CC BY
63
УДК 629.5.06.001.2:621.643
К. Н. Сахно
АНАЛИЗ ТРАССИРОВКИ СУДОВЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
НА ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ
В настоящее время при трассировке судовых трубопроводов обеспечивается возможность изготовления и монтажа с использованием пригонки забойных труб, требующих для начала их изготовления уточнения размеров по месту. 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 % общего количества труб. В насыщенных помещениях эта величина составляет более 50 %. В связи с этими обстоятельствами увеличивается трудоемкость 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 судовых трубопроводных систем на технологичность и обеспечения возможности изготовления трубопроводов без уточнения размеров отдельных труб по месту. Анализ направлен на определение условий и возможностей компенсации отклонений координатных размеров во взаиморасположении элементов, соединяемых трассами трубопроводов, с учетом погрешностей изготовления труб.
В качестве примера рассмотрим два варианта трассировки трассы трубопровода между жестко фиксированными объектами (условно: приварыш в точке 1 и патрубок насоса в точке 7) (рис. 1, 2).
Предположим, что в районе участка (3-4) находится препятствие, которое можно обойти сбоку - первый вариант трассировки (см. рис. 1) или сверху - второй вариант (см. рис. 2). Оба варианта трассировки имеют одинаковую протяженность и количество погибов, что делает их идентичными с точки зрения расходов материалов и трудоемкости. Таким образом, у проектанта в настоящее время нет критериев, дающих преимущества одной из трассировок, и он выберет ее произвольно. Рассмотрим каждую трассу на предмет использования технологии, не требующей уточнения размеров по месту для осуществления гибки труб и предполагающей возможности исключения пригонки. Для этого, в рамках концепции компенсации отклонений [1, 2], определим наличие в трассах параллельных участков. Обе трассы имеют четыре пары параллельных участков. Это пары: (1-2)/(3-4); (1-2)/(6-7); (3-4)/(6-7); (2-3)/(4-5) (см. рис. 1) и пары: (1-2)/(3-4); (1-2)/(6-7); (3-4)/(6-7); (2-3)/(5-6) (см. рис. 2).
Проанализируем трассу на рис. 1. Пары (1-2)/(3-4) и (2-3)/(4-5), путем соответствующих разворотов, позволяют осуществить компенсацию выявившихся в процессе монтажа отклонений в направлении одной и той же оси Ъ.
Пары (1-2)/(6-7) и (3-4)/(6-7) не позволяют перемещать трассу в направлении одной оси, а перемещают ее одновременно в направлении осей У и Ъ. Если использовать любую из этих пар, например (1-2)/(6-7), для компенсации отклонений в направлении оси У (АУ), то примерно на такую же величину увеличатся отклонения в направлении оси Ъ (АЪ). Это искусственно созданное дополнительное отклонение невозможно будет компенсировать с помощью пары (1-2)/(3-4) из-за малого радиуса дуги. Чтобы получить возможность компенсации в направлении оси У, необходимо участок (3-4) приблизить к участку (6-7) (рис. 3). Такое изменение не увеличит длину трассы и количество погибов. Чем короче останется участок (4-5), тем меньше будут дополнительные отклонения в направлении оси Ъ при использовании пары (3-4)/(6-7) для компенсации отклонений в направлении оси У. Кроме этого, увеличится радиус дуги при использовании пары (1-2)/(3-4), а это расширит возможность компенсации в направлении оси Ъ и позволит компенсировать дополнительно созданное отклонение.
Трасса, изображенная на рис. 2, не требует корректировки и имеет возможность компенсации отклонений во всех трех направлениях осей координат. Пара участков (1-2)/(3-4) позволяет компенсировать отклонения в направлении оси У, пара (2-3)/(5-6) - по оси X, незначительно увеличивая отклонения в направлении оси Ъ, а пара (3-4)/(6-7) - по оси Ъ, незначительно увеличивая отклонения в направлении оси У. Пара (1-2)/(6-7), так же как и на рис. 1, перемещает трассу сразу в двух направлениях - У и Ъ и не используется по тем же причинам.
г
» *
Рис. 1. Первый вариант трассировки
1 3
Рис. 2. Второй вариант трассировки
Рис. 3. Первый вариант трассировки, скорректированный
С учетом вышеизложенного можно констатировать, что различные варианты прокладки трассы между одними и теми же объектами при одинаковом количестве погибов и одинаковом количестве пар параллельных участков дают разные возможности компенсации отклонений.
Рассмотрим возможные варианты расстановки соединений на этих трассах.
Первоначальные варианты расстановки соединений в обеих трассах не позволяют использовать выбранные для компенсации отклонений пары параллельных участков (рис. 4). Чтобы обеспечить возможность компенсации, соединения должны находиться на участках, используемых для компенсации.
Так, в трассе 1 (рис. 4, а) отсутствует соединение на участке (3-4). Участок (3-4) является параллельным участкам (1-2) и (6-7). Пара участков (1-2)/(3-4) может быть использована для компенсации отклонений в направлении оси Ъ, а пара (3-4)/(6-7) - в направлении оси У (см. рис. 3). Для этого необходимо соединение с участка (2-3) перенести на участок (3-4) (рис. 5). Наличие соединения позволит, путем соответствующих разворотов, компенсировать отклонения в направлении осей У и Ъ, а припуск на участке (6-7) - отклонения в направлении оси X. Припуск назначен на участке (6-7), т. к. предполагается монтаж трассы с соединения в точке 1. Если монтировать трассу с противоположного соединения в точке 7, то припуск должен назначаться на участке (1-2).
а б
Рис. 4. Первоначальные варианты расстановки соединений: а - в трассе 1; б - в трассе 2
В трассе 2 (см. рис. 4, б), так же как и в трассе 1 (см. рис. 4, а), отсутствует соединение на участке (3-4). Участок (3-4) является параллельным участкам (1-2) и (6-7). Пара участков (1-2)/(3-4) может быть использована для компенсации отклонений в направлении оси У, а пара (3-4)/(6-7) -в направлении оси Ъ (см. рис. 2). Для этого необходимо добавить соединение на участок (3-4); а также, для полной компенсации отклонений без использования припусков, необходимо соединение с участка (4-5) перенести на участок (5-6) (рис. 5). Это позволит компенсировать отклонения в направлении оси X, используя пару участков (2-3)/(5-6), и изготовить все трубы заранее без уточнения размеров по месту и пригонки труб.
а б
Рис. 5. Рекомендуемые варианты расстановки соединений: а - в трассе 1; б - в трассе 2
Таким образом, правильная расстановка соединений позволяет использовать все возможности компенсации отклонений, заложенные в конфигурации трассы.
Результаты исследований доказывают необходимость проведения на стадии проектирования анализа трасс на технологичность. Изменить трассировку, показанную на рис. 1, на трассировку, показанную на рис. 2, или на трассировку, показанную на рис. 3, имеет право только проектант. Корректировка конфигурации трассы влечет за собой внесение изменений в электронную модель судна, проведение всего комплекса оптимального проектирования, проверку возможных наложений и ограничений. То же и с расстановкой соединений.
Необходимо отметить, что анализ двух вариантов трассировки был осуществлен визуально, вручную. Визуально были определены параллельные участки трасс, вручную наносились направления и величины радиусов окружностей, по дугам которых осуществлялась компенсация отклонений, и визуально определялись направления компенсаций. Направления компенсаций сравнивались с направлениями осей координат и на основании этого выбирались пары параллельных участков, используемых для компенсации отклонений в направлении координатных осей. Если даже автоматизировать выполнение указанных ручных операций, остается сложная интерактивная работа на компьютере опытных, специально обученных для выполнения этой работы специалистов. На современном судне трасс, ограниченных жестко фиксированными соединениями, тысячи, поэтому проведение такого анализа потребует значительного увеличения объема конструкторских работ. В связи с этим задачей дальнейшего исследования является формирование теоретических основ компенсации и разработка математического аппарата для обеспечения возможности автоматизации процесса проведения анализа трасс на технологичность.
Выводы
1. Различные варианты прокладки трассы между одними и теми же объектами при одинаковом количестве погибов и одинаковом количестве пар параллельных участков дают разные возможности компенсации отклонений.
2. Правильная расстановка соединений позволяет использовать все возможности компенсации отклонений, заложенные в конфигурации трассы.
3. Применение результатов исследования на стадии проектирования связано с необходимостью автоматизации процесса проведения анализа трасс на технологичность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сахно К. Н. Научные основы проектирования трасс судовых трубопроводных систем // Судостроение. - 2009. - № 6. - С. 60-63.
2. Сахно К. Н. Научные основы компенсации отклонений трасс судовых трубопроводных систем // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. - 2010. - № 1. - С. 30-36.
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 2.07.2010
MANUFACTURABILITY ANALYSIS OF MARINE PIPELINE SYSTEMS LAYOUT
K. N. Sakhno
The problem of providing manufacturability to marine pipeline systems is considered in the paper. Its solution within the framework of the research to find out a possibility to manufacture pipelines without specification of sizes of separate pipes at the place by means of the analysis of layout at the design stage is discussed. The purpose of the analysis is to determine conditions and possibilities of compensation of coordinate sizes deviations in the relative arrangement of the elements connected with pipeline routes taking into account errors of pipes manufacturing.
Key words: pipelines, designing, compensation of deviations.
