автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Способы повышения безопасности эксплуатации цистерн для сжиженных углеводородных газов

На правах рукописи

СКУРАТОВ АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ

СПОСОБЫ ПОВЫшЕНИЯЪЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦИСТЕРН ДЛЯ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Специальность: 05.22.07-Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и

электрификация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

17 пен 2009

Москва-2009

003488928

Диссертация выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ) на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Филиппов Виктор Николаевич

Официальные оппоненты:

Д.т.н., профессор Овечников Михаил Николаевич К.т.н., доцент Антипин Дмитрий Яковлевич

Ведущая организация: Федеральное государственное учреждение «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно- исследовательский институт противопожарной обороны» МЧС РФ

Защита состоится «21» декабря 2009 г. в «13» часов

на заседании диссертационного совета Д 218.005.01 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу 127994, Москва, ГСП-4, ул. Образцова, 9, стр. 9, в ауд. 2505. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета университета.

Автореферат разослан «20» ноября 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Нормами МПС определены характеристики безопасности как функция качества железнодорожной транспортной системы, включающей подвижной состав. Железнодорожные вагоны-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов (СУГ) и легкого углеводородного сырья (далее по тексту - цистерны) являются специализированным типом подвижного состава, котлы которых спроектированы и изготовлены в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением Ростехнадзора. Нормами для расчета и проектирования вагонов определено, что уровень продольных перегрузок, действующих на вагон, может достигать 1,9 - 12,0 g при груженом и порожнем режиме соответственно. Серийно выпускавшиеся цистерны были спроектированы с использованием конструктивных решений, применявшихся при проектировании стационарных емкостей для хранения СУГ, запорная арматура, предохранительные устройства и контрольно-измерительными приборы (далее по тексту - ЗПА) цистерн также создавалась без учета динамических режимов, действующих на оборудование и узлы вагонов в эксплуатации. Для обеспечения безопасной эксплуатации, с учетом степени опасности груза и особенностей конструкции, цистерны требуют ограничений по уровню динамических перегрузок при маневровых соударениях. Безопасность эксплуатации цистерн для СУГ в существенной степени зависит от способности конструкции котла, узлов ЗПА и пучков сливо-наливных и контрольных труб воспринимать динамические нагрузки, действующие в реальных динамических режимах, характерных для условий эксплуатации железнодорожного подвижного состава. Совершенствование конструктивных решений наиболее нагруженных зон котла и узлов цистерны для обеспечения безопасности перевозок опасных грузов актуально

для проектирования цистерн с улучшенными технико-экономическими параметрами.

Цели и задачи исследования. Вопросам обеспечения безопасности перевозок опасных грузов с учетом вероятности возникновения аварийных ситуаций посвящено несколько работ, выполненных в МИИТе. В работах исследованы вопросы прочности цистерн при аварийных соударениях, вопросы пожаровзрывобезопасности и намечены пути совершенствования конструкции цистерн. Целью настоящей работы является анализ конструктивных решений, использовавшихся ранее при проектировании ЗПА цистерн для СУГ, разработка предложений по совершенствованию методов проектирования и испытаний элементов цистерн, влияющих на безопасность перевозок опасных грузов, с учетом основных эксплуатационных режимов, включая динамические режимы на сортировочных горках. Для достижения целей работы потребовалось решение практических задач: обеспечить объективный анализ технического состояния и работоспособности существующей ЗПА; экспериментально уточнить динамические перегрузки, действующие на узлы ЗПА и элементы конструкции трубного пучка; на основании исследований динамических режимов разработать пути совершенствования ЗПА и определить конструктивное исполнение основных узлов, включая схему установки пучка сливо-наливных и контрольных труб в котле; разработать методы и провести стендовые испытания перспективных вариантов ЗПА, а также разработать мероприятия по их серийному производству; по результатам эксплуатационных испытаний ЗПА цистерн проверить ресурс узлов и установить эксплуатационные нормативы по регламентному обслуживанию ЗПА.

Общая методика исследования. Научные выводы и рекомендации настоящей работы получены с использованием экспериментальных исследований и методов математического моделирования.

Научная новизна. Научная новизна заключается в том, что на основании результатов экспериментальных исследований и анализа эксплуатационной надежности ЗПА цистерн для перевозки СУГ определены динамические режимы воздействия на узлы ЗПА и сформулированы технические требования по проектированию, объему и методам конструкторских испытаний арматуры нового поколения цистерн.

Практическая значимость. В 1988 - 1990 годах после ряда аварий с тяжелыми последствиями на железных дорогах, в которые попадали газовые цистерны, специалистами МИИТа с участием автора начата разработка технических средств и способов повышения безопасности транспортировки сжиженных углеводородных газов железнодорожным транспортом. Для предотвращения в дальнейшем тяжелых последствий аварий, в результате которых газовые цистерны попадали в очаг пожара, потребовалось проведение специальных исследований по обеспечению пожаровзрывоопасности цистерн в аварийных ситуациях. Вместе с этим особенную актуальность и практическую значимость приобрели исследования по разработке технических средств и способов повышения безопасности эксплуатации цистерн для СУГ. С этой целью были проанализированы технические аспекты характерных аварий и рассмотрены возможные способы повышения надежности цистерн в аварийных ситуациях. Проведенные динамические испытания цистерн для СУГ позволили определить уровень динамических перегрузок, действующих на элементы арматуры, разработать рекомендации по повышению надежности конструкции цистерн в части снижения вероятности повреждения арматуры и последующей разгерметизации котла. Разработаны новые варианты конструкции узлов ЗПА. Одновременно с созданием новых конструкций ЗПА были разработаны программы и методики стендовых конструкторских и эксплуатационных испытаний, позволяющие существенно сократить время на отработку конструкции арматуры цистерн для опасных грузов.

Реализация результатов работы. Предложения и рекомендации по повышению надежности реализованы как при модернизации эксплуатационного парка цистерн ОАО «СГ-транс», так и при производстве серийных цистерн на заводах вагоностроительной промышленности, в том числе при разработке перспективных конструкций цистерн. Эластомерными поглощающими аппаратами автосцепки оборудованы более пяти тыс. цистерн эксплуатационного парка ОАО «СГ-транс» с объемом котла 75м3 моделей 15-908 и 15-1519. Аннулирован поддон котла в конструкции серийно выпускаемых цистерн моделей 15-908 и 15-1519, также аннулированы дренажные трубы, дренажный и уравнительный вентили ЗПА. Изменена конструкция крепления сливо-наливных и контрольных труб, а также их пространственное расположение при установке их в котле цистерны. Наиболее полно рекомендации применены при разработке перспективной конструкции цистерны модели 15-9503 с объемом котла 95,0 м3. Конструкция цистерны модели 15-9503 защищена Свидетельством на полезную модель №24668 от 20 августа 2002г. с участием автора. Ростехнадзор согласовал увеличение межремонтного периода между регламентным ремонтом вновь разработанных узлов ЗПА, следовательно, между регламентным профилактическим ремонтом цистерн, с одного года до двух лет.

При выполнении настоящей работы получено четырнадцать патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка использованной литературы и приложений. Диссертационная работа содержит 175 страниц машинописного текста, 26 таблиц, 38 рисунков, библиографический список 130 источников, 8 приложений на 92 страницах.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на четырех конференциях:

• Научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов». Труды МИИТа, М., 1999.

• Вторая научно-практическая конференция «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте».

Труды МПС, МИИТ, М., 1999.

• Научно-практическая конференция «Арматура для перевозки опасных грузов». Научно-промышленная ассоциация арматуростроения. Материалы девятой научно-практической конференции по вопросам арматуростроения, С.-Пб., 2003.

• Вторая Всероссийская конференция «Перевозка опасных грузов», М., 2006.

Основное содержание работы Во введении отражена актуальность повышения безопасности эксплуатации цистерн для СУГ, изложены цели и задачи исследований, приведено описание объекта исследований и правил эксплуатации. Также отмечено, что объективная оценка технического состояния цистерн выполнена на основании комиссионного обследования с участием автора парка цистерн на всем полигоне эксплуатации. Техническое состояние основных элементов ходовых частей, тормозов и других унифицированных элементов вагонов в целом признано удовлетворительным, однако в ходе осмотров был выявлен ряд дефектов, свидетельствующих о систематическом роспуске цистерн с сортировочных горок и недостаточной эффективности серийных поглощающих аппаратов автосцепки. Особое внимание при анализе технического состояния цистерн уделялось контролю состояния основного фланца с установленной ЗПА. Узел в сборе, обеспечивая безопасность транспортировки СУГ по железным дорогам, несет на себе основную долю расходов по содержанию цистерн в исправном состоянии.

В первой главе изложена методика сбора и обработки статистической информации о неисправностях ЗПА цистерн, порядок расчета и анализ показателей надежности ЗПА цистерн. Инструментом для сбора статистической информации являются контрольные карты, разработанные по результатам комиссионных осмотров и классификации неисправностей ЗПА. Система технического обслуживания цистерн позволяет принять в качестве критериев отказа узлов ЗПА потерю работоспособности или повреждения, требующие демонтажа узла ЗПА с цистерны для восстановления. Неисправности узлов ЗПА, устраняемые без демонтажа, в качестве отказов не учитывались. Восстановление узлов ЗПА и приемочные испытания отремонтированных узлов производятся по ТУ на новые изделия, поэтому ресурс новых и отремонтированных узлов ЗПА одинаков в рассматриваемый временной период, т. е. естественный износ узлов арматуры не оказывает влияния на показатели надежности. Выбор статистических закономерностей проводился на основе методов математической статистики. Опыт эксплуатации цистерн показывает, что неисправности появляются случайно и независимо друг от друга, при этом вероятность появления неисправности в любом временном интервале пропорциональна длине этого интервала. Использован план испытаний типа [Н Б, п], который определяет, что объем выборки равен N цистерн, неисправная деталь не восстанавливается на объект исследования, наблюдения за появлением неисправностей деталей проводятся до тех пор, пока число поврежденных деталей не будет равно п. Чтобы избежать ошибки в определении закона распределения необходимо проводить оценку выбора закона по двум критериям, например, по коэффициенту вариации и по критериям у2 Пирсона и Колмогорова. Перечисленные закономерности обнаружения дефектов позволяют сделать вывод о том, что появление неисправностей ЗПА подчиняется закону распределения Вейбулла. При обработке статистической информации принимается предположение, что увеличение объема генеральной совокупности

существенно не влияет на результаты обработки, а выборка является бесповоротной (т.е. выбранный объект не возвращается в генеральную совокупность) и представительной (репрезентативной). Принимая вероятность работы узлов ЗПА без повреждений равной 0,97 и допустимую ошибку е=0,03, по таблице больших чисел получим, что достоверными результаты можно считать при размере выборки в 1300 цистерн. Фактически исследовано 1508 цистерн, этот факт позволяет утверждать, что осмотренное количество цистерн представляет выборку, обеспечивающую достоверные результаты. Обработка полученной статистической информации проводилась методами математической статистики. Для каждого вида неисправности формируется вариационный ряд, а весь период наблюдений разбивается на интервал Д1. Зная количество узлов, имеющих повреждения или неисправности в каждом временном интервале, и количество осмотренных узлов в каждом временном интервале по каждой неисправности, можно получить частости появления неисправностей из отношения

АЬ = -?Ч (1.)

I».

¡.1

где Н| -количество узлов, имеющих неисправности в каждом ¡-том временном интервале;

п, - количество осмотренных цистерн для 1 -того интервала; к - количество временных интервалов. Анализ результатов показал, что наиболее характерной неисправностью ЗПА является излом штока углового вентиля, при этом вероятность безотказной работы узла в течение года равна 0,33, интенсивность повреждений за первый месяц эксплуатации самая высокая и равна 0,05, при этом 90% гамма ресурс равен 2,16 месяца. Наиболее часто заменяемым в эксплуатации узлом ЗПА является кислородный вентиль, средняя его наработка на отказ составляет 3,4 месяца, а 90% гамма ресурс 0,48 месяца.

Анализируя данные расчета из таблицы 1 можно заключить, что значение вероятности безотказной работы углового вентиля в течение одного месяца равно

Р, (I > Т) = П Р, =0,899. (2.)

и по аналогии оценить вероятность безотказной работы углового вентиля между регламентным профилактическим ремонтом, значение которой составит:

Р12(1>Т) = ПР( =0,157. (3.)

ы

Можно сделать вывод, что работоспособность примерно 90% от всего количества угловых вентилей сохраняется в течение одного месяца. Полученная расчетом вероятность безотказной работы предохранительного клапана между регламентным профилактическим ремонтом достаточно высока и ее значение составляет 0,924. Факт более продолжительной безотказной работы предохранительного клапана по сравнению с другими узлами ЗПА объясняется крайне незначительным числом срабатываний в эксплуатации. Наиболее целесообразным решением устранения конструктивных недостатков предохранительного клапана является разработка новой конструкции, учитывая, что государственный надзорный орган (Ростехнадзор) предписал разработать конструкцию предохранительного клапана с пружиной, расположенной вне рабочей среды. Разработаны предложения по применению принципиально новых элементов арматуры, к числу которых относятся, например, шаровые краны.

Во второй главе рассмотрены экспериментальные исследования по определению динамических режимов, действующих на элементы конструкции цистерн при ударном взаимодействии, й даны рекомендации по конструктивному исполнению отдельных узлов цистерн.

Для уточнения динамических режимов ударного взаимодействия был проведен эксперимент, в котором осуществлялся удар вагоном-бойком весом

и

Таблица 1

Расчет нормируемых показателей надежности узлов по результатам обследования цистерн в эксплуатации

Время эксплу атации (месяц) Количество деталей и узлов Появления неисправности Вероятность безотказной работы узла

осмотрен ных с неиспра вностью интенси вность накопле нная частость полученная теоретич еская

1. смена дренажного вентиля

1 135 2 0.0148 0.0148 0.985 0.985

2 135 4 0.0296 0.0444 0.957 0.965

3 135 2 0.0148 0.0593 0.942 0.943

4 135 4 0.0296 0.0889 0.915 0.928

5 135 1 0.00741 0.0963 0.908 0.897

6 135 5 0.0370 0.133 0.875 0.873

7 135 4 0.2096 0.163 0.850 0.848

$ 270 1 0.00370 0.167 0.846 0.824

9 270 5 0.0185 0.185 0.831 0.800

10 135 11 0.0815 0.267 0.766 0.776

11 135 3 0.0222 0.289 0.749 0.752

12 135 12 0.0889 0.378 0.685 0.729

Коэффициент вариации 0.45648

2. смена уравнительного вентиля

1 135 2 0.0148 0.0148 0.985 0.989

2 135 1 0.00741 0.0222 0.978 0.977

3 135 2 0.0148 0.0370 0.964 0.964

4 135 1 0.00741 0.0444 0.952 0.951

5 135 1 0.00741 0.0519 0.949 0.939

6 135 5 0.0370 0.0889 0.915 0.926

Продолжение таблицы 1

7 135 0 0 0.0889 0.915 0.913

8 270 0 0 0.0889 0.915 0.900

9 270 3 0.0111 0.000 0.905 0.887

10 135 4 0.0296 0.130 0.878 0.894

11 135 3 0.0222 0.152 0.859 0.861

12 135 10 0.0741 0.226 0.798 0.849

Коэффициент вариации 0,3984

3. Смена сливо-наливных вентилей

1 135 3 0.0222 0.0222 0.978 0.973

2 135 8 0.0593 0.0815 0.922 0.945

3 135 3 0.0222 0.104 0.901 0.917

4 135 1 0.00741 0.111 0.895 0.889

5 135 6 0.0444 0.156 0.856 0.861

6 135 2 0.0148 0.170 0.843 0.834

7 135 5 0.0370 0.207 0.815 0.807

8 270 7 0.0259 0.233 0.792 0.782

9 270 6 0.0222 0.256 0.774 0.756

10 135 3 0.0222 0.278 0.757 0.732

И 135 9 0.0667 0.344 0.709 0.708

12 135 7 0.0519 0396 0.673 0.685

Коэффициент вариации 0.56473

4. Смена вентиля предельного уровня налива

1 135 4 0.0296 0.0296 0.971 0.972

2 135 4 0.0296 0.0593 0.942 0.954

3 135 0 0 0.0593 0.942 0.939

4 135 3 0.0222 0.0815 0.922 0.925

5 135 0 0 0.0815 0.922 0.912

6 135 2 0.0148 0.0963 0.908 0.900

Продолжение таблицы 1

7 135 1 0.00741 0.104 0.901 0.889

8 135 2 0.0148 0.119 0.888 0.878

9 270 6 0.0222 0.141 0.869 0.868

10 270 1 0.0370 0.144 0.866 0.858

И 135 4 0.0296 0.174 0.840 0.848

12 135 5 0.0370 0.211 0.810 0.839

Коэффициент вариации 0.32443

5. Смена вентиля контроля уровня верхнего налива

1 135 6 0.0444 0.0444 0.957 0.972

2 135 2 0.0148 0.0593 0.942 0.948

3 135 3 0.0222 0.0815 0.922 0.925

4 135 0 0 0.0815 0.922 0.903

5 135 1 0.00741 0.0889 0.915 0.883

6 135 5 0.0370 0.126 0.882 0.863

7 135 4 0.0296 0.156 0.856 0.843

8 270 4 0.0148 0.170 0.843 0.825

9 270 5 0.0185 0.189 0.828 0.802

10 135 7 0.0519 0.241 0.786 0.789

11 135 11 0.0815 0.322 0.725 0.772

12 135 4 0.0296 0.352 0.703 0.756

Коэффициент вариации 0.45877

100 тонн в свободно стоящую испытываемую цистерну. После удара происходило сцепление вагонов, после которого сцеп из двух вагонов бил в подпор, состоящий из пяти груженых цистерн. Экспериментально установлено, что прямопропорциональная зависимость между продольной силой и скоростью соударения сохраняется при груженом режиме, в то же время на среднем и порожнем режимах при скоростях соударения более 2,5 м/с зафиксирован

значительный рост продольных сил в сечениях хребтовой балки. Важной информацией для прочностных расчетов котла на действие продольной нагрузки является установление закона распределения действующей нагрузки между лапами и по длине лап. Динамические напряжения перед первой и второй лапами показывают характер распределения сил по длине хребтовой балки. Характер распределения напряжений удара по длине элементов крепления котла к раме приведен на рис. 1. Экспериментальными исследованиями подтверждено, что процесс динамического воздействия при соударении цистерн, оборудованных пружинно-фрикционными поглощающими аппаратами, сопровождается вибрационными нагрузками, связанными с силовой характеристикой поглощающих аппаратов, и деформациями элементов конструкции цистерн. Проведены сравнительные динамические испытания трубных пучков цистерн. Натурные эксперименты проводились при расположении арматуры (типовой и ферменной) в порожней цистерне, в цистерне, наполненной водой на уровень 128,5 см, а также в наполненной до рабочего объема 62,5 м3. Испытываемый пучок труб устанавливался на котел по типовой схеме расположения. Производилась серия соударений, при которых скорость соударения изменялась в диапазоне от 0,63 м/с (3 км/ч) до 3,65 м/с (13,85 км/ч). После проведения серии опытов пучок труб устанавливался повторно с поворотом на 90° по отношению к продольной оси цистерны. Серия соударений с аналогичными скоростями повторялась. Из анализа экспериментальных данных следует, что установка типового пучка труб с поворотом на 90° по отношению его к типовому расположению приводит к снижению напряжений в трубах при всех эксплуатационных режимах. Установленный в плоскости продольной оси котла ферменный пучок труб менее подвержен колебательным процессам. Безопасность при маневровых операциях может выть повышена за счет увеличения энергоемкости поглощающих аппаратов автосцепки. Для решения задачи снижения продольных усилий при ударном режиме нагружения цистерн при участии автора были начаты работы по созданию

Рис. 1. Распределения по котлу напряжений удара в зоне соединения его с лапами крепления: а) порожняя: 1 - У=1.42 м/с; 2 - У=3.12 м/с;

б) груженая: 1 - У=1.69 м/с; 2 - У=3.42 м/с

высокоэнергоемких эластомерных поглощающих аппаратов автосцепки. Проведены сравнительные ударные испытания цистерн массой 100 т с установленными эластомерными аппаратами, получившими обозначение 73ZW. Для сравнения при испытаниях использовались серийные поглощающие аппараты грузовых вагонов: пружинно-фрикционный ШбТО-4 и гидрорезиновый аппарат ГР-120. Одновременно с регистрацией характеристик поглощающего аппарата определялись напряжения в опорной зоне котла цистерны в зависимости от скорости соударения. Как видно на

рис. 2, применение эластомерных поглощающих аппаратов автосцепки существенно снижает уровень динамических напряжений в элементах конструкции котла и тем самым снижает вероятность

СТз. ка/о«!

Рис. 2. Зависимость напряжений в опорной зоне котла от скорости

соударения

возникновения повреждения оболочки котла в одной из наиболее нагруженных зон.

В третьей главе изложен анализ напряженно-деформированного состояния сосудов цистерн для СУГ от действующих эксплуатационных нагрузок. Для объективной оценки по единой программе прочностных характеристик конструкции котлов различного диаметра и изготовленных из различных марок стали были проанализированы результаты исследований, проведенных МИИТом, Ждановским заводом тяжелого машиностроения (ЖЗТМ), Фабрикой вагонов «Свидница», Польша (Р\У8), фирмами «Хитачи»

и «Кавасаки», Япония. Максимальный уровень напряжений зарегистрирован всеми исследователями в зоне поддона, причем уже при давлении 2,0 МПа в этой зоне наблюдается превышение допускаемых напряжений. Неоднократно проводились испытания по определению предельного давления разрушения котла. Испытывались цистерны, прорабогавшие в обычных условиях 30 и более лет. Зона поддона при давлении в 2,0 МПа имела напряжения, превышающие допускаемые, а при давлении в 4,0...5,0 МПа напряжения достигали предела текучести металла. Потеря герметичности котла наступала при 7,8 МПа в виде трещины по основному металлу в зоне поддона котла. Для исключения существенного концентратора напряжений из конструкции котла сделано предложение об изготовлении котлов цистерн без поддона, что позволит снизить уровень напряженного состояния этой зона до 70-60% от уровня допускаемых напряжений. Отсутствие поддона способствует повышению надежности котла и снижению металлоемкости цистерны. Котел цистерны при каждой загрузке нагружается внутренним давлением 2,0 МПа со снижением практически до атмосферного при разгрузке. Число таких нагрузок за расчетный срок службы 40 лет составляет не более 1000 раз. В соответствии с ГОСТ 25859 - 83 такой котел относится к сосудам, проверяемым на прочность при малоцикловых нагрузках. Испытаниям на малоцикловую усталость подвергался котел цистерны, находившийся в эксплуатации более 30 лет. При этом количество циклов определялось с учетом пятикратного коэффициента запаса по долговечности и времени эксплуатации цистерны до расчетного срока службы. Анализ результатов прочностных испытаний позволяет сделать вывод, что при количестве циклов нагружения, равном расчетному сроку службы котла цистерны (40 лет), не было обнаружено нарушений герметичности ЗПА и трещин сварных швов. По условиям прочности может быть снижена на 10%. толщина стенок крайних царг котла.

В четвертой главе рассматриваются технические требования к перспективным конструкциям узлов ЗПА, изготовление опытных образцов узлов и методы конструкторских испытаний с использованием

экспериментальных данных, а также определение критериев оценки соответствия изделий техническим требованиям; анализ результатов эксплуатационных испытаний вновь разработанных узлов. ЗПА цистерн для перевозки опасных грузов должна обеспечивать требования по обеспечению безопасности перевозок, прежде всего прочность и герметичность оболочки сосуда при всех эксплуатационных режимах, включая аварийные. Конструкция узлов ЗПА и применяемые материалы определяются в зависимости от физико-химических свойств перевозимого продукта и эксплуатационными режимами. Узлы арматуры подвергаются циклическим нагрузкам, а также ударным и вибрационным нагрузкам. Вероятность безотказной работы за расчетное число циклов, соответствующее гарантийному ресурсу, должна быть не ниже 0,90. В изготовлении опытных образцов узлов ЗПА по техническим требованиям принимали участие следующие компании и организации: ПК «Сплав», Великий Новгород; ОАО «ЦКБА», Санкт-Петербург; ОАО «Криогенная технология», Москва; ПО «Гидроагрегат», Павлово на Оке; «Мидланд», США; ОАО «АзовМаш», Мариуполь; Б^^Свидница», Польша, Экспертная оценка результатов эксплуатационной проверки нескольких типов арматуры позволила выявить, что наиболее приемлемым вариантом в эксплуатационных условиях России является применение арматуры изготовления ПК «Сплав». Методы стендовых конструкторских испытаний разработаны с учетом реальных эксплуатационных режимов, испытательное оборудование позволяло моделировать действующие нагрузки. Критериями по всем видам испытаний являются: прочность узла, исправное состояние затвора и его привода, плотность затвора и отсутствие видимых повреждений. Эксплуатационные испытания проведены на цистернах рабочего парка по плану испытаний, указанному в первой главе. Величина исследованной выборки обеспечивает достоверность результатов. Методами математической статистики определены точечные показатели надежности узлов ЗПА, значения которых соответствуют техническим требованиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По итогам выполненной работы получены следующие научные и практические результаты:

1. На начальном этапе исследований при сборе и математической обработке статистической информации об отказах и повреждениях узлов и деталей цистерн, включая ЗПА, был сделан вывод о недостаточной надежности отдельных узлов ЗПА. К наиболее повреждаемым в эксплуатации узлам ЗПА и элементам конструкции, с последующим появлением их отказов, относятся угловые вентили, контрольные вентили кислородного типа, пучки сливо-наливных и контрольных труб. Для выбора направлений совершенствования наиболее повреждаемых узлов и деталей ЗПА были определены наиболее характерные эксплуатационные режимы с целью учета возникающих динамических перегрузок при проектировании усовершенствованных узлов, а также проведен анализ возможных конструктивных исполнений основных узлов ЗПА цистерн. Анализ применяемых технических решений в арматуростроении для других отраслей промышленности позволил сделать вывод о необходимости разработки узлов ЗПА новой конструкции с учетом наиболее жестких реальных эксплуатационных режимов.

2. Установлено, что процесс динамического воздействия при соударении цистерн, оборудованных пружинно-фрикционными поглощающими аппаратами, сопровождается вибрационными нагрузками, связанными с силовой характеристикой поглощающих аппаратов и аналогичными профильными деформациями элементов конструкции цистерн. Повышение надежности конструкции цистерны и узлов ЗПА за счет снижения величины действующих динамических нагрузок может быть обеспечено применением эластомерных поглощающих аппаратов автосцепки, существенно снижающих уровень динамических напряжений в элементах конструкции цистерны по сравнению с вариантом установки пружинно-фрикционных поглощающих аппаратов, и тем самым снижает вероятность возникновения

повреждений оболочки котла. Существенное влияние на надежность конструкции цистерн также оказывает напряженно-деформированное состояние котла от дейстзия нагрузок при различных эксплуатационных режимах. Анализ экспериментальных данных по исследованиям НДС котла, полученных различными организациями России и зарубежными фирмами, позволили рекомендовать решения по исключению из конструкции котла концентраторов напряжений, получить более равнопрочную конструкцию оболочки и исключить избыточные элементы ЗПА и контрольные трубы.

3. Проведен анализ конструктивного исполнения котла, вследствие которого сделаны рекомендации об исключении из конструкции котла поддона, дренажного и контрольного вентилей кислородного типа и дренажных трубок из конструкции пучка сливо-наливных и контрольных труб. По условиям прочности может быть снижена толщина стенок крайних царг котла на 10%. Эти рекомендации были реализованы при серийном производстве нового поколения цистерн с котлами увеличенного объема моделей: 15-90811, 15-9503. Изготовление котлов цистерн без поддона позволило снизить уровень напряженного состояния этой зона до 70-60% допускаемых напряжений. Переход на серийный выпуск цистерн без поддона повышает также их эксплуатационную надежность за счет ликвидации дренажного вентиля и дренажной трубы.

4. Надежность конструкции цистерн может быть повышена за счет увеличения устойчивости пучка сливо-наливных труб к восприятию динамических нагрузок при различных эксплуатационных режимах. Применение пучка труб с усилением в виде фермы, установленного в котле в плоскости продольной оси котла, приводит к значительному снижению динамических перегрузок в трубах арматуры по отношению к типовой арматуре, установленной по типовой схеме, что обеспечит снижение вероятности обрыва труб. По результатам сравнительных прочностных испытаний пучков сливо-наливных и контрольных труб сделаны рекомендации по модернизации пучка сливо-наливных и контрольных труб с

ферменным закреплением труб и установкой его на фланце котла с поворотом на 90° по продольной оси котла от ранее применявшейся. Данная рекомендация в разной степени относится и к разрабатываемым цистернам с диаметром котла 3,2 м.

5. На основании технических требований разработаны, испытаны и приняты к серийному производству принципиально новые варианты узлов ЗПА, имеющие повышенный в два раза ресурс и гарантийные сроки эксплуатации. Технические требования к вновь проектируемым узлам ЗПА сформулированы в соответствии с их функциональным назначением на основании результатов экспериментальных исследований режимов нагружения, опыта ликвидации аварийных ситуаций с цистернами для перевозки опасных грузов. Методы конструкторских испытаний проектируемых узлов, а также критерии соответствия вновь разрабатываемых узлов ЗПА техническим требованиям, определены на основании установленных экспериментальными исследованиями величин и параметров нагрузок, действующих при реальных эксплуатационных режимах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Глазкова P.C., Канивец Р.Ф., Кельрих М.Б., Котуранов В.Н., Лапандин В.Д., Скуратов А.Е., Филиппов В.К., Шмыров Ю.А. О напряженном состоянии котлов цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов. Деп. в ЦНИИТЭИТЯЖМАШ №1982-ТМ87. №11.1987.07.07.87.

2. Филиппов В.Н., Канивец Р.Ф., Шмыров Ю.А., Дмитриев В.В., Скуратов А.Е. Повышение эксплуатационной надежности цистерн для сжиженных газов. Вестник ВНИИЖТ, №6/7/8,1995.

3. Аппарат, поглощающий энергию, в частности, для железнодорожных автоматических сцепок. Кубицкий Антоний, ..., Филиппов Виктор Николаевич, ..., Скуратов Александр Евгеньевич. Патент №2112676. Приоритет от 24.01.1996.

4. Аппарат, поглощающий энергию, в частности, для железнодорожных автоматических сцепок. Кубицкий Антоний, ..., Скуратов Александр Евгеньевич. Патент №2112677. Приоритет от 31.01.1996.

5. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ..., Скуратов А.Е. и др. Патент №2129977. Приоритет от 23.01.1998.

6. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ..., Скуратов А.Е. и др. Патент №2129978. Приоритет от 23.01.1998.

7. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ..., Скуратов А.Е. и др. Патент №2129979. Приоритет от 23.01.1998.

8. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ..., Скуратов А.Е. и др. Патент №2132810. Приоритет от 23.01.1998.

9. Филиппов В.Н., Скуратов А.Е. Общие технические требования к арматуре вагонов цистерн для опасных грузов. Безопасность движения поездов. Труды МИИТ, М., 1999.

10. Скуратов А.Е. Основные направления по совершенствованию сливо-наливной арматуры вагонов-цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов. Безопасность движения поездов. Труды МИИТ, М., 1999.

11. Филиппов В.Н., Шмыров Ю.А., Дмитриев В.В., Скуратов А.Е. Эластомерные поглощающие аппараты автосцепки — важный фактор снижения аварийности при маневровых работах. Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте. Вторая научно-практическая конференция. Труды МПС, МИИТ, М., 1999.

12. Aparat pochlaniajacy, zwtaszsza do kolejowych sprzegow automatycznych. Kubicki A., Filippow Wiktor N., ... Skuratov Alexander E. и др. Патент №177728 с приоритетом от 05.12.1995, выдан 09.06.1997 BUP 12/97 31.01.2000 WUP 01/00.

13. Aparat pochlaniajacy, zwtaszsza do kolejowych sprzegow automatycznych. Kubicki A., Filippow Wiktor N., ... Skuratov Alexander E. и др. Патент

№178146 с приоритетом от 24.01.1996 выдан 04.08.1997 BUP 16/97 31.03.2000 WUP 03/00.

14. Поглощающее устройство. Антоний Кубицкий, Еугениуш Стриж, Михайлов В.М., Филиппов В.Н., Дмитриев В.В., Цуренко В.Н., Ульянов O.A., ... Скуратов А.Е. и др. Патент №2150400 от 10.06.2000г. с приоритетом от 30.04.1997.

15. Енергопоглинальный аппарат, зокрема для зал1зничних автоматичних зчшок. А. Куб1цю, Еугенюш Стшиж, В.М. Михайлов, В.Н. Фшпов, В.Н. UypieHKO, ... А.Е. Скуратов и др. Патент №40885 от 15.01.2002 с приоритетом с 16.07.1997.

16. Aparat pochlaniajacy, zwtaszsza do kolejowych sprzegow automatycznych. Kubicki A., Filippow Wiktor N., ... Skuratov Alexander E. и др. Патент №179246 с приоритетом от 04.08.1997 BUP 16/97 выдан 31.08.2000 WUP 08/00.

17. Aparat pochlaniajacy. Kubicki А., Filippow Wiktor N.,... Skuratov Alexander E. и др. Патент №183137 от 31.05.2002 WUP 05/02 с приоритетом 09.11.1998 BUP 23/98.

18. Sposob pochlaniania energii zderzen i aparat pochlaniajacy energie zderzen, zwlaszcza w kolejowych sprzegach automatycznych. Kubicki A., Filippow Wiktor

N..... Skuratov Alexander E. и др.Патент от 31.05.2002 WUP 05/02 с

приоритетом 09.11.1198 BUP 23/98.

19. Zpusob a zarizeni pro pohlcovani narazove energie zejmena v samocinnych sprahlech kolejovych vozidel. Kubicki A., Filippow Wiktor N., ... Skuratov Alexander E.,... и др. Патент №291786 от 14.05.2003 Vestnik с 5/2003 с приоритетом 15.12.1999 Vestnik с 12/1999.

20. Вагон-цистерна для транспортировки сжиженных газов. Тюрин В.А., Дмитриев В.В., Филиппов В.Н., Корникова Т.И., Савчук A.B., Чепурной А.Д., ... и др. Свидетельство на полезную модель №24668 от 20 августа 2002г. с приоритетом от 22.03.2002.

21. Филиппов В.Н., Скуратов А.Е. Анализ статистических данных надежности арматуры для комплектации грузовых цистерн по результатам эксплуатации. Девятая научно-практическая конференция по вопросам арматуростроения, Научно-промышленная ассоциация арматуростроителей -НПАА, НПФ "ЦКБА". Санкт-Петербург, 2003г.

22. Филиппов В.Н., Скуратов А.Е. Результаты работ по повышению надежности цистерн для сжиженных углеводородных газов. - Научно-технический журнал «Транспорт Урала» №2 (21) / 2009 - С.42-47. Уральский государственный университет путей сообщения.

Скуратов Александр Евгеньевич

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦИСТЕРН ДЛЯ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Специальность: 05.22.07-Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и

электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать - /б". (¡9. Печать офсетная. Бумага для множит, апп. Тираж 80 экз. Заказ № бЗеР._

Усл.-печ. л. -1,5 Формат 60x84 1/16

Типография МИИТ, 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

Введение.

Глава 1. Определение показателей надежности внутренней арматуры цистерн для перевозки сжиженного газа.

1.1. Методика сбора и обработки информации о неисправностях ЗПА.

1.2. Методика определения показателей прогнозируемой надежности ЗПА цистерн на основе обработки статистических данных об отказах.

1.3. Анализ результатов расчета показателей надежности узлов ЗПА.

Нормами МПС [4] определены характеристики безопасности как функция качества железнодорожной транспортной системы, включающей подвижной состав. Железнодорожные вагоны-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов и легкого углеводородного сырья (далее по тексту - цистерны) являются специализированным типом подвижного состава. По действующим Правилам курсирования так называемого «собственного» железнодорожного подвижного состава [6] цистерны приписаны к станциям железных дорог по месту расположения предприятий полигона эксплуатации. Курсирование цистерн разрешено по сети железных дорог колеи 1520 мм без ограничений с возможностью перестановки на тележки узкой колеи для следования по железным дорогам колеи 1435 мм.

В общем виде перевозимый в цистернах груз - сжиженные углеводородные газы и легкое углеводородное сырье - представляют собой фракции предельных и непредельных углеводородов от Сз до С5 и Сб включительно (далее по тексту - СУГ), всего более тридцати пяти наименований продуктов, разрешенных к перевозке железнодорожным транспортом в установленном порядке (см. приложение 2). При нормальных условиях СУГ хранятся и транспортируются под избыточным давлением [24,125], поэтому на котлы цистерн распространяется действие «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Госгортехнадзора России [2]. Кроме этого, в силу своих физико-химических свойств, СУГ, при транспортировании их железнодорожным транспортом, являются опасными грузами, поэтому на организацию перевозок, содержание цистерн в технически исправном состоянии, ремонт и техническое обслуживание цистерн распространяется действие требований «Правил безопасности при перевозке опасных грузов железнодорожным транспортом» [3], а также требований промышленной безопасности при эксплуатации опасных производственных объектов. В этой связи железнодорожные цистерны должны удовлетворять требованиям российских и международных действующих нормативных документов [1,10,11], определяющих порядок эксплуатации подвижного состава для перевозки опасных грузов. При этом чрезвычайно важными для обеспечения безопасности перевозок являются параметры основного элемента конструкции цистерн - котла в виде сосуда, работающего под давлением [2], и техническое состояние сливо-наливной арматуры.

Серийно выпускавшиеся вагоностроительной промышленностью цистерны были спроектированы с использованием конструктивных решений, применявшихся при проектировании стационарных емкостей для хранения СУГ [125]. Комплект конструктивного оборудования, необходимый для выполнения технологических операций наполнения, опорожнения, контроля уровня наполнения и полноты слива жидкой фазы СУГ из сосудов цистерн и обеспечивающий безопасную эксплуатацию цистерн, включал в себя запорную, контрольную арматуру и предохранительные устройства (далее по тексту — запорно-предохранительная и контрольная арматура цистерн — ЗПА). ЗПА в соответствии с требованиями Правил [2,5] устанавливалась в верхней зоне сосуда на крышке основного фланца котла. В качестве контрольных приборов конструкцией предусматривался набор труб контроля предельного уровня наполнения, контроля полноты слива жидкости и дренажа неиспаряющихся остатков СУГ. Контрольные трубы оборудовались запорными вентилями кислородного типа

Сосуд (далее по тексту — котел) цистерны, как правило, конструктивно выполнялся в виде толстостенного сосуда, работающего под избыточным внутренним давлением величиной до 20 атм (2,0 МПа) [2,4,5]. Котел изготавливался из 3-х и более колец — царг, двух штампованных эллиптических днищ и патрубка люка-лаза с основным фланцем котла, на крышке которого устанавливалась ЗПА. К установленным на крышке основного фланца котла узлам ЗПА закреплялся пучок сливо-наливных и контрольных труб. Перемещения свободных концов труб в нижней зоне котла вдоль продольной и поперечной осей симметрии цистерны ограничивались кронштейном в виде ловушки, удерживающей нижний конец трубного пучка над зоной расположения штампованного полусферического элемента малого диаметра на нижней образующей котла — поддона. Конструктивное расположение трубного пучка должно было обеспечить полноту слива жидкости и возможность дренажа неиспарившихся остатков СУГ из котла цистерны при подготовке к наливу СУГ. На рис.1 показан общий вид крышки основного фланца в сборе с трубным пучком и ЗПА , а также пространственное расположение сборочной единицы в котле цистерны.

Котлы, учитывая степень потенциальной опасности перевозимого продукта [5,24,125], изготавливались по регламентированной технологии, требования к которой установлены специальными Правилами [2], предусматривающей операции выборочного неразрушающего контроля сварных швов, а также термообработку сварной оболочки в сборе. Технико-экономические параметры первых модификаций выпускавшихся цистерн не позволяли реализовать изменившиеся допускаемые на путях МПС осевые и погонные нагрузки. Следовательно, возникла необходимость совершенствования конструкции цистерн в части увеличения объема котла за счет увеличения его диаметра (см. приложение 1).

Перевозимые в цистернах СУГ могут содержать тяжелые неиспаряю-щиеся примеси и влагу, которые за длительный период эксплуатации накапливаются в поддоне котла и осложняют выполнение операций слива-налива, особенно в условиях низких температур. Производящийся в условиях эксплуатации местный подогрев котла в зоне поддона для обеспечения полноты слива, по существу, является нарушением установленных регламентов эксплуатации опасных производственных объектов и нарушением условий безопасной эксплуатации цистерн [5,16]. Кроме того, наличие выштамповки в нижней образующей толстостенной оболочки котла, конструктивно являющейся концентратором напряжений, крайне негативно влияло на надежность конструкции и требовало специальных технологических приемов при изготовлении котлов для частичного уменьшения влияния указанного фактора, а именно термообработки котла в сборе (высокий отпуск при температуре +600° С).

Рис 1. Арматура в сборе: 1-вентиль угловой (жидкой фазы); 2-клапан предохранительный; 3-клапан скоростной; 4-труба слива-налива; 5, 14-хомуты; 6-вороика; 7-пробка; 8-вентиль угловой (газовой фазы); 9-манометродержатель; 10, 11, 12-вентили кислородного баллона; 13-опора; 15-гильза; 16-болт; 17-шайба

Перечисленные выше положения были подтверждены экспериментально при неоднократных разрушающих испытаниях котлов цистерн внутренним давлением на предельные нагрузки, проводившихся специалистами МИИТа, НИИ-ХИММАШа и РГП «СГ-Транс» при участии автора [18,101].

Цистерны для СУГ требуют в эксплуатации определенных ограничений по уровню динамических перегрузок при маневровых соударениях. В некоторой степени перегрузки ранее нормировались требованиями п. 15, 16 ПТЭ [17], где скорость маневрового соударения была принята равной 5 км/час. Однако, начиная с 1993г., эти ограничения были фактически отменены, что привело к увеличению числа повреждений ЗПА и трубных пучков газовых цистерн. Обрыв труб, предназначенных для слива жидкой фазы СУГ, приводил к невозможности разгрузки цистерн по штатной технологии, что в свою очередь требовало длительного простоя цистерн под операциями слива, либо нештатной технологической операции испарения и сброса паровой фазы СУГ на факел.

Для объективной оценки технического состояния цистерн и разработки обоснованных мероприятий по усовершенствованию узлов и деталей специалистами МИИТа при участии автора совместно с филиалами РГП «СГ-Транс» было проведено обследование парка цистерн, приписанных к различным предприятиям всего полигона эксплуатации в различных регионах страны. На основании результатов комиссионных осмотров техническое состояние основных элементов ходовых частей, тормозов и других унифицированных элементов вагонов в целом признано удовлетворительным. Вместе с этим в ходе осмотров был выявлен ряд недостатков. Наиболее характерными из них являются повреждения ударной розетки, деформация верхнего листа хребтовой балки в зоне ударной розетки и трещины в лапах крепления Котла. Подобные дефекты наблюдались примерно у 65% количества осмотренных цистерн независимо от года постройки, что свидетельствует о роспуске их с сортировочных горок и недостаточной эффективности серийных поглощающих аппаратов автосцепки [18,75]. Техническое состояние котлов цистерн оценивалось по результатам внутреннего осмотра и гидравлических испытаний (ВОГИ), проводящихся в соответствии с требованиями Госгортехнадзора каждые шесть лет [2].

В результате анализа установлено, что выявленные при проведении исследований дефекты можно разделить на две группы. Первая группа характеризует состояние наплавленного металла сварных швов котла и основного металла в околошовных зонах термического влияния. К таким дефектам относятся: непровар, поры и раковины в самом сварном шве, которые устраняются обычно при проведении ВОГИ с последующим неразрушающим контролем ремонтных участков. Кроме того, с введением в 1974 г. в технологический процесс изготовления операции 100%-ного неразрушающего контроля качества сварных швов, появление дефектов в виде непроваров, раковин и пор в сварных швах сведено к минимуму. Вторая группа дефектов обусловлена действием перевозимых СУГ на металл котла, в т.ч. коррозией. Для определения параметров коррозии были проведены измерения толщины основного металла и сварных швов элементов котлов, построенных из различных марок стали, и эксплуатируемых в течение 20 - 28 лет для перевозки всей номенклатуры СУГ (см. табл. 2 приложения 1). Такие условия эксплуатации позволили предположить, что вследствие коррозии возможно уменьшение толщины металла стенок котла. Причем в наибольшей степени этот вид дефектов должен проявиться в нижней части котла в месте расположения поддона и на уровне раздела фаз, соответствующем уровню наполнения в 85% объема котла. При анализе отклонений фактической толщины металла царг и штампованных элементов котла от паспортных данных установлено, что эти отклонения в основном укладываются в поле допусков на толщину листов металла при прокате и на погрешность измерений в пределах от минус 1,1 до плюс 1,8 мм при номинальной толщине листа 24 — 26 мм. Проведенные измерения позволили получить экспериментальное подтверждение низкой коррозионной активности СУГ и сделать вывод о том, что коррозия металла котла незначительна и в последующем ее можно не учитывать при расчете котлов на прочность [97]. Особое внимание при анализе технического состояния цистерн уделялось визуальному контролю состояния основного фланца котла с установленной ЗПА. Узел в сборе, обеспечивая безопасность транспортировки СУГ по железным дорогам, несет на себе основную долю расходов по содержанию цистерн в исправном состоянии. Анализ выявленных повреждений позволил определить наиболее уязвимые места конструкции пучков сливо-наливных и контрольных труб, которыми являлись зоны соединения труб со скоростными клапанами [18].

Перспектива перехода на производство и эксплуатацию цистерн с увеличенным диаметра котла создавала условия резкого ухудшения эксплуатационных режимов для указанной зоны при увеличивающихся динамических нагрузках. Конструктивно комплект ЗПА включал запорную арматуру — угловые вентили с закрепленным на штоке клапаном с плоским кольцевым уплотнением «металл по металлу» и коническим кольцевым уплотнением «металл по металлу» на обратном ходе. При этом, учитывая наличие твердых частиц и запирающее прямое действие затвора против направления движения потока среды не могло быть обеспечено необходимое гарантированное контактное давление уп-лотнительных поверхностей, и как следствие, не могла быть гарантирована требуемая герметичность затвора, соответствующая классу А ГОСТ 9544-2005 [12], особенно при знакопеременных динамических перегрузках. Это обстоятельство приводило к возникновению утечек опасных грузов в пути следования, нарушению безопасности перевозок опасных грузов и большим трудозатратам для устранения неисправностей.

ЗПА цистерн создавалась без учета динамических режимов, действующих на оборудование и узлы вагонов в эксплуатации [13]. В то же время Нормами для расчета вагонов [4] определено, что уровень продольных перегрузок, действующих на вагон, может достигать 1,9 - 12,0 g при груженом и порожнем режиме соответственно. В этой связи для повышения безопасности перевозок опасных грузов необходимо было решить комплекс задач по повышению надежности ЗПА при характерных эксплуатационных режимах.

Предохранительным устройством котла цистерны является пружинный полноподъемный предохранительный клапан с пропускной способностью, определенной из условия воздействия естественного теплопритока при суточных колебаниях температуры и площади поверхности испарения СУГ, спроектированный и установленный на цистерне согласно требований Правил [2,14,15]. Однако ряд аварий с тяжелыми последствиями, связанными с при попаданием газовых цистерн в очаг пожара, потребовал проведения специальных исследований по обеспечению пожаровзрывоопасности в аварийных ситуациях и выбора конструктивных решений [7, 23,104,105]. Реальные аварийные ситуации с цистернами на сливо-наливной эстакаде и в пути следования показаны на рис. 2, 3 и 4. На рис. 4 показана аварийная ситуация в пути следования с пожаром в результате разрушения оболочки котла по верхней образующей. Наиболее вероятное и характерное дальнейшее неконтролируемое развитие подобной аварийной ситуации приводит к активному испарению большого количества СУГ, образованию облака СУГ, и в результате, объемному взрыву газовоздушной смеси. Последствия взрыва показаны на рис.5, при этом для оценки энергии взрыва следует учесть, что толщина листа изображенного на рисунке поврежденного раскрытого котла составляет 24 мм. [8, 9]. Необходимо отметить, что международными Правилами и стандартами предусмотрено нормирование площади проходного сечения в зависимости от объема сосуда [10, 11]. Проводившиеся при участии автора исследования по обеспечению пожаровзрывобе-зопасности эксплуатации цистерн позволили уточнить требуемые параметры предохранительного клапана, обеспечивающие пропускную способность при минимальном диаметре или при минимальной площади проходного сечения, необходимую для удовлетворения требований пожаровзрывобезопасности [8].

Актуальность настоящей работы обусловлена тем, что при проектировании нового поколения цистерн для перевозки СУГ с улучшенными технико-экономическими параметрами возникла необходимость учета реальных динамических режимов нагрузок, действующих на ЗПА цистерн и трубные пучки.

Рис. 2. Пожар в результате аварии при операциях слива-налива СУГ

Рис. 3. Пожар вследствие аварийной ситуации в пути следования

Рис. 4. Пожар с разрывом верхней образующей котла цистерны в результате аварийной ситуации в пути следования

Рис. 5. Последствия аварии с разрывом оболочки котла цистерны, испарением СУГ и объемным взрывом газовоздушной смеси

Целью работы является анализ конструктивных решений, использовавшихся ранее при проектировании ЗПА цистерн для перевозки СУГ, разработка предложений по совершенствованию методов проектирования и конструкторских испытаний элементов цистерн, влияющих на безопасность перевозок опасных грузов с учетом основных эксплуатационных режимов, включая динамические режимы, возникающие на сортировочных горках.

Научная новизна настоящей работы заключается в том, что на основании результатов экспериментальных исследований и анализа эксплуатационной надежности ЗПА цистерн для перевозки СУГ определены динамические режимы воздействия на узлы ЗПА и сформулированы требования по проектированию и конструкторским испытаниям арматуры нового поколения цистерн.

Для достижения цели работы потребовалось решить следующие практические задачи:

- провести объективный анализ технического состояния и работоспособности существующей ЗПА, а также пучка сливо-наливных и контрольных труб;

-для целей проектирования ЗПА, предназначенной для применения на цистернах с увеличенным диаметром котла, выбора методов конструкторских испытаний и определения критериев соответствия проектируемой ЗПА условиям эксплуатации, уточнить динамические перегрузки, действующие на узлы ЗПА и трубного пучка, для выбора перспективных вариантов конструкции;

- на основании исследований динамических режимов разработать пути совершенствования ЗПА и определить конструктивное исполнение основных узлов, включая компоновочную схему установки пучка сливо-наливных и контрольных труб в котле;

- провести стендовые конструкторские испытания и эксплуатационную проверку перспективных вариантов ЗПА и разработать технические условия для серийного производства;

-разработать методику эксплуатационных испытаний и на основании анализа их испытаний определить фактические сроки безотказной работы ЗПА, установить обоснованные и подтвержденные эксплуатационные нормативы по регламентному обслуживанию ЗПА, необходимые для разработки эксплуатационно-ремонтной документации.

4.5. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4

4.5.1. Разработаны технические требования к новым узлам ЗПА, которые устанавливают, что арматура подвергается воздействию циклических нагрузок (циклическим изменениям параметров рабочей среды), ЗПА цистерн должна соответствовать требованиям по обеспечению безопасности перевозок, таким как обеспечение прочности и герметичности оболочки сосуда при всех эксплуатационных режимах, включая аварийные.

4.5.2. В связи с тем, что запорная арматура управления сливом наливом цистерн работает в двух фиксированных положениях, целесообразно применение в качестве запорной арматуры вентилей с шаровым затвором. Учитывая устойчивую работу шарового крана и надежное уплотнение затвора при противоположных направлениях потока, принципиально нового узла запорной арматуры цистерн. Принципиальный недостаток шаровых затворов, которым является снижение степени герметичности при низком давлении, можно достаточно эффективно компенсировать конструктивными приемами.

4.5.3. Запорный вентиль кислородного типа. Для сохранения возвратно поступательного движения штока и обеспечения герметичности сальникового узла в конструкции вентиля кислородного типа целесообразно применить сильфон-ную сборку сальникового узла.

4.5.4. Признано нецелесообразным и опасным применение предохранительного клапана с наружным расположением пружины. Для повышения надежности пружинных предохранительных клапанов целесообразно переработать конструкцию.

4.5.5. Экспертная оценка результатов эксплуатационной проверки нескольких типов арматуры определила, что наиболее приемлемым вариантом в эксплуатационных условиях России является применение арматуры изготовления ПК «Сплав».

4.5.6. Разработаны программы и методики конструкторских стендовых и эксплуатационных испытаний, позволяющие существенно сократить время на отработку конструкции арматуры цистерн для опасных грузов. При разработке и испытаниях узлов ЗПА газовых цистерн в соответствии с эксплуатационными режимами установлены дополнительные виды стендовых конструкторских испытаний.

4.5.7. В результате эксплуатационных испытаний получены положительные показатели надежности узлов ЗПА. По критериям прочности и надежности арматуры принято решение об увеличении межремонтного ресурса между регламентным профилактическим ремонтом в два раза, что согласовано Ростехнад-зором (см. приложение 8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложения и рекомендации по повышению надежности реализованы как при модернизации эксплуатационного парка цистерн ОАО «СГ-транс», так и при производстве серийных цистерн на заводах вагоностроительной промышленности, так и при разработке перспективных конструкций цистерн. Эла-стомерными поглощающими аппаратами автосцепки с повышенной энергоемкостью оборудованы более пяти тыс. цистерн эксплуатационного парка ОАО «СГ-транс» с объемом котла 75 м моделей 15-908 и 15-1519. Аннулирован поддон котла в конструкции серийно выпускаемых цистерн моделей 15-908 и 15-1519, также аннулированы дренажные трубы, дренажный и уравнительный вентили ЗПА. Изменена конструкция крепления сливо-наливных и контрольных труб, а также их пространственное расположение при установке на котле цистерны.

Наиболее полно рекомендации применены при разработке перспективной конструкции цистерны модели 15-9503 с объемом котла 95,0 м . В качестве запорной арматуры применены шаровые краны, установлен предохранительный клапан и сильфонные вентили кислородного типа производства ПК «Сплав». Пучок сливо-наливных и контрольных труб установлен вдоль продольной оси симметрии котла. Конструкция цистерны модели 15-9503 защищена Свидетельством на полезную модель №24668 от 20 августа 2002г. с участием автора.

Разработанные и испытанные с учетом изложенных в настоящей работе рекомендаций узлы ЗПА обладают достаточной надежностью для обеспечения безопасности перевозок и обеспечивают установленный техническими требованиями ресурс. Ростехнадзор согласовал увеличение вдвое межремонтного периода между регламентным ремонтом узлов ЗПА, а следовательно между плановым профилактическим ремонтом цистерн, с одного года до двух лет. При выполнении настоящей работы получено четырнадцать патентов на изобретения.

По итогам выполненной работы получены следующие научные и практические результаты:

1. На начальном этапе исследований при сборе и математической обработке статистической информации об отказах и повреждениях узлов и деталей цистерн, включая ЗПА, был сделан вывод о недостаточной надежности отдельных узлов ЗПА. К наиболее повреждаемым в эксплуатации узлам ЗПА и элементам конструкции, с последующим появлением их отказов, относятся угловые вентили, контрольные вентили кислородного типа, пучки сливо-наливных и контрольных труб. Для выбора направлений совершенствования наиболее повреждаемых узлов и деталей ЗПА необходимо определить наиболее характерные эксплуатационные режимы с целью учета возникающих динамических перегрузок при проектировании усовершенствованных узлов, а также провести анализ возможных конструктивных исполнений основных узлов ЗПА цистерн. Анализ применяемых технических решений в арматуростроении для других отраслей промышленности позволил сделать вывод о необходимости разработки узлов ЗПА новой конструкции с учетом наиболее жестких реальных эксплуатационных режимов.

2. Установлено, что процесс динамического воздействия при соударении цистерн, оборудованных пружинно-фрикционными поглощающими аппаратами, сопровождается вибрационными нагрузками, связанными с силовой характеристикой поглощающих аппаратов и деформациями элементов конструкции цистерн. Повышение надежности конструкции цистерны и узлов ЗПА за счет снижения величины действующих динамических нагрузок может быть обеспечено применением эластомерных поглощающих аппаратов автосцепки, существенно снижающих уровень динамических напряжений в элементах конструкции цистерны по сравнению с вариантом установки пружинно-фрикционных поглощающих аппаратов, и тем самым снижает вероятность возникновения повреждений оболочки котла. Существенное влияние на надежность конструкции цистерн также оказывает напряженно-деформированное состояние котла от действия нагрузок при различных эксплуатационных режимах. Анализ экспериментальных данных по исследованиям НДС котла, полученных различными организациями России и зарубежными фирмами, позволили рекомендовать решения по исключению из конструкции котла концентраторов напряжений, получить более равнопрочную конструкцию оболочки и исключить избыточную ЗПА и контрольные трубы.

3. Проведен анализ конструктивного исполнения котла, вследствие которого сделаны рекомендации об исключении из конструкции котла поддона, дренажного и контрольного вентилей кислородного типа и дренажных трубок из конструкции пучка сливо-наливных и контрольных труб. По условиям прочности может быть снижена толщина стенок крайних царг котла на 10%. Эти рекомендации были реализованы при серийном производстве нового поколения цистерн с котлами увеличенного объема моделей: 15-908R, 15-9503. Изготовление котлов цистерн без поддона позволит снизить уровень напряженного состояния этой зоны до 60 - 70% допускаемых напряжений. Переход на серийный выпуск цистерн без поддона повышает их эксплуатационную надежность за счет ликвидации дренажного вентиля и дренажной трубы.

4. Надежность конструкции цистерн может быть повышена за счет увеличения устойчивости пучка сливо-наливных и контрольных труб к восприятию динамических нагрузок при различных эксплуатационных режимах. Применение пучка труб с усилением в виде фермы, установленного в котле в плоскости продольной оси котла, приводит к значительному снижению динамических перегрузок в трубах арматуры по отношению к типовой арматуре, установленной по типовой схеме, что обеспечит снижение вероятности обрыва труб. По результатам сравнительных прочностных испытаний пучков сливо-наливных и контрольных труб сделаны рекомендации по модернизации пучка сливо-наливных и контрольных труб с ферменным закреплением труб и установкой его на фланце котла с поворотом на 90° по продольной оси котла от ранее применявшейся. Данная рекомендация в разной степени относится и к разрабатываемым цистернам с диаметром котла 3,2 м.

5. На основании технических требований разработаны, испытаны и приняты к серийному производству принципиально новые варианты узлов ЗПА, имеющие повышенный в два раза ресурс и гарантийные сроки эксплуатации. Технические требования к вновь проектируемым узлам ЗПА сформулированы в соответствии с их функциональным назначением на основании результатов экспериментальных исследований режимов нагружения, опыта ликвидации аварийных ситуаций с цистернами для перевозки опасных грузов. Методы конструкторских испытаний проектируемых узлов, а также критерии соответствия вновь разрабатываемых узлов ЗПА техническим требованиям, определены на основании установленных экспериментальными исследованиями величин и параметров нагрузок, действующих при реальных эксплуатационных режимах.

1. Правила безопасности и порядок ликвидации аварийных ситуаций с опасными грузами при перевозке их по железным дорогам МПС РФ. Москва, 1997 г.

2. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Госгортехнадзор России. Москва, ПИО ОБТ, 1996 г.

3. Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам МПС РФ. Москва, Транспорт, 1997 г.

4. Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). ГосНИИВ-ВНИИЖТ, Москва, 1996 г.

5. Правила безопасности для объектов, использующих сжиженные углеводородные газы Текст.: ПБ 12-609-03. Серия 12. Выпуск 6/Колл. авт.—М., ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортех-надзора России», 2003г—100с.

6. Навценя В.Ю. Развитие научных основ и совершенствование методов обеспечения пожаровзрывобезопасности технологического оборудования с горючими газами и жидкостями Текст.: автореф. дис. . д-р техн. наук: 05.26.03 / В.Ю. Навценя М., 2003, - 47 с.

7. Попов В.Г. Совершенствование методов анализа термодинамической эффективности объектов и систем подвижного состава Текст.: автореф. дис. . д-р техн. наук: 05.22.07 / В.Г. Попов М., 2000, - 48 с.

8. Недорчук Б.Л. Методы оценки технических средств защиты котлов для опасных грузов при аварийных ситуациях Текст.: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.22.07 / Б.Л. Недорчук М., 2000, - 23 с.

9. Порядок международных перевозок опасных грузов по железным дорогам текст. :RID; TUV- Verlad, Grundwerk, 2003.

10. Правила перевозки опасных грузов. Приложение 2 к Соглашению о международном железнодорожном грузовом сообщении (СМГС) Текст.: Организация сотрудничества железных дорог (ОСЖД); по состоянию на 01 июля 2005 года 189с.

11. Арматура трубопроводная запорная. Классы и нормы герметичности затворов Текст.: ГОСТ 9544-2005 взамен ГОСТ 9544-83; введ. 01.04.2008. - М.; Стандартинформ 2008

12. Указатель нормативной документации на трубопроводную арматуру Текст.: ЗАО «НПФ «ЦКБА» С.-Петербург, ЗАО «НПФ «ЦКБА» 2003г., 11с.

13. Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности Текст.: ГОСТ 12.2.085-82 М.; Стандартинформ, 2001.

14. Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления. Текст.:ПБ 12-529-03. Серия 12, выпуск 4/Колл авт., ФГУП «Научно технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004г.-200с.

15. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. Официальное издание Текст.: Министерство путей сообщения Российской Федерации, 2000г. ФГУП «ИПК « Ульяновский Дом печати, Ульяновск 2001г.-190с.

16. Эксплуатационные испытания цистерн для сжиженных газов. Отчет о НИР (заключительный). Моск. Ин-т инж. ж.-д трансп.: Рук. Темы Филиппов В.Н., Канивец Р.Ф.-133/83. № ГР01830045347; инв. № 02850064480.-М.1984, 140 с.

17. Войнов К.Н. Прогнозирование надежности механических систем. JI. машиностроение. 1978,207 с.

18. К. Капур, JI. Ламберсон. Надежность и проектирование систем. Изд-во «Мир», Москва, 1980 г., 350 с.

19. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М. «Наука», 1969 г. 576 с.

20. Алехин С.В.,Продан Н.С Надежность механической части подвижного состава. М.: Транспорт, 1969 г. 52 с

21. Газы углеводородные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия Текст.: ГОСТ 20448-90; гос. Комитет по управлению качеством продукции и стандартизации, М.; 1990.

22. Александров А,В., Лащеников Б,Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика, Тонкостенные пространственные системы / Под ред. А.Ф.Смирнова.- М,: Стройиздат, 1983.- 488 с.

23. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа, и метод конечных элементов / Пер. с англ, А.С.Алексеева и др., Под ред. А.Ф.Смирнова.- М,: Стройиздат, 1982,- 448 с.

24. Блохин Е.П., Манашкин Л.А, Динамика поезда (нестационарные продольные колебания). 14.: Транспорт, 1980,- 290 с.

25. Блохин Е.П., Манашкин Л.А., Стамблер Е.Л. и др. Расчеты и испытания тяжеловесных поездов / Под ред. Елохина Е.П.- М.: Транспорт, 1986.- 262 с.

26. Батуев Г.С, Ефремов А.К., Голубков Ю.В. Инженерные методы исследования ударных процессов.- М.: Машиностроение, 1977 — 240 с.

27. Богомаз Г.И., Кривовязюк Ю.П., Комаренко А.И. Колебания цистерны в продольной плоскости ее симметрии- В кн.: Динамические характеристики механических систем.- Киев: Наук.думка,1984,- с. II3-I20.

28. Вершинский СВ. Продольная динамика вагонов в грузовых поездах / Тр. ВНИШТ, 1957, Вып. 143.- С. 270.

29. Вершинский СЕ. Устойчивость загонов от выжимания продольными силами при торможении поезда / Тр. БНИЖТ, 1970, Вш.

30. Вершинский СВ., Данилов В.Е., Челноков И.И, Динамика вагона.- М.: Транспорт, 1976,- 352 с.

31. Вибрации в технике: Справочник: В 6-ти Т./ Под ред. К.В. Фролова. М.: Машиностроение, 1961. Т.5, 456 е., Т.6.- 496 с.

32. Галеев А.У., Першиц Ю.И. Вопросы механики поезда.45.: Трансжелдориз-дат, 1958.- 232 с.

33. Галеев А.У., Першиц Ю.И. Определение ударных усилий, возникающих в автосцепках при экстренном торможении грузового поезда с воздухораспределителями 270-02/ Труды МИИТ, 1959. Вып. 102-е. 5-19.

34. Дувалян С.В. Исследование продольной динамики поезда с применением ЗЦВМ / Тр, ВНИИЖТ, 1970. Вып. 425.- С. 39-54.

35. Ефимов А.В., Золотарев Ю.Г., Тернигорева В.М. Математический анализ (специальные разделы).- №.: Высшая школа, 1980 295 с.

36. Жуковский Н.Е. Полное собрание сочинений. Т.1,- М.-К.: ОНТИ НКТП, 1937.- 291 с.

37. Жуковский Н.Е. Собрание сочинений. Т. I. -М.: Гостехиздат, 1948.- С. 348405.

38. Зенкевич 0. Метод конечных элементов в технике,- М.: Мир, 1975.- 541 с.

39. Ильинский Б.С. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. М.: Радио и связь, 1982.- 296 с.

40. Кузьмич Л.Д., Рахмилевич А.А. Повышение прочности и эксплуатационной надежности грузовых вагонов.- ВНИИТЭИТЯЖМАШ1980, №5, 80-36, 46 с.

41. Короткин Я.И., Постнов В.А., Сивере Н.Л. Строительная механика корабля и теория упругости. Изгиб и устойчивость стержней и стержневых систем,- Л.: Судостроение, 1968.- 424 с.

42. Курдюмов А.А., Локшин А.З., Иосифов Р.А., Козляков В.В. Строительная механика корабля и теория упругости. Основы теории упругости. Изгиб и устойчивость пластин и оболочек. —Л.: Судостроение, 1968.- 419 с.

43. Круглов Ю.А., Туманов Ю.А. Ударновиброзащита машин, оборудования и аппаратуры.- Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1986.- 222 с.

44. Конашенко С.Я. К вопросу о применении конечноэлементной расчетной схемы поезда.- В кн.: Проблемы динамики и прочности железнодорожного подвижного состава: Межвуз.сб.науч.тр. -Днепропетровск: ДИИТ, 1983.- С. 915.

45. Конашенко С.И. О выборе конечного элемента для конечноэлементной расчетной схемы поезда.- В кн.: Проблемы динамики и прочности железнодорожного подвижного состава: Межвуз.сб.научн.тр.- Днепропетровск: ДИИТ, 1984.-С. 28-36.

46. Кононенко B.C., Плахтиенко К.П. методы идентификации механических нелинейных колебательных систем.- Киев: Наук.думка, 1975 114 с.

47. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

48. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. -М.: Машиностроение, 1962.- 220 с.

49. Конченкова Н.В., Марон И.А. Вычислительная математика в примерах и задачах,- М.: Наука, 1972. 366 с.

50. Лазарян В.А. Исследование неустановившихся режимов движения поездов.-м.: Трансжелдориздат, 1949.- 136 с.

51. Лазарян В.А. Исследование усилий, возникающих при переходных режимах движения в стержнях с различными упругими несовершенствами / Труды днепропетровского ин-та инж.ж.-д. транспорта, 1966. Вып. ХХУ.- С. 5-50.

52. Лазарян В.А. Динамика вагонов устойчивость движения и колебания. М.: Трансжелдориздат, 1964.- 235 с.

53. Никольский Л.Н. Фрикционные амортизаторы удара М.: Машиностроение, 1964.- 251 с.

54. Никольский Л.Н., Кеглин Б.Г. Амортизаторы удара подвижного состава.-М.: Машиностроение, 1986.- 144 с.

55. Норри Д., де Фриз Ж.Введение в метод конечных элементов: Пер. с англ. М.: Мир, 1981.-304 с.

56. Нечипорук Л. С горки на авось бегут неуправляемые загоны с опасными грузами на Люблинской станции// Моск.правда.- . 1989,- 7 мая.

57. Панькин Н.А. Распространение сильных возмущений в поезде/ Ученые записки ВЗИИТ, 1961. Бит, 7.- С. 105-165.

58. Панькин Н.А. Столкновение двух ударных волн одинаковой амплитуды в поезде / Труды МИИТ, 1966. Вып. 230.- С. 47-51.

59. Панькин Н.А., Аксенов Н.С., Кулешов Н.Ф. Исследование поглощающих аппаратов с квазимягкой силовой характеристикой / Труды МИИТ, 1973, Вып, 435. С. 28-34.

60. Панькин Н.А., Филимонов A.M. Математическая модель поезда, рассматриваемая как одномерная сплошная среда / Труды МИИТ, 1976. Вып. 510.- С, 3-9.

61. Постнов В.А. Численные методы расчета судовых конструкций. -JL: Судостроение, 1977.- 219 с.

62. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара.- М.: Наука, 1977. -232 с.

63. Першиц Ю.И., Каплунова О.Б. Аналитическая и численная оценка сил, возникающих при ударе вагона в сцеп вагонов // Проблемы динамики подвижного состава и устойчивости движения динамических систем. Сб. трудов МИИТ, 1990.- С. 62-67.

64. Постнов В.А., Ростовцев Д.М., Суслов В.П., Кочанов В.П. Строительная механика корабля и теория упругости. Изгиб и устойчивость стержней, стержневых систем пластин и оболочек.- JL: Судостроение, 1987.- 416 с.

65. Постнов В.А, Калинин B.C., Ростовцев Д.М. Вибрация корабля JL: Судостроение, 1963.- 246 с.

66. Редько С.Ф., Ушкалов В.Ф., Яковлев Б.П. Идентификация механических систем. Определение динамических характеристик и параметров.- Киев.: На-ук.думка, 1985- 216с.

67. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов: Пер. с англ.- М.: Мир 1979,- 392 с.

68. Сендеров Г.К., Шейкин В.П., Балясная Л.И., Нетеса А.Г. Снижение повреждаемости вагонов на сортировочных горках.// Ж.-д. транспорт. Сер. Вагоны и вагонное х-во. Ремонт вагонов. ЭИ/ЦНИИТЭИ МПС 1989- Вып. 1.- С. 12-28.

69. Синицин А.П. Метод конечных элементов в динамике сооружений. М.: Стройиздат, 1978 231 с.

70. Смирнов А.Ф., Александров А.В., Лащеников Б.Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений / Под ред. А.Ф.Смирнова.- М.: Стройиздат, 1984.- 416 с.

71. Смирнов А.Ф., Александров А.В., Лашеников В,Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Стержневые системы / Под ред. А.Ф.Смирнова. М.: Стройиздат, 1981,- 512 с.

72. Соколов М.М., Хусидов В.Д., Минкин Ю.Г. Динамическая нагруженность вагона.- М.: Транспорт, 1981.— 207 с.

73. Строительная механика корабля и теория упругости: Учеб. для вузов: В 2 т. -Л.: Судостроение, 1987 T.I: Постнов В.А., Суслов В.П. Теория упругости и численные методы решения задач строительной механики корабля. 288 с.

74. Справочник по строительной механике корабля. В 3-х томах. (Бойцов Г.В., Паллий О.М., Постнов В.А., Чувиковский В.С.)-Л.: Судостроение, 1962.

75. Смольянинов А.В. Моделирование ударного воздействия цистерн // Меж-вуз.сб.науч.тр./ МИИТ.- 1989. Вып. 626: Актуальные научные решения транспортных задач.

76. Тимошенко С.П.Колебания в инженерном деле / Пер.с англ. М.: Наука, 1967-439 с.

77. Туманов Ю.А., Марков Я.Г., Лавров В.Ю. К вопросу идентификации нелинейных механических систем.- Прикладная механика. Т. ХУП, 1981, № 9. С. 106-110.

78. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1987.- 320 с.

79. Фролов К.В., Фурман Ф.А. Прикладная теория виброзащитных систем. —М.: Машиностроение, 1980.- 276 с.

80. Харрис С., Крид Ч. Справочник по ударным нагрузкам Л.: Судостроение, I960.- 359 с.

81. Хусидов В.Д. Колебания грузовых вагонов при нелинейных связях кузова с тележками / Вестник ВНИИЖТ. 1967, № I,- С. 26-30.

82. Хусидов В.Д. Об использовании численных методов в решении задач нелинейных колебаний / Тр. МИИТ, 1971. Вып. 368. С. 3-17.

83. Черкашин Ю.М. Динамика наливного поезда / Тр. ВНИИЖТ, -М.: Транспорт, 1975. Вып. 541.- 136 с.

84. Шадур Л.А., Челноков И.К., Никольский Д.И, и др. Вагоны. Конструкция, теория и расчет / Под ред. Л.А. Шадура. Ж.: Транспорт, 1980. - 439 с.

85. Шуберт Д.В., Ружичка Дж.Е. Теоретическое и экспериментальное исследование электрогидравлических виброзащитных систем. В кн.: Конструирование и технология машиностроения. -М.: Мир, 1969.- С. 231-234.

86. Филиппов В.Н., Скуратов А.Е. Результаты работ по повышению надежности цистерн для сжиженных углеводородных газов. Научно-технический журнал «Транспорт Урала» №2 (21) / 2009 — С.42-47. Уральский государственный университет путей сообщения.

87. Baker W.E. Validity of mathematical models of dynamic response of structures to transient loads. SVIC, The Shock and Vibration bulletin, V.7, №41, 1970, p.20-32

88. Глазкова Р.С., Канивец Р.Ф., Кельрих М.Б., Котуранов В.Н., Лапандин В.Д., Скуратов А.Е., Филиппов В.К., Шмыров Ю.А. О напряженном состоянии котлов цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов. Деп. в ЦНИИТЭИТЯЖМАШ №1982-ТМ87. №11.1987.07.07.87

89. Филиппов В.Н., Канивец Р.Ф., Шмыров Ю.А., Дмитриев В.В., Скуратов А.Е. Повышение эксплуатационной надежности цистерн для сжиженных газов. Вестник ВНИИЖТ, №6/7/8, 1995.

90. Аппарат, поглощающий энергию, в частности, для железнодорожных автоматических сцепок. Кубицкий Анатолий, ., Филиппов Виктор Николаевич, ., Скуратов Александр Евгеньевич. Патент №2112676. Приоритет от 24.01.1996.

91. Аппарат, поглощающий энергию, в частности, для железнодорожных автоматических сцепок. Кубицкий Антоний, ., Скуратов Александр Евгеньевич. Патент №2112677. Приоритет от 31.01.1996.

92. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ., Скуратов А.Е. и др. Патент №2129977. Приоритет от 23.01.1998.

93. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ., Скуратов А.Е. и др. Патент №2129978. Приоритет от 23.01.1998.

94. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ., Скуратов А.Е. и др. Патент №2129979. Приоритет от 23.01.1998.

95. Железнодорожная цистерна. Филиппов В.Н., ., Скуратов А.Е. и др. Патент №2132810. Приоритет от 23.01.1998.

96. Филиппов В.Н., Скуратов А.Е. Общие технические требования к арматуре вагонов цистерн для опасных грузов. Безопасность движения поездов. Труды МИИТ, М., 1999.

97. Скуратов А.Е. Основные направления по совершенствованию сливо-наливной арматуры вагонов-цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов. Безопасность движения поездов. Труды МИИТ, М., 1999.

98. Aparat pochlaniajacy, zwtaszsza do kolejowych sprzegow automatycznych. Kubicki A., Filippow Wiktor N., . Skuratov Alexander E. и др. Патент №177728 с приоритетом от 05.12.1995, выдан 09.06.1997 ВНР 12/97 31.01.2000 WUP 01/00.

99. Aparat pochlaniajacy, zwtaszsza do kolejowych sprzegow automatycznych. Kubicki A., Filippow Wiktor N., . Skuratov Alexander E. и др. Патент №178146 с приоритетом от 24.01.1996 выдан 04.08.1997 ВНР 16/97 31.03.2000 WUP 03/00.

100. Поглощающее устройство. Антоний Кубицкий, Еугениуш Стриж, Михайлов В.М., Филиппов В.Н., Дмитриев В.В., Цуренко В.Н., Ульянов О.А., . Скуратов А.Е. и др. Патент №2150400 от 10.06.2000г. с приоритетом от 30.04.1997.

101. Енергопоглинальный аппарат, зокрема для зал1зничних автоматичних зчшок. А. Кубщю, Еугенюш Стшиж, В.М. MixafrnoB, В.Н. ФЫпов, В.Н. UypieHKO, . А.Е. Скуратов и др. Патент №40885 от 15.01.2002 с приоритетом с 16.07.1997.

102. Aparat pochlaniajacy, zwtaszsza do kolejowych sprzegow automatycznych. Kubicki A., Filippow Wiktor N., . Skuratov Alexander E. и др. Патент №179246 с приоритетом от 04.08.1997 BUP 16/97 выдан 31.08.2000 WUP 08/00.

103. Aparat pochlaniajacy. Kubicki A., Filippow Wiktor N., . Skuratov Alexander E. и др. Патент №183137 от 31.05.2002 WUP 05/02 с приоритетом 09.11.1998 BUP 23/98.

104. Вагон-цистерна для транспортировки сжиженных газов. Тюрин В.А., Дмитриев В.В., Филиппов В.Н., Корникова Т.И., Савчук А.В., Чепурной А.Д., .и др. Свидетельство на полезную модель №24668 от 20 августа 2002г. с приоритетом от 22.03.2002.

105. Архипов JI.H. Отчет по определению показателей надежности и прогнозируемой допустимой наработки кранов шаровых за межремонтный период Текст.: ПКТИ «Атомармпроект», В.Новгород, 2008г.; 12 с.

106. Архипов JI.H. Отчет по определению показателей надежности и прогнозируемой допустимой наработки клапанов предохранительных за межремонтный период Текст.: ПКТИ «Атомармпроект», В.Новгород, 2008г.; 12 с.

107. Клапан предохранительный. Расчет надежности КПЛВ.494145.003 РР2 Текст.: ПКТИ «Атомармпроект», В.Новгород, 2007г.; 13 с.

108. Кран шаровой. Конструкторский расчет надежности КПЛВ.491815.026-02 РР2 Текст.: ПКТИ «Атомармпроект», В.Новгород, 2007г.; 13 с.

109. Преображенский Н.И. Сжиженные углеводородные газы Текст.: JL, Недра, 1975г.; 279 с.

110. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность Текст.: ГОСТ 14249-89; введ.01.01.1990. Издательство Стандартов, М.,- 1990г.

111. Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках Текст.: ГОСТ 25839-83; введ.01.01.1984. Издательство Стандартов, М.,- 1984.

112. Испытание четырехосных цистерн для перевозки сжиженного газа при аварийных режимах соударения. Отчет по НИР. Московский институт инж. ж.д. транспорта (МИИТ): Руководители темы: Филиппов В.Н., Канивец Р.Ф. -179/91, М., 1991г.- 143с.

113. Временные технические условия на проектирование вагонов для перевозки опасных грузов. Дополнение к нормам расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). ГосНИИВ ВНИИЖТ. М., 1996.