CC BY
203
УДК 629.5.06.001.2:621.643
К. Н. Сахно
ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ СУДОВЫ1Х СИСТЕМ
Современное судно представляет собой сложный технологический комплекс, состоящий из различного вида оборудования, механизмов и других конструкций, для обеспечения работы которых служат системы трубопроводов. Появление новых многофункциональных типов судов, усложнение применяемого оборудования влекут за собой увеличение количества труб различной конфигурации, которые необходимо компактно размещать на судне. Форма и размеры, необходимые для изготовления отдельных труб, определяются пространственным расположением всей трассы трубопровода.
Традиционные технологии изготовления и монтажа систем трубопроводов предусматривают их трассировку по месту на строящемся объекте, с учетом размещения оборудования, корпусных конструкций и различных систем. При этом необходимая точность достигается значительным объёмом пригоночных работ, связанных с изменением размеров отдельных элементов труб, их сборкой с большим количеством дополнительных ручных операций по месту, а также с применением специальных технологических шаблонов.
За последние 30 лет трудоёмкость всех трубопроводных работ (изготовление труб и их монтаж на судне) выросла с 5 до 10-12 % от общей трудоёмкости постройки судна, а на некоторых проектах, в частности рыбопромысловых судов, - до 14-17 %. Многие операции по монтажу трубопроводов лежат на критическом пути и тем самым влияют на общую продолжительность постройки судна.
В силу указанных причин важнейшей тенденцией современного судостроения является повышение эффективности производства путем внедрения технологии предварительного изготовления труб по проектной информации без пригонки по месту. Наличие в проектной документации достаточной информации для предварительного изготовления и монтажа труб позволяет совместить работы по постройке судна и сократить сроки выполнения судостроительных заказов. Кроме того, создаются предпосылки для формирования региональных центров, работающих в автоматизированном режиме изготовления труб.
Новая технология предъявляет определенные требования к процессу проектирования трубопроводов и систем, который должен обеспечить: точность взаимного расположения труб и оборудования; снижение трудоёмкости сборочных работ; повышение качества документации по трубопроводам судовых систем, обусловленное научно обоснованными методами их проектирования, с обеспечением возможности изготовления наибольшего количества труб окончательно в цехе без шаблонов, макетов или пригонки на судне; увеличение доли предварительно изготавливаемых труб с 40 до 60-70 % (рис. 1).
25 %
35 %
Рис. 1. Технологические группы труб: 1 - предварительно изготавливаемые трубы;
2 - трубы, изготавливаемые по размерам с места; 3 - забойные трубы
Решению данных проблем посвящены работы Б. А. Горелика, Н. О. Гончара, К. М. Дойхена, А. Ф. Литвинова, А. Б. Маслова, А. И. Рыбалова, М. И. Чугаевского, В. А. Синицкого, В. И. Куч-меля, А. А. Бендицкого, А. Н. Авласенко, А. Н. Беркова, И. М. Рыбаченко и др. Однако, несмотря на большой объём выполненных исследований, сохраняется необходимость снятия размеров по
месту для изготовления труб (в насыщенных помещениях - до 60 % от общего количества труб), и проблема повышения технологичности трубопроводов на стадии проектирования остаётся весьма актуальной. Дальнейшее решение этой проблемы сдерживается отсутствием соответствующей концепции при выполнении судостроительных заказов и её научного обоснования.
Тема согласуется с проводимыми в отрасли научно-исследовательскими работами по созданию бесшаблонной автоматизированной технологии проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов.
Областью исследований являются методы решения задач проектирования, изготовления и монтажа трубопроводов судовых систем, в частности разработка прогрессивных направлений повышения технологичности трубопроводов, обеспечивающих сокращение циклов постройки и снижение трудоёмкости трубопроводных работ при выполнении судостроительных заказов и повышение на этой основе эффективности судостроительного производства.
Цель исследований - разработка теоретических основ обеспечения технологичности трубопроводов судовых систем на основе геометрического моделирования формы труб и компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Обосновать перспективы повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования.
2. На основе анализа современных подходов к проектированию, изготовлению и монтажу судовых трубопроводов разработать концепцию повышения технологичности трубопроводов, исключающую необходимость снятия размеров по месту при выполнении судостроительных заказов.
3. Разработать теоретические основы и методику оценки точности изготовления труб на стадии проектирования.
4. В рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей трубопроводных трасс установить возможность компенсации отклонений трасс трубопроводов, ограниченных жестко фиксированными соединениями, без применения забойных труб.
5. С целью применения результатов исследований в автоматизированных системах проектирования и технологической подготовки производства разработать математическое описание компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
6. Выполнить комплекс необходимых экспериментальных исследований для подтверждения адекватности разработанных математических формул и концепции в целом.
7. Разработать методологию повышения технологичности трубопроводов судовых систем на основе геометрического моделирования формы труб и компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
В настоящее время при трассировке судовых трубопроводов обеспечивается возможность изготовления и монтажа с использованием пригонки забойных труб, требующих для начала их изготовления снятия размеров по месту (рис. 1). По действующей технологии, забойные трубы должны компенсировать погрешности изготовления и монтажа труб, установленных в линии, а также конструкций корпуса, изделий насыщения, механизмов, оборудования. Забойные трубы, в зависимости от класса и назначения судна, составляют 20-40 % от общего количества труб. В насыщенных помещениях эта величина составляет более 50 %. С учетом этих обстоятельств увеличивается трудоёмкость изготовления трубопроводов и сроки монтажных процессов, затягивается процесс постройки судна в целом [1-4].
Предлагаемое решение проблемы связано с необходимостью проведения на стадии проектирования анализа трассировки систем трубопроводов на технологичность и обеспечение возможности их изготовления без снятия размеров по месту. Анализ направлен на определение условий и возможностей компенсации отклонений координатных размеров во взаиморасположении элементов, соединяемых трассами трубопроводов, с учетом погрешностей изготовления труб (рис. 2).
Рис. 2. Алгоритм реализации компенсационных возможностей проектной трассировки
Перспективами внедрения результатов исследования является их использование при проектировании, изготовлении и монтаже судовых трубопроводов (рис. 3).
Рис. 3. Интеграция результатов исследований в автоматизированных системах проектирования
и технологической подготовки производства
Траектория трубопровода (трасса) задается последовательностью точек Ть Т2, Tm. Каждая из них может быть либо точкой изгиба (изменения направления трассы), либо точкой соединения двух труб (без изменения направления трассы). Часть трассы, у которой начальный и конечный участки параллельны, используется для перемещения конечной точки трассы, разворачивая трассу в соединениях, находящихся на этих участках, до ограничения соседними конструкциями. Область, которую опишет при этом конечная точка A = Tm, называется областью компенсации возможных отклонений.
При вращении пары взаимно параллельных участков образуется дуга окружности Sb определяемая уравнением
OF(t ) = Re cos (t)+Ru sin (t)+ OC, -a< t <b, (1)
где F - произвольная точка окружности; R - радиус окружности; e, u - базис окружности;
OC - центр окружности; t - угол разворота в пределах -а, р.
Область компенсации S2, полученная по двум дугам:
OH2 (t1, t2 ) = R^ (cos(t1 )-1) + R1 u1 sin(t1)+R2e2 cos(t2)+R2u2 sin(t2)+OC2,
-«і <t1 <Рі, (2)
- «2 < t2 < P22.
Область компенсации $З, полученная по трем дугам:
OH3(t1,t2,t3) = R1e1 (cos (t1)-1) + R1u1 sin (t1)+R2e2 (cos (t2)-1) + R2u2 sin(t2)+
+ R3 e3 cos (t3 ) + R3 u3 sin (t3 )+ OC2,
-«1 < t1 <p1, (3)
-«2 < t2 <P2,
- a3 < t3 < P3.
Область компенсации Sk, полученная по k дугам (k > 3):
OHk(t1- . tk ) = £ R ei (cos (ti)-1) + Ri u sin (ti))+ Rk ek + OCk
i=1
-a1 < t1 <b1, i = 1, 2,..., k.
(4)
Последовательность трубопроводных работ, проводимых в отдельном районе судна, в котором в соответствии с графиком постройки необходимо осуществить монтаж систем трубопроводов, будет следующей:
1. Монтаж предварительно изготовленных труб.
2. Пригонка соединений забойных труб на судне или, при наличии специализированных стендов, - в цехе.
3. Окончательное изготовление забойных труб в цехе (сварка установленных соединений, химическая обработка и др.).
4. Монтаж забойных труб.
5. Испытание трубопроводов на плотность.
Фактически все работы, проводимые на объекте, будут производиться в два этапа: 1 + 2 и 4 + 5, т. к. заготовки уже согнутых забойных труб будут доставлены вместе с предварительно изготовленными трубами, что позволит выполнить их пригонку в каждой трассе сразу по окончании работ по монтажу основных труб. Временной разрыв в работах между этими двумя этапами значительно уменьшится, т. к. в пункте 3 отсутствуют операции гибки труб.
Таким образом, кроме снижения трудоёмкости трубопроводных работ, создаются предпосылки сокращения сроков строительства всего судна.
Основным результатом проведённых исследований является следующее.
Разработан новый концептуальный и методологический подход к повышению технологичности трубопроводов на основе геометрического моделирования формы труб и компенсационных возможностей трубопроводных трасс. Этот подход исключает необходимость снятия размеров по месту, направлен на сокращение циклов постройки и снижение трудоёмкости трубопроводных работ при выполнении судостроительных заказов и повышение на этой основе эффективности судостроительного производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сахно К. Н. Научные основы проектирования трасс судовых трубопроводных систем // Судостроение. - 2009. - № 6. - С. 60-63.
2. Сахно К. Н. Анализ трассировки судовых трубопроводных систем на технологичность // Вестн. Аст-рахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. - 2010. - № 2. - С. 14-18.
3. ОСТ 5.95057-90. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Типовой технологический процесс изготовления и монтажа трубопроводов.
4. РД 5Р.0005-93. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Требования к проектированию, изготовлению и монтажу труб по эскизам и чертежам с координатами трасс трубопроводов.
Статья поступила в редакцию 21.02.2011
MANUFACTURABILITY IMPROVEMENT OF PIPELINS OF SHIP SYSTEMS
K. N. Sakhno
The problem of manufacturability improvement of pipelines of ship systems at the stage of designing and providing the possibility of pipes manufacturing without taking sizes at the place, and its solution within the framework of the research of the configuration interrelation and compensation possibilities of pipeline routes are considered in the paper. The definition of research problems and main results, their introduction into automated systems of designing and technological preparation of production are given, the prospects of pipeline manufacturability rise when carrying out ship-building orders are proved.
Key words: pipelines, designing, manufacturability.
