Analysis of the temperature effect on the stress-strain state of the tank car boiler during steaming

Безперебійність перевезення наливних паливно-мастильних вантажів є однією з головних задач, які зараз особливо гостро стоять перед залізничним транспортом України. При цьому номенклатура (світлі та темні нафтопродукти, мазути) наливних вантажів та обмеженість кількості (пов’язано з застарілістю існуючого парку вагонів-цистерн та не можливістю його оновлення в військових умовах) відповідного рухомого складу вимагають постійного і якісного забезпечення очищення котлів вагонів-цистерн. Зазначене обумовлено необхідністю оперативного застосування вагонів-цистерн для перевезення різних видів вантажів. Сучасні технології очищення котлів пов'язані з прикладенням температурних навантажень до їх котлів, а саме з промивально-пропарювальними роботами. Сказане безпосередньо впливає на напружено-деформований стан котлів вагонів-цистерн. Що в свою чергу обумовлює необхідність проведення науково-дослідних робіт з визначення температурного впливу на напружено-деформований стан котла вагона-цистерн при промивально-пропарювальних операціях. Саме вирішення такого науково-прикладного завдання і стало метою досліджень, відображення результатів яких наведено в даному розділі монографії.

Для досягнення поставленої мети були визначені та вирішені наступні науково-прикладні задачі. Проаналізовано існуючі інформаційні джерела з відповідної тематики. Далі представлено технічне описання та вимоги до сучасних конструкцій вагонів-цистерн та їх котлів. Потім представлено використану та адаптовану під поставлені задачі моментну теорія оболонок. На основі цієї математичної теорії визначені значення навантажень в контрольних точках котла вагона-цистерни. Спираючись на ці результати відбулось настроювання побудованої в сучасному комп’ютерному обчислювально-програмному комплексі розрахункової моделі. Яка розраховувалась за допомогою метода скінчених елементів та доведена до адекватного рівня. Розроблена адекватна скінчено-елементна модель включає оптимальну кількість скінчених елементів та вузлів: 10182768 елементів та 18655084 вузлів. В якості скінчених елементів використані тетраедри та трикутники. З використанням розробленої адекватної скінчено-елементної моделі відбулись розрахунки температурного навантаження симуляцію прикладання гарячого пару. При цьому температура гарячої пари становить 160 °C, а розрахунковий період 20 хвилин. В результаті розрахунків з'ясовано що при температурному навантаженні парою найбільша температура нагрівання котла становлить 71,3 °C. На основі отриманих результатів температурних симуляцій сформовані вхідні дані для визначення напружено-деформованого стану котла вагона-цистерни. Результати розрахунків дозволили встановити, що максимальні значення напружень становлять 173 МПа та не перевищують допустимих значень. Тобто при проведенні промивально-пропарювальних операцій умова міцності виконується.

Отримані результати симуляцій температурних навантажень і відповідних ним напружено-деформованих станів будуть корисними при проведенні подальших науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт з обраної тематики. До того ж отримані результати та напрацювання можуть бути використані в освітній діяльності при підготовці здобувачів різних рівнів освіти.