Сливное устройство железнодорожной цистерны

Авторы патента:

B65D90/54 - затворы или крышки (для люков B65D 90/10; крышки или подобные закрывающие элементы для сосудов высокого давления вообще F16J 13/00; клапаны как таковые F16K)

B61D5 - Цистерны для перевозки текучих материалов (цистерны, баки, резервуары B65D 88/00, B65D 90/00,F17C)

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструктивным элементам кузовного подвижного состава, а именно цистерн для перевозки текучих материалов. Задачей полезной модели является: уменьшение материалоемкости, габарита и массы конструкции для улучшения технических характеристик железнодорожной цистерны в целом; повышение быстродействия, надежности и безопасности сливного устройства при транспортировке железнодорожной цистерны и проведении операций слива и налива продукта; уменьшение усилия необходимого для управления основным затвором. Поставленная задача решается:

- созданием конструкции сливного устройства железнодорожной цистерны, имеющей орган управления основным затвором, расположенный снаружи цистерны в нижней ее части в зоне выходного окна, что способствует уменьшению материалоемкости, габарита и массы конструкции для улучшения технических характеристик железнодорожной цистерны в целом, а также повышению быстродействия, надежности и безопасности сливного устройства при транспортировке железнодорожной цистерны и проведении операций слива и налива продукта.

- использованием для управления основным затвором шпинделя, с установленным на нем маховиком, и шестерни, установленной на шпиндель трехходового шарового запорного крана, кинематически соединенных червячной передачей, что приводит к уменьшению усилия необходимого для управления основным затвором.

Известно сливное устройство железнодорожной цистерны, содержащее последовательно расположенные и независимо управляемые затворы, основной из них размещен во внутреннем объеме цистерны в зоне выходного окна и кинематически связан с управляющей штангой, продольно ориентированной к наливной горловине, другой затвор, дополнительный, размещен на конце наружной части корпуса сливного устройства и установленный над дополнительным затвором промежуточный затвор, который выполнен в виде поворотной заслонки с боковой сферической поверхностью, герметично взаимодействующей с неметаллическим уплотнительным седлом, размещенным в корпусе сливного устройства, ось поворота заслонки перпендикулярна продольной оси указанного корпуса, поперечно смещена относительно нее и сопряжена с торцовой поверхностью заслонки, обращенной к дополнительному затвору, посредством кривошипов, расположенных по обе стороны от продольной оси корпуса, один из концов оси поворота заслонки соединен с рукояткой управления, расположенной с наружной стороны корпуса сливного устройства и взаимосвязанной с этим корпусом осевым фиксатором, ось которого перпендикулярна продольной оси корпуса, причем центр радиуса кривизны сферической поверхности заслонки расположен на продольной оси указанного корпуса на уровне или ниже оси ее поворота (Свидетельство Российской Федерации на изобретение 2182091, 2001 г., по кл. МПК B61D 5/00, B67D 5/02).

Согласно данному изобретению шаровой запорный орган соединен со штоком, который соосен с продольной осью поворотной штанги, асимметричной относительно продольной оси наливной горловины, указанный шток соединен с концом штанги, имеющим с верхней частью внутреннего корпуса шарового запорного органа соединение ось-втулка, торец втулки, обращенный к наливной горловине цистерны, имеет секторный вырез, а штанга перпендикулярно ориентированный к ее продольной оси ограничитель, который расположен в секторном вырезе для взаимодействия с его стенками, расположенными под прямым углом друг к другу, при этом одна из стенок секторного выреза ориентирована в продольно-вертикальной плоскости перпендикулярной к аналогичной плоскости, проходящей через продольные оси входных отверстий наружного корпуса и соответствующие оси отверстий втулок внутреннего корпуса шарового запорного органа, а ограничитель штанги взаимодействует с одной из стенок сектора втулки при положении "закрыто" или "открыто". Конец штанги, расположенный в наливной горловине, имеет рукоятки управления, которые соединены со штангой посредством поворотной втулки, ось поворота которой параллельна продольным осям отверстий наружного корпуса и втулок внутреннего корпуса при открытом шаровом запорном органе.

Однако данное сливное устройство железнодорожных цистерн имеет ряд недостатков, а именно:

- наличие штанги, размером от 2,5 до 3 м, в зависимости от диаметра цистерны, соединяющей шток трехходового шарового запорного крана, влечет за собой увеличение материалоемкости конструкции, габарита и массы сливного устройства, что приводит к снижению технических характеристик железнодорожной цистерны;

- наличие рукояток, располагающихся в наливной горловине цистерны, соединенных с концом штанги по средством поворотной втулки требует монтажа дополнительных элементов, служащих для крепления и фиксации штанги и рукояток в зоне наливной горловины цистерны, что также влечет за собой увеличение материалоемкости конструкции, габарита и массы сливного устройства железнодорожной цистерны;

- использование для управления основным запорным органом многозвенного механизма, который насчитывает порядка 10 последовательно расположенных и сочлененных между собой разъемными и неразъемными соединениями звеньев, приводит к снижению надежности системы устройства управления основным затвором и сокращает срок службы как сливного устройства, так и срок эксплуатации всей железнодорожной цистерны в целом;

- при проведении операций слива и налива продукта необходимо перевести все затворы сливного устройства в положение «открыто», в данной конструкции для этого необходимо производить открытие затворов, как непосредственно находясь у наливной горловины люка цистерны, где находится рукоятка управления основным затвором, так и под цистерной, где располагаются органы управления промежуточным и дополнительным затвором, что понижает быстродействие, надежность и безопасность конструкции при эксплуатации;

- при проведении операции слива необходимо открывать крышку люка цистерны для получения доступа к рукояткам управления основным затвором, что увеличивает время осуществления операции слива, и приводит к попаданию паров перевозимого продукта (чаще всего это бензин, нефть и нефтепродукты) в атмосферу, что в свою очередь также понижает эффективность (быстродействие), надежность и безопасность конструкции при эксплуатации;

- после продолжительного нахождения основного запорного органа в положении «закрыто» в период транспортировки груза, момент трения в затворе возрастает в 1,5-2 раза, что приводит к необходимости использования дополнительных усилий (дополнительных рычагов) для перевода его в положение «открыто».

Задачей полезной модели является: уменьшение материалоемкости, габарита и массы конструкции для улучшения технических характеристик железнодорожной цистерны в целом; повышение быстродействия, надежности и безопасности сливного устройства при транспортировке железнодорожной цистерны и проведении операций слива и налива продукта; уменьшение усилия необходимого для управления основным затвором.

Поставленная задача решается:

Сливное устройство железнодорожной цистерны представлено на фиг. 1, 2, 3 и 4 где:

фиг. 1 - общий вид цистерны, продольное сечение; фиг. 2 - общий вид сливного устройства; фиг. 3 - разрез А-А; фиг. 4 - разрез Б-Б, где:

1 - рукоятка, 2 - рукоятка, 3 - выходной патрубок, 4 - дисковый затвор, 5 - паровой кожух, 6 - трехходовой шаровой запорный кран, 7 - корпус, 8 - котел цистерны, 9 - наливная горловина цистерны, 10 - маховик, 11 - корпус, 12 - дополнительный затвор, 13 - крышка, 14 - кольцевая канавка, 15 - неметаллическое уплотнительное кольцо, 16 - полость, 17 - опорная втулка, 18 - крестовина, 19 - корпус, 20 - втулка, 21 - болт, 22 - неметаллическое седло, 23 - втулка, 24 - паропроводящий патрубок, 25 - тарельчатая пружина, 26 - уплотнительное кольцо, 27 - пробка (шаровой запорный орган), 28 - шпиндель, 29 - уплотнительное кольцо, 30 - уплотнительное кольцо, 31 - шпиндель, 32 - сальниковая втулка, 33 - шестерня, 34 - уплотнительное кольцо, 35 - шпиндель, 36 - пароподводящий патрубок, 37 - уплотнительное кольцо, 38 - заслонка, 39 - неметаллическое уплотнительное кольцо, 40 - нажимной винт, 41 - поворотная скоба, 42 - патрубок, 43 - втулка, 44 - шпонка, 45 - полость, А - смещение.

Сливное устройство железнодорожной цистерны расположено в нижней ее части, под наливной горловиной цистерны 9 и состоит из трех последовательно расположенных и независимо управляемых затворов - основного, дополнительного и промежуточного.

Основной затвор выполнен в виде трехходового шарового запорного крана 6 и расположен во внутреннем объеме котла цистерны 8 в зоне выходного окна.

Трехходовой шаровой запорный кран 6 состоит из корпуса 19 и корпуса 7. Корпус 19 соединен с котлом цистерны 8 в зоне выходного окна и имеет паровой кожух 5.

Во входные отверстия корпуса 7 трехходового шарового запорного крана 6, которые расположены на одной оси, параллельной оси цистерны, герметично установлены втулки 23. Герметичность втулок 23 относительно входных отверстий корпуса 7 обеспечена выполненными на втулках 23 кольцевыми проточками и размещаемыми в них уплотнительными кольцами 26. Со стороны торцов втулок 23, обращенных к полости 45 корпуса 7, размещены неметаллические седла 22, имеющие тороидальные уплотнительные поверхности, между которыми в полости 45 корпуса 7 расположен шаровой запорный орган в виде пробки 27. Полость пробки 27 имеет два входных соосных между собой отверстия и расположенное под прямым углом к ним выходное отверстие, которое постоянно соосно с проходным отверстием корпуса 19. Втулки 23 в осевом направлении подвижны и со стороны, противолежащей размещению уплотнительных неметаллических седел 22, подпружинены тарельчатыми пружинами 25, степень поджатия которых регулируется болтами 21 через втулки 20.

Пробка 27 со стороны, противолежащей размещению ее выходного отверстия соединена со шпинделем 28. Соединение пробки 27 со шпинделем 28 выполняется образованием между ними геометрического замыкания, исключающего процесс "проворота" пробки 27 относительно шпинделя 28, а именно шип-паз. С противоположной стороны конец шпинделя 28, выходящий из пробки 27 через ее выходное отверстие, сцентрирован в отверстии крестовины 18, установленной в корпусе 19. На этом конце шпинделя 28 установлена шестерня 33.

В корпусе 19 при помощи опорной втулки 17 и сальниковой втулки 32 установлен шпиндель 31, на конце которого установлен маховик 10, являющийся органом управления основным затвором и обеспечивающий вращение шпинделя 31. Червячная передача, образованная шестерней 33 и шпинделем 31, предназначена для передачи вращения от маховика 10 к пробке 27 через шпиндель 28 и снижения момента прикладываемого к маховику 10, необходимого для управления основным затвором.

В сальниковую втулку 32 установлены уплотнительные кольца 29 и 30 для герметизации устройства относительно внешней среды.

Для повышения эффективности слива вязкой жидкости из цистерны паровой кожух 5 сливного устройства имеет кольцевую полость 16, разделенную на два отсека, первый сообщается с пароподводящим патрубком 36 и с паропроводящими патрубками 24. Паропроводящие патрубки 24 охватывают наружные поверхности втулок 20 корпуса 7. Другие концы патрубков 24 сообщаются со вторым отсеком полости 16. В этом случае при подводе пара жидкость (продукт перевозки) приобретает большую текучесть (подвижность), что эффективно воздействует как на осевую подвижность втулки 23, стабилизируя ее положение относительно поверхности пробки 27, так и на улучшение слива. Патрубок 42 служит для выхода конденсата из второго отсека полости 16 парового кожуха 5.

Дополнительный затвор 12, представляющий собой откидную заглушку расположенную на выходном патрубке 3 сливного устройства состоит из герметично устанавливаемой на конце выходного патрубка крышки 13, имеющей канавку для установки неметаллического уплотнительного кольца 39 с плоской уплотнительной поверхностью, поворотной скобы 41, на которой расположен нажимной винт 40 с рукояткой 1.

Промежуточный затвор выполнен в виде дискового затвора 4 и расположен между нижней частью корпуса 19 трехходового шарового запорного крана 6 и верхней частью выходного патрубка 3 и состоит из ниже перечисленного.

Шпиндель 35 является осью поворота заслонки 38 и расположен в соосных отверстиях, выполненных в корпусе 11 дискового затвора 4. Ось шпинделя 35 перпендикулярна оси выходного патрубка 3 сливного устройства и поперечно смещена относительно нее на величину "а". Один конец шпинделя 35 соединен с наружной стороны корпуса 11 с рукояткой 2.

Конец шпинделя 35, соединенный с рукояткой 2, имеет параллельно расположенные кольцевые канавки 14 в зоне сопряжения с корпусом 11, в которых размещены неметаллические уплотнительные кольца 15.

Неметаллические уплотнительные кольца 15 исключают утечку рабочей среды из корпуса 11 дискового затвора 4 при его эксплуатации.

Для герметизации соединения нижнего конца корпуса 19 трехходового шарового запорного крана 6, корпуса 11 дискового затвора 4 и верхнего конца выходного патрубка 3 размещены уплотнительные кольца 34 и 37.

Сливное устройство железнодорожной цистерны работает следующим образом.

При помощи рукоятки 1 отворачивают нажимной винт 40, проворачивают и отводят в сторону поворотную скобу 41 вместе с крышкой 13, рукояткой 1 и нажимным винтом 40. Затем подсоединяют сливной трубопровод (не показан).

В случае повышения вязкости транспортируемой жидкости в котле зону сливного устройства предварительно обрабатывают паром, подавая его в пароподводящий патрубок 36.

Работу сливного устройства в режиме открытия дискового затвора 4 производят следующим образом: расфиксируют шпиндель 35, служащий осью поворота заслонки 38, посредством рукоятки 2 осуществляют поворот заслонки 38 с ориентацией ее в направлении продольной оси корпуса 19 и выходного патрубка 3. Благодаря поперечному смещению "а" шпинделя 35 относительно продольной оси выходного патрубка 3 смещается центр тяжести массы заслонки 38, что снижает усилие открытия заслонки 38.

При помощи маховика 10 через червячную передачу образованную шпинделем 31 и шестерней 33 шпиндель 28 осуществляет открытие пробки 27, с ограничением угла поворота, образованного шпонкой 44, установленной на шпиндель 28 и секторного выреза выполненного на втулке 43.

Поворот маховика 10 осуществляют, таким образом, чтобы шпонка 44, расположенная в вырезе втулки 43, смещается от одной стенки выреза к другой его стенке, осуществляя поворот пробки 27 из ее положения "закрыто" в положение "открыто". При повороте пробки 27 ее входные отверстия сообщаются с соответствующими отверстиями втулок 23, установленных в корпус 7, происходит перетекание жидкости из полости котла цистерны 8 в полость пробки 27 с последующим перетеканием жидкости из полости пробки 27 через выходное отверстие в канал корпуса 19. Закрытие сливного устройства производят в обратной последовательности. Закрытие трехходового шарового запорного крана 6 осуществляется вращением маховика 10 с последующим закрытием дискового затвора 4 и дополнительного затвора 12.

Гарантированность положений «закрыто» и «открыто» пробки 27 трехходового шарового запорного крана 6 обеспечена путем предварительной настройки (при изготовлении) положения входных отверстий пробки 27 относительно одной из стенок секторного выреза втулки 43 с соответствующим расположением относительно этой стенки шпонки 44, установленной на шпинделе 28.

Таким образом, благодаря заявляемому конструктивному выполнению сливного устройства железнодорожной цистерны обеспечивается: уменьшение материалоемкости, габарита и массы конструкции для улучшения технических характеристик железнодорожной цистерны в целом; повышение быстродействия, надежности и безопасности сливного устройства при транспортировке железнодорожной цистерны и проведении операций слива и налива продукта; уменьшение усилия необходимого для управления основным затвором.

1. Сливное устройство железнодорожной цистерны, состоящее из трёх последовательно расположенных затворов с независимым друг от друга управлением: основного, выполненного в виде трёхходового шарового запорного крана, состоящего из корпуса, расположенного во внутреннем объёме котла цистерны в зоне выходного окна, входные отверстия которого расположены на одной оси параллельной оси цистерны, подвижных в осевом направлении втулок, герметично установленных во входные отверстия корпуса, подпружиненных тарельчатыми пружинами, имеющими средства регулирования степени поджатия, неметаллических сёдел с тороидальными уплотнительными поверхностями, установленных в этих втулках, и расположенного между ними шарового запорного органа; дополнительного, представляющего собой откидную заглушку, размещённую на выходном патрубке сливного устройства, состоящую из крышки, имеющей канавку для установки неметаллического уплотнительного кольца с плоской уплотнительной поверхностью, поворотной скобы, на которой расположен нажимной винт с рукояткой; промежуточного, расположенного между корпусом основного затвора и выходного патрубка сливного устройства, выполненного в виде дискового затвора, заслонка которого установлена на шпиндель, являющийся осью поворота заслонки, расположенной перпендикулярно оси выходного патрубка сливного устройства и поперечно смещённой относительно этой оси, и рукоятки, установленной на конце шпинделя, отличающееся тем, что орган управления основным затвором, расположен снаружи цистерны в нижней её части в зоне выходного окна.

2. Сливное устройство железнодорожной цистерны по п.1, отличающееся тем, что для управления основным затвором шпиндель с установленным на нём маховиком и шестерня, установленная на шпиндель трёхходового шарового запорного крана, кинематически соединены червячной передачей.