Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Исследуется современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов. Рассматривается проблема повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования с обеспечением возможности изготовления труб без снятия размеров по месту и ее решение в рамках исследований взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей трубопроводных трасс. Рассматривается проблема компенсационных возможностей прямых труб в трассах с одним погибом и в трассах с двумя и более погибами. Установлено, что 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 (не лежащими в одной плоскости) область компенсации представляет собой трехмерное тело. Усовершенствована методика вычисления возможной области компенсации с целью сокращения объемов вычисления. В рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов изложена идея использования прямых труб для перемещений трассы трубопровода с целью компенсации погрешностей изготовления труб и монтажа жёстко фиксированных соединений оборудования, изделий насыщения и т. п., что обеспечивает собираемость трассы без изменения конфигурации готовых труб.

Ключевые слова:
трубопроводы, проектирование, изготовление, монтаж, погиб
Текст
Введение Развитие науки и применение новых технологий в судостроительной отрасли превратило судно в сложный технологический комплекс, состоящий из различного вида оборудования, механизмов и конструкций, работа которых обеспечивается системами трубопроводов. Появление новых типов многофункциональных судов, усложнение применяемого оборудования влекут за собой увеличение количества труб различного назначения и конфигурации, которые необходимо компактно размещать на судне [1]. Протяженность трубопроводов судовых систем и систем энергетических установок на современных крупных судах составляет десятки километров [2]. Так, протяженность систем трубопроводов на танкере «British Progress» составляет 81 километр [3]. В современном судостроении доля изготавливаемых трубопроводов «в задел» составляет около 40 %. Оставшаяся часть труб может быть изготовлена только после снятия размеров на месте, что отрицательно сказывается как на сроках постройки судна, так и на конечной стоимости производимых работ [4]. В связи с вышеизложенным исследование компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов для повышения эффективности производства путем внедрения технологии изготовления труб по проектной информации является одной из важнейших отраслевых тенденций современного судостроения. В проектах судов существуют прямые трассы, трассы параллельных участков и трассы с погибами. Установлено, что на практике монтаж трасс с погибами осуществляется с нарушением требований, предусмотренных действующими нормативами [5, 6]. Рассмотрим компенсационные возможности прямых труб в трассах с погибами. Трассы с одним погибом В трассах, имеющих только один погиб, как и в прямых трассах, нет параллельных участков по определению. При выборе в качестве забойной трубы с одним погибом имеется возможность, используя технологические припуски на её концах, компенсировать отклонения только в двух направлениях, в плоскости трубы. При этом остаётся некомпенсированным отклонение в направлении, перпендикулярном плоскости трубы. Компенсировать его путём установки соединений с перекосом на одной трубе невозможно из-за превышения допустимого угла перекоса, что было показано при рассмотрении прямых трасс [1]. Допустимое перемещение при установке соединений с перекосом у трубы с погибом будет меньше, чем у прямой трубы. Развёрнутая длина трубы с погибом, так же как и длина прямой, будет составлять 1,5-2,5 м в зависимости от диаметра трубы: чем больше диаметр, тем короче труба. Величина смещения трубы с погибом за счёт допустимого перекоса зависит от длины участка трубы, примыкающего к прямой трубе, который по определению короче развёрнутой длины. Используя тот же подход, что и в прямых трассах, отклонения можно компенсировать при использовании прямых труб со смещением соединений. Достаточно двух прямых труб, чтобы компенсировать любое отклонение величиной ± (А1 + А2) в любом направлении, перпендикулярном направлению этих труб. После поворота прямых труб на необходимые для компенсации отклонения углы достаточно назначить один припуск на участке, совпадающем с направлением прямых труб. Труба (прямая или с одним погибом), на которой будет назначен припуск, и является забойной (рис. 1). Рис. 1. Область компенсации трассы с одним погибом: r = A · n - радиус цилиндра (A - величина смещения, n - количество прямых труб в трассе); l - размер припуска; h = 2l - высота цилиндра Рассмотрим возможность компенсации отклонений в трассах с одним погибом, состоящих из двух труб - прямой и трубы с погибом. Наиболее очевидной является компенсация с использованием поворота прямой трубы в сочетании с перекосом установки соединения на участке, примыкающем к прямой трубе, и припуском, назначенным на этом участке забойной трубы (трубы с погибом). Недостатком такого способа компенсации является наличие «мёртвой зоны», которая будет возникать в большинстве случаев в связи с тем, что длина прямой трубы больше длины одного участка трубы с погибом, поэтому величина допускаемого смещения у прямой трубы А2 больше величины допускаемого смещения трубы с погибом A1 [1]. Величины смещений могут отличаться значительно, что увеличивает размер «мёртвой зоны» и делает применение такого способа компенсации проблематичным. Рассмотрим возможность компенсации отклонений с помощью поворота прямой трубы и назначения двух припусков на забойной трубе с погибом. При таком способе «мёртвая зона» отсутствует, но максимальная величина компенсации r - радиуса основания цилиндра (рис. 1) будет ограничена величиной смещения прямой трубы A, что может оказаться недостаточным для выполнения компенсации (рис. 2). Область компенсации - это цилиндр, разрезанный по диаметру со вставленным параллелепипедом (рис. 3). Рис. 2. Вид области компенсации без смещения соединений забойной трубы Рис. 3. Область компенсации трассы с одним погибом, состоящей из двух труб, без смещения соединений забойной трубы: h1 = 2l1; h2 = 2A + 2l2; r3 = A Если при пригонке забойной трубы дополнительно использовать установку соединений с необходимым перекосом, то радиус полуокружностей увеличится на величину R (рис. 4) и область компенсации расширится до необходимых значений (рис. 5). Рис. 4. Вид области компенсации трассы с одним погибом, состоящей из двух труб Рис. 5. Область компенсации с использованием прямой трубы и двух дополнительных припусков: ; ; Таким образом, для трасс с одним погибом область компенсации образуется при сочетании прямой трубы со второй прямой трубой или с трубой, имеющей участок, не параллельный направлению прямой трубы. В результате исследований компенсационных возможностей трасс с одним погибом установлено следующее: - трасса с одним погибом, в которой имеются две прямые трубы и более, может собираться с использованием тех же приёмов, что и трасса, состоящая только из прямых труб; - трасса, состоящая из двух труб, - прямой и трубы с погибом - может собираться с использованием разворотов прямой трубы, припусков на обоих концах трубы с погибом и установки на этой трубе соединений с допустимым перекосом в процессе пригонки. Трассы с двумя и более погибами Рассмотрим возможность применения разработанного метода компенсации с использованием прямых труб в обычных трассах - трассах с двумя и более погибами. Соединения на прямые трубы устанавливаются взаимно параллельно, но с допустимым перекосом к оси трубы, что обеспечивает смещение трассы при монтаже. При наличии в трассе двух прямых труб, расположенных на одной линии, компенсация осуществляется, как и в прямых трассах [1]. При этом в процессе поворота прямых труб необходимо контролировать, чтобы направления всех участков трассы, расположенных по ходу монтажа за прямыми трубами, сохранялись параллельными их первоначальному положению. При наличии в трассе двух прямых труб, расположенных параллельно, компенсация осуществляется поэтапно. На первом этапе смещение трассы от прямой трубы 1 компенсируется второй прямой трубой 3, и конечный участок трассы занимает теоретическое положение (рис. 6). Рис. 6. Монтаж трассы в теоретическом положении конечного участка На втором этапе компенсируется отклонение P взаимного положения жёстко фиксированных соединений, ограничивающих трассу (рис. 7). С помощью прямых труб 1 и 3 и приёмов, использованных в прямых трассах, компенсируются отклонения в направлениях, перпендикулярных осям этих труб. При повороте в соединениях трубы 1 необходимо контролировать, чтобы направления всех участков трассы, расположенных по ходу монтажа за прямой трубой 1, сохранялись параллельными их первоначальному положению. В результате последний участок трассы займёт положение I. После поворота трубы 3 на необходимый для компенсации отклонений угол и поворота трубы 4 на тот же угол, но в обратном направлении, последний участок трассы займёт необходимое для сборки положение - фактическое положение трассы после монтажа (рис. 7). Если сначала повернуть трубу 3, то после обратного поворота трубы 4 последний участок трассы займёт положение II (рис. 7). При повороте трубы 1 и расположенной за ней части трассы на необходимый для компенсации в обратном направлении угол, последний участок трассы займёт необходимое для сборки положение - фактическое положение трассы после монтажа (рис. 7). Рис. 7. Компенсация отклонений трассы с использованием двух взаимно параллельных прямых труб Таким образом, если в трассе имеются две и более прямые трубы, расположенные на одной линии или взаимно параллельно, то путём их поворотов в соединениях можно осуществлять компенсацию отклонений трассы любой конфигурации так же, как компенсацию отклонений в прямых трассах. Если в трассе только одна прямая труба 1, т. е. трубы 3 нет (см. рис. 6), то за счёт припуска на участке трубы 4, параллельном направлению прямой трубы, устраняется отклонение трассы от фактического положения второго жёстко фиксированного соединения в указанном направлении. Труба 1 поворачивается для компенсации отклонения в направлении, перпендикулярном плоскости трассы (см. рис. 6), и часть трассы, расположенная за прямой трубой возвращается в положение, параллельное первоначальному. Направление последнего участка трассы совпадёт с направлением фактического положения второго жёстко фиксированного соединения, и, за счёт припуска на последнем участке трубы, 4 трасса занимает необходимое для сборки положение - фактическое положение трассы после монтажа (рис. 7). Необходимая величина компенсации в направлении, перпендикулярном плоскости трассы (см. рис. 6), достигается путём установки соединений на забойную трубу 4 с допустимым перекосом. Если трасса состоит из двух труб - прямой 1 и трубы с параллельными участками 2 (труб 3 и 4 нет, см. рис. 6), то сочетаниями их разворотов в соединениях достигается компенсация отклонений в плоскости, перпендикулярной плоскости прямой трубы. Для компенсации отклонений в направлении прямой трубы назначается припуск на трубе с параллельными участками (забойной трубе). Действия по компенсации аналогичны рассмотренным выше для трассы с одной прямой трубой. Второй припуск не требуется - его роль выполняет дуга компенсации, образованная трубой с параллельными участками. Таким образом, перемещение трасс для компенсации отклонений, возникающих в процессе их монтажа из готовых труб, можно осуществлять с использованием прямых труб, изготавливаемых со смещением осей соединений. Необходимым условием полной компенсации отклонений, без применения забойных труб, является наличие в трассе двух пар прямых труб некомпланарных направлений (рис. 8, 9). Для компенсации отклонений ΔX и ΔZ используются развороты первой пары прямых труб 1 и 2. Путём обратных поворотов трубы 3 в соединении с трубой 2 сохраняется необходимое направление конечного участка трассы. Рис. 8. Компенсация отклонений трассы с двумя парами прямых труб Для компенсации отклонения ΔY используются повороты второй пары прямых труб 4 и 5 (рис. 8). В результате трасса переместится в необходимое для сборки положение при сохранении необходимого направления последнего участка. Припуск (забойная труба) для создания области компенсации не требуется. Области компенсации каждой пары прямых труб - плоские, ограниченные окружностями радиусом, равным сумме смещений пары прямых труб. Для создания объёмной области компенсации используется последовательное сочетание двух плоских областей компенсации (рис. 9). Рис. 9. Область компенсации с использованием двух пар прямых труб Таким образом, в ходе монтажа трасс с погибами при установке соединений труб можно компенсировать отклонение жёстко фиксированных соединений, ограничивающих трассу, перемещая конец трассы путём поворотов труб. Заключение В ходе исследований компенсационных возможностей трасс различной конфигурации с двумя и более погибами установлено: - перемещение трасс, не имеющих параллельных участков, для компенсации отклонений можно осуществлять, используя прямые трубы, изготовленные со смещением осей соединений; - определены минимально необходимые сочетания элементов конфигурации трасс трубопроводов для возможности компенсации отклонений при монтаже систем из готовых труб - это две прямые трубы, прямая труба и труба с одним погибом (или с погибами и разнонаправленными концевыми участками), а также прямая труба и труба с параллельными концевыми участками.
Список литературы

1. Сахно К. Н. Актуальность использования компенсационных возможностей прямых труб при проектировании, изготовлении и монтаже трубопроводных систем / К. Н. Сахно, Нго Жа Вьет, Во Чунг Куанг // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2015. № 2. С. 22-26.

2. OSHA (Occupational Safety and Healf Administration). Shipyard Industry Standards. U. S. Department of Labor, 2014. 312 p.

3. Lingwood J. Significant Ships of 2000 / J. Lingwood, T. Knaggs, Ch. Brown. London: The Royal Institution of Naval Architects, 2001. 95 p.

4. Сахно К. Н. Научные основы повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования: дис.. д-ра техн. наук. Астрахань, 2012. 353 с.

5. ОСТ 5.95057-90. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Типовой технологический процесс изготовления и монтажа трубопроводов.

6. 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.