CC BY
32
УДК 629.463.32
Повышение универсальности вагонов-цистерн для перевозки нефтехимических грузов
А. В. Песляк 1, Н. А. Битюцкий 2, М. Н. Сувернев 3, А. Н. Фомин 3
1 ООО «БалтТрансСервис», Российская Федерация, 197229, Санкт-Петербург, Лахтинский пр., 85
2 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
3 ООО «ИЦВС-Сервис», Российская Федерация,190013, Санкт-Петербург, наб. реки Фонтанки, 108, лит. А
Для цитирования: Песляк А. В., Битюцкий Н. А., Сувернев М. Н., Фомин А. Н. Повышение универсальности вагонов-цистерн для перевозки нефтехимических грузов // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 4. - С. 477-489. БО1: 10.20295/1815-588Х-2020-4-477-489
Аннотация
Цель: Характеристика способов оптимизации парка вагонов-цистерн. Определение преимуществ, которые получает собственник при модернизации вагонов. Установить возможность повышения универсальности подвижного состава на примере модернизации вагонов-цистерн для перевозки нефтехимических грузов. Методы: Проводилось сравнение параметров эксплуатирующихся вагонов-цистерн для перевозки нефтехимических грузов и модернизированного вагона. Определялись элементы конструкции вагона, требующие модернизации для приведения в соответствие с действующими нормативными требованиями по перевозке грузов. Анализировались результаты расчетов и испытаний, проведена сертификация вагона. Результаты: Показаны пути модернизации вагонов-цистерн. Описаны основные элементы конструкции вагона, требующие модернизации. Проведены расчеты прочности, усталостной прочности и устойчивости. Рассчитана пропускная способность предохранительного клапана и сформированы требования к данному показателю при перевозке нефтехимических грузов. Установлена оптимальная конструкция сливного прибора. Выполнен комплекс натурных испытаний опытных образцов, включая ресурсные испытания, подтвердившие возможность безопасной эксплуатации модернизированного вагона в течение всего срока службы. Произведена сертификация вагона на соответствие требованиям безопасности железнодорожного подвижного состава. Практическая значимость: Проведенные исследования подтверждают возможность модернизации нефтебензиновых вагонов-цистерн под перевозку широкой номенклатуры грузов. Это позволит создать проект модернизации вагона-цистерны. Новая модель вагона включена в Справочник моделей грузовых вагонов. По разработанному проекту модернизации собственник сможет осуществлять модернизацию вагонов.
Ключевые слова: Вагон-цистерна, нефтехимический груз, сливной прибор, предохранительный клапан, тормозная система вагона, перевозка опасных грузов.
После фактического запрета продления срока службы грузовых вагонов в 2014-2018 гг. производство новых вагонов в Российской Федерации неуклонно растет. Одним из массовых и постоянно пополняемых парков вагонов являются вагоны-цистерны для перевозки нефти и нефте-
продуктов - около 170 000 вагонов, или почти 70 % от общего числа вагонов-цистерн в РФ.
В то же время погрузка нефти и нефтепродуктов на железнодорожном транспорте из года в год снижается. Так, в 2019 г. она составила 232,0 млн т, что меньше, чем в 2018 г., на 1,9 %
(или 4,4 млн т), а за январь-август 2020 г. показатель падения составил 9 %.
На понижение объемов погрузки нефтяных грузов влияет рост конкуренции со стороны альтернативных видов транспорта, прежде всего трубопроводного. Например, в 2019 г. в дополнение к имеющимся трубопроводам были введены в эксплуатацию нефтепродуктопровод до Комсомольского нефтеперерабатывающего завода и первый этап нефтепродуктопровода «Юг», что негативно отразилось на объемах перевозки сырой нефти и дизельного топлива железнодорожным транспортом. Таким образом, по оценкам специалистов, в ближайшие годы от движения будут отставлены до 20 000 вагонов-цистерн для перевозки нефти и нефтепродуктов.
Для сохранения баланса грузооборота и сокращения простоя подвижного состава собственникам и операторам необходима оптимизация парка вагонов-цистерн, находящихся в эксплуатации. Одним из примеров такой работы является постановка на производство проекта модернизации вагонов-цистерн моделей 15-15021, 15-156 и 15-740-20 (далее - вагоны базовых моделей) для перевозки широкой номенклатуры грузов (нефти, нефтепродуктов и нефтехимических грузов).
Вагоны базовых моделей, изготовленные в 2002-2003 гг., эксплуатировались собственником ООО «БалтТрансСервис» в соответствии с их назначением для перевозки нефтепродуктов. В 2018 г. в связи с высвобождением части парка было принято решение об оптимизации парка вагонов-цистерн и их модернизации под перевозку широкой номенклатуры грузов. Проект модернизации был разработан Группой Компаний (ГК) «Инженерный Центр вагоностроения» (г. Санкт-Петербург) и поставлен на производство на производственных мощностях депо Иваново (ООО «БалтТрансСервис»).
Для реализации данного проекта, помимо традиционного комплекса работ, были поставлены и решены следующие задачи:
- проведен анализ технических параметров и конструктивных особенностей базовых моделей с целью подтверждения их идентичности;
- сформирован перечень грузов для перевозки в вагоне-цистерне после модернизации;
- осуществлен обзор вагонов-цистерн для перевозки нефтехимических грузов;
- выполнен анализ конструкций сливных приборов с тремя степенями защиты;
- разработана конструкция предохранительного клапана для установки на модернизированный вагон;
- проведена модернизация тормозной рычажной передачи вагона.
С целью установления идентичности вагонов-цистерн базовых моделей для модернизации вагонов по единому проекту на первом этапе были проанализированы их технические параметры и конструктивные особенности. Анализ конструктивных особенностей показал, что вагоны оборудованы парообогрева-тельным кожухом, слив груза осуществляется через универсальный сливной прибор с двумя степенями защиты и на вагонах установлен предохранительный клапан. Вагоны-цистерны имеют схожие технические параметры, за исключением незначительных отличий по массе тары и грузоподъемности. Это связано с тем, что вагоны могли изготавливаться с применением несущих элементов (платформ и котлов) различных производителей, а также с тем, что вагоны моделей 15-150-21 и 15-740-20 уже проходили модернизацию (установка парообогре-вательного кожуха котла). Состав базовых моделей вагонов-цистерн в соответствии с конструкторской документацией 150.00.00.000, 156.00.00.000 и ГГ 780.00.000 представлен в табл. 1.
Анализ парка вагонов-цистерн позволил выявить, что в собственности ООО «БалтТранс-Сервис» находятся только вагоны, изготовленные с применением платформ по чертежу 149.14.00.000 (АО «НПК «Уралвагонзавод») и котлов по чертежу ГГ 740.00.00.000 (АО «Руз-химмаш»). На основании выполненной работы были установлены требования по отбору вагонов-цистерн в модернизацию с идентичными несущими элементами и присвоением
ТАБЛИЦА 1. Несущие элементы конструкции базовых моделей
Наименование элемента Обозначение чертежа несущего элемента вагона-цистерны модели
15-150-21 15-156 15-740-20
Платформа 149.14.00.000 или 149.14.00.000-01 149.14.00.000 или 1220.00.00.000-04 или 3064.00.00.000-1 или 289.03.000.00
Котел ГГ 740.00.00.000 ГГ 740.00.00.000 или 52.087.00.0000.000-01
модернизированным вагонам-цистернам единой модели 15-625.
На следующем этапе был сформирован перечень грузов, которые возможно перевозить в вагоне-цистерне после модернизации. В него перечень были включены 39 наименований нефтепродуктов и нефтехимических грузов. Выбор грузов проводился по следующим критериям: перевозка нефтехимических грузов в модернизированном вагоне технически возможна после модернизации; перевозка нефтепродуктов разрешена в базовых моделях вагонов; грузы должны выпускаться по ГОСТ для выполнения требований Федерального закона № 18-ФЗ [1].
Из грузов, разрешенных к перевозке в базовых моделях вагонов, были отобраны нефтепродукты, которые выпускаются по ГОСТ - всего 31 наименование груза, и сформирован перечень нефтехимических грузов, также выпускающихся по ГОСТ (табл. 2).
Оценка возможности перевозки нефтехимических грузов в базовых моделях вагонов проводилась с использованием программного комплекса ПК «Вагон-Груз» (www.wagon-cargo.ru). В результате было установлено, что перевозка возможна только при условии проведения модернизации. Кроме указанных грузов в дальнейшем в перечень разрешенных к перевозке также можно включить до 300 наименований других нефтехимических грузов.
По физико-химическим и опасным свойствам рассматриваемые нефтехимические грузы не являются коррозионно-активными (коррозия не превышает коррозии низколегированной ста-
ли в бензине - основном грузе базовых вагонов). В результате анализа выявлено, что в соответствии с [2] грузы относятся к легковоспламеняющимся жидкостям и допускаются к перевозке в вагонах-цистернах. Вагоны-цистерны (специальное условие 78 [2]) должны иметь нижний сливной прибор с тремя степенями защиты (тремя затворами) или верхний слив и налив. Все рассматриваемые нефтехимические грузы совместимы с нефтепродуктами и не требуют отличных от ГОСТ 1510-84 [4] условий по подготовке и очистке после перевозки.
Следовательно, перевозить нефтехимические грузы в модернизированном вагоне-цистерне возможно совместно с нефтепродуктами, разрешенными к перевозке в базовых моделях.
Далее был проведен обзор и анализ эксплуатируемых в настоящее время вагонов-цистерн для широкой номенклатуры наливных грузов. На момент разработки проекта модернизации в соответствии со Справочником моделей грузовых вагонов (СМГР) [5] выпускались только две модели вагонов, в которых возможно перевозить подобный перечень наливных грузов - модель 15-1210-03 (АО «Рузхиммаш») и 15-5181 (АО «НПК «Уралвагонзавод») (табл. 3, рис. 1). Кроме этих моделей нефтехимические грузы можно перевозить в вагонах моделей 15-154722, 15-6900, 15-6900-01, однако в рассмотренных моделях вагонов не разрешена перевозка нефтепродуктов.
Выполненный обзор вагонов-цистерн для перевозки широкой номенклатуры грузов позволил сформировать перечень основных кон-
ТАБЛИЦА 2. Требования к перевозке грузов
Название груза Номер ООН Классификационный шифр Класс опасности Требования к конструкции вагона в соответствии с[2] Код цистерны СМГС для груза* Нормы прикрытия Условия роспуска с сортировочной горки Необходимость теневой защиты Цистерны, рассчитанные на давление Необходимость сопровождения
Ацетон 1090 3012 3 С верхним сливом или с универсальным сливным прибором с тремя степенями защиты LGBF 0-0-1 Роспуск с горки разрешен Установка не требуется Нет Нет
Толуол 1294
Этилбензол 1175
Бензол 1114
Бутанол 1120 3013
Спирт изобутиловый 1212
Ксилолы 1307 3012, 3013
* В коде цистерны в соответствии с [3] применяются следующие обозначения: L - вагон-цистерна для перевозки жидких грузов; В - вагон-цистерна с нижним сливным прибором с тремя затворами; F - вагон-цистерна с дыхательным клапаном, с пламегасящим устройством.
ТАБЛИЦА 3. Основные отличия технических параметров вагонов моделей
15-1210-03 и 15-5181
Наименование параметра Значение для вагона модели
15-1210-03 15-5181
Масса тары, т 26,7-28,0 26 3+0,2 ^^ -0,8
Грузоподъемность, т, не более 66,0 73,5
Максимальная расчетная статическая нагрузка на ось, кН (тс) 230,5 (23,5) 245 (25)
Объем котла, м 3:
полный 73,0 76,4
полезный 70,9 74,87
Габарит по ГОСТ 9238-2013 [6] 02-ВМ 1-Т
Модель двухосной тележки 18-100 18-194-1
Наличие предохранительно-впускного клапана Есть Нет
Наличие предохранительного клапана Нет Есть
Наличие вакуумного (впускного) клапана Нет Есть
Рис. 1. Вагон-цистерна: а - модель 15-1210-03; б - модель 15-5181
а
б
структивных особенностей вагонов, к которым были отнесены наличие парообогревательного кожуха (рубашки), предохранительного и впускного или предохранительно-впускного клапанов, установка нижнего сливного прибора с тремя степенями защиты (с тремя затворами).
На основании анализа конструкции базовых вагонов-цистерн, оценки свойств и транспортной опасности предполагаемых к перевозке грузов и обзора существующих моделей вагонов-цистерн для перевозки широкой номенклатуры грузов были сформированы основные
направления модернизации: установка или модернизация сливного прибора с тремя степенями защиты; замена предохранительного клапана, позволяющего осуществлять эксплуатацию вагона в широком диапазоне свойств нефтехимических грузов; усиление несущей металлоконструкции вагона, необходимость которого определяется по результатам расчетов и натурных испытаний опытных образцов.
Таким образом, на следующем этапе был проведен анализ конструкции сливных приборов с тремя степенями защиты для размещения на модернизируемых вагонах и выполнен расчет установленного предохранительного клапана для проверки соответствия нормативным требованиям.
Сливные приборы с тремя степенями защиты [7] в настоящее время выпускаются несколькими предприятиями на территории РФ и государств СНГ: АО Корпорация «Сплав», АО «ЭПФ Судотехнология», АО «Рузхиммаш», ЧАО «Азовмаш» и др.
Анализ конструктивных особенностей сливных устройств с тремя степенями защиты (затворами) выявил, что большинство устройств, за исключением затвора АО «ЭПФ Судотехно-логия», обладают общими недостатками, среди которых следует выделить увеличенное время разгрузки вязких и застывающих грузов за счет уменьшения проходного сечения и отсутствие возможности разогрева груза через сливное устройство с использованием штатного оборудования эстакад слива-налива (гидромонитора). Кроме того, АО «ЭПФ Судотехнология» обладает проектом затвора, позволяющим модернизировать классический сливной прибор путем установки дополнительной третьей степени защиты.
В результате проведенного анализа в рамках разработанного проекта была выбрана модернизация существующего сливного прибора с установкой третьего затвора. Затвор имеет запорный орган в виде поворотной тарелки с седлом, которая наклонно размещается во входном патрубке, и содержит механизм принудительного закрытия-открытия, содержащий шток с
выходящим через крышку концом под съемную рукоятку.
С целью обоснования выбора предохранительного клапана, обеспечивающего необходимую пропускную способность при перевозке нефтехимических грузов, была определена его пропускная способность. Расчет выполнялся в соответствии с нормативными требованиями, предъявляемыми к сосудам, работающим под давлением [8], и требованиями к цистернам для перевозки опасных грузов [3]. В результате было установлено, что пропускная способность (С) предохранительного клапана в большей степени зависит от свойств нефтехимических грузов и должна составлять не менее 1898 кг/ч (по бензолу) из условия пожара вблизи вагона. В связи с тем, что на момент разработки проекта модернизации предохранительный клапан, размещенный на базовых вагонах, не обеспечивал расчетные параметры (С = 484-616 кг/ч), а другие клапаны, которые могли работать в нефтехимических средах, отсутствовали, ГК «Инженерный Центр вагоностроения» совместно с ООО «Т-АРМ» был создан новый предохранительный клапан. Расчет такого клапана с учетом возможности эксплуатации в различных нефтехимических средах показал, что пропускная способность устройства удовлетворяет требованиям нормативных документов (С = 6053 кг/ч) и клапан может ставиться на вагоны для перевозки широкой номенклатуры грузов - бензола, ксилола, ацетона, бензина и других грузов с соблюдением всех нормативных требований.
Далее был выполнен комплекс работ по постановке на производство проекта модернизации вагонов, предусмотренных в [9], включающий в себя в том числе анализ результатов диагностирования технического состояния вагонов, расчетные исследования конструкции и экспериментальную проверку соответствия вагона.
Анализ результатов диагностирования проводился на основании данных, полученных по результатам обследования технического состояния вагонов-цистерн базовых моделей собственности ООО «БалтТрансСервис». Лабораторией неразрушающего контроля ООО «ЭЦПС»
(Санкт-Петербург) было изучено техническое состояние более 50 вагонов-цистерн моделей 15-150-21, 15-156 и 15-740-20. В результате обследования выявлено, что у вагонов отсутствуют повреждения, требующие внесения изменений в несущую конструкцию, при этом коррозионный износ основных элементов конструкции не превышает норм, установленных для вагонов, перевозящих нефтепродукты.
С учетом проведенных предпроектных исследований на следующем этапе определялось конструктивное исполнение модернизируемых вагонов. Основные изменения конструкции коснулись элементов котла - установка третьего затвора сливного прибора и замена предохранительного клапана, а экипажная часть вагона модернизации не подвергалась. При установке третьего затвора сливного прибора было выявлено касание деталей затвора и крышки (нижнего затвора) элементами тормозной рычажной передачи. Для восстановления эффективности тормозной системы в проект модернизации была включена модернизация автоматического тормоза вагона. При модернизации изменениям подвергались тяги тормозной рычажной передачи базовых вагонов.
С целью подтверждения возможности реализации вносимых изменений в конструкцию вагона на следующем этапе проведены расчетные исследования. Для этого была сформирована конечно-элементная модель модернизированного вагона и проведен комплекс расчетов в соответствии с «Нормами...» [10] и ГОСТ 33211-2014 [11]. Расчеты прочности, усталостной прочности и устойчивости выполнялись с использованием специализированного программного обеспечения ANSYS. В связи с тем, что выявленный при диагностировании коррозионный износ несущих элементов котла находился на уровне коррозии в атмосферном воздухе, в качестве максимально возможного коррозионного износа была принята величина 0,04 мм/год (как для цистерн, перевозящих нефтепродукты).
Результаты расчетов показали, что наиболее нагруженным элементом конструкции вагона
является хребтовая балка за шкворневым узлом (оэкв = 269 МПа), что менее допускаемого значения (о = 345 МПа). Минимальный коэф-
4 норм у 1
фициент запаса устойчивости по [10] при квазистатическом сжатии с силой 2,5 МН (первый расчетный режим) установлен в средней части боковой балки и составил 2,7 (рис. 2, а), а при действии внешнего давления 0,04 МПа (второй расчетный случай) - 2,24 при допускаемом 1,1 (рис. 2, б).
Коэффициенты запаса устойчивости по [11] составили 2,72 (режим 1в) и 2,24 (внешнее давление 0,021 МПа) при допускаемых 1,1 и 1,5 соответственно.
Минимальный коэффициент запаса сопротивления усталости по [10] был установлен на хребтовой балке (перед шкворневой) - 1,83, по [11] - в верхнем листе шкворневой балки и был равен 1,54 при минимально допускаемых 1,8 и 1,5 соответственно.
По результатам проведенных расчетов был сделан однозначный вывод о том, что модернизированный вагон, несущая конструкция которого была спроектирована в соответствии с требованиями, действующими при постановке на производство базовых вагонов в конце 1990-х -начале 2000-х годов, по нормируемым параметрам прочности и устойчивости соответствует действующим нормативным требованиям [10, 11] и не требует дополнительного усиления конструкции. Выполненный расчет тормозной системы после модернизации (изменение размера тяг) подтвердил ее эффективность.
На заключительном этапе для подтверждения полученных результатов расчетов осуществлена экспериментальная проверка соответствия конструкции опытного образца модернизированного вагона. Для этого в депо Иваново была проведена модернизация двух опытных образцов вагонов моделей 15-740-20 и 15-15021 с присвоением нового обозначения модели 15-625 и проведен следующий комплекс испытаний: на прочность при действии статических нагрузок; на прочность при соударении; расчетно-экспериментальная оценка сопротивления усталости; стационарные тормозные, хо-
О 65.6667 131.333 197 262.667 лm
у. :;.:;: -е.; МПа
Рис. 2. Распределение эквивалентных напряжений: а - при продольной сжимающей нагрузке; б - при внешнем давлении 0,04 МПа
довые (динамические, прочностные и тормозные) и ресурсные испытания.
Статические испытания на прочность при действии вертикальной нагрузки от веса груза проводились путем загрузки вагона-цистерны водой, что позволило осуществить испытания при максимальной грузоподъемности - 65 т. Испытания на прочность (при действии горизонтальных продольных растягивающих и сжимающих нагрузок) проводились на стенде растяжения-сжатия вагонов (рис. 3, в), обеспе-
чивающем продольную сжимающую нагрузку не менее 2,5 МН и продольную растягивающую нагрузку не менее 2,0 МН. При испытаниях на прочность при соударении (рис. 3, а) были реализованы два режима соударения с груженым вагоном-бойком: соударение в свободностоящий груженый вагон и соударение в груженый вагон, стоящий в подпоре.
Ходовые испытания порожнего и груженого вагонов (рис. 3, б) проводились на испытательном полигоне Белореченская - Майкоп. Резуль-
в
Рис. 3. Испытания вагона-цистерны модели 15-625: а - испытания на прочность при соударении; б - ходовые испытания; в - испытания на прочность в стенде растяжения-сжатия
таты испытаний показали, что динамические показатели вагона при допускаемых скоростях движения удовлетворяют нормативным требованиям (табл. 4).
Дополнительно в рамках экспериментальной проверки для подтверждения срока службы 32 года были произведены ресурсные испытания вагона-цистерны. Необходимость в проведении данных испытаний обусловлена ранее общепринятым подходом к установке срока службы химических вагонов-цистерн, кото-
рый определялся, исходя из нормативных сроков обновления (нижний предел срока службы с учетом морального износа) вагонов-цистерн, установленных Минтяжмашем СССР в XX в., и составлял 24 года.
В связи тем, что на момент проведения испытаний вагоны находились в эксплуатации более 16 лет, при ресурсных ударных испытаниях было имитировано нагружение, соответствующее 16,01 годам эксплуатации вагона, что с учетом срока фактической эксплуатации вагона со-
ТАБЛИЦА 4. Результаты ходовых динамических и тормозных испытаний
Контролируемая характеристика (параметр) Значение параметра
по НД фактическое
Коэффициент вертикальной динамики при скорости 120 км/ч на прямых участках пути: вагон в порожнем состоянии вагон в груженом состоянии Не более 0,75 Не более 0,65 0,63 0,43
Минимальный коэффициент устойчивости колеса от схода с рельсов в прямых и кривых участках пути Не менее 1,30 1,97
Коэффициент устойчивости вагона от опрокидывания при движении по кривым участкам пути Не менее 1,30 2,10
Тормозной путь: порожний режим груженый режим Не более 889 Не более 1066 828 969
ставило более 32 лет назначенного срока службы вагона. Расчетное суммарное повреждение при соударениях за 16-летний срок эксплуатации О = 363 967. В результате сделан вывод, что срок службы вагона-цистерны обеспечивается при условии проведения плановых видов ремонта в установленные конструкторской документацией сроки.
Было обнаружено, что напряжения в элементах конструкции опытного образца вагона-цистерны модели 15-625 при статических испытаниях и испытаниях на прочность при соударении не превышают максимально допускаемых значений, динамические показатели вагона удовлетворяют нормативным требованиям. Сравнительный анализ показал, что максимальное расхождение экспериментальных и расчетных напряжений не превышает 11 %, а это свидетельствует о достоверности разработанной расчетной модели и корректности проведенных ранее расчетов. Результатами испытаний были подтверждены расчетные исследования, в том числе в части отсутствия необходимости усиления несущей металлоконструкции вагона.
На основании положительных результатов испытаний вагон-цистерна модели 15-625 успешно прошел процедуру сертификации по требованиям технического регламента [12] и включен в Справочник СМГР [5].
Результаты проведенных работ дают возможность утверждать, что повышение универсальности вагонов-цистерн представляет собой один из самых эффективных способов оптимизации парка грузового подвижного состава. Модернизация нефтебензиновых вагонов-цистерн способствует сокращению потерь собственника и оператора от падения объема перевозок нефтяных грузов путем перепрофилирования части эксплуатируемого парка вагонов под перевозку широкой номенклатуры нефтехимических грузов. Данный подход позволяет существенно сократить затраты от простоя подвижного состава и его порожний пробег, а также минимизировать искусственное наращивание парка специализированных вагонов, увеличивая при этом пропускную способность железнодорожной инфраструктуры ОАО «РЖД».
Библиографический список
1. Федеральный закон от 10 января 2003 г. № 18-ФЗ «Устав железнодорожного транспорта Российской Федерации». - Принят 24 декабря 2002 г. - URL : https://fzrf.su/zakon/ustav-zheleznodorozhnogo-transporta-18-fz/ (дата обращения : 01.09.2020 г.).
2. Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам. - Утв. Советом по железнодорожному
транспорту государств-участников Содружества, Протокол от 05 апреля 1996 г. № 15. - URL : https://www. mintrans.gov.ru/documents/7/827 (дата обращения : 01.09.2020 г.).
3. Правила перевозок опасных грузов. Приложение 2 к Соглашению о международном железнодорожном грузовом сообщении (СМГС), ОСЖД. - URL : https://osjd.org/ru/8978/page/106077?id=2247 (дата обращения : 01.09.2020 г.).
4. ГОСТ 1510-84. Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. -М. : Стандартинформ, 2010. - 34 с.
5. Справочник моделей грузовых вагонов (СМГР). -Утв. Комиссией Совета по железнодорожному транспорту полномочных специалистов вагонного хозяйства железнодорожных администраций, Протокол заседания от 10-11 июля 2002 г. - URL : https://transprog. ru/spravochniki/ (дата обращения : 01.09.2020 г.).
6. ГОСТ 9238-2013. Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений. Введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. № 1608-ст. - М. : Стандартинформ, 2014. - 177 с.
7. Федоров С. А. Совершенствование сливных устройств вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов / С. А. Федоров, А. Ф. Дроздов // Развитие методов проектирования и внедрение новых видов ремонта грузовых специализированных вагонов : сб. науч. трудов / под ред. А. А. Битюцкого. - СПб. : Инженерный центр вагоностроения, 2008. - Вып. 4. - С. 55-63.
8. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». - Утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору 25 марта 2014 г. № 116. - URL : http://www.gosnadzor.ru/industrial/equipment/acts/ (дата обращения : 01.09.2020 г.).
9. ГОСТ 15.902-2014. Система разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Железнодорожный подвижной состав. Порядок разработки и постановки на производство. - Введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 ноября 2014 г. № 1494-ст. - М. : Стандартинформ, 2019. -40 с.
10. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - Утв. МПС РФ, 1996 г., действуют с 01 июля 1996 г. - М. : ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. - 317 с.
11. ГОСТ 33211-2014. Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам. - Введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии 5 июня 2015 г. № 565-ст. - М. : Стандартинформ, 2016. - 58 с.
12. Технический регламент Таможенного Союза «О безопасности железнодорожного подвижного состава» ТР ТС 001/2011. - Утв. Решением Комиссии Таможенного союза от 15 июля 2011 г. № 710. - URL : http://www.tsouz.ru/kts/kts29/documents/p_710_9.pdf (дата обращения : 01.09.2020 г.).
Дата поступления: 15.09.2020 Решение о публикации: 29.09.2020
Контактная информация:
ПЕСЛЯК Александр Владимирович - зам. директора представительства ООО «БалтТранс-Сервис» в г. Москва; info@bts.ru БИТЮЦКИЙ Никита Александрович - канд. техн. наук, доцент, исполнительный директор; bna@engcenter.ru
СУВЕРНЕВ Михаил Николаевич - руководитель конструкторского отдела; smn@engcenter.ru ФОМИН Алексей Николаевич - инженер-конструктор; fan@engcenter.ru
Increasing universality of tank wagons designed to transport petrochemical cargoes
A. V. Pesliak 1, N. A. Bitiutskii 2, M. N. Suvernev 3, A. N. Fomin 3
1 BaltTransServis LLC, 85, Lakhtinsky pr., Saint Petersburg, 197229, Russian Federation
2 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
3 Railcar-Building Engineering Centre LLC, 108, lit. A, Fontanka River nab., Saint Petersburg, 190013, Russian Federation
For citation: Pesliak A. V., Bitiutskii N.A., Suvernev M. N., Fomin A. N. Increasing universality of tank wagons designed to transport petrochemical cargoes. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol. 17, iss. 4, pp. 477-489. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-4-477-489
Summary
Objective: Characterise the methods for optimisation of tank wagon fleet. Determine the advantages obtained by the proprietor from wagon modernization. Establish the opportunity for increasing universality of rolling stock on the example of modernisation of tank wagons designed to transport petrochemical cargoes. Methods: Parameters of tank wagons for petrochemical cargo transportation in operation were compared to those of a modernised wagon. Structural elements of a wagon that require modernisation to be consistent with current regulatory requirements were identified. Results of calculations and tests were analysed, and wagon certification was carried out. Results: Ways of modernisation of tank wagons are shown. Primary wagon structural elements that require modernisation are described. Strength, fatigue strength and stability calculations were carried out. Safety valve throughput capacity is calculated, and requirements for this index during transportation of petrochemical cargoes. Optimum design for a drain device is established. A series of engineering prototype verification tests in situ was run, including durability tests which confirmed the possibility of safe operation of a modernised wagon throughout its service life. The wagon was certified for compliance with railway rolling stock safety requirements. Practical importance: The studies conducted confirm possibility of modernisation of petroleum and oil tank wagons for transportation of a wide range of cargoes. This would allow create a project for tank wagon modernisation. The novel wagon type is included in the Cargo Wagon Design Reference Guide. Proprietor can implement modernisation of wagons in accordance with the developed modernisation project.
Keywords: Tank wagon, petrochemical cargo, drain device, safety valve, wagon braking system, transportation of dangerous cargoes.
References
1. Ustav zheleznodorozhnogo transporta Rossiiskoi Federatsii [Charter of the railway transport of the Russian Federation]. Federal law enacted on January 10, 2003, N 18-FZ, passed on December 24, 2002. Available at: https://fzrf.su/zakon/ustav-zheleznodorozhnogo-trans-porta-18-fz/ (accessed: September 01, 2020). (In Russian)
2. Pravila perevozok opasnykh gruzov po zheleznym dorogam [Rules for transporting dangerous cargoes on
the railways]. Adopted by the Railway Transport Council of Commonwealth of Independent States member states, Protocol N 15, April 05, 1996. Available at: https://www. mintrans.gov.ru/documents/7/827 (accessed: September 01, 2020). (In Russian)
3. Pravila perevozok opasnykh gruzov. Prilozhe-nie 2 k Soglasheniiu o mezhdunarodnom zheleznodo-rozhnom gruzovom soobshchenii, OSZhD [Rules for transportation of dangerous cargoes. Supplement 2 to the Agreement on international railway cargo traf-
fic, Organisation for Cooperation between Railways]. Available at: https://osjd.org/ru/8978/page/106077?id= 2247 (accessed: Septemder 01, 2020). (In Russian)
4. State standard GOST1510-84. Neft' i nefteproduk-ty. Markirovka, upakovka, transportirovanie i khranenie [Oil and oil products. Labelling, packing, transportation and storage]. Moscow, Standartinform Publ., 2010, 34 p. (In Russian)
5. Spravochnik modelei gruzovykh vagonov [Directory of cargo wagons designs]. Approved by the Commission of plenipotentiary specialists of wagon rolling stock of railway administrations of the Council for railway transport. Protocol of the meeting, July 10-11, 2002. Available at: https://transprog.ru/spravochniki/ (accessed: Septemder 01, 2020). (In Russian)
6. State standard GOST 9238-2013. Gabarity zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava i priblizheniia stroenii [Railway rolling stock and structure clearance gauge]. Enacted as a Russian Federation national standard by the order of the Federal Agency for Technical Regulating and Metrology dated November 22, 2013, N 1608-st. Moscow, Standartinform Publ., 2014, 177 p. (In Russian)
7. Fedorov S.A. & Drozdov A. F. Sovershenstvovanie slivnykh ustroistv vagonov-tsistern dlia perevozki nefte-produktov [Perfecting drain devices of tank wagons for transportation of oil products]. Razvitie metodovproek-tirovaniia i vnedrenie novykh vidov remonta gruzovykh spetsializirovannykh vagonov. Sb. nauchnykh trudov [Development of design methods and introduction of new types of repair of specialised cargo wagons. Coll. res. papers]. Ed. by A.A. Bitiutskii. St. Petersburg, Inzhe-nernyy tsentr vagonostroeniia [Railcar-Building Engineering Centre] Publ., 2008, iss. 4, pp. 55-63. (In Russian)
8. Federal'nye normy i pravila v oblasti promysh-lennoi bezopasnosti "Pravila promyshlennoi bezopas-nosti opasnykh proizvodstvennykh ob'ektov, na koto-rykh ispol'zuetsia oborudovanie, rabotaiushcheepod iz-bytochnym davleniem" [Federal industrial safety norms and rules "Rules for industrial safety of hazardous production facilities at which equipment working under excess pressure is used]. Approved by the order of the Federal Environmental, Industrial and Nuclear Supervision Service of Russia on March 25, 2014, N 116. Available at: http://www.gosnadzor.ru/industrial/equipment/acts/ (accessed: Septemder 01, 2020). (In Russian)
9. State standard GOST 15.902-2014. Sistema raz-rabotki ipostanovkiproduktsii naproizvodstvo (SRPP). Zheleznodorozhnyi podvizhnoi sostav. Poriadok razrabot-ki i postanovki na proizvodstvo [System of product development and pilot production. Railway rolling stock. Procedure of development and pilot production]. Enacted as a Russian Federation national standard by the order of the Federal Agency for Technical Regulating and Metrology dated November 10, 2014, N 1494-st. Moscow, Standartinform Publ., 2019, 40 p. (In Russian)
10. Normy dlia rascheta iproektirovaniia vagonov zheleznykh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamokhod-nykh) [Norms for calculating and designing wagons of 1520 mm-gauge Transportation Ministry railways (non-self-propelled)]. Moscow, GosNIIV-VNIIZhT Publ., 1996, 317 p. (In Russian)
11. State standard GOST 33211-2014. Vagony gru-zovye. Trebovaniia k prochnosti i dynamicheskim kachest-vam [Cargo wagons. Requirements for strength and dynamic properties]. Enacted as a Russian Federation national standard by the order of the Federal Agency for Technical Regulating and Metrology dated June 05, 2015, N 565-st. Moscow, Standartinform Publ., 2016, 58 p. (In Russian)
12. "O bezopasnosti zheleznodorozhnogo podvizh-nogo sostava" [On railway rolling stock safety], Customs Union technical regulation TR TS 001/2011. Approved by the Customs Union Commission, July 15, 2011, N 710. Available at: http://www.tsouz.ru/kts/kts29/documents/ p_710_9.pdf (accessed: September 01, 2020). (In Russian)
Received: September 15, 2020 Accepted: September 29, 2020
Author's information:
Aleksandr V. PESLIAK - Deputy Director
of the BaltTransServis LLC Moscow
representative office; info@bts.ru
Nikita A. BITIUTSKII - PhD in Engineering,
Senior Lecturer, Executive Director;
bna@engcenter.ru
Mikhail N. SUVERNEV - Design Engineering Department Head; smn@engcenter.ru Aleksei N. FOMIN - Design Engineer; fan@engcenter.ru
