Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопросов точности и обеспечения герметичности производства и ремонта промышленной трубо проводной арматуры и решаемые задачи 13
1.1. Объекты исследований и состояние их качества 13
1.2. Анализ основных факторов повышения качества герметизации трубопроводной арматуры 29
1.3. Комплексные системы обеспечения герметичности запорных устройств трубопроводной арматуры и автоматизация производства 44
1.4. Задачи исследований 54
ГЛАВА 2 Системный, структурный, функционально-эксплуатационный анализ и моделирование эксплуата-ционной системы и трубопроводной арматуры 57
2.1. Системный анализ трубопроводной арматуры 57
2.2. Математическое моделирование и анализ трубопроводной арматуры и структуры эксплуатационной системы 76
2.3. Исследования и функционально-эксплуатационный анализ свойств трубопроводной арматуры 85
ГЛАВА 3 Математическое моделирование и исследования конструктивно-эксплуатационной точности запорных устройств различных типов трубопроводной арматуры 100
3.1. Моделирование работы затвора 100
3.2. Исследования точности при напряженно-деформированном состоянии базовых элементов затвора 112
3.3. Моделирование, исследования, анализ и расчет протечек рабочей среды с учетом точности герметизирующих элементов затвора 140
ГЛАВА 4 Исследования точности технологических процессов и нормирование уплотнений запорных устройств трубопроводной арматуры 165
4.1. Модели формирования качества, нормирование герметичности и уплотнений 165
4.2. Размерный анализ и исследования точности узлов затвора 175
4.3. Исследования и анализ точности технологических процессов изготовления и ремонта уплотнений 189
ГЛАВА 5 Разработка средств измерений и автоматизация обработки измерительной информации для обеспечения точности производства и ремонта трубопроводной арматуры ..
5.1. Принципы разработки средств измерений метрических параметров уплотнений запорных устройств 213
5.2. Тригонометрические методы измерений параметров уплотнений 219
5.3. Автоматизированные средства измерений геометрических параметров межуплотнительного пространства 238
5.4. Средства измерения метрических параметров уплотнений с автоматической обработкой измерительной информации 258
ГЛАВА 6 Исследования и обеспечение герметичности и точности её оценки при испытаниях промышленной трубопроводной арматуры 279
6.1. Анализ методов испытаний трубопроводной арматуры 279
6.2. Моделирование испытательной системы для трубопроводной арматуры 294
6.3. Структурный анализ испытательного оборудования.. 306
6.4 Методологические принципы создания испытательного оборудования 318
ГЛАВА 7 Автоматизация в процессе обеспечения качества арматурного производства 330
7.1. Модели систем качества арматурного производства 330
7.2. Структура системы управления качеством 333
7.3. Автоматизация в системе управления качеством 339
7.4. Автоматизированная подсистема принятия решения в системе управления качеством проектирования 351
Заключение и основные выводы 373
Список литературы 378
Приложения
- Анализ основных факторов повышения качества герметизации трубопроводной арматуры
- Математическое моделирование и анализ трубопроводной арматуры и структуры эксплуатационной системы
- Исследования точности при напряженно-деформированном состоянии базовых элементов затвора
- Автоматизированные средства измерений геометрических параметров межуплотнительного пространства
Введение к работе
В условиях перехода к рыночным отношением и обеспечения
стабильного роста промышленного производства оптимизировалась потребность в трубопроводной арматуре. Рыночные условия поставили ряд новых задач, без решения которых невозможно дальнейшее интенсивное развитие арматуростроения. К таким задачам необходимо отнести повышение качества арматуры, снижение издержек на ее производство, техническое обслуживание и ремонт, что в целом определяет проблему повышения конкурентоспособности. Важнейшими, базовыми показателями качества промышленной трубопроводной арматуры являются герметичность и ресурс герметичности запорных устройств. Обеспечение этих нормированных показателей представляет собой многогранную проблему, которая требует комплексного подхода к решению на этапах подготовки производства, изготовления, эксплуатации и сервисного обслуживания арматуры. Это приобретает особое значение в связи с повышением гибкости производства, что позволяет оперативно реагировать на потребности рынка, в связи с организационной разобщенностью процессов создания арматуры, ее монтажа и автоматизацией химико-технологических систем, элементом которых является трубопроводная арматура.
В процессе конструкторско-технологической подготовки производства, изготовления арматуры, ее монтажа, технического обслуживания и ремонтов наибольшие трудности вызывает необходимость обеспечения точности геометрических параметров. Точность влияет на герметичность, её ресурс, надежность, экономичность изготовления и другие важнейшие показатели качества трубопроводной арматуры. Проблема качества герметизации арматуры должна решаться на базе современных информационных технологий, которые гарантируют высокую достоверность получаемых результатов и позволяют все работы выполнять с высокой степенью автоматизации, используя современные средства автоматизированного проектирования и
управления. При такой постановке срок разработки проектов создания новых
Ф видов арматуры, мощностей по её изготовлению и ремонту значительно
сокращается.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В рамках решения
общегосударственных проблем качества арматуростроение занимает одно из ведущих мест. Высокая значимость арматуростроения в народнохозяйственном комплексе страны объясняется широкой применимостью ее продукции практически во всех смежных отраслях. Промышленная
трубопроводная арматура (ПТА) является составным элементом
технологических систем нефте- и газодобывающих, химических, энергетических, тепловых, транспортных, силовых и многих других производств и установок с чрезвычайно широким диапазоном параметрических характеристик. Выполнение служебного назначения трубопроводной арматуры в сложнейших эксплуатационных условиях осуществляется за счет совокупности взаимодействий подвижных, неподвижных и периодически
ф работающих запорных устройств. Именно от качества герметизации этих узлов
в трубопроводной арматуре зависят безопасность, параметрическая надежность, долговечность и эффективность эксплуатации технологических систем агрегатов и установок.
Над проблемами качества герметизации ПТА в арматуростроении и в других отраслях, где возникали постоянные задачи достижения герметичности и ресурса, непрерывно трудились многие ученые - Б.С. Балакшин, Д.Ф. Гуревич, А.И. Гошко, И.М. Колесов, Л.А. Кондаков, А.Д. Никифоров, П.М.
Огар, В.К. Погодин, В.Д. Продан, А.И. Якушев, Meiksell B.R., Hafele С.Н. и
другие. Коллективы - ЦКБА г. С.-Петербург, КЦЮ5А г.Киев,
ИркутскНИИХиммаш, МИХМ г.Москва, Американское общество инженеров механиков (ASME) и другие. Однако, несмотря на значительное движение к улучшению качества и множество решенных проблем, процессы достижения герметичности и ресурса металлических уплотнений затворов ПТА остаются по
&
®
существу индивидуальными, строящимися на основе подгонки. Отсутствуют общие концепции управляемости процессами достижения герметичности и сохранение ее во времени на важнейших стадиях жизненного цикла ПТА. Остается не выявленной до конца вся совокупность исходных параметров, определяющих заданное качество герметизации уплотнений. Не установлено все многообразие возмущающих и управляющих воздействий, не осуществлена их классификация и ранжирование. Не даны рекомендации по нормированию параметров обеспечения герметичности и ресурса герметичности во взаимосвязи с базовыми показателями качества трубопроводной арматуры. Не созданы средства технических измерений метрических параметров как для целей нормирования, так и для их контроля в процессе производства. Не определены функциональные требования к испытательному оборудованию и не создано оборудование в полной мере обеспечивающее достоверную оценку качества работы уплотнений в трубопроводной арматуре и т.д.
В представленной работе обобщены результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных лично автором, под его руководством и непосредственном участии. Сюда вошли работы, выполненные по заказам предприятий, научно-исследовательских институтов, входивших в планы Минхиммаша, Минвуза по категории важнейших в период с 1973 по 1994 годы, а также энергопроизводящих, нефте-и газоперерабатывающих и других предприятий в период с 1994 по 2002 годы. В рассмотренный период под руководством автора были подготовлены и защищены три кандидатские диссертации.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка основ системы комплексного обеспечения точности при производстве и ремонте промышленной трубопроводной арматуры для достижения нормированной герметичности запорных устройств.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Теоретические исследования проводились с использованием теоретических основ технологии машиностроения, принципов системного подхода, метода анализа иерархий,
теории подобия и моделирования, теории множеств и графов, теории вероятностей и математической статистики, теории трения и износа, спектральной теории неровностей, интегрального и дифференциального исчислений, положений функциональной взаимозаменяемости.
Основой для экспериментальных исследований служило физическое моделирование на специальных установках, а также натурные образцы промышленной трубопроводной арматуры, испытательные
пневмогидравлические системы, средства измерений метрических параметров и технологическое оборудование широкого спектра назначений. Полученные данные о закономерностях процессов обрабатывались на ПЭВМ и представлялись в виде аналитических и эмпирических зависимостей, удобных для практического применения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная народно-хозяйственная проблема, связанная с созданием и реализацией основ системы комплексного обеспечения точности при производстве и ремонте промышленной трубопроводной арматуры для достижения нормированной герметичности запорных устройств.
Наиболее значимыми результатами являются следующие.
1. Сформулированы и реализованы системные положения комплексного обеспечения точности производства и ремонта ПТА для достижения герметичности запорных устройств, заключающиеся в научнообоснованном проектировании ПТА, нормировании функциональных параметров, технологическом и метрологическом обеспечении.
2. Разработаны модели эксплуатационной системы, трубопроводной арматуры, уплотнений затвора, методика аналитического расчета величины допустимой протечки через контактную зону герметизации затвора на основе действительных значений функциональных метрических параметров (ФМП) элементов уплотнений с учетом физико-химического состояния
герметизируемой среды, управляющих и возмущающих внешних воздействий и ® внутренних свойств арматуры. Установлена зависимость влияния ФМП
элементов уплотнений на герметичность и ресурс герметичности, что позволило нормировать герметичность и ФМП.
3. Выявлены закономерности изменений ФМП и контактных напряжений элементов уплотнений под воздействием эксплуатационных факторов, условий монтажа, конструктивного оформления уплотнений, принятых схем управления силовым замыканием элементов в контактной зоне уплотнения, что позволило
№ оптимизировать требования к точности.
4. Установлены причины и закономерности образования погрешностей уплотнений, обоснованы требования к совершенствованию существующих процессов и оборудования, созданы технология, новое технологическое оборудование и технологическая оснастка, обеспечивающие достижение нормированных значений метрических параметров уплотнений.
5. Разработана методология нормирования точности ФМП уплотнений, ф обеспечивающая требуемую степень достижения регламентированных
требований на показатели качества арматуры на основе установленных закономерностей взаимосвязи метрических параметров и герметичности.
6. Определены основополагающие принципы метрологического обеспечения точности производства и ремонта трубопроводной арматуры и создан комплекс технических средств и методик измерений ФМП для исследований, диагностики, нормирования производственных и лабораторных измерений.
7. Разработаны структурная модель испытательной системы для
испытаний запорных устройств трубопроводной арматуры с выявлением и систематизацией совокупности параметров управляемого и неуправляемого дестабилизирующего действия, принципы конструирования испытательного оборудования, обеспечивающие повышение достоверности оценки качества ПТА при испытаниях; создан комплекс испытательного оборудования,
способный при испытаниях обеспечить моделирование с необходимой Л степенью подобия эксплуатационных условий, условий монтажа, как для
исследовательских, так и для приемосдаточных испытаний.
Техническая новизна подтверждается, кроме того, 21 авторским свидетельством и патентом на изобретения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработаны научно-методические рекомендации по решению проблемы комплексного обеспечения точности производства и ремонта для достижения регламентированного качества № трубопроводной арматуры на важнейших стадиях ее создания и существования
путем совершенствования существующей и разработки новой производственной и ремонтной нормативной документации
межгосударственного, государственного и отраслевого уровней.
Создана технология и разработаны размерно-параметрические ряды технологического оборудования и технологической оснастки, средств приемосдаточных пневмогидравлических испытаний и настройки, г. метрологического обеспечения технологических процессов производства и
ремонта трубопроводной арматуры диаметром 6+1000 мм и давлением 48 МПа. Для обеспечения потребностей производителей арматуры и предприятий различных отраслей по ремонту арматуры в указанном оборудовании организовано их производство.
РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ,
В результате выполнения комплекса теоретических и экспериментальных исследований, проведенных под научным руководством автора и при непосредственном его участии, были усовершенствованы и разработаны
совместно с головной организацией - Центральное Конструкторское Бюро Арматуростроения (ЦКБА), г. С,-Петербург - следующие нормативные документы: ГОСТ 9544 - 75 «Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов»; ГОСТ 5762 -74 «Задвижки на условное давление Ру 25 МПа (250 кгс/см ). Общие технические условия»; ГОСТ 5761 - 74 «Клапаны (вентили) на
условное давление Ру 25 МПа (250 кгс/см2). Общие технические условия»;
® ОСТ 26-07-2013 - 86 «Допуски на размеры базовых элементов узлов затворов
клиновых задвижек»; ОСТ 26-07-2060 - 83 «Арматура трубопроводная запорная. Изменение степени герметичности затворов в зависимости от условий эксплуатации и в процессе наработки»; ОСТ 26-07-2042 - 81 «Затворы с уплотнением "металл по металлу". Общие технические условия».
Система добровольной сертификации "Абрис" и знак системы зарегистрированы в государственном реестре сертификации Госстандарта
России под номером РОСС RU 0001.040004 (Абрис) от 7.02.1994 года.
Прибор-кругломер «Абрис-KlO.I» (модель 1-320-1) зарегистрирован в государственном реестре средств измерений под № 14387-95 и допущен к применению в Российской Федерации. Прибор-кругломер «Абрис-К 10.2» модель 11-320-1 зарегистрирован в государственном реестре средств измерений под № 14388-95 и допущен к применению в Российской Федерации. Прибор-профилометр «Сейтроник» (модель ПМ-8Э (С. С.)) зарегистрирован в
г государственном реестре средств измерений под № 22872-02 и допущен к
применению в Российской Федерации.
В рамках НПО ТАКС-Армсервис" организовано производство 12 типоразмеров средств измерений метрических параметров трубопроводной арматуры; 7 модификаций и 33 типоразмера испытательного оборудования, обеспечивающих технологический и приемочный контроль при изготовлении и ремонте трубопроводной арматуры диаметром 6 -И 000 мм; 8 модификаций и 26 типоразмеров технологического оборудования для обработки уплотнений, в том числе без снятия арматуры с трубопровода при её ремонте. Общий объем поставок перечисленных видов техники составил свыше 60,0 млн.рублей. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ. - системные положения комплексного обеспечения точности производства и ремонта ПТА, для достижения нормированных герметичности и ресурса запорных устройств, заключающиеся в научно-обоснованных проектировании, нормировании ФМП, техническом и метрологическом Ф обеспечении;
- структурные, математические, физические и технологические модели, позволяющие отобразить свойства ПТА, разработать методы расчетов, анализа, прогноза протечек, требования к точности ФМП, контактных напряжений и деформаций уплотнений;
- методы теоретических и экспериментальных исследований запорных устройств арматуры, направленных на установление факторов, влияющих на
vSJ состояние ФМП элементов уплотнения, распределение контактных нагрузок в
затворе и качество герметизации;
- оптимизация точности технологических процессов изготовления и ремонта ПТА, позволившие минимизировать и определить направления совершенствования процессов изготовления, измерений и испытаний;
- способы автоматизированного проектирования, основанные на процессном, системном подходах и непрерывном совершенствовании систем
Г;ч менеджмента качества применительно к арматурному производству.
АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертационной работы докладывались на 18 международных, всесоюзных, всероссийских конференциях и семинарах по герметологии, уплотнительной технике и трубопроводной арматуре. Трижды отдельные результаты работы экспонировались на ВДНХ СССР и были отмечены двумя серебряными медалями и дипломом Почета. В период с 1991 по 2002 год основные вопросы диссертационной работы 9 раз докладывались на НТС Научно-Промышленной
® Ассоциации арматуростроителей.
ПУБЛИКАЦИИ. По тематике диссертационной работы опубликовано 82 работы, в том числе 2 монографии, 2 учебных пособия, 6 обзоров, 29 статей, 18 докладов и тезисов докладов всесоюзных и международных конференций, 21 изобретение и патент. Кроме того, подготовлено 18 научно-технических отчетов по НИР и ОКР, зарегистрированных во ВНТИЦентре.
Анализ основных факторов повышения качества герметизации трубопроводной арматуры
Как видно, принцип группирования определялся по способу обеспечения точности взаимного расположения герметизирующих деталей затвора: пробки и двух седел со стороны входа и выхода рабочей среды. 1-я группа компоновок определяется свободной ориентацией шаровой пробки по отношению к входному и выходному седлам. Герметичность обеспечивается путем поджатая шаровой пробки к седлу выходного уплотнения крана. Поджатие обеспечивается за счет давления рабочей среды, однако требуется дополнительное поджатие при сборке. Компоновка проста по V исполнению и чаще используется с седлами, выполненными из полимеров (фторопластов или фторопластов с наполнителями). 2-я группа компоновок определяется жесткой ориентацией шаровой пробки по отношению к жестким или упругим седлам. Самоуплотнение входного седла происходит за счет давления рабочей среды. Эта группа компоновок более сложна по сравнению с первой группой, так как необходима установка шаровой пробки на опорах. Жесткая ориентация деталей затвора гл улучшает герметизацию, но снижает технологичность конструкции за счет увеличения количества деталей в кране. 3-я группа компоновок определяется свободной ориентацией шаровой пробки по отношению к седлам. Седла изготовляются из металла (20X13, Х18Н10Т) или из сплавов [28, 29, 50, 51, 52, 265, 266]. Функциональная способность крана снижается в зависимости от давления рабочей среды. С ее увеличением растет крутящий момент управления пробкой при работе, а это снижает экономичность кранов. Герметизация обеспечивается за счет энергии cv давления рабочей среды. 4-я группа компоновок определяется жесткой ориентацией шаровой пробки по отношению к жестким седлам. К этой группе относятся болыперазмерные краны с условным проходом от 800 до 2000 мм. Герметичность обеспечивается за счет поджатия входного седла к шаровой пробке на опорах. Для обеспечения герметичности и улучшения управляемости (путем снижения крутящего момента) в зону уплотнения подается смазка под давлением [28, 38, 50, 51, 52] Это усложняет конструкцию и сужает область применения рациональных материалов. Вследствие этого ограничиваются возможности унификации. Потребность в таких кранах небольшая. На рис. 1.11. показана потребность в шаровых кранах приведенных групп компоновок. Обзор применяемых видов трубопроводной арматуры показывает, что имеющиеся исследования выполнены по основным видам арматуры и носят частный характер. Арматура рассматривается как законченный объект, а не как часть более сложной трубопроводной системы. Отсутствие единой структурной модели не позволяет представить в явном виде конструктивные связи элементов такой системы, технологические и информационные связи, физические и параметрические связи элементов, транспортные связи и внутренние связи, как свойства функционально обособленных элементов единой системы [195, 214, 217, 233]. Анализ публикаций в отечественной и иностранной литературе показывает, что данных по комплексным исследованиям точности запорных устройств в конструкторско-технологическом направлении недостаточно. Это не позволяет выработать единый подход к управлению качеством изготовления и ремонта ПТА. Имеющиеся научные работы [2, 3, 24, 25, 28, 29, 33, 50, 51, 52, 58, 62, 63, 64, 97, 102, 105, 106, 117, 122, 132, 147, 282-290] посвящены прочностным, силовым и гидравлическим расчетам трубопроводной арматуры, уплотнений различного назначения, выбору оптимальных параметров этих уплотнений, исследованию контактных давлений герметизации, изучению влияния микрогеометрических отклонений на процесс обеспечения гидравлической плотности. Однако полученные результаты влияния отдельных макрогеометрических отклонений уплотнений на плотность соединений не всегда подтверждены достаточными экспериментальными исследованиями. Так, применительно к клиновым задвижкам точность совпадения угловых параметров герметизирующих элементов узла затвора рассматриваются в 0 работах [125, 126, 127, 128, 146, 207, 215, 234, 252]. Из их анализа следует, что обеспечение высокого качества клиновых задвижек сопряжено с рядом технологических трудностей взаимной пригонки уплотнительных поверхностей элементов узла затвора. Полная герметичность обеспечтивается только при полной идентичности угловых параметров корпуса и запорного органа. Даже небольшое несовпадение угловых размеров, измеряемое долями минуты, приводит к значительным протечкам рабочей среды. Практически получить равные углы в герметизирующих деталях узла существующими СУ технологическими методами очень сложно, а иногда и невозможно. В работах [125, 127, 195, 215, 234] высказано предположение, что несовпадение угловых размеров деталей в затворе является одной из причин неравномерности распределения контактных давлений на уплотнительных поверхностях.
Математическое моделирование и анализ трубопроводной арматуры и структуры эксплуатационной системы
Интегрированные системы конструирования и технологической подготовки производства (САПР) являются инструментальными средствами, с помощью которых автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП) практически решают свои задачи [1, 26, 27, 30, 35, 36, 53, 56, 98, 101, 107, 112, 113, 114, 115, 120, 121, 129, 130, 220 - 229]. АСТПП являются частью общей производственной системы (ПС), которая информационно входит в свою очередь в АСУП. Правильно скомпонованные и эффективно функционирующие ПС позволяют решать многие стратегические задачи предприятий. К ним можно отнести инновационные задачи по оперативной подготовке производства новых видов арматуры, модернизации и модификации производимой арматуры. К этим же стратегическим задачам относится сокращение издержек производства, позволяющее снизить цену арматуры, а также повысить ее качество. Снижение издержек производства и повышение качества арматуры в комплексе решают задачу обеспечения ее требуемой конкурентоспособности. Это, в свою очередь, позволяет улучшить конкурентные позиции предприятия на рынке и способствует увеличению его доли.
Основной принцип создания ПС формулируется следующим образом: начальным этапом создания ПС является моделирование экономической деятельности предприятия с определением задач, которые эффективно решаются путем автоматизации; следующий этап - это выработка стратегии автоматизации предприятия и последний этап — создание структуры ПС с определением вида технических и программных средств.
Основные тактические преимущества конструкторско-технологической системы проектирования (САПР), как части ПС, следующие [256]. повышение качества проектирования, сокращение сроков проектирования и его стоимости, удобство внесения инженерных изменений, использование вычислительной сети предприятия и передача информации 0 другим системам в автоматическом режиме, повышение общего инженерного уровня деятельности предприятия. САПР состоит из систем конструкторского проектирования САПР КР и систем технологического проектирования САПР ТП, интеграция которых является чрезвычайно важной. Задачи, решаемые конструкторскими и технологическими системами, история создания этих систем существенно отличаются. САПР КР являются более продвинутыми системами, что можно объяснить более однородными задачами конструкторского проектирования [190-194, 263, 267, 271, 272]. Их структура и возможности мало зависимы от того, на каких предприятиях они используются. САПР ТП решает значительное количество разнородных задач, многие из которых зависят от специфики предприятия. Здесь очень важно определить какие же из технологических систем являются наиболее универсальными в плане возможности использования на различных предприятиях. Такими системами являются 0 интеллектуальные системы технологического проектирования (ИСАПР ТП), работающие с распределенными базами знаний (БЗ). Ядром этих систем является программный комплекс, который не зависит от вида проектируемых технологических процессов (инвариантен), а работает с распределенными БЗ. Каждая из БЗ позволяет проектировать определенный вид ТП. Степень универсальности такой интеллектуальной системы зависит от многообразия БЗ. Основное внимание обращается не на особенности разработки ТП различных видов, а на способы формирования БЗ для их функционирования. В w дальнейшем, процесс технологического проектирования ориентирован именно на использование ИСАПР ТП. Интеллектуальные системы по сравнению с обычными САПР обладают следующими возможностями [129,131, 135, 74]: 1- В пределах одной системы можно решать различные классы задач, для которых обычно требуются различные алгоритмы. 2. Можно решать задачи, обычно не решаемые на основе обычных () математических моделей. Широко применяются эвристические способы решения. 3. Использование знаний позволяет генерировать новые знания, расширяя тем самым возможности систем. 4. Можно получать объяснения проектных решений, выдаваемых системой. 5. Предоставляются возможности для обучения и самообучения системы. 6. Обеспечивается определенная независимость качества проектирования от квалификации пользователя. Это объясняется тем, что качество проектирования зависит от качества знаний, которые вводит в систему эксперт, обучающий систему. Основные подходы к автоматизации производства арматуры на ее основных этапах в целом определены. Это объясняется тем, что арматуростроение является одной из отраслей машиностроения с определенной спецификой решаемых задач. Однако эта специфика укладывается в общие (Л рамки машиностроительного производства и не требует разработки специальных способов автоматизации (оборудования, приборной базы и т.д.). Для автоматизации конструкторской и технологической подготовки производства арматуры могут быть использованы такие интегрированные системы, как САПР «ИНТЕРМЕХ», САПР «КОМПАС», САПР «T-FLAX», САПР «SolidWorks», САПР «ProEngineers».
Исследования точности при напряженно-деформированном состоянии базовых элементов затвора
Однако их характерной особенностью является то, что они ориентированы на наличие физических моделей различной сложности. Это необходимо, например, при моделировании испытаний- Для проведения многочисленных исследований в области трубопроводной арматуры по отработке ее конструкции, определению оптимальных показателей качества ее герметизирующих элементов, определению зависимости протечки рабочей среды от параметров этих элементов в качестве рабочего инструмента используется математическое моделирование. В этом случае исследуемый объект или явление заменяются моделью в виде совокупности математических описаний, сохраняя наиболее важные или типичные черты исследуемых объектов. В данной работе в качестве рабочих инструментов будут использоваться различные виды математических моделей: это аналоговые модели, основанные на формализованном описании объектов и процессов, используя их свойства изоморфизма, это идеальные модели, основанные на мыслимой аналогии между объектами и моделями, это дескриптивные, знаковые модели для систематизации предметной области и описания структуры ее элементов и видов отношений [32, 99, 195, 214,217-219, 221,222].
Математические модели становятся мощным средством исследований, когда они органично сочетаются с персональным компьютером (ПК) и алгоритмом исследования модели. Представленные исследования проводились с использованием современных ПК, которые позволили обеспечить требуемую достоверность результатов [56,129, 176,263,271].
Современный уровень использования моделирования в отображении процесса формирования трубопроводной арматуры как функционально обособленного объекта и как элемента более крупной системы не достаточен. Аналогичное положение имеет место и в вопросах модельного отображения процессов формирования качества трубопроводной арматуры. В литературе и технической документации преобладает использование частных решений. Системность как в процессе формирования качества арматуры на всех этапах ее жизненного цикла, ее оценки, так и в процессе ее подтверждения при испытаниях не нашла своего отражения в практической деятельности ее производителей, проектировщиков эксплуатационных систем и пользователей арматуры. Это приводит к снижению достоверности информации и, как следствие, к снижению качества арматуры [160, 161,163, 164, 165]. Развитие моделирования как теоретической основы совершенствования методов и средств применения конструирования, производства, ремонта и испытаний трубопроводной арматуры должно базироваться на приоритетном рассмотрении следующих вопросов: Модельное отображение эксплуатационной системы с анализом внешних связей трубопроводной арматуры. Модельное отображение трубопроводной арматуры, процесс его формирования как функционально обособленного объекта, обладающего совокупностью свойств. Модельное отображение логической последовательности формирования качества трубопроводной арматуры. Модельное отображение испытательной системы, содержащей основные элементы, воспроизводящие все многообразие воздействий на трубопроводную арматуру в эксплуатационных ситуациях. Модельное отображение эксплуатационной системы является начальной частью процесса моделирования трубопроводной арматуры, так как именно в эксплуатационной системе проявляются ее основные свойства. В системе на трубопроводную арматуру оказывает влияние как сама система, так и ее отдельные элементы. Образуется достаточно сложная картина внутренних и внешних воздействий, связанных с режимом процессов, осуществляемых в системе. Методическая последовательность модельного отображения эксплуатационной системы заключается в следующем [32, 99,195]. Устанавливаются функциональные границы большой системы, в которой может выполнять свои функции трубопроводная арматура. Осуществляют процедуру выделения из большой системы элемента, обладающего свойствами системы. Выбирают методы модельного воспроизведения эксплуатационной системы, способствующие, например, установлению связей объекта испытаний. Проводят анализ и выявляют принципиальные виды внешних связей выделенного объекта. Устанавливают существенные признаки внешних связей и оценивают возможность существования внутренних связей выделенного объекта. На основе рассмотренных выше методического подхода, принципов и процедур моделирования, а также учитывая ранее установленные служебные функции ПТА и возможность их реализации только в составе крупных технологических систем, обобщенная структурная модель эксплуатационной системы может быть представлена в следующем виде (рис.2.4). Ее элементом pv является трубопроводная арматура.
Автоматизированные средства измерений геометрических параметров межуплотнительного пространства
Обратные клапаны каждой из трубопроводной ветвей препятствуют образованию противотока при падении давления в смежном участке и работают при каждом срабатывании запорной арматуры. Характер использования обратных клапанов постоянный (СД Запорная арматура на последующих участках трубопроводных ветвей является резервной и служит для принудительного отключения трубопровода в случае аварийной ситуации или при проведении ремонгно-профилактических работ на смежном участке. Режим ее работы периодический, что соответствует G2- Эксплуатационные требования, вытекающие из условий функционирования трубопровода, записываются следующим образом: Схема T4 представляет собой отрезок трубопровода, предназначенного для обеспечения напора (подпора) транспортируемой среды в смежном трубопроводе и содержащий основной и резервный участки. Процессы в транспортных, химических и энергетических установках протекают в непрерывном режиме, поэтому на многих ответственных трубопроводах предусматриваются резервные участки. Они обеспечивают возможность проведения ремонтно-профилактических работ без остановки производственного процесса. На схеме Ті основной и резервный участки содержат по три единицы трубопроводной арматуры и за их пределами установлена еще одна. На входе и выходе основного напорного участка установлена запорная арматура Z. Она предназначена для принудительного периодического (группа G2) перекрытия транспортного потока при отключении основного напорного участка. При работе участка запорная арматура находится в резервном состоянии с "нормально открытым" положением затвора. При отключении этого участка запорная арматура из резервного состояния переходит в рабочее с "нормально закрытым" положением затвора. Вытекающие из режима использования основные эксплуатационные требования к арматуре основного участка формулируются следующим образом:
Предохранительная арматура P предназначена для защиты основного участка Yo и находящегося технологического оборудования от разрушающего воздействия избыточного давления, превышающего критический уровень. В зависимости от функционального назначения трубопровода в общей технологической системе и используемой среды предохранительная арматура может эксплуатироваться в двух режимах - периодического срабатывания (группа G2) и одноразового срабатывания (группа Сз). В соответствии с этим сформулированы эксплуатационные требования к ней (2.6.).
Запорная арматура Z резервного участка Yr (схема Тз) при функционировании основного находится в рабочем состоянии, препятствуя проникновению транспортируемой среды. Затворы находятся в «нормально закрытом» положении и воспринимают основное силовое действие среды. В этом состоянии запорная арматура пребывает достаточно длительное время, которое определяется межремонтным периодом эксплуатации основного напорного участка. Отсюда следует, что запорная арматура используется в режиме периодического действия (группа G2). Основные эксплуатационные требования к ней приведены в (2.5.).
Предохранительная арматура Р резервного участка Yr (схема Т4) находится в резервном состоянии в режиме длительного хранения до начала эксплуатации этого участка. С ее началом происходит изменение режима резервного состояния в результате воздействия на элементы предохранительной арматуры силовых и других действий среды. Дальнейший характер использования предохранительной арматуры соответствует режиму ее использования в основном напорном участке. Основные эксплуатационные требования приведены в (2.6.).
Обратный клапан К, установленный за пределами участков, работает в таком режиме, что и клапан магистрального трубопровода (схема Ті) и к нему должны предъявляться те же эксплуатационные требования (2.3.).
Все многообразие эксплуатационных требований для каждого вида и типа трубопроводной арматуры, выявленные и сформулированные в результате анализа функционирования элементов типовых трубопроводных систем, типизировано и унифицировано. На этой основе сформулированы группы эксплуатационных требований, которые формализованы и записаны в логической форме (2.3.) — (2.6.). В этих требованиях учитываются не только запросы потребителей арматуры, но также ее производителей, особенно в вопросах создания предпосылок увеличения серийности производства.
