1. Анализ существующих конструктивных решений котлов
Сварной котел: цилиндрическая часть котла составлена из цельных продольных листов: верхних и средних. Часто применяемыми материалами для котла служат стали марками ОХ18Г8Н2Т(КО-3), ОХ22Н5Т, 12Х18Н10Т, 20К+Х17Н13М2Т, ВСтЗ+12Х18Н10Т, ВСтЗ+ОХ23Н28МЗДЗ ,данные стали указаны для различных видов и назначений котлов. Листы днища соединены между собой встык автоматической сваркой под слоем флюса. [1]
Таблица 1 – Классификация цистерн
По типу: общего назначения
специальные
По конструкции: рамные
безрамные
По числу осей:
четырёхосные
восьмиосные
- Цистерны общего назначения: предназначены для перевозки широкой номенклатуры нефтепродуктов.
- Цистерны специальные: предназначены для перевозки отдельных видов грузов
- Цистерны имеющие рамную конструкцию: имеют рамную конструкцию и типовую схему крепления котла к раме.
- Безрамные цистерны: не имеющие раму, основные нагрузки действующие на цистерну воспринимаются котлом.
- Четырехосные цистерны: имеют две двухосные тележки.
- Восьмиосные цистерны: имеют две четырехосные тележки. [3]
1.2 Виды и формы котлов вагона-цистерн
Кузов вагона-цистерны представляет собой горизонтальную ёмкость цилиндрической формы, закрытую с боков днищами разной конструкции. Ёмкость цистерны или её отдельные секции имеют устройства для погрузки и разгрузки, вид которых зависит от перевозимого груза. Сосуды специальных цистерн могут иметь теплоизоляционное покрытие или оборудование для разогрева перевозимого продукта, а также приборы для контроля за его состоянием. В некоторых цистернах внутренняя ёмкость делится на несколько секций. В цистернах, у которых ёмкость укладывается на раму, воспринимающую продольные нагрузки, возникающие в поезде, ёмкость в передаче этих нагрузок к другим вагонам поезда не участвует. У вагона-цистерны безрамной конструкции ёмкость является цельнонесущей конструкцией, воспринимает и передаёт продольные тяговые и ударные усилия, выполняя функции рамы. Для повышения прочности и жёсткости ёмкостей вагонов-цистерн большого диаметра и длины цилиндрическая обечайка ёмкости подкрепляется кольцами-шпангоутами, которые могут быть установлены на наружной поверхности или внутри ёмкости. Объём цистерны колеблется в широких пределах от 15-20 м? в первых вагонах-цистернах, строившихся в конце XIX века, до 120 м? (8-осная цистерна для перевозки светлых нефтепродуктов) и больше [6].
Таблица 2 – Виды и формы котлов вагона-цистерн
Сертифицированные модели цистерн на территории России (по состоянию на 2017 г.)
Модель Специализация Завод Грузоподъёмность Объём, куб. м Срок службылет
Цистерны химические
15-150-05 Метанол
Уралвагонзавод 65 85,6 32
15-6880 Метанол ТихвинХимМаш 73 88 32
15-1240 Метанол Рузхиммаш 65 82 32
15-6880-01 Метанол ТихвинХимМаш 71,7 94 32
Продолжение таблицы 2
15-157 Серная кислота
Уралвагонзавод 69 39 18
15-9545 Серная кислота ТихвинХимМаш 77 44 18
15-210-03 Бензол
Рузхиммаш 66 73 24
15-150-04Б Бензол Уралвагонзавод 66 85,6 24
15-6900 Натрий едкий
ТихвинХимМаш 73 54,5 32
15-157-02 Натрий едкий Уралкриомаш 68 39 32
15-6900-01 Натрий едкий ТихвинХимМаш 76,5 54,5 32
15-1230 Соляная кислота
Рузхиммаш 66,8 62 18
15-1614-01 Соляная кислота Азовмаш 68,6 63 18
15-5181 Химия Уралвагонзавод 73,5 76,3 30
15-6900-01 Химия ТихвинХимМаш 76,5 54,5 32
15-6900 Химия ТихвинХимМаш 73 54,5 32
15-1224 Олеум
Рузхиммаш 68 38,1 32
15-157-01 Олеум Уралвагонзавод 68 38,8 32
15-1556-03 Хлор
ЗМК 57,5 46 24
15-1547-04 Спирт
Азовмаш 65 85,6 30
Цистерны для легкозатвердевающих продуктов
15-1257 Пек
Рузхиммаш 69,5 63,1 24
15-1534-03 Пек Азовмаш 62 63,4 24
15-9544 Сера расплавленная
НМЗ 71,5 42,2 32
Продолжение таблицы 2
15-1256 Сера расплавленная Рузхиммаш 65 38,4 32
15-1232-03 КФС
Рузхиммаш 66,4 53,5 32
Цистерны газовые и аммиачные
15-1209 Пропан -Бутан
Рузхиммаш 51 83,8 40
15-9872 Пропан-Бутан Алтайвагон 52 83,9 40
15-588-01 Пропан-Бутан Уралвагонзавод 52 86 40
15-1288-01 Пропан-Бутан Рузхиммаш 56 86,8 40
15-6855 Пропан-Бутан ТихвинХимМаш 61 86,7 40
15-588С-01 Криоген-ные газы Уралкриомаш 55 44 28
15-588С-04 Криоген-ные газы Уралкриомаш 57,6 49,1 28
15-5106 Криоген-ные газы Уралкриомаш 31,6 65,4 20
15-1288-02 Аммиак
Рузхиммаш 56 87,1 40
15-1201-02 Аммиак Рузхиммаш 42 74 40
15-6926 Аммиак ТихвинХимМаш 60,2 92,7 40
15-5183 Аммиак Уралвагонзавод 45,6 86 40
15-2148 Аммиак Алтайвагон 50,1 85,6 40
Цистерны для пищевых продуктов
Продолжение таблицы 2
15-150-04П Раститель-ное масло
Уралвагонзавод 66 85,6 30
15-1213П Раститель-ное масло Уралвагонзавод 66 85,5 30
15-5103-7П Раститель-ное масло Уралвагонзавод 66 85,6 30
15-2132П Растительное масло Алтайвагон 66 86,5 30
Цистерны нефтебензиновые
15-5103-07 Бензин-Нефть
Уралвагонзавод 66 85,6 32
2. Общие технические требования к конструкции вагона-цистерн
Цистерна должна состоять из следующих основных сборочных единиц:
- емкости (котла) с арматурой;
- крепления котла к платформе;
- платформы, оборудованной:
- тележками по ГОСТ 9246;
Настоящий стандарт распространяется на тележки двухосные трехэлементные, применяемые в конструкции грузовых вагонов (далее - вагоны), предназначенных для обращения на железнодорожных путях общего и необщего пользования колеи 1520 мм и устанавливает общие технические требования.
Таблица 3 – Страны принявшие данный стандарт
Краткое наименование страны Код страны Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан
Киргизия KG Кыргызстандарт
Россия RU Росстандарт
Таджикистан TJ Таджикстандарт
Узбекистан UZ Узстандарт
Украина UA Минэкономразвития Украины
Цистерны допускается изготавливать со следующими устройствами и приспособлениями:
- переходными площадками, расположенными на консолях рамы;
- будками для сопровождающих лиц;
- авторежимом, обеспечивающим автоматическое изменение силы нажатия тормозных колодок в зависимости от загрузки цистерны;
- котлами, на внутреннюю поверхность которых нанесено защитное металлическое, полимерное или лакокрасочное покрытие;
- защитными экранами днищ котла;
- концевыми балками рам, приспособленными для установки буферных комплектов.
Допускаются другие устройства и приспособления.
Конструкция цистерн должна соответствовать требованиям действующих норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм.
Котлы цистерн должны быть оборудованы люками-лазами, устройствами для загрузки и выгрузки, предохранительной контрольной арматурой, наружной лестницей, подножками, поручнями, помостами. [6]
В зависимости от назначения цистерн котлы могут быть оборудованы подогревающим устройством, теневой защитой, теплоизоляционным покрытием, приспособлениями для установки запорно-пломбировочных устройств и другими устройствами. [3]
Также котлы цистерн должны иметь конфигурацию и быть оборудованы устройствами, способствующими полной выгрузке продукта. Котлы нефтебензиновых цистерн с нижним сливом оборудуют унифицированными сливными устройствами.
Цистерны, используемые для перевозки опасных грузов, должны соответствовать требованиям действующих правил устройства.
Цистерны для перевозки опасных грузов оборудуют устройствами защиты котла и арматуры, а также устройством, обеспечивающим герметизированный отбор проб.
Люк-лаз должен быть диаметром не менее 450 мм. В конструкции цистерны должны быть предусмотрены места для установки типовых домкратов по концам шкворневых балок. [6]
Изготовление, монтаж, наладка и испытания электрооборудования цистерн с электрообогревом должны соответствовать действующим правилам устройств электроустановок. В конструкции рычажной передачи тормоза должна быть предусмотрена установка как композиционных, так и чугунных тормозных колодок. Вновь изготавливаемые цистерны оборудуют композиционными тормозными колодками. Также должны быть предусмотрены унифицированные тяговые кронштейны для перемещения цистерны безрельсовым транспортом.
Цистерна должна быть оборудована двумя боковыми подножками с поручнями для составителей поездов с расположением подножек в консольных частях рамы со стороны расцепного рычага автосцепки. При расположении в консольных частях рамы цистерны наружных лестниц допускается совмещение подножки для составителей с лестницей. Рамы, детали рычажной передачи тормоза изготавливают из низколегированных сталей. Применение других низколегированных сталей с гарантированным уровнем механических свойств допускается по согласованию с заказчиком и МПС РФ, а для цистерн, перевозящих опасные грузы, также с органами госнадзора.
Котлы, детали арматуры, предохранительных, сливоналивных или разгрузочных устройств цистерн должны быть изготовлены из коррозионно-стойких сталей или двухслойных сталей, алюминия и его сплавов, титана и других материалов.
Материалы и внутренние покрытия котлов цистерн, предназначенных для перевозки пищевых продуктов, должны быть согласованы с соответствующими органами здравоохранения. Для изготовления деталей, подвергающихся сварке, применяют сталь с гарантией свариваемости. [5]
Допускается, по согласованию с заказчиком и МПС РФ, а для цистерн, перевозящих опасные грузы, - с органами госнадзора, применять усиленные трубы .
Цистерны, кроме внутренних поверхностей котлов и мест, специально предусмотренных в технической документации, должны быть окрашены.
Поверхности деталей и сборочных единиц, не доступные для окрашивания в собранном виде, окрашивают до сборки.
На внутренние поверхности сварных стальных конструкций замкнутого профиля, выполненных сплошными швами, покрытия не наносят.
Резьбу болтов, кроме болтовых соединений внутри котлов цистерн, трущиеся поверхности рычагов, тяг, осей смазывают.
Рабочие поверхности подпятниковых мест при постановке рамы на тележки смазывают смазкой солидол Ж , графитной смазкой или смазкой солидол С.
При применении защищающих от износов опорные и цилиндрические поверхности прокладок и обеспечении низкого коэффициента трения смазку допускается не применять. [6]
2.1. Требования к надежности
Номенклатура показателей надежности цистерн должна включать:
- назначенный срок службы;
- назначенный срок службы до первого капитального ремонта;
- назначенный срок службы до первого деповского ремонта.
По истечении назначенного срока службы цистерны, независимо от ее технического состояния, ее эксплуатацию прекращают и принимают решение о:
- проведении капитально-восстановительного ремонта и модернизации цистерны с установлением нового назначенного срока службы;
- возможности продления назначенного срока службы;
- списании [7].
2.2. Маркировка [6]
На боковом швеллере рамы цистерны наносят маркировку, содержащую:
- заводской номер цистерны по системе нумерации предприятия-изготовителя;
- наименование предприятия-изготовителя или его товарный знак;
- массу тары;
- год изготовления, а для цистерн, подведомственных Госгортехнадзору, дату очередного освидетельствования.
На металлическую табличку, установленную на наружной поверхности хребтовой балки, наносят маркировку платформы:
- наименование или товарный знак предприятия-изготовителя;
- заводской номер платформы по системе нумерации предприятия-изготовителя;
- год изготовления;
- обозначение основной марки стали, применяемой для изготовления хребтовой балки.
На каждый котел наносят маркировку, содержащую:
- наименование или товарный знак предприятия-изготовителя;
- заводской номер по системе нумерации предприятия-изготовителя;
- рабочее и пробное давление (для котлов, подведомственных Госгортехнадзору);
- год изготовления;
- дату проведенного и очередного освидетельствования (для котлов, подведомственных Госгортехнадзору).
Маркировка на цистернах для перевозки нефтепродуктов должна включать тип калибровки котла.
На цистерны, предназначенные для перевозки опасных грузов, наносят знаки опасности и предупредительные надписи, обеспечивающие их безопасную эксплуатацию.
По результатам сертификации цистерны маркируют знаком соответствия согласно национальной системе сертификации. Знак соответствия наносят на металлическую табличку в непосредственной близости к товарному знаку предприятия-изготовителя.
2.3 Окраска и маркировка цистерн для перевозки опасных грузов
В настоящее время отсутствует строгая система, определяющая правила окраски цистерн для перевозки опасных грузов, которая отражала бы степень и вид опасности груза, поэтому предусмотренная правилами окраска цистерн носит случайный характер.
В соответствии с действующими правилами цистерны для перевозки опасных грузов имеют отличительную окраску цилиндрической части и днища котла и цветную горизонтальную полосу на среднем диаметре цилиндрической части по всей длине котла шириной 300 мм на цистернах для сжиженных газов и 500 мм - для остальных опасных грузов (кроме цистерн для бензина и нефтепродуктов, пека, кальцинированной соды, которые не имеют полос).
Цистерны, принадлежащие предприятиям, имеют торцовые днища и рамы, окрашенные в зеленый цвет. У края днищ по кругу наносится белая полоса шириной 300 мм. На цистерне должен быть трафарет о роде перевозимого продукта и знаки опасности груза.
Котлы цистерн, предназначенных для грузов второго класса, окрашиваются в светло-серый (серебристый) цвет. Цвет полосы зависит от вида груза: для аммиака - желтый, для кислорода - голубой, для хлора - защитный, для пропан-бутановых фракций (в том числе для этилена) - красный, для негорючих газов - черный.
Алюминиевой краской окрашиваются котлы цистерн для перевозки этиловой жидкости. Нижняя часть котла на высоту 250 мм окрашена черной краской. Полосы зеленого цвета.
Желтый цвет котла с полосами черного цвета и нижнюю часть котла (броневой лист) тоже черного цвета имеют цистерны для перевозки метанола - высокотоксичной легковоспламеняющейся жидкости третьего класса.
Котел цистерны для перевозки желтого фосфора (четвертый класс) имеет желтый цвет и полосы красного цвета.
Котлы цистерн для перевозки кислот и жидких химических грузов имеют полосы желтого цвета. На днища котлов этих цистерн той же краской, что и полосы, наносятся квадраты размером 1?1 м. На квадратах черной краской наносится наименование кислоты, для которой предназначена цистерна ("Серная кислота", "Меланж", "Олеум", "Соляная кислота"), и трафарет о приписке цистерны.
На цистернах, предназначенных для перевозки одного вида груза, приводится его наименование.
На котлах цистерн для опасных грузов наносятся (устанавливаются) знаки опасности которые располагаются в правой нижней части котла с обеих сторон между днищем и хомутом. На знак опасности наносят класс опасности груза, серийный номер ООН и номер аварийной карточки.
Знаки опасности бывают:
- основные, характеризующие основной вид опасности и соответствующие классу (подклассу), к которому отнесен груз;
- дополнительные, характеризующие вид дополнительной опасности.
Знаки опасности имеют форму квадрата, повернутого на угол 45° со стороной не менее 250 мм, который условно разделен горизонтальной линией на два равных треугольника. В верхнем треугольнике основных и дополнительных знаков опасности изображается символ опасности соответствующего класса (подкласса) (кроме грузов подклассов 1.4 и 1.5) .
В нижнем углу основных знаков указывается номер класса (для грузов класса 5 - номер подкласса), к которому отнесен груз.
На основных знаках опасности, выполняемых в соответствии с черт. 1-9 ГОСТ 19433-88 (кроме знаков опасности для класса 7) и наносимых на вагоны-цистерны, в нижней части черными цифрами высотой не менее 65 мм на белом фоне указывается также серийный номер ООН.
Допускается указывать серийный номер ООН не на знаке опасности, а под ним на оранжевой прямоугольной табличке размерами не менее 120?300 мм с черной рамкой шириной 10 мм по краям в соответствии с черт. 13. Высота цифр на табличке должна быть не менее 25 мм.
Знак опасности для грузов класса 7, наносимый на вагон-цистерну. Верхняя часть знака - желтая, нижняя - белая. В верхней части знака опасности указывается символ - черный трилистник, а в нижней части записывается серийный номер ООН или слово "радиоактивно". Серийный номер ООН перевозимого груза можно установить по источнику "Правила безопасности и порядок ликвидации аварийных ситуаций с опасными грузами при перевозке их по железным дорогам", а также по Сборнику правил перевозок № 370.
