CC BY
43
УДК 629.5.06.001.2:621.643
К. Н. Сахно, До Мань Тат, Р. В. Дженкова
РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ПРИМЕНЕНИЮ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ТРУБ СУДОВЫ1Х СИСТЕМ
Исследуется актуальная проблема повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования. Проведён анализ технологических особенностей изготовления судовых трубопроводов. С целью проверки и назначения минимальных зазоров при проектировании расположения трубопроводов разработаны основные принципы назначения допусков на трубы по следующим направлениям: минимальная величина перемещения соединения (для малонасыщенных помещений); направление, требующее контроля для снижения отклонений трассы (для насыщенных помещений); направления, требующие контроля для снижения отклонений трассы с указанием дополнительных технологических требований (для насыщенных помещений при наличии труб с технологическими припусками). Предложен подход к компенсации отклонений в процессе монтажа труб, предполагающий сборку труб с соединениями, при которой один из концов трубы закрепляется в теоретическом положении, а другой - совмещается с выбранной осью координат, после чего передвижение соединения до совпадения с торцом трубы проводится только вдоль этой оси, не нарушая углового теоретического положения относительно первого соединения. Труба с установленными соединениями имеет теоретические размеры в двух координатных направлениях, в третьем направлении отклонение не превышает рассчитанной при проектировании величины. Предлагаемая разработка позволяет управлять возможными отклонениями, возникающими при изготовлении труб, снижать их и минимизировать зазоры, назначаемые при трассировке трубопроводов, уже на стадии проектирования.
Ключевые слова: трубопроводы, отклонения, проектирование, изготовление, компенсация.
Введение
Рассматривается технология производства судовых трубопроводов с позиции изготовления и монтажа труб в трассах трубопроводов.
Трудоемкость изготовления трубопроводов и монтажа трубопроводных систем на судах составляет до 10-12 % от общей трудоемкости работ на верфи [1]. Технология трубопроводных работ характеризуется большим разнообразием операций и невысоким уровнем механизации. Это производство требует длительной и сложной подготовки.
В связи с вышеизложенным важнейшей тенденцией современного судостроения является повышение эффективности производства путем внедрения новых технологий по изготовлению труб на основе проектной документации без пригонки по месту. Наличие в проектной документации данных, достаточных для изготовления и монтажа труб, позволяет одновременно осуществлять несколько видов работ по постройке судна и сократить сроки выполнения судостроительных заказов. Кроме того, создаются предпосылки для формирования региональных центров, работающих в автоматизированном режиме изготовления труб.
Постановка задачи
С целью снижения трудоёмкости изготовления труб и расхода материалов в соответствии с требованиями, изложенными в нормативной документации [2, 3], заготовки предварительно изготавливаемых труб не имеют припусков на пригонку, кроме того, при их изготовлении опускается операция отрезки припусков, даже если отклонения, возникающие после гибки, удлиняют, а не укорачивают заготовку. Такой подход обусловливает наличие отклонений после изготовления труб (рис. 1). Величины отклонений зависят от погрешностей, допущенных при резке и гибке труб [4]. Влияние погрешностей, допущенных в процессе изготовления, на отклонения в смонтированной трассе трубопровода зависит от методов установки соединений при изготовлении труб.
Практическое
положение
/
/
Теоретическое положение
Рис. 1. Участок трубопровода
Наибольшие отклонения возникают при установке соединений с использованием приспособлений, базирующихся на образующей трубы, т. к. плоскость соединения устанавливается перпендикулярно оси трубы (рис. 2) [2]. При использовании этого способа сохраняются все отклонения по осям координат, возникшие после гибки, а также добавляется угловое отклонение под влиянием погрешностей погибов.
а
Рис. 2. Использование приспособлений: а - приспособление, базирующееся по тыльной стороне фланца; б - приспособление, базирующееся по уплотнительной поверхности фланца
На рис. 3 показаны отклонения монтируемого участка трубопровода, возникшие под влиянием погрешностей изготовления при установке соединений тремя различными способами.
Наибольшие отклонения возникают при установке соединений именно с использованием приспособлений, базирующихся на образующей трубы. Установка соединений с учетом компенсации изменяет только положение соединений в трассе.
Анализируя отклонения, возникновение которых возможно в процессе монтажа таких труб, проектант оперирует величиной только одного отклонения каждой из труб, зная его направление, совпадающее с одной из осей координат. Проведенные исследования показывают, что для большинства труб в качестве компенсирующих осей могут использоваться две и даже три оси координат. Возникает проблема выбора оси координат, в направлении которой отклонения сохраняются в пределах расчётных величин. В качестве критерия выбора может служить величина расчётного смещения соединения по осям координат или направление, необходимое для минимизации отклонения трассы в определённом (контролируемом) направлении.
Варианты выбора направления компенсации отклонений, определяющие основные принципы назначения допусков на трубы
Возможны три варианта выбора направления компенсации отклонений, определяющие основные принципы назначения допусков на трубы:
- по минимальной величине перемещения соединения;
- по направлению, требующему контроля для снижения отклонений трассы;
- по направлениям, требующим контроля, с указанием в чертежах-эскизах на изготовление труб дополнительных технологических требований о необходимости проведения действий, направленных на снижение или исключение отклонений трассы, с учётом фактически возникших отклонений.
Если район монтажа трассы является малонасыщенным, а проектные зазоры, назначенные при трассировке, достаточно велики, целесообразным представляется выбор первого варианта.
Если в трассе отсутствуют трубы, гибка которых требует технологического припуска, а при трассировке возникают зазоры, вызывающие сомнение в достаточности их величин, следует выбрать второй вариант.
Если в трассе имеются трубы, для гибки которых требуется технологический припуск, а при трассировке возникают зазоры, вызывающие сомнение в достаточности их величин, выбираем третий вариант.
Выбор первого варианта предполагает возможное увеличение проектных зазоров после расчета размерных цепей отклонений координатных размеров труб.
с учётом компенсации
Рис. 3. Схема участка трубопровода
При выборе первого варианта по осям координат рассчитываются размерные цепи трассы и определяются размеры зазоров в опасных местах трассы. В ситуации, когда зазоры оказываются меньше суммарных отклонений, необходимо увеличивать зазоры, изменять конфигурацию трассы и, соответственно, размеры труб. При этом требуется проведение повторных расчётов размеров труб.
В случае, если насыщенность помещения не позволяет увеличивать размеры зазоров до размеров, необходимых для учёта отклонений, возникающих при изготовлении труб с применением первого варианта установки соединений, используются второй и третий варианты.
При выборе второго варианта (т. е. в случае отсутствия в трассе труб, для гибки которых необходим технологический припуск), следует определить, в направлении которой из осей координат предполагается контролировать зазор. В дальнейшем трубы, из которых состоит трасса, надо собирать с соединениями таким образом, чтобы чтобы избежать совпадения выбранной оси компенсации отклонений с указанным направлением.
Управление ситуацией осуществляется следующим образом:
1) определяется направление опасного зазора между проектируемой и соседней трассами или конструкциями;
2) анализируется положение каждой трубы в трассе по отношению к опасному зазору, это направление позиционируется на чертёже трубы;
3) в качестве компенсации выбирается ось координат, не совпадающая с направлением опасного (контролируемого) зазора.
Рассмотрим в качестве примера трассу с двумя одинаковыми трубами 1 и 3 (рис. 4). Расчёт компенсационных возможностей показывает, что компенсация отклонений путем изменения теоретического размера трубы в направлении оси X для трубы 1 (и оси У для трубы 3) потребует меньшей величины перемещения, чем в направлении оси У (X).
Однако по результатам анализа положения этих труб в трассе, учитывая необходимость контроля зазора, принимаем решение об установке соединений при изготовлении трубы 1 путем компенсации отклонений с помощью изменения размера трубы в направлении оси У, сохраняя тем самым теоретический размер трубы в направлении оси X, а для трубы 3 - путем компенсации отклонений с помощью изменения размера трубы в направлении оси X. Труба 2 собирается с сохранением размера по оси X. В итоге при монтаже труб, изготовленных подобным образом, трасса не будет иметь отклонений, возникших под влиянием погрешностей изготовления в направлении контролируемого зазора по оси X. Таким образом, трубы 2 и 3 собраны по первому варианту - с минимальной величиной перемещения соединения, а труба 1 - по второму варианту, т. е. с большей величиной.
3
Зазор
<е>
Рис. 4. Трасса (из трёх труб 1, 2, 3) с контролируемым зазором
Рассмотренные в примере трубы не имеют технологических припусков, необходимых для выполнения погибов, и, следовательно, применение третьего варианта не представляется возможным.
Применение третьего варианта выбора оси компенсации отклонений возможно при проектировании трассы с трубой 4, требующей наличия технологического припуска на конце, расположенном на чертеже трассы в направлении оси У (рис. 5), для выполнения погиба. Это позволит подготовить проектную документацию таким образом, что после монтажа труб в трассе будут отсутствовать отклонения, возникшие под влиянием погрешностей изготовления труб как в направлении оси Х, так и в направлении оси У. И действительно, рассмотрев и проанализировав влияние отклонений каждой трубы трассы, сохранившихся после их изготовления, на отклонение трассы, приходим к выводу, что трубы 1, 2 и 3 отклоняются в направлении оси У, т. к. проектант сохраняет неизменными размеры трассы в направлении оси X. Фактические отклонения в направлении оси У будут известны только после изготовления этих труб.
X
Зазоры
Рис. 5. Трасса (из четырёх труб) с контролируемыми зазорами в разных направлениях
Труба 4 (рис. 6) имеет технологический припуск, который можно использовать для компенсации накопившихся отклонений труб 1, 2 и 3. Согласно действующим технологиям технологический припуск, назначаемый для выполнения операции гибки трубы, отрезается сразу после гибки, и труба отправляется на стенд для установки соединений. Величина припуска указывается в чертеже (карте) трубы. При изменении технологии изготовления такой трубы и срезании припуска на величину, необходимую для сборки трубы с соединениями, установленными в требуемое положение, в чертеже на её изготовление необходимо указать дополнительное требование: «Установку соединений производить после определения смещения соединений при изготовлении труб 1, 2, 3. Величины смещений суммировать с соответствующим знаком, второе соединение установить на стенд со смещением по оси У от теоретического положения на полученную величину с соответствующим знаком».
Припуск
и
Х
1
Y
X
2
3
4
Рис. 6. Труба 4 с технологическим припуском
Результатом станет сохранение теоретических размеров как в направлении оси X, так и в направлении оси У. Таким образом, нейтрализуется влияние отклонений, возникающих при изготовлении труб, на назначение зазоров для этой трассы.
Заключение
1. Для проверки и назначения минимальных зазоров при проектировании расположения трубопроводов разработаны основные принципы назначения допусков на трубы:
- по минимальной величине перемещения соединения (для малонасыщенных помещений);
- по направлению, требующему контроля для снижения отклонений трассы (для насыщенных помещений);
- по направлениям, требующим контроля для снижения отклонений трассы, с указанием дополнительных технологических требований (для насыщенных помещений при наличии труб с технологическими припусками).
2. Предлагаемый подход к компенсации отклонений предполагает сборку труб с соединениями, при которой один из концов трубы закрепляется в теоретическом положении, а другой -совмещается с выбранной осью координат, после чего передвижение соединения до совпадения с торцом трубы проводится только вдоль этой оси, не нарушая углового теоретического положения относительно первого соединения. Труба с установленными соединениями имеет теоретические размеры в двух координатных направлениях, в третьем направлении отклонение не превышает рассчитанной при проектировании величины.
3. Предлагаемая разработка позволяет управлять возможными отклонениями, возникающими при изготовлении труб, снижать их и минимизировать размеры зазоров, назначаемых при трассировке трубопроводов, уже на стадии проектирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 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.
2. ОСТ 5.95057-90. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Типовой технологический процесс изготовления и монтажа трубопроводов.
3. 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.
4. Сахно К. Н. Исследование влияния погрешностей изготовления на точность координатных размеров труб сложных судовых технологических комплексов: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2000. 22 с.
Статья поступила в редакцию 08.10.2015
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»; [email protected].
До Мань Тат — Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
Дженкова Рита Владимировна — Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
K. N. Sakhno, Do Manh Tat, R. V. Dzhenkova
DEVELOPMENT OF A METHODOLOGICAL APPROACH TO THE APPLICATION OF COMPENSATIVE POSSIBILITIES OF MARINE PIPING SYSTEMS
Abstract. This paper presents an urgent problem how to increase technology of the marine pipping systems at the designing stage. The analysis of the technological features of manufacture of marine pipelines is made. To check and set the minimum clearance in the design of piping layout, there were developed the basic principles of setting clearance in the tube in the following directions: the minimum amount of displacement of the link (for low-saturated space); the direction, requiring control to reduce the deviation of the route (for saturated space) and the direction requiring control to reduce track deviations, indicating additional technological requirements (for saturated space with the pipes with technological allowances). It is proposed to compensate abnormalities during the mounting of the tubes, involving the assembling of the tubes with compounds, when one end of the tube is fixed in theoretical position but the other one is aligned with the selected axis of the coordinates, after that movement of the joints up to matching with the end of the pipe is carried out only along this axis, without breaking the theoretical angular position relative to the first joint. The pipe with the set connections has theoretical dimensions in two coordinate directions, in the third direction the deviation does not exceed the value calculated while designing. The proposed design allows to control the possible deviations arising in the manufacture of the pipes and to minimize the gaps assigned while tracing pipelines at the designing stage.
Key words: pipelines, deviations, designing, manufacture, compensation.
REFERENCES
1. Sakhno K. N., Vo Chung Kuang. Preimushchestva ispol'zovaniia vzaimno parallel'nykh uchastkov truboprovoda pri proektirovanii trub, prokhodiashchikh pod zashivkoi sudovykh pomeshchenii [Advantages of using mutually parallel parts of the pipeline while designing the pipes laying under the cover of the rooms of the vessels]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia, 2014, no. 2, pp. 99-104.
2. OST 5.95057-90. Sistemy sudovye i sistemy sudovykh energeticheskikh ustanovok. Tipovoi tekhnologicheskii protsess izgotovleniia i montazha truboprovodov [Marine systems and systems of marine power installations. Typical technological process of manufacturing and mounting the pipelines].
3. RD 5R.0005-93. Sistemy sudovye i sistemy sudovykh energeticheskikh ustanovok. Trebovaniia kproekti-rovaniiu, 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 the schemes and charts with coordinates of pipeline routes].
4. Sakhno K. N. Issledovanie vliianiia pogreshnostei izgotovleniia na tochnost' koordinatnykh razmerov trub slozhnykh sudovykh tekhnologicheskikh kompleksov: dis. kand. tekhn. nauk [Study of the influence of errors of manufacturing on accuracy of coordinate pipe sizes of complex marine technological systems: dis. cand. tech. sci.]. Saint-Petersburg, 2000. 22 p.
The article submitted to the editors 08.10.2015
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sakhno Konstantin Nickolaevich — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Technological Equipment"; [email protected].
Do Manh Tat — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Technological Equipment"; [email protected].
Dzhenkova Rita Vladimirovna — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Technological Equipment"; [email protected].
