CC BY
60
УДК 629.5.06.001.2.621.643
К. Н. Сахно, Нго Жа Вьет, Во Чунг Куанг
АКТУАЛЬНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРЯМЫХ ТРУБ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, ИЗГОТОВЛЕНИИ И МОНТАЖЕ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
Рассмотрено современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов. Представлен обзор исследований в области компенсации отклонений трубопроводных трасс. Рассматривается проблема повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования с обеспечением возможности изготовления труб без снятия размеров по месту и ее решение в рамках исследований взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей трубопроводных трасс. Рассмотрены современные методы повышения технологичности трубопроводов судовых систем при проектировании, изготовлении и монтаже. В рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов изложена идея об использовании прямых труб для перемещений трассы трубопровода с целью компенсации погрешностей изготовления труб и монтажа жёстко фиксированных соединений оборудования, изделий насыщения и т. п., что обеспечивает собираемость трассы без изменения конфигурации готовых труб. Определены задачи диссертационного исследования.
Ключевые слова: трубопроводы, проектирование, изготовление, монтаж.
Введение
Исследование компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов способствует повышению эффективности судостроительного производства путем совершенствования технологий изготовления и монтажа труб, ориентированных на сокращение циклов постройки и снижение трудоемкости трубопроводных работ при выполнении судостроительных заказов [1].
В настоящее время доля изготавливаемых «в задел» трубопроводов составляет порядка 40 %. Оставшаяся часть труб может быть изготовлена только после снятия размеров на месте, что отрицательно сказывается как на сроках постройки судна, так и на конечной стоимости производимых работ [2].
За последние 30 лет трудоёмкость всех трубопроводных работ (изготовление труб и их монтаж на судне) увеличилась с 5 до 10-12 % от общей трудоёмкости постройки судна, а на некоторых проектах рыбопромысловых судов - до 14-17 %. Многие операции по монтажу трубопроводов лежат на критическом пути и тем самым влияют на общую продолжительность постройки судна [3].
С целью разработки альтернативных путей компенсации в [1] выдвинута и обоснована гипотеза о взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов. Её основополагающей идеей является использование прямых участков с соединениями труб для перемещений трассы трубопровода. Это позволит компенсировать суммарные отклонения жестко фиксированных соединений, ограничивающих данную трассу, а также погрешности изготовления и монтажа труб, что обеспечит собираемость трассы без изменения конфигурации готовых труб.
Компенсация отклонений в трассах трубопроводов
В проектах судов существуют прямые трассы и трассы с одним погибом. Установлено, что на практике монтаж таких трасс осуществляется с нарушением нормативных требований, предусмотренных действующими технологиями [4, 5]. Так, допускаемая несоосность при сборке последнего соединения, в соответствии с действующими нормативами, у наиболее податливых трасс составляет не более 2 мм [4]. Отклонения взаимного положения центров жёстко фиксированных соединений, ограничивающих трассу, определяются величинами другого порядка и, с учётом рекомендаций по назначению припусков на забойных трубах, составляют 50-100 мм [4, 5].
На рис. 1 показана трасса, состоящая из четырёх прямых труб 1-4, ограниченная жёстко фиксированными соединениями I, II. Взаимное расположение этих соединений отличается от
теоретического на величину отклонений ДХ, ДУ, А^ По действующим требованиям к технологичности трубопроводов для компенсации отклонений в трассе, ограниченной жёстко фиксированными соединениями, требуется забойная труба [5]. Выбор забойной трубы в прямой трассе не является предметом сложного анализа - ею может быть любая труба, за исключением трубы 3, на которой имеется ответвление - отросток, что не допускается в забойной трубе [4, 5]. В качестве забойной выбирается труба 4 - для монтажа трассы от приварной детали насыщения I, а не от оборудования II, которое устанавливается в процессе постройки судна позднее, чем приварное насыщение (рис. 1).
Рис. 1. Компенсация отклонений прямой трассы с использованием забойной трубы
Назначением на трубе 4 припуска гарантированно устраняется отклонение трассы в направлении оси X. Отклонения АУ и AZ можно устранить, установив соединения, в процессе пригонки забойной трубы, с перекосом относительно её оси. Допустимый перекос регламентируется соответствующими нормативами [4, 5] и в угловых величинах определяется соотношением
5
sin ф = — , d
где 5 - величина отклонения соединений от перпендикулярности к оси трубы, d - диаметр уп-лотнительной поверхности соединения.
Длина забойной трубы, необходимая для компенсации отклонения А прямой трассы, определяется соотношением
L = -*-
sin ф
Так, для трассы из труб диаметром 76 мм sin ф < 2/122. Необходимая длина прямой забойной трубы, которой можно компенсировать возникшее отклонение АУ = 100 мм путём установки соединений с допустимым перекосом, составит 6,1 м - это нереально. Длина забойной трубы обычно назначается в пределах 1,5-2,5 м, в зависимости от диаметра трубы: чем больше диаметр, тем короче труба. Такой принцип выбора длины обусловлен ограничением массы трубы в связи с тем, что в процессе пригонки труб применяется ручной труд, а с тяжёлыми трубами работать сложно. При длине трассы 2,5 м, состоящей из труб диаметром 76 мм, можно компенсировать отклонение не более 41 мм.
По результатам аналогичных расчётов для труб разных диаметров установлено, что величина отклонений, которые можно компенсировать путём установки соединений с перекосом, находится в пределах от 35 до 65 мм при длине трубы 2,5 м, что меньше значений возможных отклонений (до 100 мм). В результате прямая труба, выбранная в качестве забойной в прямой трассе, ограниченной жёстко фиксированными соединениями, будет изготовлена с недопустимым перекосом соединений, т. е. проектирование таких трасс недопустимо. Фактически прямые трассы монтируются, а отклонения устраняются с помощью механического воздействия, что приводит к образованию недопустимых напряжений в соединениях. Отметим, что неперпендикулярность установки соединений на прямой забойной трубе обычно превышает регламентируемые значения [4].
Таким образом, изготовление в задел труб прямых трасс по действующим технологиям невозможно без нарушения соответствующих нормативных требований [4, 5].
Трассу можно представить теоретической осью - ломаной, состоящей из прямых участков, расположенных в разных направлениях. Трассы состоят из отдельных труб. В результате определенные участки ломаной содержат точки соединения двух соседних труб [1]. Если представить, что начало каждой следующей трубы жестко закреплено по направлению первого участка этой трубы, то при повороте трубы с параллельными концами конечная точка трубы описывает дугу окружности. Если следующую часть трассы повернуть во втором соединении этой трубы на такой же угол в обратном направлении, то конечная точка трассы движется по параллельной ей окружности (т. е. окружности с тем же радиусом и в параллельной плоскости).
При одновременном вращении двух разных труб с параллельными концами конечная точка движется по некоторой поверхности (если оси этих труб не параллельны). При вращении трех и более труб с тремя некомпланарными осями (т. е. не лежащими в одной плоскости) область компенсации представляет собой трехмерное тело.
Чем больше дуг, тем больше вариантов выбора необходимого объёма, который поглощал бы параллелепипед возможного фактического положения точки - точки жёсткого соединения, ограничивающего трассу (параллелепипед образован предельными отклонениями, обычно 15-100 мм, по трём координатам, в зависимости от цепочки накопленных отклонений оборудования, фундаментов, конструкций и т. п.).
В качестве примера на рис. 2 представлено положение труб и их соединений в трассе. Первое соединение трубы 1 имеет перекос, что приводит к отклонению трассы. Второе соединение не имеет явного перекоса - трасса отклоняется ещё больше. Явный перекос имеется в соединении труб 2 и 3, поэтому дальнейшее отклонение трассы прекращается. В результате величина отклонения трассы от теоретического положения А = А1 + А2 (рис. 2).
Рис. 2. Влияние точности установки соединений на отклонения трассы трубопровода
Если поворачивать трассу в первом соединении трубы 1, трасса будет менять направление отклонения, но перемещаться будет только на постоянную величину А1 + А2 (рис. 2). Это обусловлено тем, что при повороте трубы 2 величина и направление отклонения трассы не изменяются.
Если на трубах 1 и 2 соединения установлены с явным перекосом, но взаимно параллельно, то конечный участок трассы может быть возвращен в теоретическое положение (рис. 3). Это достигается последовательно поворотом трубы 2 на 180° и, для сохранения направления отростка, поворотом трубы 3 на 180° в обратном направлении.
Поворачивая трубы 1 и 2 на разные углы, можно перемещать конечный участок трассы на любую величину в пределах ± (А1 + А2) в любом направлении, перпендикулярном направлению трассы.
Таким образом, для прямой трассы, состоящей из двух и более труб, при установке соединений неперпендикулярно оси трубы, но взаимно параллельно, можно компенсировать отклонение жёстко фиксированных соединений, ограничивающих трассу, перемещая конец трассы путём поворотов труб.
Постановка задач диссертационного исследования
С учетом вышеизложенного нами были определены задачи предстоящего диссертационного исследования:
— исследовать влияние особенностей конфигурации (наличие прямых труб) на компенсацию отклонений трасс трубопроводов;
— разработать математическое описание компенсационных возможностей трасс трубопроводов различных конфигураций;
— создать автоматизированную компьютерную программу расчета и определения компенсационных возможностей трассы трубопровода;
— предложить методы повышения технологичности трубопроводов судовых систем.
Заключение
Решение поставленных задач по исследованию компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов будет способствовать повышению эффективности судостроительного производства путем совершенствования технологий изготовления и монтажа труб, ориентированных на сокращение циклов постройки и снижение трудоемкости трубопроводных работ при выполнении судостроительных заказов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сахно К. Н. Научные основы повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования: дис. ... д-ра техн. наук / К. Н. Сахно. Астрахань, 2012. 353 с.
2. Сахно К. Н. Преимущества использования взаимно параллельных участков трубопровода при проектировании труб, проходящих под зашивкой судовых помещений / К. Н. Сахно, Во Чунг Куанг // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2014. № 2. С. 99-104.
3. Сахно К. Н. Современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа трубопроводов судовых систем. Постановка задач исследования / К. Н. Сахно, П. Ю. Сергеев // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2013. № 1. С. 54-60.
4. ОСТ 5.95057-90. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Типовой технологический процесс изготовления и монтажа трубопроводов. Л.: НПО «Ритм».
5. 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. СПб.: ЦНИИТС.
Статья поступила в редакцию 11.03.2015, в окончательном варианте - 14.04.2015
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Сахно Константин Николаевич - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, доцент; профессор кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; к^ак1то@ mail.ru.
Нго Вьет Жа - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
Во Куанг Чунг - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
K. N. Sakhno, Ngo Gia Viet, Vo Trung Quang
IMPORTANCE OF USING COMPENSATORY POSSIBILITIES OF STRAIGHT PIPES IN DESIGN, MANUFACTURE AND MOUNTING OF PIPELINE SYSTEMS
Abstract. The paper considers the current state of the design, manufacture and installation of marine pipelines. An overview of the researches in the field of pipeline compensate deviations is presented. The problem of manufacturability improvement of the pipelines of the ship systems at the stage of designing, providing the possibility of manufacturing the pipes without taking sizes at the place, and its solution within the framework of the research of the configuration interrelation and compensation possibilities of the pipeline routes are considered. The modern methods of improving processing the pipelines of the ship systems in the design, manufacture and installation are studied. According to the hypothesis on the relationship of configuration and compensation opportunities of project tracing of the pipelines, there has been set an idea of using the straight pipes to move the pipeline in order to compensate the errors in the manufacture of the pipes and installation of the fixed joints of the equipment, saturation products, etc. It provides assemblability of tracks without reconfiguration of the finished pipes. The tasks of the dissertation research are stated.
Key words: pipelines, designing, manufacture, mounting.
1. Sakhno K. N. Nauchnye osnovy povysheniia tekhnologichnosti truboprovodov sudovykh sistem na stadii proektirovaniia: dis. ... d-ra tekhn. nauk [Scientific foundations of improvement of the technological parameters of pipelines of marine systems at the stage of designing. Dis. doc. tech. sci.]. Astrakhan, 2012. 353 p.
2. Sakhno K. N., Vo Chung Kuang. Preimushchestva ispol'zovaniia vzaimno parallel'nykh uchastkov tru-boprovoda pri proektirovanii trub, prokhodiashchikh pod zashivkoi sudovykh pomeshchenii [Advantages of using parallel sections of the pipeline when designing the pipes, running under the coating of ship units]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia, 2014, no. 2, pp. 99-104.
3. Sakhno K. N., Sergeev P. Iu. Sovremennoe sostoianie voprosa proektirovaniia, izgotovleniia i montazha truboprovodov sudovykh sistem. Postanovka zadach issledovaniia [Present state of the issue of designing, manufacturing and mounting of the pipelines of the ship systems]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia, 2013, no. 1, pp. 54-60.
4. OST 5.95057-90. Sistemy sudovye i sistemy sudovykh energeticheskikh ustanovok. Tipovoi tekh-nologicheskii protsess izgotovleniia i montazha truboprovodov [Marine systems and systems of marine power installations. Typical technological process of manufacturing and mounting the pipelines]. Leningrad, NPO «Ritm».
5. RD 5R.0005-93. Sistemy sudovye i sistemy sudovykh energeticheskikh ustanovok. Trebovaniia k proektirovaniiu, izgotovleniiu i montazhu trub po eskizam i chertezham s koordinatami trass truboprovodov [Marine systems and systems of marine power installations. Requirements to designing, manufacturing and mounting of the pipes by schemes and drawings with coordinates of pipeline tracks]. Saint-Petersburg, TsNIITS.
Sakhno Konstantin Nickolaevich - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment"; [email protected].
Ngo Viet Gia - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment"; [email protected].
Vo Quang Trung - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment"; [email protected].
REFERENCES
The article submitted to the editors 11.03.2015, in the final version - 14.04.2015
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
