Разрабатывается модельный ряд специализированных вагонов-цистерн

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место при перевозке жидких грузов и, несмотря на интенсивное развитие других видов, остается основным средством обеспечения массовых перевозок опасных грузов как во внутригосударственном, так и в международном сообщении. Ведущая роль железных дорог на транспортном рынке страны обусловлена следующими преимуществами:

• массовостью перевозок и высокой провозной способностью;
• независимостью от климатических условий, что обеспечивает ритмичность перевозок и   регулярность отправок;
• большой грузоподъемностью и вместимостью подвижного состава;
•  наличием специализированных вагонов-цистерн для перевозки грузов, требующих применения особых устройств, например, с теплоизоляцией и (или) системой разогрева;
• возможностью реализации прямой схемы доставки «от двери до двери» для крупных промышленных и перерабатывающих предприятий.

Для перевозки наливных грузов используются вагоны-цистерны различных моделей и назначения, которые условно разделены на универсальные, применяемые для перевозки широкой номенклатуры грузов, в первую очередь — нефтепродуктов, и специализированные, предназначенные для одного или нескольких грузов. В рамках развития производства грузовых вагонов Научно-производственная корпорация «Объединенная Вагонная Компания» запустила новое предприятие — ЗАО «ТихвинХимМаш», основным профилем которого являются вагоны-цистерны специального назначения. Эта продукция должна завоевать ключевые позиции на рынке благодаря использованию новых научно-технических и технологических достижений.

В настоящее время для грузовых перевозок на железнодорожном транспорте все шире используются вагоны нового поколения. Такой подвижной состав с существенно улучшенными технико-экономическими показателями отличается увеличенными грузоподъемностью и объемом перевозимого груза, повышенной эксплуатационной надежностью, сниженным воздействием на путевую инфраструктуру, повышенными пробегами между ремонтами, применением новых технических решений и конструкционных материалов. Использование данных грузовых вагонов позволяет осуществить потребный объем перевозок меньшим количеством подвижного состава, что способствует увеличению пропускной способности железных дорог и снижению нагрузки на инфраструктуру.

Так, полувагоны нового поколения производства АО «Тихвинский вагоностроительный завод» находятся в массовой эксплуатации с 2013 г., а вагоны-хопперы — с 2014 г. За прошедшее время грузоотправители и перевозчики на практике подтвердили значительный экономический эффект от использования инновационной продукции. В то же время, перевозки химических грузов осуществляются в вагонах-цистернах старого поколения, разработанных более 40 лет назад, а покупатели вагонов не имеют альтернативы инвестированию в морально устаревшие технические средства. Таким образом, на рынке подвижного состава есть потенциальный спрос на вагоны-цистерны нового поколения для перевозки химических грузов.

Перед специалистами ООО «Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий» («ВНИЦТТ») поставлена задача создания модельного ряда перспективных вагонов-цистерн, которые в ближайшее десятилетие должны прийти на замену морально и физически устаревшим вагонам-цистернам эксплуатационного парка. Кроме опытно-конструкторских работ по разработке, испытаниям и приемке опытных образцов, специалисты «ВНИЦТТ» выполнили комплекс работ по выбору оборудования, проектированию технологических линий и оснастки для производственных линий «ТихвинХимМаш».

Так как железнодорожный транспорт — наукоемкая отрасль экономики, при­нятию решения о создании нового вагоностроительного предприятия предшествовал всесторонний анализ ситуации на рынке перевозок, качественного и количественного состава вагонов эксплуатационного парка.

Для достижения поставленной цели выполнены:

• обзор и анализ структуры перевоз­ки наливных грузов железнодорожным транспортом;
• обзор и анализ существующего парка вагонов-цистерн;
• формирование номенклатурных групп массовых наливных грузов, в том числе анализ:
• требований нормативных документов к условиям перевозки и конструкции вагона-цистерны, применяемого для транспортировки каждого груза;
• свойств грузов;
• сложившейся практики перевозки грузов и конструктивных особенностей вагонов-цистерн, задействованных в перевозочном процессе. Массовые грузы, перевозка которых осуществляется в наиболее изношенном парке цистерн, на основе обзора и анализа свойств, требований нормативных документов к условиям перевозки и конструкции вагонов-цистерн, а также существующей практики перевозки данных грузов, объединены в номенклатурные группы грузов;
• разработка типоразмерного ряда перспективных вагонов-цистерн для перевозки номенклатурных групп грузов на основе определенных конструктивных признаков и рассчитанных основных технико-экономических параметров;
• оценка экономической эффективности эксплуатации вагонов-цистерн разработанного типоразмерного ряда в сравнении с вагонами-аналогами с использованием численного моделировании перевозок грузов в условиях реальной эксплуатации.

На следующем этапе были определены виды вагонов-цистерн, имеющих более высокую востребованность и подлежащих разработке, запуску в производство в первую очередь. К таким продуктам можно отнести следующие:

• вагон-цистерну для едкого натра (каустика) и других химических грузов;
• вагон-цистерну для расплавленной серы;
• вагон-цистерну для перевозки широкой номенклатуры химических грузов с котлом из коррозионно-стойкой стали.

При постановке задачи создания специализированной цистерны для перевозки каустика одним из существенных требований было недопущение застывания груза при транспортировке в зимний период. Для определения оптимальных параметров теплоизоляции были рассмотрены варианты теплоизоляционных материалов и выполнены сравнительные расчеты теплотехнических характеристик с использованием программного комплекса Siemens NX.

В итоговой конструкции вагона-цистерны модели 15-6900 с наружной стороны котел покрыт теплоизоляцией толщиной 200 мм, конструктивно состоящей из матов супертонкого базальтового волокна, что позволяет до 10 суток сохранять едкий натр в жидком состоянии при транспортировке в зимних условиях.

Основные параметры вагона-цистерны модели 15-6900

На следующем этапе была разработана вагон-цистерна для перевозки широкой номенклатуры химических грузов с котлом из коррозионно-стойкой стали модели 15-6900-01. Особенностью конструкции данного вагона является сравнительно низкая толщина корпуса котла, Для обеспечения прочности и эксплуатационной надежности на этапе моделирования, проводившегося также в среде Siemens NX, было выработано оригинальное решение, позволяющее соединить потребителями по обследованию пунктов кронштейны крепления котла к раме с кольцевыми шпангоутами и обеспечивающее восприятие и передачу эксплуатационных нагрузок.

Основные параметры вагона-цистерны модели 15-6900-01

Для определения исходных технических требований при создании вагона-цистерны для расплавленной серы модели 15-6913 до начала проектирования была выполнена работа с погрузки-выгрузки. В результате были получены полные и достоверные данные о возможных габаритных ограничениях, присоединительных размерах и особенностях конструкции устройств слива и налива, специфике работы системы разогрева, коррозионном воздействии перевозимого груза на вагон-цистерну.

С учетом замечаний к существующим конструкциям аналогичных вагонов-цистерн, полученных от потенциальных потребителей, для наружного кожуха данной цистерны была выбрана корро­зионно-стойкая сталь ввиду возможного загрязнения поверхности химически активным грузом.

Для минимизации массы и получения высоких технико-экономических показателей, соответствующих инновационным вагонам, была использована конструкция котла с минимальной толщиной оболочки и кольцевыми шпангоутами. Особенностью является совмещение функций элемента, обеспечивающего устойчивость и прочность цилиндрической оболочки, и крепления внутреннего кожуха системы разогрева и внешнего покрытия теплоизоляции.

В конструкции теплоизоляции применены маты толщиной 200 мм из гидрофобизированного супертонкого базальтового волокна, что позволяет до 10 суток сохранять перевозимую расплавленную серу в жидком состоянии при транспортировке в зимних условиях. Теплоизоляция имеет двойной кожух, обеспечивающий воздушный зазор между теплоизоляцией и котлом, позволяющий равномерный разогрев перевозимого груза горячим воздухом. Нагрев воздуха в зазоре осуществляется трубчатыми электрическими нагревателями, расположенными под котлом. На раме цистерны смонтированы секции нагревательных элементов, панель управления, розетки питания и панель предохранителей. Температура нагрева груза контролируется термодатчиком, расположенным на котле цистерны.

Основные параметры вагона-цистерны модели 15-6913

Сравнение с находящимися в эксплуатации аналогами показало, что полезный объем и грузоподъемность вагона нового поколения увеличены не менее чем на 10%.

Таким образом, в результате совместной работы специалистов «ВНИЦТТ» и завода-изготовителя «ТихвинХимМаш» на новой площадке создано производство специализированных вагонов-цистерн, разработаны и серийно изготавливаются новые модели инновационного подвижного состава для перевозки наиболее востребованных жидких химических грузов. В настоящее время ведется изготовление промышленной партии цистерн для перевозки едкого натра, а до конца 2016 г. типоразмерный ряд вы­пускаемых вагонов-цистерн будет расширен до 10 моделей.

К В, Кякк, канд. техн. наук, генеральный директор ООО «Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий»

А.В. Калугин, руководитель направления «Цистерны» ООО «ВНИЦТТ»