Цистерны

Цистерны

 

Жидкие грузы (нефть, керосин, бензин, масло, кислоты и т.п.) перевозят в цистернах. Цистерна представляет собой специальный металлический сварной резервуар (котел) цилиндрической формы, имеющий в верхней части люки для наливания груза, очистки и ремонта. Разнообразие грузов обусловливает существенные различия в конструкции цистерн.

В зависимости от вида перевозимых грузов цистерны могут быть разделены на две группы:

общего назначения — для перевозки нефтепродуктов широкой номенклатуры;

специальные — для перевозки отдельных видов грузов.

 

Цистерны общего назначения подразделяют на используемые для перевозки светлых (бензин, лигроин и т. п.) и темных (нефть, минеральные масла и т.п.) нефтепродуктов. Внутренняя поверхность цистерн, в которых перевозят кислоты, покрыта защитным слоем (резина, свинец), предохраняющим металл от разрушающего действия кислот. В этих же целях котлы цистерн изготавливают из кислотоупорных металлов — коррозионно-стойкой стали, алюминия. Цистерны для перевозки молока выполняют из аналогичной стали, покрытой снаружи теплоизолирующим слоем.

Вязкие нефтепродукты перевозят в цистернах, оборудованных паровой рубашкой, что значительно упрощает и ускоряет слив предварительно разогретых грузов. Четырехосные цистерны имеют котел вместимостью 72 м3. Применяются и восьмиосные цистерны с котлом вместимостью 134 м3.

Изотермические вагоны используют в летнее время для перевозки скоропортящихся грузов (мясо, рыба и др.), а зимой — грузов, теряющих свои качества при замерзании (овощи, фрукты, молоко и др.). Для поддержания в вагонах необходимой температуры их оборудуют приборами охлаждения и отопления, а кузова снабжают тепловой изоляцией.

Изотермические вагоны соединяют в рефрижераторные секции по пять единиц. При этом в одном вагоне размещаются обслуживающая бригада механиков, дизель-электростанция и холодильное оборудование.

Для перевозки скоропортящихся грузов применяют также автономные рефрижераторные вагоны, оборудованные холодильными агрегатами и дизель-генераторными установками с автоматическим (без обслуживающего персонала) управлением.

Помимо универсальных изотермических вагонов, используемых для перевозки скоропортящихся грузов, находятся в эксплуатации и специализированные вагоны для транспортирования живой рыбы, молочных и других продуктов.

Вагоны специального назначения предназначены для грузов, требующих особых условий перевозки. Например, транспортерами перевозят громоздкие и тяжеловесные машины и оборудование. Транспортеры — это многоосные платформы (12, 16, 20 и более осей) грузоподъемностью 130, 180, 230 и 300 т. К специальным относятся также вагоны для перевозки скота, живой рыбы, битума, легковых автомобилей и вагоны, предназначенные для технических и бытовых нужд железных дорог: вагоны-мастерские, вагоны восстановительных и пожарных поездов. Состав оборудования этих вагонов определяется их назначением.

Для перевозки различных грузов, в том числе штучных изделий, домашних вещей и др., используют деревянные или металлические контейнеры с массой брутто 3, 5, 20 т и более. При перевозке на платформах или в полувагонах контейнеры закрепляют соответствующими приспособлениями. Чтобы избежать перегрузки из вагонов в автомашины, применяют специальные контейнеры большой грузоподъемности, приспособленные для подкатки под них автомобильных шасси. Такие контейнеры называют контрейлерами.

В последние годы начат выпуск вагонов нового поколения, к которым можно отнести вагоны с раздвижными колесными парами, крытые вагоны с открывающейся или сдвигающейся крышей и со встроенными ленточными конвейерами для полной механизации выгрузки картофеля, овощей и фруктов, платформы со специальными стационарными приспособлениями для перевозки лесоматериалов и металлопроката, специальные вагоны с кузовами-амфибиями для транспортирования навалочных грузов в смешанном железнодорожно-водном сообщении.

 

Цистерны предназначены для перевозки жидких, газообразных, затвердевающих и порошкообразных грузов. Они различаются по роду перевозимых грузов, конструкции рамы, осности и калибровочному типу. Перевозимые грузы размещаются в котле, представляющем собой специфическую форму кузова.

Универсальные цистерны подразделяются на цистерны для перевозки светлых (бензин, керосин, лигроин и т.п.) и темных (нефть, минеральные масла и т.п.) наливных грузов.

Все универсальные цистерны железных дорог России оборудованы нижними сливными приборами, обеспечивающими надежную герметичность затворов.

Массу жидкого груза, перевозимого в цистернах, определяют замерно-калибровочным способом, при котором измеряют высоту наполнения котла, учитывают плотность груза и затем по специальным калибровочным таблицам, в которых приведена емкость котлов в зависимости от уровня его налива, подсчитывают массу груза. Калибровочный тип цистерны обозначен в виде металлических цифр, приваренных к котлу на обеих сторонах его цилиндрической части.

В зависимости от устройства несущих элементов цистерны разделяются на конструкции, в которых все основные нагрузки, действующие на цистерну, воспринимаются рамой котла, и конструкции, в которых эти нагрузки воспринимаются котлом (безрамные цистерны). Кроме того, цистерны различаются по осности, грузоподъемности, объему котла, устройству, материалу и способу изготовления котла.

Основные технические характеристики универсальных цистерн общего назначения приведены в табл. 4.3.

 

Четырехосная цистерна грузоподъемностью 60 т постройки Мариупольского (Ждановского) завода (рис. 4.3) имеет котел с полезной емкостью 71,7 м³ полной емкостью 73,1 м³ и с внутренним диаметром 3,0 м.

 

Крепление котла на раме производится в средней и в концевых его частях. К крайним опорам котел притянут стяжными хомутами, предназначенными для предотвращения вертикальных и поперечных его перемещений относительно рамы.

Особенностью конструкции рамы цистерны модели 15-1443 является отсутствие боковых продольных балок, наличие мощных концевых балок и облегченных продольных боковых балок лишь по концам рамы. Отсутствуют также промежуточные поперечные балки. Вследствие этого масса тары цистерны уменьшилась на 1,4 т. При такой конструкции силы, действующие на цистерну, воспринимаются котлом, жесткость которого значительно выше жесткости продольных боковых балок, и затем через крайние его опоры передаются на тележки.

В последние годы на Уральском и Мариупольском вагоностроительных заводах строятся четырехосные цистерны с увеличенной базой (7,8 м вместо 7,12 м) и укороченными консолями (1,5 м вместо 1,84 м), что улучшает динамические качества цистерны, особенно в горизонтальной плоскости, и повысить безопасность движения грузовых поездов, в которых имеются такие цистерны.

Для перевозки бензина спроектирована четырехосная цистерна с удельным объемом котла 1,4 м³/т, вписанная в габарит 02-ВМ, что позволяет эксплуатировать ее на зарубежных железных дорогах с шириной колеи 1435 мм. Грузоподъемность такой цистерны 62 т, масса тары 25,3 т, осевая нагрузка 216 кН, погонная нагрузка 64 кН/м. В последние годы постройка четырехосных цистерн с улучшенными технико-экономическими показателями производится на Уралвагонзаводе и на других предприятиях России.

Для увеличения провозной способности железных дорог Мариупольским заводом тяжелого машиностроения (Азовмаш) совместно с кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» Московского института инженеров железнодорожного транспорта (ныне Московский государственный университет путей сообщения — МИИТ) создана восьмиосная цистерна безрамной конструкции модели 15-871. У нее отсутствуют хребтовая балка между шкворневыми узлами и продольные боковые балки. Грузоподъемность 120 т (рис. 4.4). Увеличенный до 1,14 м³/т удельный объем котла позволяет лучше использовать грузоподъемность цистерны, а повышенная до 80 кН/м погонная нагрузка позволяет увеличить на 30—35 % массу поезда при существующих ограничениях его длины и тем самым достичь большей провозной способности железных дорог, сократить капитальные вложения на развитие пропускной способности, снизить себестоимость перевозок, увеличить производительность труда.

 

При проектировании восьмиосных цистерн безрамной конструкции исходят из тенденции развития современного вагоностроения, где идея применения цельнонесущего кузова получила всеобщее признание. В таком кузове, которым является у цистерны котел, лучше используются все его основные элементы, он имеет меньшую массу, чем кузов с несущей рамой. Котел цистерны цилиндрической формы со сравнительно толстыми стенками в большей мере, чем кузова других типов вагонов, может быть использован в качестве цельнонесущей конструкции.

Котел цистерны состоит из цилиндрической части 1 и двух днищ 9 эллиптической формы. Повышение прочности и устойчивости оболочки котла при малой его массе достигается приваренными к котлу под креплением кольцевыми шпангоутами 7 и 8 омегообразного поперечного сечения. Котел имеет два сливных прибора 6 универсального типа и два колпака с крышками 4 малого объема для налива груза, при котором 2 % объема котла остаются не заполненными грузом для компенсации температурного расширения груза. Исследования, проведенные ВНИИЖТ, показали, что неполное заполнение котла грузом не представляет угрозы для безопасности движения поездов и прочности котла. Вблизи колпака расположены два предохранительно-впускных клапана 2. Котел оборудован наружной 3 и внутренней 5 лестницами, помостами и ограждениями около колпаков с крышками 4. Основные части котла и его опор изготовлены из низколегированной стали 09Г2Д.

Дальнейшим конструктивным улучшением восьмиосной цистерны является опирание котла непосредственно на боковые скользуны четырех двухосных тележек, из которых состоят четырехосные тележки. Это позволяет снизить на 2,5—3 т массу тары цистерны и повысить ее грузоподъемность из-за отсутствия тяжелых соединительных балок четырехосных тележек. Кроме того, у такой цистерны улучшены условия осмотра и ремонта ходовых частей; иное расположение частей автотормоза дает возможность применять авторежим (устройство для автоматического изменения величины давления в тормозном цилиндре в зависимости от грузоподъемности цистерны).

Принимая во внимание большую экономическую эффективность восьмиосных цистерн по сравнению с четырехосными и шестиосными, а также преимущества габарита Т по сравнению с габаритом 1-Т, целесообразным типом восьмиосной цистерны должна быть цистерна, построенная по габариту Г. Такие цистерны в первую очередь должны эксплуатироваться на направлениях перевозки нефтепродуктов в большом объеме в маршрутных поездах большой массы, например до 10—12 тыс. т, что при ограниченных длинах станционных путей можно реализовать лишь при использовании цистерн с большой погонной нагрузкой. Кроме того, в поездах такой массы при наличии кривых малого радиуса, больших подъемов и спусков профиля пути могут возникать большие продольные силы, которые оказывают существенное влияние на устойчивость от выжимания вагонов из поезда. Особенно это негативно сказывается на четырехосных вагонах.

Мариупольским заводом тяжелого машиностроения в содружестве с МИИТ и ВНИЖТ была разработана конструкция восьмиосной цистерны габарита Тц (рис. 4.5). Ее котел с десятью шпангоутами с внутренним диаметром 3,4 м состоит из нижнего (броневого) листа толщиной 12 мм, верхних и боковых листов толщиной 9 мм и двух днищ толщиной 12 мм. Цистерна спроектирована на грузоподъемность 125 т, массу тары 51т, полный объем котла 159 м³ осевую нагрузку 216 кН и погонную нагрузку 94,2 кН/м. Вследствие меньшей длины котла цистерна габарита Тц в отличие от других типов восьмиосных цистерн имеет один сливной прибор и одну горловину люка.

 

По предложению МИИТа Азовмашем впервые в мировой практике вагоностроения спроектирована восьмиосная цистерна модели 15-1500 с переменным профилем шпангоутов котла (десять шпангоутов на котле), В зоне наибольших ограничений по габариту ширины цистерны высота шпангоута уменьшена со 110 мм до 15 мм, что позволило увеличить внутренний диаметр котла с 3,0 м до 3,2 м при одинаковом габарите подвижного состава 1-Т. Такая цистерна имеет грузоподъемность 125 т, массу тары 51 т, удельный объем котла 1,25 м³/М Средняя погонная нагрузка «нетто» увеличена на 11 % по сравнению с цистерной модели 15-871. После всесторонних испытаний эти цистерны более рациональной конструкции начали строиться серийно (с 1988 г.) на Азовмаше.