Научные основы компенсирования суммарных отклонений в трассах трубопроводов судовых систем Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 629.5.06.001.2:621.643

К. Н. Сахно

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ КОМПЕНСИРОВАНИЯ СУММАРНЫХ ОТКЛОНЕНИЙ В ТРАССАХ ТРУБОПРОВОДОВ СУДОВЫХ СИСТЕМ

В статье рассматривается гипотеза о возможности компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов без изменения конфигурации готовых труб. Предлагается концепция проектирования и сборки трубопроводных систем с учетом практических рекомендаций по ее применению.

Постановка задачи

Траектория трубопровода (трасса) задается последовательностью точек 71,72, ..., Тт . Каждая из них может быть либо точкой изгиба (изменения направления трассы), либо точкой фланцевого соединения двух труб (без изменения направления трассы). Номера (индексы) точек фланцевого соединения задаются массивом 51, в2, ..., в1. При необходимости могут быть вычислены по Т. Трасса должна соединить начальное и конечное фланцевые соединения, точное положение которых (относительно друг друга) в момент проектирования трассы неизвестно. Погрешность определяется областью возможных отклонений конечной точки трассы (кратко -область отклонений). Эта область задается в виде прямоугольного параллелепипеда (определяется по результатам размерного анализа). Трубы, для которых начальный и конечный прямые участки параллельны, можно поворачивать вокруг их оси до ограничения соседними конструкциями. При этом оставшаяся часть трассы перемещается в пространстве без изменения положения. Область, которую опишет конечная точка А = Тт, называется областью компенсации возможных отклонений. Необходимо:

— построить уравнение области компенсации;

— выяснить, поглощается ли область отклонений областью компенсации.

Построение области компенсации

При повороте трубы с параллельными концами вокруг её оси конечная точка трубы описывает дугу окружности. При этом конечная точка трассы движется по «параллельной» ей окружности (т. е. по 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 [1].

Подробный вывод уравнения представлен в [1]:

ОН(^, t2,/3) = Я1 е1(е08(^1 ) — 1)+Я1п1 8ш(^ )+Я2е2(с08(/2 ) — 1)+Я2и2 8т(/2) +

+ Я1 е3 С08(/3 ) + Я3 и3 8т(/3 ) + ОС3,

— а1 < /1 £в; —а2 < <р2; —а3 < /3 <р3.

Область компенсации Бк, полученная по к дугам (к > 3):

ОНк^ ..., /к ) = £ (я'е,- М/' )— 0 + Ягиг 81П(/г ))+ Якек + ОСк,

I =1

— аг < /г <Рг; г = I 2 - к.

Область компенсации S3, полученная по трем дугам (рис. 1):

Рис. 1. Трасса + область компенсации S3

Область отклонений

Допустим, что область отклонений задана в виде параллелепипеда, т. е. заданы максимальные отклонения от конечной точки трассы по каждой из координат А = Ах, Ау, Аг . Если нам известны поверхности, ограничивающие область (£3), то можно для каждой поверхности построить сетку НІ (достаточно грубую, например 10^10), найти отклонения от точки А

5ух, 5 "у, 5'1 г = ОНІ — ОА и выяснить, попадают ли точки сетки внутрь параллелепипеда

(рис. 2).

4001

200

0

-200 -400 -600 г -800 -1000 -1200 -1400 -1600 -1800

-4500

-4400

-4300 у -4200

-4100

3320

_т-"'Г’'3080 _ —- 3120

^ 3160

^^-"'3200 .-т"',п'3240 х 3280

Рис. 2. Область компенсации не полностью поглотила параллелепипед отклонений

|5г1х| < Ах, |5г1у| < Ау, 5'1 г < Аг.

Если ни одна из точек поверхностей не попадает внутрь параллелепипеда - значит, область компенсации поглотила область отклонений (рис. 3).

-600 ■ -800

-1000■ г

-1200■

-1400■

Рис. 3. Область компенсации поглощает параллелепипед отклонений

Чтобы определить, на какие углы следует повернуть трубы для попадания в реальную конечную точку А', следует численно решить систему уравнений

онк (*!,..., 1к )=оА—оА.

Использование взаимно параллельных участков с соединениями труб для компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов является основополагающей идеей гипотезы о возможности компенсации суммарных отклонений без изменения конфигурации труб. Теоретические разработанные положения, с использованием возможностей современной вычислительной техники, открывают перспективу экспериментального подтверждения выдвигаемой гипотезы и применения результатов исследований в реальном проектировании.

Экспериментальное подтверждение и практические рекомендации

Основные этапы экспериментальных и производственных исследований:

— выбор трассы трубопровода между двумя жесткими точками: по чертежу и на судне;

— определение фактических отклонений собранной трассы (компенсация с изменением конфигурации труб);

— определение расчетной области компенсации и, при необходимости, пригоняемого отрезка с припуском на основе теоретических положений в рамках гипотезы о возможности компенсации суммарных отклонений без изменения конфигурации труб (табл.).

Фрагмент таблицы компенсации суммарных отклонений

№ трассы Координаты пригоняемого участка трассы, мм Компенсация Припуск, № отрезка и знак

Начальная точка, теоретическая Конечная точка Вектор фактиче- ская, мм расчетная, мм

теоретическая фактическая

1 х -3 570 -3 570 -2 005 0 -21 ± 422 -

у -150 90 98 240 8 - 10-11(+)

г 1 730 1 730 1 718 0 -12 ± 318

2 х -1 680 -1 680 1 718 0 18 ± 71

у 1 980 1 980 -1 698 0 -18 ± 88

г 2 100 1 770 1 756 -330 -14 - 9-10 (+)

Сопоставление фактической и расчетной компенсации с учетом припусков подтверждает правильность разработанной математической модели области компенсации. Подтверждается гипотеза о возможности компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов без изменения конфигурации готовых труб.

Сформированная по результатам исследований концепция проектирования и сборки трубопроводных систем предполагает использование взаимно параллельных участков с соединениями труб для компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов. В процессе проектирования осуществляется:

— оценка конфигурации проектируемых трасс и поиск взаимно параллельных участков;

— выбор приоритетных дуг компенсации;

— уточнение расположения соединений;

— выбор отрезков с припусками и назначение забойных труб;

— корректировка конфигурации трассы.

Монтаж труб и пригонка забойных труб осуществляются одновременно. Определив фактические отклонения монтируемой трассы, используя расчетную программу, можно определить, какие дуги использовать, на какие углы поворачивать отдельные участки для монтажа трассы.

Понятие забойной трубы, как трубы, конфигурация которой определяется «по месту», теряет смысл (рис. 4, 5).

Рис. 4. Монтируемый участок трассы

Рис. 5. Забойная труба

В новом понимании забойная труба - это труба с расчетными припусками, выбор которой осуществляется на стадии проектирования с использованием разработанного алгоритма компьютерной программы [2] на основе авторской концепции о возможности компенсации суммарных отклонений без изменения конфигурации труб. Соответствующую запись предлагается внести в отраслевой стандарт, ныне руководящий документ РД 5Р.0005-93 [3].

Заключение

Таким образом, в результате исследований:

— сформирована концепция компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов без изменения конфигурации труб;

— создана математическая модель области компенсации;

— предложены инженерные методы проектирования и сборки трубопроводных систем с учетом возможной компенсации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сахно К. Н. Разработка теории проектирования трасс трубопроводов с учетом возможных перемещений при монтаже // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. - № 2 (43). - С. 12-16.

2. Сахно К. Н. Алгоритм решения задачи компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов // Машиностроение и техносфера XXI века: Сб. тр. XIV Междунар. науч.-техн. конф. в г. Севастополе. -Донецк: ДонНТУ, 2007. - Т. 3. - С. 259-265.

3. ОСТ 5.0005-81 / 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. - Л.: НПО «Ритм».

Статья поступила в редакцию 7.08.2008

SCIENTIFIC BASES OF COMPENSATION OF TOTAL DEVIATIONS IN PIPELINE ROUTES OF SHIP SYSTEMS

K. N. Sakhno

The hypothesis of possibility of compensation of total deviations in pipeline routes without change of configuration of ready pipes is considered in the article. The conception of projection and coupling of pipeline systems taking into consideration practical recommendations of its application is offered.

Key words: pipeline, projection, coupling.