CC BY
24
УДК 629.5.06.001.2:621.643
К. Н. Сахно
РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДОВ КОМПЕНСАЦИИ СУММАРНЫ1Х ОТКЛОНЕНИЙ В ТРАССАХ ТРУБОПРОВОДОВ СУДОВЫ1Х СИСТЕМ
В результате исследований в области трассировки судовых трубопроводов, в рамках гипотезы о возможности компенсации суммарных отклонений без изменения конфигурации готовых труб, получены следующие основные научные результаты.
1. Сформирована концепция компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов без изменения конфигурации труб.
2. Создана математическая основа определения области компенсации.
3. Разработана методология компенсации суммарных отклонений, которая на стадии проектирования позволяет обеспечить изготовление и гибку труб без получения информации «по месту», создавая условия: для сокращения сроков строительства; повышения производительности путем запараллеливания трубопроводных работ при формировании объекта; снижения, в среднем на 13-15 %, трудоемкости изготовления труб.
4. Предложен ряд изменений и дополнений в действующую нормативную документацию.
Сформированная концепция компенсации суммарных отклонений предполагает использование взаимно параллельных отрезков с соединениями труб для перемещений трасс трубопроводов [1, 2].
В процессе проектирования осуществляется:
— оценка конфигурации проектируемых трасс и поиск взаимно параллельных отрезков;
— выбор приоритетных дуг компенсации;
— уточнение расположения соединений;
— выбор отрезков с припусками, назначение забойных труб и величин припусков;
— корректировка конфигурации трассы (рис. 1).
Рис. 1. Применение результатов исследования в автоматизированных системах проектирования
и технологической подготовки производства
Решение задачи компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов связано с математическим решением задачи о дуговых поверхностях [3].
Исходные данные для задачи о дуговых поверхностях образуются из трасс трубопроводов, описанных координатами X, У, Z точек ломаной линии трассы. Один из отрезков является осью, а любая точка другого отрезка является точкой окружности. Перпендикуляр, опущенный из точки окружности на линию отрезка-«оси», является радиусом.
Приведенная в качестве примера трасса на практике возможна, но «отполирована» с целью наглядной демонстрации возможности компенсации отклонений (рис. 2). В этой трассе из пяти труб (1-У) точка 14 - это та некоторая точка, которая должна принадлежать области £г-, а дуги - части окружностей с осью 1-2 и точками на 3-4; осью 6-7 и точками на 8-9; осью 9-10 и точками на 11-12. Рассматриваемой точкой А является точка 14. Используя технические возможности соединений труб и то, что эти окружности образованы параллельными отрезками,
можно перенести их параллельным переносом, сохраняя положение дуг, в точку 14 и получить исходные данные для решения задачи о дуговых поверхностях. Это случай, когда точка принадлежит области Sl. Точка Q - это любая точка области (в частном случае, параллелепипеда) отклонений. Точка А - это центр параллелепипеда отклонений, а точки А’ - это его вершины (максимальные величины отклонений). Точка Q должна принадлежать области $ (условие полной компенсации - область $1 поглощает область параллелепипеда отклонений).
Рис. 2. Трасса 1
Если убрать первую трубу - I, то в трассе из четырех труб Н-У (рис. 3) имеем две дуги, т. е. можем описать только поверхность, а отрезком-линией, пересекающей эту поверхность, будет направление отрезка 13’-14’ (параллельно 13-14). Это случай, когда линия, параллельная выбранному отрезку трассы, пересекает $■.
Рис. 3. Трасса 2
Если убрать еще одну трубу - III, то в трассе из трех труб II, IV, V (рис. 4) имеем одну дугу, а плоскость, которую она должна пересечь, - это плоскость, параллельная плоскости, образованной участками 4-5 и 5 -9. Это случай о пересечении плоскости, которая параллельна плоскости, образованной двумя участками трассы, с областью Si.
Рис. 4. Трасса 3
Убрав трубу IV (труба II соединится с трубой V (рис. 5)), мы убрали последнюю дугу. На самом деле, при внимательном рассмотрении, дуга есть, она создана окружностью из отрезков 4а-5а и 13-14. Плоскость образована любой парой участков 4а-5а, 5а-12 или 12-13,13-14.
Если рассмотреть трассу на рис. 2 более внимательно, то в ней окажется не три окружности, а девять. Это еще шесть окружностей, образованных участками: 1-2 и 10-11; 1-2 и 13-14; 3-4 и 10-11; 3-4 и 13-14; 2-3 и 7-8; 6-7 и 12-13. Не имея инструмента в виде математического решения задачи в общем случае, это трудно графически представить и решать, тем более что для использования дуги, созданной отрезками 2-3 и 7-8, пришлось бы переносить соединение из точки 4 на отрезок 2-3, а соединение точки 9 - на отрезок 7-8. Поиск совпадений и пересечений необходимо проводить без участия человека. Таких трасс тысячи, а проектируются они с помощью автоматизированных программ.
При решении общего случая задачи возникает возможность найти область компенсации, образуемую всеми дугами. Теперь не нужно выбирать более наглядные дуги (расположенные в пределах одной трубы, параллельные осям координат - как в нашем примере), чтобы предста-
вить образующуюся область, поверхность или дугу. Можно сразу оперировать максимальной областью компенсации, образованной перемещением всех дуг окружностей, и автоматизировать процесс. В общем случае, имея исходные координаты трассы (при постановке задачи), необходимо выбрать взаимно параллельные отрезки: первый из них определяет нормаль, задающую плоскость окружности, а расстояние между этими отрезками (перпендикуляр) определяет радиус окружности с центром на линии первого отрезка (линии неограниченной длины). Это и будут те окружности, которые пересекаются в точке А (рассматриваемой точке трассы) и участвуют в формировании Si области компенсации.
Уточненный алгоритм решения задачи должен выглядеть следующим образом:
- используя математическое решение составленной системы уравнений Si области компенсации, необходимо, посредством увеличения углов а и в от 0° до максимально возможных по техническим соображениям ±15° (до дуг 30°), добиться покрытия области отклонений рассматриваемой точки трассы (в частном случае - параллелепипеда отклонений). Рассматриваемая точка, по определению, являясь центром области отклонений, одновременно принадлежит области компенсации Si, но, в связи с возможным неравенством углов а и в, не всегда находится в ее центре). При получении соответствующего математического и графического ответа имеем положительное решение задачи - область компенсации покрывает область отклонений. Если это не удается, то получение положительного ответа определяет:
- наличие среди отрезков трассы (например, отрезок 5-6, 6-7, 8-9 и др. (рис. 3)) направления, вдоль которого движением Si области компенсации, полученной при а = в = 15°, покрывается вся область отклонений. (Например, если трасса состоит из пяти таких отрезков, то достаточно получить положительный ответ при использовании одного из этих отрезков). При получении соответствующего математического и графического ответа имеем описание новой области, покрывающей область отклонений. Величина вектора движения подлежит численному определению - это величина припуска. Если такого направления нет, то получение положительного ответа определяет:
- наличие среди отрезков трассы двух направлений (например, 4-5 и 5-9 или 12-13 и 13-14 (рис. 4)), вдоль которых, последовательным движением ^ области компенсации (при а = в = 15°), покрывается вся область отклонений. При получении соответствующего математического и графического ответа имеем описание новой области, покрывающей область отклонений. Величины векторов движения подлежат численному определению.
На всех отрезках, выбранных для назначения расчётного припуска, при разделении трассы на трубы должно быть предусмотрено соединение.
Получение отрицательного ответа требует изменения направлений отрезков трассы, т. е. её корректировки, в результате которой, кроме получения отрезков нужных направлений, могут появиться дополнительные пары параллельных отрезков, поэтому алгоритм необходимо повторить с самого начала.
Необходимо предусмотреть решение в случае первоначального отсутствия области компенсации - нет взаимно параллельных отрезков и, соответственно, нет дуг. В этом случае решение задачи сводится к формированию такой области путем корректировки трассы - созданием дуг или к назначению припусков на отрезках трёх разных направлений, т. е. к пригонке двух труб.
На заключительном этапе (при положительном решении), имея математическое описание области, покрывающей область отклонений, необходимо, задаваясь какой-либо точкой области отклонений (точкой Q(x, у, z)), определить: при каких минимальных углах а и в, при использовании минимального количества каких дуг, в движении от своего исходного положения точка А совпадет с точкой Q.
По результатам исследований открывается возможность пригонки забойных труб одновременно с установкой окончательно изготовленных труб. Понятие забойной трубы как трубы, конфигурация которой определяется «по месту», теряет смысл. В новом понимании забойная труба - это труба с расчетными припусками, выбор которой осуществляется на стадии проектирования с использованием разработанного алгоритма компьютерной программы 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 [4].
Заключение
Разработана методология компенсации суммарных отклонений в трассах сложных судовых трубопроводных систем независимо от их диаметров, технологии изготовления и функционального назначения.
Предложен ряд изменений и дополнений в действующую нормативную документацию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сахно К. Н. Основные результаты научных исследований в области трассировки судовых трубопроводов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. - 2009. - № 1. - С. 88-90.
2. Сахно К. Н. Научные основы компенсирования суммарных отклонений в трассах трубопроводов судовых систем // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Морская техника и технология. - 2008. -№ 5 (46). - С. 14-18.
3. 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.
4. 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 23.07.2009
DEVELOPMENT OF ENGINEERING METHODS OF COMPENSATION OF TOTAL DEVIATIONS IN ROUTES OF SHIP SYSTEM PIPELINES
K. N. Sakhno
The methodology of compensation of total deviations in routes of complicated ship pipeline systems regardless of their diameters, production technology and functional purpose is considered in the paper. A set of changes and additions into the current normative documentation is offered.
Key words: ship pipelines, design, compensation field, mounting.
