CC BY
60
УДК 629.5.06.001.2:621.643
К. Н. Сахно
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ТРАССИРОВКИ СУДОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Введение
При создании сложных технологических комплексов, имеющих в своей конструкции многочисленные системы трубопроводов, особенно актуальны вопросы, связанные с сокращением сроков строительства и повышением производительности трубопроводных работ. Одной из главных проблем является обеспечение достоверности проектной информации для изготовления и монтажа отдельных труб. Рассмотрение вопросов на примере трассировки судовых трубопроводов составило основу диссертационного исследования, результаты которого изложены ниже.
Актуальность работы обусловлена тем, что современное судно представляет собой сложный технологический комплекс, состоящий из различного вида оборудования, механизмов и других конструкций, которые обеспечивают работу системы трубопроводов. Появление новых многофункциональных типов судов, усложнение оборудования влечет за собой увеличение количества труб различной конфигурации, которые необходимо компактно размещать на судне. Форма и размеры отдельных труб, необходимые для их изготовления, определяются пространственным расположением всего трубопровода. Традиционная технология и организация постройки судна предусматривает определение пространственного расположения трубопроводов «по месту» на строящемся объекте, с учетом размещения смежного оборудования, электротрасс и трубопроводов других систем. При этом точность обеспечивается за счет большого объема пригоночных работ, связанных с изменением размеров отдельных элементов труб, сборкой их с большим количеством дополнительных ручных операций «по месту».
За последние 30 лет трудоемкость всех трубопроводных работ (изготовление и монтаж на судне) выросла с 5 до 10-12 % от общей трудоемкости постройки судна, а на некоторых проектах, в частности рыбопромысловых судов, - до 14-17 %.
В этих условиях одной из важнейших отраслевых тенденций современного судостроения является повышение эффективности производства путем внедрения технологии предварительного изготовления труб по проектной информации без пригонки «по месту». Наличие в проектной документации достоверной информации, достаточной для предварительного изготовления и монтажа отдельных труб, позволяет «запараллелить» работы по постройке судна и сократить сроки выполнения судостроительных заказов. Появляется возможность создания региональных центров, работающих по автоматизированной технологии изготовления труб.
Новая технология предъявляет определенные требования к процессу проектирования, который должен обеспечить точность взаимного расположения труб и оборудования, снижение трудоемкости сборочных работ, повышение качества документации по трубопроводным системам, в частности, основанное на научно обоснованных методах их проектирования. В настоящее время, даже при самом тщательном отношении к процессу проектирования с использованием современных автоматизированных систем, доля предварительно изготавливаемых труб не превышает 60 %. Сохранение проблемы обусловливается необходимостью изменения конфигурации трасс трубопроводов для компенсации погрешностей изготовления и монтажа труб, а также конструкций корпуса, изделий насыщения, механизмов, оборудования при сборке судовых систем.
Цель и задачи исследования: сформировать научные основы проектирования трасс сложных трубопроводных систем, установить влияние погрешностей изготовления на отклонения координатных размеров труб и разработать методы компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов:
— сформулировать концепцию проектирования и сборки трасс трубопроводов;
— на основе изучения процесса получения труб различной конфигурации создать математическую базу для определения влияния погрешностей выполнения типовых операций изготовления на точность координатных размеров труб;
— установить взаимосвязь конфигурации и отклонений координатных размеров труб;
— разработать расчетную и методическую базу для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов с учетом законов рассеивания суммарных погрешностей изготовления отдельных труб;
— сформировать научные основы компенсирования суммарных отклонений в трассах трубопроводов;
— установить возможность компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов без изменения конфигурации труб;
— разработать методы проектирования и сборки трубопроводных систем, позволяющие компенсировать суммарные отклонения в трассах трубопроводов.
Методика исследований носит теоретико-экспериментальный характер. Решение научной задачи ищется в рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб и возможности компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов без изменения конфигурации готовых труб. Используется математический аппарат аналитической геометрии, векторной алгебры, теории вероятностей и размерных цепей.
Научная новизна заключается в следующем: сформирована концепция компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов без изменения конфигурации труб; создана математическая модель области компенсации; установлены аналитические зависимости, определяющие влияние точности выполнения операций резки и гибки на отклонения координатных размеров труб; расширено представление о возможности применения теории пространственных размерных цепей при проведении размерного анализа в процессе проектирования трасс трубопроводов; разработана методика расчетов, основанная на взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб.
Практическая ценность заключается в возможности проектирования трасс трубопроводов с учетом отклонений координатных размеров и гибки труб без получения информации «по месту». Это сокращает сроки строительства, повышает производительность путем «запараллеливания» трубопроводных работ при формировании объекта и снижает (в среднем на 13-15 %) трудоемкость изготовления труб. Судостроительные предприятия могут отказаться от дорогостоящего оборудования для гибки труб, способствуя созданию региональных центров, работающих по автоматизированной технологии изготовления труб. Результаты исследования применимы при проектировании трасс трубопроводов, независимо от их функционального назначения, в системах CAD/CAM проектирования трубопроводов и технологической подготовки производства.
Работа прошла апробацию во ФГУП «Адмиралтейские верфи», ОАО «Выборгский судостроительный завод», АО «Астраханская судоверфь», ООО «Астраханское судостроительное производственное объединение».
Основное содержание работы представлено в семи главах и ряде публикаций [1-9].
В первой главе рассматривается современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов.
Во второй главе рассматривается процесс получения труб различной конфигурации и создается математическая база для определения влияния погрешностей выполнения типовых операций изготовления на точность координатных размеров труб.
Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям, цель которых - подтверждение гипотезы о взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб и проверка изложенных во второй главе математических соотношений.
Четвертая глава посвящена разработке расчетной и методической базы для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов с учетом законов рассеивания суммарных погрешностей изготовления отдельных труб.
Пятая глава посвящена формированию научных основ компенсирования суммарных отклонений в трассах трубопроводов.
Шестая глава посвящена экспериментальным и производственным исследованиям реальных трасс трубопроводов для типовых судовых систем.
Седьмая глава посвящена разработке инженерных методов проектирования и сборки трубопроводных систем, позволяющих компенсировать суммарные отклонения в трассах трубопроводов.
Предлагаются изменения и дополнения в нормативную документацию [10].
Заключение
Результаты исследования могут быть использованы в системах CAD/CAM проектирования трубопроводов, технологической подготовки производства и открывают возможность:
- расположения трубопроводов с учетом научно обоснованных предельных отклонений и обеспечения заданных требований трассировки;
- совершенствования технологии изготовления труб по проектной информации с целью увеличения объема предварительно изготавливаемых труб без пригонки «по месту».
Результаты разработки применимы при проектировании трасс трубопроводов, независимо от их функционального назначения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сахно К. Н. Проектирование сложных судовых трубопроводных систем с учетом погрешностей их изготовления: моногр. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008. - 84 с.
2. Сахно К. Н., Иткин В. Ю. Задача о дуговых поверхностях как научное обоснование теории проектирования судовых трубопроводов // Изв. высш. учеб. завед. Северо-Кавказ. регион. Технические науки. - 2008. - № 2. - С. 12-14.
3. Сахно К. Н. Научные основы компенсирования суммарных отклонений в трассах трубопроводов судовых систем // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. - № 5 (46). - С. 14-18.
4. Микитянский В. В., Сахно К. Н. Проектирование и монтаж трасс сложных судовых трубопроводных систем // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2007. - № 9. - С. 3-6.
5. Сахно К. Н. Экспериментальные исследования по внедрению интеллектуальных элементов управления трубопроводных работ // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2007. - № 2 (37). - С. 40-44.
6. Микитянский В. В., Сахно К. Н. Проблемный анализ трубопроводных систем при создании сложных технических комплексов // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2006. - № 11. - С. 43-46.
7. Сахно К. Н. Экспериментальные исследования трубопроводных систем // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2006. - № 2 (31). - С. 203-207.
8. Сахно К. Н. Исследования методов проектирования и технологии сборки трубопроводных систем // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2005. - № 10. - С. 3-6.
9. Сахно К. Н. Разработка научного подхода к решению задач проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2005. - № 2 (25). - С. 145-152.
10. 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 3.02.2009
MAIN RESULTS OF SCIENTIFIC RESEARCHES IN THE FIELD OF TRACING OF SHIP PIPELINES
K. N. Sakhno
The problems of projection, production and mounting of ship pipelines are considered in the article. The results of the scientific researches which have been carried out in Astrakhan State Technical University since 1995 are given.
Key words: ship pipelines, projection, mounting.
