Результат интеллектуальной деятельности: СОСУД ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ОПАСНЫХ ГРУЗОВ

Изобретение относится к области изготовления сосудов (цистерн, резервуаров) и их элементов, работающих под давлением и предназначенных для хранения и транспортировки опасных грузов.

Известные из уровня техники сосуды высокого давления выполняют, как правило, цельными, они имеют различную конфигурацию, состав основного материала, связывающих компонентов и уплотнительных элементов и варианты оформления соединений и отверстий.

Известен баллон высокого давления для хранения и транспортировки горючих газов (патент RU №2082913, 27.06.1997 [1]). Известное устройство содержит цилиндрический корпус с горловиной. Кроме того, сосуд имеет в верхнем, примыкающем к горловине объеме предохранительную насадку, которая выполнена в виде размещенного между двумя сетками гидрофильного плавкого вещества. Недостатками известного устройства являются его недостаточно высокая прочность и герметичность узлов соединения металлических деталей со стенкой сосуда. Кроме того, уплотнительные элементы конструкций сосуда не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к их свойствам.

Также известны сосуды высокого давления для перевозки и хранения гексафторида урана (заявка РСТ WO 02/086909 A1, 31.10.2002 [2]). Известный сосуд для хранения и перевозки опасных грузов имеет полусферическое днище и снабжен силовой оболочкой, выполненной из стали. Сосуд имеет крышку, клапаны и уплотнительные прокладки. Аналогичную конструкцию имеют также известные устройства (авторское свидетельство SU №885686 A1, 30.11.1981 [3], патент JP №3275135 А, 05.12.1991 [4], патент JP №62147172 А, 01.07.1987 [5]). Недостатками известных устройств [2-5] являются низкая прочность и герметичность узлов, невозможность транспортировки опасных веществ морским путем из-за низкой герметичности сосуда в целом.

Известны также взрывобезопасные цистерны (патенты RU №2581115 С1, 10.04.2016 [6], RU 57729 U1, 27.10.2006 [7], RU 2171766 C1, 10.08.2001 [8], RU 2315703 C1, 27.01.2008 [9]), предназначенные для транспортировки застывающих и кристаллизующихся продуктов, в частности для перевозки карбамидоформальдегидной смолы, карбамидоформальдегидного концентрата, а также для перевозки легковоспламеняющихся, токсичных и едких жидкостей.

Известная взрывобезопасная цистерна [6] содержит котел, выполненный из цилиндрической обечайки и двух торцевых днищ, люк, предохранительно-впускной клапан, сливное устройство, расположенное в нижней части цилиндрической обечайки, подогревательный кожух, расположенный в нижней части котла, при этом цилиндрическая обечайка котла снабжена теневой защитой, которая расположена и жестко закреплена по обе стороны от люка, угол охвата теневой защитой цилиндрической обечайки котла составляет 150-160°, а зазор между ними выполнен равным 50-60 мм, причем теневая защита выполнена съемной, согласно изобретению дополнительно снабжено взрывозащитным устройством с индикатором безопасности на разрывном элементе, монтируемым в люке-лазе и содержащим корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, а разрывной элемент состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом на проволоке разрывного элемента закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен с входом устройства оповещения об аварийной ситуации, а проволока разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, выполнена упругой и имеет несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.

Такая конструкция цистерны обеспечивает повышение взрывобезопасности железнодорожной цистерны при перевозках легковоспламеняющихся, взрывоопасных жидкостей. Однако данная конструкция в основном обеспечивает оповещение об аварии и не является полностью надежной из-за наличия механических элементов для выпуска газа при аварийной ситуации. Выпуск газа из аварийной цистерны, например, в закрытом помещении (трюме судна или погрузочно-разгрузочном терминале, может привести к нежелательным последствиям. Кроме того, при эксплуатации такой цистерны могут возникать повышенные значения удельного давления и коэффициент трения, недостаточная жаростойкость.

Известен также сосуд для хранения и перевозки опасных грузов (патент RU №2290555 С2, 27.12.2006 [10]), технический результат при использовании которого заключается в повышении эксплуатационной надежности сосудов, предназначенных для хранения и транспортировки опасных грузов в морских условиях.

Указанный технический результат достигается за счет того, что сосуд для хранения и перевозки опасных грузов имеет полусферическое днище и снабжен силовой оболочкой, включающей уплотнение. Его силовая оболочка включает эластичный слой, защитный коррозийно-стойкий и герметизирующий слой и снабжена полюсным отверстием. При этом защитный коррозийно-стойкий и герметизирующий слой днища выполнен из стальных и бронзовых спиралей в соотношении 2:1, спрессованных между собой и совместно с фторопластовым материалом, внешняя поверхность которого дополнительно спрессована с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей.

Недостатком известного технического решения является то, что при его реализации в судовых условиях эксплуатации могут наблюдаться повышенные значения удельного давления и коэффициент трения, недостаточная жаростойкость.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эксплуатационной надежности сосуда для хранения и перевозки опасных грузов, путем повышения жаростойкости, вязкости, понижение значений удельного давления и коэффициента трения.

Поставленная задача решается за счет того, что в сосуде для хранения и перевозки опасных грузов, имеющем полусферическое днище и снабженном силовой оболочкой, включающей уплотнение, а силовая оболочка включает эластичный слой, защитный коррозийно-стойкий и герметизирующий слой и снабжена полюсным отверстием, при этом защитный коррозийно-стойкий и герметизирующий слой днища выполнен из стальных и бронзовых спиралей в соотношении 2:1, спрессованных между собой и совместно с фторопластовым материалом, внешняя поверхность которого дополнительно спрессована с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей, в отличие от прототипа [10], корпус и силовая оболочка выполнены с защитным технологическим покрытием, которое содержит, мас. %: SiO₂ 15-21; MgO 5-10; Na₂O 7-8,5; 3СаО⋅Al₂O₃ 1-9; Al₂O₃⋅MgO 2-5; B₂O₃ 8-12,5; B_{аморфный} 2,5-3,5; NiAl₂O₄ 3-5; NiSiO₄ 3,5-10; Al₂O₃ - остальное (патент RU №2581425 С1, 20.04.2016 [11]), на внешней поверхности уплотнения закреплены индикаторы безопасности, выполненные в виде двух датчиков, один из которых фиксирует температуру уплотнения, а второй датчик реагирует на деформацию уплотнения.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом.

На чертеже представлена конструкция сосуда для хранения и перевозки опасных грузов. Сосуд для хранения и перевозки опасных грузов состоит из корпуса 1, имеющего сферическое днище 2, силовой оболочки 3, включающей эластичный слой 4, защитный коррозийно-стойкий слой 5, герметизирующий слой 6, уплотнение 7, полюсное отверстие 8. На внешней поверхности уплотнения 7 закреплены индикаторы безопасности 9, выполненные в виде двух датчиков, один из которых фиксирует температуру уплотнения 7, а второй датчик, реагирует на деформацию.

Предлагаемое устройство, как и в прототипе [10], имеет силовую оболочку, включающую эластичный слой, защитный коррозийно-стойкий и герметизирующий слой и снабженную полюсным отверстием. При этом защитный коррозийно-стойкий и герметизирующий слой днища выполнен из стальных и бронзовых спиралей в соотношении 2:1, спрессованных между собой и совместно с фторопластовым материалом, внешняя поверхность которого дополнительно спрессована с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей.

В отличие от прототипа [10], корпус и силовая оболочка предлагаемого устройства выполнены с защитным технологическим покрытием, которое содержит, мас. %: SiO₂ 15-21; MgO 5-10; Na₂O 7-8,5; 2СаО⋅Al₂O₃ 1-9; Al₂O₃⋅MgO 2-5; B₂O₃ 8-12,5; B_{аморфный} 2,5-3,5; NiAl₂O₄ 3-5; NiSiO₄ 3,5-10; Al₂O₃ - остальное, что обеспечивает повышение жаростойкости, вязкости, понижение значений удельного давления и коэффициента трения.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что на внешней поверхности днища сосуда, как и в прототипе [10], размещают эластичное покрытие, состоящее из спрессованной металлической проволочной основы, включающей проволочные спирали из стали и бронзы в соотношении 2:1 и соединенные с фторопластом путем прессования с глубиной нанесения эластичного покрытия 10-20% от толщины днища. Причем эластичное покрытие дополнительно спрессовывают с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей, которая плотно обхватывает проволочную основу по всей поверхности. Это позволяет изготовить днище сосуда с однородным и равномерно распределенным по его поверхности упругодемпфирующим элементом, обеспечивающим надежное сочленение его с корпусом судна при воздействии вибрационных и ударных нагрузок, обусловленных гидродинамическими факторами.

Эластичные слои и уплотнения выполняются из армированного многослойного прокладочного материала, например асбостальных листов (Порошин Г.В. Производство абостальных листов. М.: Химия, 1984, с. 52-60). Это повышает стойкость стыковых соединений к действию удельных давлений. Также они могут быть выполнены из сплавов, обладающих памятью формы, например из сплава TiNi. Это позволяет при повышенных температурах сохранять форму уплотнений и создавать постоянное усилие для крепежных элементов стыковых соединений.

Защитные коррозийно-стойкие и герметизирующие слои стыковых соединений выполняются из шпатлевки холодного отверждения, армированной полимерным волокном в соотношении 5:1. Использование полимерного волокна, выполненного из смеси органических и неорганических антипиренов, позволяет существенно замедлить или полностью подавить возможность возгорания полимеров при неблагоприятном стечении обстоятельств в период транспортировки опасных грузов.

На внешней поверхности уплотнения 7 закреплены индикаторы безопасности 9, выполненные в виде двух датчиков, один из которых фиксирует температуру уплотнения 7, а второй датчик реагирует на деформацию, например, тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства оповещения об аварийной ситуации.

Корпус и силовая оболочка предлагаемого устройства выполнены с защитным технологическим покрытием, которое содержит, мас. %: SiO₂ 15-21; MgO 5-10; Na₂O 7-8,5; 3СаО⋅Al₂O₃ 1-9; Al₂O₃ MgO 2-5; B₂O₃ 8-12,5; B_{аморфный} 2,5-3,5; NiAl₂O₄ 3-5; NiSiO₄ 3,5-10; Al₂O₃ - остальное, что обеспечивает повышение жаростойкости, вязкости, понижение значений удельного давления и коэффициента трения [11].

Технически достижимый результат - повышение взрывобезопасности сосуда для хранения и перевозки опасных грузов, при перевозках легковоспламеняющихся, взрывоопасных жидкостей.

Предлагаемое техническое решение может быть также использовано в конструкциях взрывобезопасных цистерн и резервуаров для нефтегазовой промышленности и атомной энергетики.

Источники информации

1. Патент RU №2082913, 27.06.1997.

2. Заявка PCT WO 02/086909 A1, 31.10.2002.

3. Авторское свидетельство SU №885686 A1, 30.11.1981.

4. Патент JP №3275135 А, 05.12.1991.

5. Патент JP №62147172 А, 01.07.1987.

6. Патент RU №2581115 С1, 10.04.2016.

7. Патент RU 57729 U1, 27.10.2006.

8. Патент RU 2171766 C1, 10.08.2001.

9. Патент RU 2315703 C1, 27.01.2008.

10. Патент RU №2290555 C2, 27.12.2006.

11. Патент RU №2581425 C1, 20.04.2016.