженными парой штуцеров для подвода и отвода теплоносителя, выведены наружу корпуса и стационарно закреплены сваркой в его стенке (см. журнал ЧССР "Технические новости НИИ рельсового транспорта". т.21, N 1-2, 1978 г.).

Недостатком этой конструкции является то, что стационарно закрепленные теплообменники не позволяют произвести полную и качественную очистку теплообменников и полости цистерны от накопившихся осадков при выполнении регламентных работ по ее обслуживанию. Со временем в процессе эксплуатации на дне цистерны под теплообменниками накапливается значительное количество осадков, которые уменьшает ее грузоподъемность и ухудшают эффективность разогрева продукта при выгрузке, что негативно сказывается на технико-экономических показателях цистерны.

Кроме того, при ремонте цистерны, монтаже и демонтаже теплообменников необходимо проведение работ внутри корпуса цистерны, что увеличивает трудоемкость и стоимость ремонта.

Все это в значительной степени ухудшает условия эксплуатации и обслуживания цистерны и снижает ее ремонтопригодность.

В основу изобретения поставлена задача: в цистерне для затвердевающих продуктов путем совершенствования ее конструкции обеспечить улучшение условий эксплуатации и обслуживания, а также повысить ремонтопригодность и срок службы с сохранением ее технико-экономических показателей.

Указанный технический результат достигается тем, что в цистерне для затвердевающих продуктов, содержащей корпус с установленными внутри него трубчатыми теплообменниками, каждый из которых состоит из заглушенной с одного конца наружной прямой трубы и расположенной внутри нее укороченной трубы меньшего диаметра, служащей для подвода теплоносителя, которые своими противоположными концами, снабженными подводящими и отводящими штуцерами, выведены наружу корпуса и закреплены в его стенке, согласно изобретению крепление теплообменников в корпусе выполнено в виде разъемного фланцевого соединения с наружной стороны корпуса, а по длине - посредством опорных кронштейнов, установленных внутри корпуса, причем фланец наружной трубы теплообменника снабжен центрирующим кольцевым буртом, расположенным в ответной проточке фланца корпуса цистерны.

При этом фланец наружной трубы теплообменника выполнен составным из двух соединенных сваркой частей: головки с хвостовиком, соединенным с трубой и охватывавшей хвостовик обоймы с центрирующим кольцевым буртом, причем обойма имеет коническое отверстие по диаметру хвостовика, а головка - продольный и радиальный каналы, соединенные с отводящим штуцером.

Наружная и внутренняя трубы теплообменника скреплены посредством фланцевого соединения, причем фланец внутренней трубы теплообменника закреплен на головке фланца наружной трубы.

Как вариант скрепления, наружная труба теплообменника может быть пропущена через фланцевое соединение ее с корпусом и снабжена отводящим штуцером и дополнительным фланцем для закрепления фланца внутренней трубы.

Следующим вариантом скрепления труб теплообменника может быть выполнение в виде трехфланцевого соединения, при этом головка фланца наружной трубы расположена между фланцами внутренней трубы и корпуса цистерны.

Кроме того, опорные кронштейны выполнены в виде колец со стойками, охватывающих с зазором наружную трубу теплообменника, а каждая стойка опорного кронштейна выполнена в виде пары пластин, сориентированных вдоль наружной трубы, радиально направленных к стенке корпуса и жестко соединенных между собой перемычкой.

При этом наружная труба теплообменника снабжена продольными опорными элементами, закрепленными на ее поверхности, а внутренняя труба теплообменника расположена коаксиально с наружной и снабжена центрирующими радиальными ребрами и концевым ограничителем в виде центрирующего конуса, закрепленного посредством радиальных ребер и продольник стержней в наружной трубе теплообменника.

Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом состоит в следующем.

Выполнение крепления теплообменников в корпусе цистерны в виде разъемного фланцевого соединения с наружной стороны корпуса и конструкция опорных кронштейнов обеспечивают быстрый монтаж и демонтаж теплообменников при проведении регламентных работ и полную очистку цистерны от накопившихся осадков. Причем монтаж и демонтаж теплообменников производится снаружи цистерны и не требует выполнения работ внутри корпуса, так как опорные кронштейны, выполненные в виде колец, охватывающих с зазором наружную трубу теплообменников, позволяют беспрепятственно извлечь теплообменник из корпуса цистерны и установить его обратно. Кольцевой центрирующий бурт на фланце наружной трубы теплообменника облегчает монтаж, надежно фиксируя его исходное положение во фланце цистерны.

Это значительно улучшает условия эксплуатации и повышает качество обслуживания цистерны.

Выполнение фланца наружной трубы теплообменника составным из двух частей: головки с хвостовиком и охватывающей хвостовик обоймы с коническим отверстием по диаметру хвостовика облегчает первоначальную установку теплообменника в корпусе цистерны и опорных кронштейнах, компенсируя неточности изготовления и сборки его деталей. После установки теплообменника части фланца скрепляются сваркой и в дальнейшем служат как единая деталь.

Скрепление наружной и внутренней труб теплообменника посредством фланцевого соединения обеспечивает проведение профилактического осмотра и очистки внутренней полости теплообменника и его ремонта. В изобретении представлены три равноценных варианта выполнения такого крепления: закрепление фланца внутренней трубы теплообменника на головке фланца наружной трубы; закрепление фланца внутренней трубы на дополнительном выносном фланце наружной трубы; скрепление труб в виде трехфланцевого соединения, причем головка фланца наружной трубы теплообменника размещена между фланцами внутренней трубы и корпуса цистерны.

Снабжение наружной трубы теплообменника продольными опорными элементами обеспечивает фиксирование теплообменника в опорных кронштейнах, а также облегчает извлечение и установку его при проведении регламентных работ.

Расположение внутренней трубы теплообменника коаксиально с наружной и снабжение ее радиальными ребрами и концевым ограничителем обеспечивает улучшение теплообмена, не препятствуя оттоку конденсата из полости наружной трубы, а также надежную фиксацию внутренней трубы в наружной при работе и транспортировке.

Выполнение стоек опорных кронштейнов в виде пластин, сориентированных вдоль наружной трубы и радиально направленных к стенке корпуса цистерны, позволяет выставить высоту опорных кронштейнов по наружной трубе при первоначальном монтаже теплообменника с обеспечением гарантированного зазора между кронштейном и трубой.

Таким образом, предложенная конструкция цистерны для затвердевавших продуктов обеспечивает значительное улучшение условий эксплуатации и обслуживания цистерны, ее ремонтопригодность и продление срока службы с сохранением технико-экономических показателей.

Сущность изобретения поясняется приложенными чертежами, где изображено: фиг.1 - общий вид цистерны: фиг.2 - узел А фиг.1 (крепление теплообменника в корпусе цистерны); фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1; фиг.4 - сечение В-В фиг.1: фиг.5 - узел Г фиг.1; фиг.6 - вариант крепления труб теплообменника с выносным фланцем; фиг.7 - вариант трехфланцевого крепления труб теплообменника.

Цистерна для затвердевающих продуктов содержит корпус 1, в нижней части которого установлены трубчатые теплообменники 2, расположенные параллельно друг другу вдоль оси цистерны и зафиксированные по длине в опорных кронштейнах 3 на определенной высоте от корпуса цистерны. Снаружи цистерны каждый теплообменник закреплен болтами к фланцу 4 корпуса.

Теплообменник состоит из наружной прямой трубы 5, в которой коаксиально расположена внутренняя укороченная труба 6, значительно меньшего диаметра с фланцем 7 и подводящим штуцером 8. Наружная труба с одного конца заглушена дном 9, а другой ее конец заканчивается фланцем, состоящим из головки 10 и обоймы 11, соединенных сваркой. Головка своим хвостовиком 12 соединена с наружной трубой 5 и имеет осевое отверстие, через которое пропущена внутренняя труба 6. На торце головки установлен фланец 7 внутренней трубы. В головке выполнен продольный канал 13 и радиальный канал 14, соединенные с отводящим штуцером 15, предназначенным для отвода конденсата из полости теплообменника. Головка своим хвостовиком пропущена в коническое отверстие 6 обоймы 11. Обойма имеет центрирующий кольцевой бурт 17, который размещен в ответной проточке фланца 4 корпуса цистерны.

На наружной трубе 5 теплообменника в нижней ее части приварены как минимум три продольных опорных элемента (прутки) 18, протянутых от места установки первого опорного кронштейна 3 до ее конца. Кроме того, в местах установки опорных кронштейнов по окружности наружной трубы приварены дополнительно по несколько коротких опорных элементов 19.

Внутренняя труба 6 теплообменника снабжена по длине центрирующими радиальными ребрами 20, обеспечивавшими ее коаксиальную установку относительно наружной трубы 5. Внутренний конец трубы размещен в концевом ограничителе, состоящем из центрирующего конуса 21, закрепленного посредством по меньшей мере трех радиальных ребер 22 и трех продольных стержней 23 на дне 9 наружной трубы теплообменника.

Каждый опорный кронштейн 3 выполнен в виде кольца 24, охватывающего с зазором наружную трубу 5 с установленными на ней опорными элементами 18 и 19. Кольцо установлено на стойке, состоящей из пары боковых пластин 25, радиально направленных к стенке корпуса цистерны и перемычки 26.

Возможен вариант выполнения фланцевого соединения труб теплообменника, показанный на фиг.6. В этом варианте наружная труба 27 теплообменника пропущена через фланец 28 ее крепления к корпусу цистерны и снабжена дополнительным фланцем 29, к которому прикреплен фланец 30 внутренней трубы теплообменника. На трубе между фланцами установлен отводящий штуцер 31.

Следующий вариант скрепления труб теплообменника, показанный на фиг.7, предусматривает выполнение скрепления в виде трехфланцевого соединения. В этом варианте головка 32 фланца наружной трубы теплообменника расположена между фланцем 33 корпуса цистерны и фланцем 34 внутренней трубы теплообменника.

Сборка и установка теплообменника осуществляется следующим образом.

На фланец корпуса 4 устанавливается и предварительно закрепляется обойма 11, при этом центрирующий кольцевой бурт 17 входит в ответную проточку фланца 4 корпуса цистерны, фиксируя исходное положение теплообменника. После чего через нее внутрь корпуса цистерны вставляется наружная труба 5 теплообменника с приваренной к ней головкой 10 и продольными опорными элементами 18 и 19. На трубу насаживаются кольца 24 опорных кронштейнов 3 и при помощи пластин 25 и перемычек 26 выставляются по длине трубы с обеспечением кольцевого зазора с приваренными продольными опорными элементами 18 и 19. Это обеспечивает коническое отверстие 16, выполненное в обойме 11. После этого головка 10 и обойма 11 соединяются сваркой и окончательно скрепляются болтами с фланцем 4 корпуса цистерны.

Затем в наружную трубу 5 вводится внутренняя труба 6 теплообменника. Перемещение ее внутри наружной трубы и центровку обеспечивают центрирующие радиальные ребра 20, имеющие скругления на свободных концах. Внутренняя труба фиксируется в наружной посредством концевого ограничителя, предотвращающего вертикальные перемещения конца внутренней трубы. После этого фланец 7 внутренней трубы теплообменника закрепляется на головке 10 фланца наружной трубы.

При проведении регламентных работ по очистке корпуса цистерны и теплообменников от осадков сначала осуществляют демонтаж теплообменников. Для этого рассоединяются фланцы 4 и 11 крепления теплообменника к корпусу цистерны и теплообменник извлекается из корпуса цистерны. Поскольку кольца 24 опорных кронштейнов охватывают наружную трубу теплообменника с гарантированным зазором, они не препятствуют извлечению теплообменника и он своими продольными опорными элементами 18 свободно скользит по поверхности колец и во фланце корпуса цистерны.

После извлечения теплообменников корпус цистерны очищается от накопленных осадков. Параллельно очищается наружная поверхность теплообменников. При необходимости рассоединяется фланцевое крепление внутренней трубы теплообменника, труба извлекается и производится контрольный осмотр и очистка внутренней полости теплообменника от загрязнений.

Очищенные теплообменники устанавливаются в корпус цистерны. Для установки теплообменника достаточно ввести его в отверстие фланца 4 и в кольцо первого опорного кронштейна. После чего он беспрепятственно перемещается на своих продольных опорных элементах 18 до исходного положения, при этом центрирующий кольцевой бурт 17 фланца теплообменника входит в ответную проточку фланца 4, фиксируя положение теплообменника в корпусе цистерны.

Такая конструкция теплообменника и его крепления в корпусе цистерны не требует выполнения внутренних работ в корпусе при монтаже и демонтаже теплообменников, а также позволяет производить качественную очистку ее внутренней поверхности от осадков. Это особенно важно при эксплуатации, где требуются значительные затраты для подготовки цистерны к осмотру и ремонту теплообменников.

Таким образом, предложенная конструкция цистерны для затвердевающих продуктов обеспечивает значительное улучшение условий эксплуатации и обслуживания, повышение ремонтопригодности, а также длительную эксплуатацию цистерны без изменения ее технико-экономических показателей.

Формула изобретения

1. Цистерна для затвердевающих продуктов, содержащая корпус с установленными внутри него трубчатыми теплообменниками, каждый из которых состоит из заглушенной с одного конца трубы и расположенной внутри нее укороченной внутренней трубы меньшего диаметра, служащей для подвода теплоносителя, которые своими концами, снабженными подводящими и отводящими штуцерами, закреплены фланцевым соединением с наружной стороны корпуса, а по длине - посредством опорных кронштейнов, установленных внутри корпуса, отличающаяся тем, что опорные кронштейны выполнены в виде колец со стойками, охватывающими с зазором наружную трубу теплообменника, а фланец наружной трубы теплообменника снабжен центрирующим кольцевым буртом, расположенным в ответной проточке фланца корпуса цистерны.

2. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что фланец наружной трубы теплообменника выполнен составным из двух соединенных сваркой частей: головки с хвостовиком, соединенным с трубой и охватывающей хвостовик обоймы с центрирующим кольцевым буртом, причем обойма имеет коническую проточку по диаметру хвостовика, а головка - продольный и радиальный каналы, соединенные с отводящим штуцером.

3. Цистерна по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что фланец внутренней трубы теплообменника закреплен на головке фланца наружной трубы.

4. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что крепление труб теплообменника выполнено трехфланцевым, причем головка фланца наружной трубы расположена между фланцами внутренней трубы и корпуса.

5. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что наружная труба теплообменника пропущена через фланцевое соединение ее с корпусом и снабжена отводящим штуцером и дополнительным фланцем, скрепленным с фланцем внутренней трубы.

6. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что стойка каждого опорного кронштейна выполнена в виде пары пластин, сориентированных вдоль наружной трубы, радиально направленных к стенке корпуса и жестко соединенных между собой перемычкой.

7. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя труба теплообменника снабжена центрирующими радиальными ребрами и концевым ограничителем в виде центрирующего конуса, закрепленного посредством радиальных ребер и продольных стержней в наружной трубе теплообменника.

8. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что наружная труба теплообменника снабжена продольными опорными элементами, закрепленными на ее поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7