Цистерна для твердіючих вантажів

1 Цистерна для твердіючих вантажів, що містить ємність, встановлену на рамі, трубчастий теплообмінник, розміщений всередині ємності, закріплений вхідними та вихідними кінцями труб у рознімних фланцевих вузлах на днищі ємності та взаємозв'язаний із системою теплоносія, яка відрізняється тим, що теплообмінник обладнано внутрішніми камерами, а фланцеві вузли обладнані фланцевими камерами, причому фланцева камера розділена поперечною перегородкою на несполучені між собою верхній та нижній ВІДСІКИ, при цьому верхній з'єднано з подавальним штуцером системи теплоносія, а нижній ВІДСІК з'єднано з випускним штуцером системи теплоносія, крім того, фланцева камера за допомогою взаємозв'язку верхнього відсіку із ЗОВНІШНІМИ кінцями вхідних труб і нижнього відсіку із ЗОВНІШНІМИ кінцями вихідних труб, а внутрішня камера за допомогою взаємозв'язку з внутрішніми кінцями вхідних та вихідних труб об'єднують у в'язку пари вхідних та вихідних труб з розташуванням в кожній парі труб в'язки вхідної труби над вихідною 2 Цистерна за п 1 , яка відрізняється тим, що поперечна перегородка фланцевої камери виконана у вигляді трьох паралельно встановлених пластин, дві з яких консольно із зазором одна відносно одної закріплені на одній СТІНЦІ, а третя пластина розташована в зазорі між ними і закріплена на протилежній СТІНЦІ камери, причому на и консольному торці встановлений пружний елемент, що герметизує зазор між верхньою та нижньою пластинами 3 Цистерна за п 1 , яка відрізняється тим, що внутрішня камера теплообмінника розділена пере городками на ВІДСІКИ, які між собою не сполучені, кожен ВІДСІК взаємозв'язаний з внутрішніми кінцями пари труб із вхідної та вихідної труби 4 Цистерна за п 1, яка відрізняється тим, що дно внутрішньої камери теплообмінника виконано плоским, нахилено до каналів, які сполучаються із внутрішніми кінцями вихідних труб, і нижній торець дна розміщений на рівні нижніх відрізків цих каналів 5 Цистерна за п 1 , яка відрізняється тим, що внутрішня камера теплообмінника може бути виконана у формі зрізаного конуса, в більшій основі якого закріплені труби теплообмінника 6 Цистерна за п 1, яка відрізняється тим, що всі труби в одній в'язці об'єднані стяжками, кожна з яких може бути виконана у вигляді двох паралельно розташованих листових елементів, що з'єднані між собою подовжнім зв'язком, при цьому відрізки торців листових елементів по периметру виконані увігнутими ВІДПОВІДНО до зовнішнього профілю труб і скріплені з трубами 7 Цистерна за п 1, яка відрізняється тим, що всі труби в одній в'язці об'єднані стяжками, кожна з яких може бути виконана у вигляді листового круга з отворами, в яких встановлені труби в'язки, а на кругу виконані радіальні пази, в яких закріплені подовжні напрямні 8 Цистерна за п 1,яка відрізняється тим, що система теплоносія містить два трубопроводи, що розташовані кільцевими концентричними відрізками на днищі ємності по лінії розташування фланцевих вузлів, причому трубопровід меншого радіуса кривизни з'єднано з подавальними штуцерами і обладнано вузлом подачі теплоносія, а трубопровід більшого радіуса кривизни з'єднано з випускними штуцерами і обладнано вузлом зливу теплоносія, при цьому вузли подачі і зливу розташовані симетрично відносно подавальних і випускних штуцерів та обладнано знімними заглушками, крім того, трубопроводи встановлені з можливістю зняття на кронштейнах, закріплених на рамі та днищі ємності 9. Цистерна за п 1,яка відрізняється тим, що об'єм верхнього відсіку фланцевої камери складає 0,003-0,45 сумарного внутрішнього об'єму вхідних труб в'язки 10 Цистерна за п 1, яка відрізняється тим, що об'єм внутрішньої камери теплообмінника складає 47022 0,008-0,32 сумарного внутрішнього об'єму вхідних труб в'язки 11 Цистерна за п 1 , яка відрізняється тим, що внутрішній об'єм вихідних труб пучка складає 1 0,87 внутрішнього об'єму вхідних труб в'язки 12 Цистерна за п 1, яка відрізняється тим, що об'єм нижнього відсіку фланцевої камери складає 0,7-1 об'єму верхнього відсіку фланцевої камери Винахід належить до тари і може бути використаний в цистернах з пристріями для нагріву Відомо цистерна для твердіючих вантажів, що містить ємність, встановлену на рамі, трубчастий теплообмінник, розміщений всередині ємності Теплообмінник виконай у вигляді гнутої труби, яка закріплена нерухомо на внутрішній СТІНЦІ ЄМНОСТІ та приєднана своїми кінцями ВІДПОВІДНО ДО подавального та випускного штуцерів, які закріплені на днищі ємності (Патент США № 4,502,332, 5 03 1985р , МКП В 61 Д 27/00) За прототип прийнята цистерна для твердіючих вантажів, що містить ємність, встановлену на рамі, трубчастий теплообмінник, розміщений всередині ємності Теплообмінник виконай у вигляді гнутих, U - подібних труб, кожна з яких вхідними та вихідними кінцями закріплена в рознімних фланцевих вузлах на днищі ємності, та ВІДПОВІДНО приєднана до подавального та випускного штуцера Всередині ємності труби закріплені на кронштейнах за допомогою кріпильних хомутів (Франція, фірма "Arbel", залізнична цистерна 53603, 1983р) Недоліком відомих цистерн є низька ефективність обігріву через недостатню площу теплопередавальної поверхні Для збільшення теплопередавальної поверхні необхідно збільшення КІЛЬКОСТІ труб, що в свою чергу призводить до збільшення КІЛЬКОСТІ фланцевих вузлів, тому що взаємозв'язок однієї труби і системи теплоносія у відомих цистернах здійснюється через один фланець, а це ускладнює конструкцію цистерн, знижує и надійність Крім того, інтенсивність тепловіддачі збільшується при зменшенні товщини стінки труби, а це на відрізках згину труби призводить до послаблення стінок, що знижує МІЦНІСТНІ характеристики труби, тобто виникає імовірність попадання теплоносія в розігріваємий продукт та навпаки ній ВІДСІКИ, при цьому верхній ВІДСІК з єднано з подавальним штуцером системи теплоносія, а нижній ВІДСІК з'єднано з випускним штуцером системи теплоносія Фланцева камера за допомогою взаємозв'язку верхнього відсіку із ЗОВНІШНІМИ кінцями вхідних труб і взаємозв'язку нижнього відсіку із ЗОВНІШНІМИ кінцями вихідних труб, а внутрішня камера за допомогою взаємозв'язку з внутрішніми кінцями вхідних та вихідних труб об'єднують у в'язку пари вхідних і вихідних труб з розташуванням в кожній парі труби вхідної над вихідної Поперечна перегородка фланцевої камери виконана у вигляді трьох паралельно встановлених пластин, дві з яких консольне, із зазором одна відносно одно і, закріплені на одній СТІНЦІ, а третя пластина розташована в зазорі між ними і закріплена на протилежній СТІНЦІ камери, причому на її консольному торці встановлено пружній елемент, герметизуючий зазор між верхньою та нижньою пластинами Внутрішня камера теплообмінника може бути виконана або з плоским дном, нахиленим до каналів, які сполучені із внутрішніми кінцями вихідних труб, та нижній торець якого розташован на рівні нижніх відрізків цих каналів, або внутрішня камера може бути виконана у формі зрізаного конуса, у більшій основі якого закріплені труби в'язки теплообмінника В основу винаходу поставлена задача в цистерні для твердіючих вантажів шляхом зміни конструкції теплообмінника, конструктивних змін елементів взаємозв'язку його з системою теплоносія, зміни конструкції теплоносія забезпечити високоефективний розігрів в цистерні для твердіючих вантажів, достатню надійність цистерни, поліпшення її обслуговування Поставлена задача досягається тим, що в цистерні для твердіючих вантажів, що містить ємність, встановлену на рамі, трубчастий теплообмінник, розміщений всередині ємності, закріплений вхідними та вихідними кінцями труб у рознімних фланцевих вузлах на днищі ємності та взаємозв'язаний із системою теплоносія, згідно з пропонуємим технічним рішенням, теплообмінник обладнано внутрішніми камерами, а фланцеві вузли обладнано фланцевими камерами, при цьому фланцева камера розділена поперечною перегородкою на несполучені між собою верхній та ниж Крім того, внутрішня камера теплообмінника може бути розділена перегородками на несполучені між собою ВІДСІКИ, кожен з яких взаємозв'язан з внутрішніми кінцями пари труб із вхідної та вихідної Усі труби в одній в'язці об'єднані стяжками, кожна з яких може бути виконана або у вигляді двох паралельнорозташованих листових елементів, з'єднаних між собою подовжнім зв'язком, при цьому відрізки торців листових елементів по периметру виконані увігнутими ВІДПОВІДНО ЗОВНІШНЬОГО профілю труб і скріплені з трубами, або стяжка може бути виконана у вигляді листового круга з отвірами, в яких встановлені труби в'язки, а на кругу виконані радіальні пази, в яких закріплені подовжні напрямні Система теплоносія містить два трубопроводи, розташованих кільцевими концентричними відрізками на днищі ємності по лінії розташування фланцевих вузлів, причому трубопровід меншого радіуса кривизни з'єднано з подавальними штуцерами та обладнано вузлом подачі теплоносія, а трубопровід більшого радіуса кривизни з'єднано з випускними штуцерами і обладнано вузлом зливу теплоносія, при цьому вузли подачі і зливу розташовані симетрично відносно подавальних і випускних штуцерів та обладнані знімними заглушками, крім того, трубопроводи встановлені з можливістю зняття на кронштейнах, закріплених на рамі та днищі ємності Внутрішній об'єм вихідних труб в'язки складає 1 - 0,87 внутрішнього об'єму вхідних труб в'язки, об'єм внутрішньої камери 47022 теплообмінника складає 0,008 - 0,32 сумарного внутрішнього об'єму вхідних труб в'язки, об'єм нижнього відсіку фланцевої камери селадає 0,7 - 1,0 об'єму верхнього відсіку фланцевої камери, об'єм верхнього відсіку фланцевої камери складає 0,003-0,45 сумарного внутрішнього об'єму вхідних труб в'язки Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак і технічним результатом полягає в такому Наявність в теплообміннику внутрішніх камер і фланцевих камер дає можливість заміни гнутих труб на прямолінійні, тобто виключаються із конструкції елементи низької МІЦНОСТІ, та забезпечується можливість використання труб як різної КІЛЬКОСТІ, так і різного діаметра, а це забезпечує регулювання процесу теплообміну як во всій порожнині ємності цистерни, так і на окремих и відрізках Об'єднання внутрішніми та фланцевими камерами труб у в'язки забезпечує надійність цистерни за рахунок зменшення КІЛЬКОСТІ фланцевих з'єднань на днищі ємності при одночасному збільшенні КІЛЬКОСТІ труб в теплообміннику, тобто забезпечується підвищення ефективності обігріву з підвищенням надійності цистерни Розділення фланцевої камери на несполучені між собою ВІДСІКИ забезпечує підведення теплоносія зразу до кількох труб, тобто до в'язки труб, ВІДПОВІДНО і відвод теплоносія із цієї в'язки труб, при цьому виконання поперечної перегородки фланцевої камери запропонованої конструкції забезпечує надійну герметизацію одного відсіку від другого, і одночасно з цим забезпечується збирання та розбирання фланцевої камери для профілактичних та ремонтних робіт із збереженням після цього високої герметизації ВІДСІКІВ Виконання внутрішньої камери теплообмінника з дном нахиленим до каналів, що сполучаються з внутрішніми кінцями вихідних труб, з розташуванням нижнього торця дна на рівні нижніх відрізків цих каналів забезпечує постійну циркуляцію теплоносія із вхідної труби у вихідну без утворення застійних зон в порожнині внутрішньої камери Наявність перегородок во внутрішній камері виключає утворення воронок, зон перепадів тисків при використанні рідкого теплоносія Наявність стяжок в кожній в'язці між фланцевою та внутрішньою камерами забезпечує необхідну жорсткість в'язки, надійність, зручність її установлення в опорних вузлах, із збереженням ЦІЛІСНОСТІ під час добування її із порожнини ємності, і подальшим установленням при ремонтних, профілактичних роботах, незалежно від їх частоти Варіант виконання стяжок у вигляді двох паралельнорозташованих листових елементів забезпечує цей технічний ефект для труб більшого діаметра Для труб меншого діаметра такий технічний ефект забезпечує варіант виконання стяжок у вигляді листового круга з отвірами Виконання системи теплоносія у вигляді двох трубопроводів, розташованих кільцевими сегментними концентричними відрізками на днищі ємності по лінії розташування фланцевих вузлів, із з'єднанням трубопровода меншого радіуса кривизни з подавальним штуцером вузла подачі теплоносія, і з'єднання трубопровода більшого радіуса кривиз ни з випускним штуцером вузла зливу виключає тепловтрати, забезпечує раціональні та зручні підвод і відвод теплоносія, покращує умови обслуговування цистерни Наявність знімних заглушок і можливість знімання трубопроводів з кронштейнів, закріплених на рамі та днищі ємності, забезпечує універсальність цистерни, тобто можливість періодичного монтажу і демонтажу системи теплоносія, заміни виду теплоносія Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 подан загальний вигляд цистерни для твердіючих вантажів, на фіг 2 - вид й на фіг 1, на фіг 3 - розріз Б-Б на фіг 2, на фіг 4 - розріз В-В на фіг 1, на фіг 5 - вид Г на фіг 3, на фіг 6 - вид Г на фіг 3 (варіант виконання), на фіг 7 - розріз Д-Д на фіг 4, на фіг 8 - розріз Д-Д на фіг 4 (варіант виконання), на фіг 9 - вид Е на фіг 1, на фіг 10 - вид Е на фіг 1 (варіант виконання), на фіг 11 - розріз ЖЖ на фіг 9, 10, на фіг 12 - вид 3 на фіг 2, на фіг 13 - розріз И-И на фіг 2, на фіг 14-розріз К-К на фіг 12, на фіг 15 - вид Л на фіг 12 Цистерна для твердіючих вантажів містить ємність і, встановлену на рамі 2 На стінках ємності 1 закріплені опорні вузли 3, в яких встановлен трубчастий теплообмінник 4 Трубчастий теплообмінник 4 містить рознімні фланцеві вузли 5, в яких розташовані фланцеві камери 6, що розділені поперечною перегородкою 7 на несполучені між собою верхній ВІДСІК 8 і нижній ВІДСІК 9 Верхній ВІДСІК 8 з'єднано подавальним штуцером 10 системи теплоносія 11, та із ЗОВНІШНІМИ КІНЦЯМИ 12 вхідних труб 13 теплообмінника 4 Нижній ВІДСІК 9 камери 6 з'єднано з випускним штуцером 14 системи теплоносія 11 та із ЗОВНІШНІМИ кінцями 15 вихідних труб 16 теплообмінника 4 3 одною фланцевою камерою 6 взаємозв'язані ВХІДНІ та ВИХІДНІ труби 13, 16 однєі в'язки 17 Поперечна перегородка 7 може бути виконана жорстко нерознімною Другий варіант виконання перегородки 7 - рознімний При другому варіанті виконання перегородка 7 містить дві паралельно розташовані пластини 18, 19, консольне закріплені на СТІНЦІ фланцевої камери 6 із зазором одна відносно одної В зазорі між пластинами 18, 13 розташована пластина 20, закріплена на протилежній СТІНЦІ фланцевої камери 6 На консольному торці пластини 20 встановлен пружній елемент 21, герметизуючий зазор між пластинами 18, 19 Теплообмінник 4 містить внутрішні камери 22 Камера 22 взаємозв'язана з внутрішніми кінцями 23 вхідних труб 13 в'язки 17 і внутрішніми кінцями 24 вихідних труб 16 в'язки 17 Таким чином, кожна фланцева камера 6 і внутрішня камера 22 об'єднують одну або кілько пар труб (вхідна 13 - вихідна 16) вов'язки 17 В кожній парі труб 13, 16 в'язки 17 вхідна труба 13 розташована над вихідною трубою 16 Внутрішня камера 22 може бути розділена перегородками 25 на несполучені між собою ВІДСІКИ 26, кожен з яких взаємозв'язан з внутрішніми кінцями 23, 24 однієї пари труб 13, 16 Внутрішня камера 22 може бути виконана у вигляді ємності, дно 27 якої виконано плоским і нахилено до каналів, що сполучаються із внутрішніми кінцями 24 вихідних труб 16 і нижній торець 47022 дна 27 розміщено на рівні нижніх відрізків цих каналів Внутрішня камера 22 може бути виконана у формі зрізаного конуса, у більшій основі 28 якого закріплені внутрішні КІНЦІ 23, 24труб 13, 16 Труби 13, 16 кожної в'язки 17 об'єднані стяжками 29 Стяжка 29 може бути виконана у вигляді двох паралельно розташованих листових елементів ЗО, з'єднаних між собою подовжнім зв'язком 31 Відрізки 32 торців листових елементів ЗО виконані увігнутими ВІДПОВІДНО зовнішньому профілю труб 13, 16 і скріплені з ними Стяжка 23 може бути виконана у вигляді листового круга 33 з от-вірами, в яких встановлені труби 13, 16 в'язки 17, На кругу 33 виконані радіальні пази, в яких закріплені подовжні напрямні 34 Система теплоносія 11 містить трубопровід 35 і трубопровід 36 Вони розташовані кільцевими сегментними концентричними відрізками на днищі 37 ємності 1 по лінії розташування фланцевих вузлів 5 Трубопровід 35 має менший радіус г кривизни, з'єднай з подавальними штуцерами 10, обладнай вузлом 38 подачі теплоносія Трубопровід 36 має більший радіус R кривизни, з'єднай з випускними штуцерами 14, обладнай вузлом 33 зливу теплоносія Вузли 38, 33 розташовані симетрично відносно штуцерів 10, 14 і обладнані знімними заглушками 40 Трубопроводи 35, 36 встановлені з можливістю знімання на кронштейнах 41, закріплених на рамі 42 і днищі 37 Запропонована цистерна використовується таким чином Цистерна встановлюється у джерела теплоносія Знімаються ЗНІМНІ заглушки 40 і вузлом подачі теплоносія 38 трубопровід 35 системи теплоносія 11 приєднується до джерела теплоносія Аналогічно за допомогою вузла зливу 33 трубопровід 36 приєднується до заборника теплоносія Далі теплоносій надходить у трубопровід 35 і через подавальні штуцера 10 надходить у верхні ВІДСІКИ 8 фланцевих камер 6, Після заповнення верхнього відсіку 8, теплоносій під дією робочого тиску починає надходити во ВХІДНІ труби 13 в'язки 17 При цьому умова ВІДПОВІДНОСТІ об'єму верхнього відсіку 8 не менше 0,003 сумарного внутрішнього об'єму вхідних труб 13 в'язки 17 достатньо для забезпечення повного наповнення труб 13 При збільшенні об'єму верхнього відсіку 8 більше 0,45 сумарного внутрішнього об'єму труб 13 в'язки 17 недоцільно через збільшення габаритів фланцевих вузлів 5 Із вхідних труб 13 теплоносій надходить до внутрішньої камери 22 Потім, при створенні достатнього тиску во внутрішній камері 22, теплоносій надходить до вихідних труб 16 При цьому виконання дна 27 камери 22 нахиленим до каналів, сполучених із внутрішніми кінцями вихідних труб 16 виключає можливість зависання теплоносія в донній частині камери 22 Причому цей ефект забезпечується в обох варіантах виконання камер 22 При використанні рідкого теплоносія доцільна наявність перегородок 25, що розділяють камеру 22 на несполучені між собою ВІДСІКИ 26, що виклю 8 чає утворення воронок, зон перепадів тисків Умова ВІДПОВІДНОСТІ величини об'єму внутрішньої камери 22 теплообмінника 4 в інтервалі 0,008 - 0,32 сумарного внутрішнього об'єму вхідних труб 13 забезпечує достатній тиск теплоносія для постійної його циркуляції із труб 13 в труби 16 в'язки 17 Зменшення цієї величини менше 0,008 створює надмірний тиск у камері 22, а при збільшенні цієї величини більше 0,32, відбувається застій теплоносія, що знижує швидкість циркуляції теплоносія нижче оптимальної Умова ВІДПОВІДНОСТІ величини внутрішнього об'єму труб 16 в'язки 17 в інтервалі 1 - 0,87 внутрішнього об'єму труб 13 в'язки забезпечує повне заповнення труб 13, 16, тобто максимальну інтенсивність теплообміну Зниження цієї величини нижче 0,87 створює надмірний тиск теплоносія в трубах 16, навіть з урахуванням конденсації для газоподібного теплоносія, а збільшення цієї величини більше і призводить до зниження тиску теплоносія нижче робочого, що зменшує швидкість переміщення теплоносія і тим самим знижується теплообмін Умова ВІДПОВІДНОСТІ величини об'єму нижнього відсіку 9 фланцевої камери в інтервалі 0,7 - 1,0 об'єму верхнього відсіку 8 забезпечує безперервне скидання теплоносія з утворившимся конденсатом при газоподібному теплоносії, а при зменшенні цієї величини нижче 0,7 починається зустрічне зменшення швидкості циркуляції від труби 16, а при збільшенні цієї величини більше 1, конструктивно недоцільно виконання такої фланцевої камери 6, тому що густість теплоносія на виході вище, ніж на вході В процесі використання запропонованої цистерни необхідно проводити чищення внутрішньої порожнини ємності 1 теплообмінника 4 При проведенні ремонтів та чищення теплообмінника 4 вузли 38, 39 відключають ВІДПОВІДНО ВІД джерела та заборника теплоносія Відкривають рознімні фланцеві вузли 5, знімають трубопроводи 35, 36 з кронштейнів 41 Потім добувають із ємності і через кожний отвір фланцевих вузлів 5 ВІДПОВІДНО кожну в'язку 17 Якщо до в'язки 17 входять декілька пар труб 13, 16, то спочатку знімається стінка фланцевої камери 6 зі штуцерами 10, 14 та пластинами 18, 19 перегородки 7, а потім добувається в'язка 17 При цьому ЦІЛІСНІСТЬ та жорсткість в'язки 17 не порушується через кріплення труб 13, 16 в стінках фланцевої камери 6, внутрішньої камери 22 і в стяжках 29 При подальшому збиранні, в'язка 17 вводиться во фланцевий отвір, а ЗОВНІШНІ СТІНКИ внутрішньої камери 22 є напрямними при проходженні в'язки 17 через отвори опорних вузлів З, при цьому стяжки 29 розташовуються в цих отворах, що забезпечує надійне установлення в'язки 17 в ємності 1 При установленні фланца 2 зі штуцерами 10, 14 пластина 20 розташовується між пластинами 18, 19, що забезпечує таким чином герметизацію ВІДСІКІВ 8, 9 камери 6 Демонтаж та монтаж теплообмінника 4 системи теплоносія 11 проводиться зовні цистерни, тому що усі операції збирання та розбирання не вимагають присутність людини всередині цистерни, що підвищує зручність обслуговування цистерни, виключає необхідність присутності людини в за 9 47022 10 критому об'ємі зі шкідливим для здоров'я випаром ни, тому що можливо використання и як з обігріваКрім того, забезпечується універсальність цистерчем, так і без нього 11 12 47022 Фїг. 1* 13 47022 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 14