Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов 11
1.1. Проблемный анализ производства трубопроводов 11
1.2. Особенности проектирования систем трубопроводов 20
1.3. Решение проблемы забойных труб 30
1.4. Анализ технологических особенностей изготовления и монтажа труб 36
1.5. Формулировка цели и постановка задач исследования 45
2. Влияние погрешностей изготовления на точность координатных размеров труб 50
2.1. Теоретические основы влияния погрешностей изготовления на точность координатных размеров труб 50
2.2. Экспериментальные подтверждения взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров 74
2.3. Расчетно-методическая база для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов 84
2.4. Выводы по второй главе 96
труб
3.3. Разработка методологического подхода к применению компенсационных возможностей труб 129
3.4. Выводы по третьей главе 137
4. Взаимосвязь конфигурации и компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов 139
4.1. Компенсация отклонений перемещением трасс трубопроводов 139
4.2. Моделирование процесса компенсации отклонений трасс трубопроводов 157
4.3. Экспериментальные исследования трасс судовых трубопроводных систем 171
4.4. Выводы по четвёртой главе 183
5. Исследование компенсационных возможностей прямых труб 185
5.1. Компенсация отклонений прямых трасс 185
5.2. Компенсационные возможности прямых труб в трассах с погибами 192
5.3. Экспериментальные исследования компенсационных возможностей прямых труб 202
5.4. Выводы по пятой главе 209
6. Использование результатов исследований в процессе производства судовых трубопроводов 211
6.1. Методология обоснования компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов 211
6.2. Технология изготовления и монтажа трубопроводов по проектной информации без уточнения размеров по месту 228
6.3. Предложения по внесению изменений и дополнений в нормативную документацию 241
6.4. Выводы по шестой главе 247 Заключение 249
Библиографический список 252
- Особенности проектирования систем трубопроводов
- Экспериментальные подтверждения взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров
- Экспериментальные исследования компенсационных возможностей прямых труб
- Технология изготовления и монтажа трубопроводов по проектной информации без уточнения размеров по месту
Введение к работе
Актуальность работы. Современное судно представляет собой сложный технологический комплекс, состоящий из различного вида оборудования, механизмов и других конструкций, для обеспечения работы которых служат системы трубопроводов. Появление новых многофункциональных типов судов, усложнение применяемого оборудования влечёт за собой увеличение количества труб различной конфигурации, которые необходимо компактно размещать на судне. Форма и размеры, необходимые для изготовления отдельных труб, определяются пространственным расположением всей трассы трубопровода.
Традиционные технологии изготовления и монтажа систем трубопроводов предусматривают их трассировку по месту на строящемся объекте, с учетом размещения оборудования, корпусных конструкций и различных систем. При этом необходимая точность достигается значительным объёмом пригоночных работ, связанных с изменением размеров отдельных элементов труб, сборкой их с большим количеством дополнительных ручных операций по месту, а также с применением специальных технологических шаблонов.
За последние 30 лет трудоёмкость всех трубопроводных работ (изготовление труб и их монтаж на судне) увеличилась с 5 до 10-12 % от общей трудоёмкости постройки судна, а на некоторых проектах рыбопромысловых судов – до 14-17 %. Многие операции по монтажу трубопроводов лежат на критическом пути и тем самым влияют на общую продолжительность постройки судна.
Поэтому важнейшей тенденцией современного судостроения является повышение эффективности производства путем внедрения новых технологий изготовления труб по проектной информации без пригонки по месту. Наличие в проектной документации достаточной информации для изготовления и монтажа труб позволяет совместить работы по постройке судна и сократить сроки выполнения судостроительных заказов. Кроме того, создаются предпосылки для формирования региональных центров, работающих в автоматизированном режиме изготовления труб.
Новые технологии предъявляют определенные требования к процессу проектирования трубопроводов и систем, который должен обеспечить: точность взаимного расположения труб и оборудования; снижение трудоёмкости сборочных работ; повышение качества и достоверности документации по трубопроводам судовых систем, основанное на научно-обоснованных методах их проектирования, с обеспечением возможности изготовления наибольшего количества труб окончательно без шаблонов, макетов или пригонки на судне; увеличение доли окончательно изготавливаемых труб с 40 до 60-70 %.
Решению данных проблем посвящены работы Б.А. Горелика, Н.О. Гончара, К.М. Дойхена, А.Ф. Литвинова, А.Б. Маслова, А.И. Рыбалова, М.И. Чугаевского, В.А. Синицкого, В.И. Кучмеля, А.А. Бендицкого, А.Н. Авласенко, А.Н. Беркова, И.М. Рыбаченко и др. Однако, несмотря на большой объём выполненных исследований, сохраняется необходимость снятия размеров по месту для изготовления труб (в насыщенных помещениях – до 70 % от общего количества труб), и вопрос повышения технологичности трубопроводов на стадии проектирования остаётся весьма актуальным. Дальнейшее решение этой проблемы сдерживается отсутствием соответствующей концепции при выполнении судостроительных заказов и её научного обоснования.
Тема диссертации согласуется с проводимыми в отрасли научно-исследовательскими работами по созданию бесшаблонной автоматизированной технологии проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов.
Областью исследований являются методы решения задач проектирования, изготовления и монтажа трубопроводов судовых систем, в частности разработка прогрессивных направлений повышения технологичности трубопроводов, обеспечивающих сокращение циклов постройки и снижение трудоёмкости трубопроводных работ при выполнении судостроительных заказов и повышение на этой основе эффективности судостроительного производства.
Целью работы является разработка теоретических основ обеспечения технологичности трубопроводов судовых систем на основе геометрического моделирования формы труб и компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Обосновать перспективы повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования.
2. На основе анализа современных подходов к проектированию, изготовлению и монтажу судовых трубопроводов разработать концепцию повышения технологичности трубопроводов, исключающую необходимость снятия размеров по месту при выполнении судостроительных заказов.
3. Разработать теоретические основы и методику оценки точности изготовления труб на стадии проектирования.
4. В рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей трубопроводных трасс установить возможность компенсации отклонений трасс трубопроводов, ограниченных жёстко фиксированными соединениями, без уточнения конфигурации забойных труб.
5. С целью применения результатов исследований в автоматизированных системах проектирования и технологической подготовки производст-
ва разработать математическое описание компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
6. Выполнить комплекс экспериментальных исследований для подтверждения адекватности разработанных теоретических положений и концепции в целом.
7. Разработать методологию повышения технологичности трубопроводов судовых систем на основе геометрического моделирования формы труб и компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
Научная новизна работы
1. Разработан новый концептуальный подход к проектированию, изготовлению и монтажу трасс трубопроводов с использованием особенностей их конфигурации.
2. Впервые выполнено научное обоснование возможностей компенсации отклонений при сборке трубопроводных систем без применения трудоёмких операций по изготовлению забойных труб.
3. Разработана концепция компенсации отклонений координатных размеров трубопроводных систем перемещением трасс трубопроводов без изменения конфигурации готовых труб независимо от их диаметров, технологии изготовления и функционального назначения.
4. Сформирован математический аппарат для анализа и определения возможных перемещений спроектированной трассы.
5. Установлена возможность компенсации отклонений трасс трубопроводов без изменения конфигурации забойных труб.
6. Доказана взаимосвязь конфигурации и отклонений координатных размеров труб.
7. Разработан алгоритм компенсации отклонений трасс трубопроводов с использованием взаимных разворотов параллельных участков с соединениями и прямых труб.
8. Разработана методология проектирования, изготовления и монтажа трубопроводных систем, исключающая необходимость измерения размеров по месту.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- впервые доказана возможность изготовления забойных труб по проектной информации без уточнения их конфигурации по месту;
- разработана технология изготовления и монтажа трубопроводов по проектной информации без уточнения размеров по месту;
- исключена необходимость в дорогостоящем оборудовании для гибки труб на каждом судостроительном предприятии, что способствует созданию региональных центров, работающих по автоматизированной технологии изготовления труб;
- из технологического процесса изготовления и монтажа трубопроводов исключаются операции, сдерживающие строительство судна;
- обоснована возможность сокращения сроков строительства и повышения производительности путем запараллеливания трубопроводных работ при формировании объекта и снижения, в среднем на 13-15 %, трудоёмкости изготовления труб;
- результаты исследования применимы в системах проектирования трубопроводов и технологической подготовки производства (CAD/CAM);
- результаты разработки применимы при проектировании и монтаже трасс трубопроводов, независимо от их диаметров, технологии изготовления и функционального назначения.
Апробация и внедрение результатов исследований. Результаты исследований докладывались и обсуждались на 36 международных, всероссийских и региональных конференциях.
Работа прошла апробацию во ФГУП «Адмиралтейские верфи», ОАО «Выборгский судостроительный завод», ОАО «Астраханская судоверфь», ООО «Астраханское Судостроительное Производственное Объединение», ОАО «ССРЗ им. III Интернационала»; результаты исследований внедрены на судостроительном заводе «Балтия» (Литва). Научные разработки автора используются в учебном процессе при чтении курсов «Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства», «Судовые энергетические установки», а также в курсовом и дипломном проектировании.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением апробированных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью экспериментальных данных и сопоставимостью полученных аналитических и опытных результатов. Основные аналитические зависимости получены с применением математических методов аналитической геометрии, векторной алгебры, теории вероятностей и размерных цепей.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту
концепция и методология повышения технологичности трубопроводов при выполнении судостроительных заказов;
обоснование компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов, позволяющее решать важную научно-техническую проблему изготовления трубопроводов по проектной информации без уточнения размеров по месту, способствуя сокращению сроков строительства и снижению объёма пригоночно-монтажных работ;
результаты исследований взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб;
концепция взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов;
математический аппарат для анализа и определения компенсационных возможностей спроектированной трассы;
алгоритм решения задачи компенсации отклонений трасс трубопроводов с использованием элементов их конфигурации: параллельных участков трассы и прямых труб;
методология обоснования компенсационных возможностей проектной трассировки для изготовления трубопроводов без уточнения размеров по месту.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 65 работах, в том числе 17 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 1 монография.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 270 страницах машинописного текста и включает 90 рисунков и 22 таблицы. Библиографический список включает 225 наименований. Приложения содержат акты внедрения результатов работы.
Особенности проектирования систем трубопроводов
Целью работы является разработка теоретических основ обеспечения технологичности трубопроводов судовых систем на основе геометрического моделирования формы труб и компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: 1. Обосновать перспективы повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования. 2. На основе анализа современных подходов к проектированию, изготовлению и монтажу судовых трубопроводов разработать концепцию повышения технологичности трубопроводов, исключающую необходимость снятия размеров по месту при выполнении судостроительных заказов. 3. Разработать теоретические основы и методику оценки точности изготовления труб на стадии проектирования. 4. В рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей трубопроводных трасс установить возможность компенсации отклонений трасс трубопроводов, ограниченных жёстко фиксированными соединениями, без уточнения конфигурации забойных труб. 5. С целью применения результатов исследований в автоматизированных системах проектирования и технологической подготовки производства разработать математическое описание компенсационных возможностей трубопроводных трасс. 6. Выполнить комплекс экспериментальных исследований для подтверждения адекватности разработанных теоретических положений и концепции в целом. 7. Разработать методологию повышения технологичности трубопроводов судовых систем на основе геометрического моделирования формы труб и компенсационных возможностей трубопроводных трасс.
Разработан новый концептуальный подход к проектированию, изготовлению и монтажу трасс трубопроводов с использованием особенностей их конфигурации. 2. Впервые выполнено научное обоснование возможностей компенсации отклонений при сборке трубопроводных систем без применения трудоёмких операций по изготовлению забойных труб. 3. Разработана концепция компенсации отклонений координатных размеров трубопроводных систем перемещением трасс трубопроводов без изменения конфигурации готовых труб независимо от их диаметров, технологии изготовления и функционального назначения. 4. Сформирован математический аппарат для анализа и определения возможных перемещений спроектированной трассы. 5. Установлена возможность компенсации отклонений трасс трубопроводов без изменения конфигурации забойных труб. 6. Доказана взаимосвязь конфигурации и отклонений координатных размеров труб. 7. Разработан алгоритм компенсации отклонений трасс трубопроводов с использованием взаимных разворотов параллельных участков с соединениями и прямых труб. 8. Разработана методология проектирования, изготовления и монтажа трубопроводных систем, исключающая необходимость измерения размеров по месту.
Практическая ценность работы заключается в следующем: - впервые доказана возможность изготовления забойных труб по проектной информации без уточнения их конфигурации по месту; - разработана технология изготовления и монтажа трубопроводов по проектной информации без уточнения размеров по месту; - исключена необходимость в дорогостоящем оборудовании для гибки труб на каждом судостроительном предприятии, что способствует созданию региональных центров, работающих по автоматизированной технологии изготовления труб; - из технологического процесса изготовления и монтажа трубопроводов исключаются операции, сдерживающие строительство судна; - сокращение сроков строительства и повышение производительности путем запараллеливания трубопроводных работ при формировании объекта и снижения, в среднем на 13-15 %, трудоёмкости изготовления труб; - результаты исследования применимы в системах проектирования трубопроводов и технологической подготовки производства (CAD/CAM); - результаты разработки применимы при проектировании и монтаже трасс трубопроводов, независимо от их диаметров, технологии изготовления и функционального назначения.
Апробация и внедрение результатов исследований. Результаты исследований докладывались и обсуждались на 36 международных, всероссийских и региональных конференциях. Работа прошла апробацию во ФГУП «Адмиралтейские верфи», ОАО «Выборгский судостроительный завод», ОАО «Астраханская судоверфь», ООО «Астраханское Судостроительное Производственное Объединение», ОАО «ССРЗ им. III Интернационала»; результаты исследований внедрены на судостроительном заводе «Балтия», Литва. Научные разработки автора используются в учебном процессе при чтении курсов «Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства», «Судовые энергетические установки», а также в курсовом и дипломном проектировании.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением апробированных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью экспериментальных данных и сопоставимостью полученных аналитических и опытных результатов. Основные аналитические зависимости получены с применением математических методов аналитической геометрии, векторной алгебры, теории вероятностей и размерных цепей.
Экспериментальные подтверждения взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров
В настоящее время известны методы съема координат для изготовления забойных труб с помощью различных измерительных устройств. В работах Синицкого В.А., Кучмеля В.И., Бендицкого А.А. [166, 167, 181] рассматривается использование специальной локационно-акустической измерительной станции (ЛАИС); предлагаются новые модификации на микропроцессорной элементной базе. В основе работы ЛАИС лежит принцип акустической локации. При этом с поверхностью объекта соприкасается измерительный щуп, с конструктивно связанными с ним источниками звука, которые последовательно генерируют акустические импульсы, принимаемые микрофонной антенной. Электрические сигналы, поступающие от антенны, обрабатываются блоком электроники. Затем информация направляется в персональный компьютер, где происходит её многоступенчатое преобразование. В результате определяются координаты точек объекта, с которыми щуп соприкасался в момент излучения источниками звука акустических импульсов. При проектировании с помощью ЛАИС траектории забойной трубы в реальных условиях строящегося судна наконечником щупа проводится предполагаемая трасса забойной трубы, формируемая ЛАИС в цифровом виде. На основании полученной цифровой информации на компьютере моделируется окончательная геометрия трубы и формируется программа для трубогибочного станка [166, 181].
Следует отметить, что такой подход не находит широкого применения в отрасли, так как, наряду с высокой стоимостью, необходимо снятие размеров по месту.
Сохранение проблемы технологичности забойных труб объясняется тем, что все трубы нельзя изготовить по чертежам с достаточной степенью точности, отвечающей условию их собираемости в трассы трубопроводов. Допускаемые отклонения на изготовление труб, а также допускаемые отклонения установки приварышей, переборочных стаканов, оборудования, механизмов и т.п., между которыми монтируются трассы трубопроводов, на порядок превышают допускаемые отклонения на монтаж соединений трасс трубопроводов. Так, в соответствии с ОСТ 5.95057-90 допускаемые отклонения по зазору и непараллельности одного из контролируемых соединений наименее податливого участка трубопровода, ограниченного жёстко фиксированными элементами (приварышем, стаканом, патрубком механизма, отростком, ранее смонтированного и закрепленного подвесками трубопровода и т.п.) составляют 0,3 мм [203].
Вопрос о выборе забойных труб решается следующим образом. По действующим технологиям в трассах трубопроводов, ограниченных жёстко фиксированными соединениями, одну из труб следует назначать забойной. Под жёстко фиксированными соединениями понимаются присоединительные элементы конструкции объекта, оборудования, отростков труб. В соответствии с [202, 204] «в качестве забойных следует назначать трубы простой формы, небольших строительных размеров, с одним или двумя погибами, не имеющие ответвлений. Назначение забойных труб производят при технологической подготовке производства, в процессе проектирования должны быть определены номинальные координаты и размеры на все трубы в линии». На практике правильность выбора забойных труб целиком зависит от квалификации технолога, его рабочего опыта. Зачастую допускаются ошибки из-за отсутствия чётко разработанной научно-обоснованной методики определения компенсирующих звеньев [124].
По выбору конфигурации забойной трубы в технической литературе и действующей документации имеются типовые рекомендации. Например, в первоначальной версии отраслевого стандарта [202] записано, что «в качестве забойных следует назначать трубы простой формы: преимущественно прямые или с одним погибом под углом 90 небольших строительных размеров». Впоследствии в ряде работ авторами была рассмотрена реализации такого требования с позиции размерного анализа. Установлено, что рекомендация проектным предприятиям по упрощению конфигурации забойной трубы и назначение в качестве забойных коротких прямолинейных участков - прямых труб, противоречит теоретическим расчетам, резко ограничивает основное функциональное назначение забойной трубы - компенсировать отклонения трассы трубопровода, установки корпусного насыщения и оборудования, за счёт изменения конфигурации трубы по месту. Короткий прямолинейный участок обладает возможностью компенсации только по одной оси [44]. В результате были внесены соответствующие изменения в нормативную документацию [204].
Практика показывает, что, несмотря на требования нормативной документации, трубы с одним погибом также не подходят в качестве забойных. В ходе проведённого анализа автором установлено, что труба с участками в двух направлениях не может компенсировать отклонение по третьему направлению, так как нет инструментов компенсирования отклонения в направлении, перпендикулярном плоскости, образованной трубой [124]. На практике компенсация осуществляется установкой с перекосом фланцевых соединений, в нарушение действующих норм по числу забойных труб и величине допускаемого углового отклонения, что впоследствии приводит к снижению надежности системы и ее раннему выходу из строя. Если использование для компенсации соединений не допускается или конструктивно невозможно, то необходимо изменение исходной трассировки, введение в качестве забойной трубы с двумя погибами и, как следствие, снятие шаблонов, макетов по месту для её изготовления. Для прямых трасс, ограниченных жёстко фиксированными соединениями, на практике ситуация аналогична (рис. 1.11) и также неприемлема с учётом современных тенденций повышения эффективности и качества трубопроводных работ и судостроительного производства в целом.
Экспериментальные исследования компенсационных возможностей прямых труб
При сборке на плоском стенде отклонение от перпендикулярности происходит только у второго фланца, а при сборке на стенде СГТ-160 - у обоих (см. рис. 3.5). Таким образом, сохранение взаимного угла плоскостей соединений может происходить за счёт неперпендикулярности как в одном, так и в обоих соединениях. Сохранение взаимного угла плоскостей соединений приведёт к исключению влияния угловых погрешностей изготовления трубы на отклонения трассы.
Отличие в методах установки соединений с использованием стендов заключается в следующем.
На плоском стенде, в соответствии с нормативными указаниями [204], заготовка базируется относительно осей координат, и необходимо убедиться, что отклонения не превысили допустимых пределов (см. табл. 3.1). Затем устанавливаются соединения на оба конца трубы, сохраняя при этом все возникшие после гибки отклонения, кроме угловых. Угловые отклонения исключаются, если соединения расположены параллельно или перпендикулярно друг другу и при установке базируются относительно плоскостей стенда.
На стенде СГТ-160 подвижный позиционер может передвигаться только по линии, на которой расположены позиционеры. Для совмещения с соединением заготовку трубы придётся повернуть в неподвижном позиционере так, чтобы второй конец трубы оказался на оси стенда, и только после этого передвинуть позиционер для установки соединения на второй конец трубы. Как видно из рисунка (см. рис. 3.5) отклонения при этом уменьшились. Проконтролировать отклонения, образовавшиеся после гибки, невозможно, как и отклонения от перпендикулярности в момент установки соединений.
Если на плоском стенде не базировать заготовку трубы, а поворачивать её, нарушая перпендикулярность в первом соединении, и за счёт этого перемещать второй конец трубы так, чтобы он оказался на какой-то из линий стенда, соответствующих одной из осей координат, то отклонения по двум другим осям будут отсутствовать. В результате, труба после установки соединений будет иметь теоретические размеры по двум осям координат из трёх. Для базирования соединений на плоском стенде можно применить магнитные позиционеры (прил. 3, рис. 2), применяющиеся также для пригонки забойных труб по макетам [37].
Магнитные позиционеры обеспечивают надежную фиксацию положения на стенде после соответствующей настройки. На стенде (см. прил. 3, рис. 2,6) установлено несколько позиционеров: базовый неподвижный 1, переносные 2 и неподвижные 3. Переносные позиционеры фиксируют положение отростков. Контрольно установочные домкраты 4 предназначены для создания устойчивого положения пригоняемой трубы 5 [37].
Практически трубы всех конфигураций (кроме труб, у которых линия, соединяющая концы трубы совпадает с направлением одного из концевых участков) можно поворачивать так, что она совпадёт с любой выбранной осью координат. Угол поворота - это угол неперпендикулярности оси трубы к плоскости соединения. Угол неперпендикулярности ограничен требованиями стандартов, поэтому поворачивать заготовку трубы можно только в направлении той оси, при совпадении второго конца трубы с которой, угол поворота не превысит регламентируемого значения угла неперпендикулярности.
Чтобы контролировать выполнение этого условия необходимо определить взаимосвязь между углом, образующимся при повороте заготовки трубы до совмещения второго конца трубы с выбранной для компенсации осью координат, и величиной необходимого перемещения соединения по этой оси до совмещения со вторым концом трубы.
Вначале определим максимальные величины, которые можно компенсировать за счёт неперпендикулярности установки соединений. Они индивидуальны для каждой трубы и геометрически равны радиусу (R) окружности, образующей основание конуса, вершиной которого является один конец трубы, а центром основания - другой; линия, соединяющая концы трубы, является высотой конуса. Угол, образующий конус, соответствует допустимому отклонению от неперпендикулярности для данного диаметра трубы. Параметры конуса идентичны независимо от того, на каком конце трубы находится вершина и основание конуса.
В работе показано (см. гл. 2), что отклонения под влиянием погрешностей резки и гибки также индивидуальны и зависят от конфигурации и размеров трубы. Максимальные отклонения, под влиянием погрешностей резки и гибки, можно рассчитать по разработанным формулам (см. гл. 2). Геометрически, область отклонений образует параллелепипед. Максимальные отклонения соответствуют вершинам этого параллелепипеда. Чтобы выяснить, на какие оси координат можно переместить второй конец анализируемой трубы, не превысив регламентируемый для данного диаметра трубы угол, неперпендикулярности плоскости соединения и оси трубы, необходимо рассмотреть ряд вариантов. Каждый вариант — это заготовка трубы, имеющая отклонения по координатным осям, равные координатам одной из восьми вершин параллелепипеда. Поворачивая второй конец трубы относительно первого до совпадения с каждой осью координат, необходимо определить величину этого перемещения и сравнить её с R. Если величина перемещения до какой-то оси координат меньше или равна R во всех восьми случаях, то перед установкой соединений на такую трубу второй конец трубы можно совместить с этой осью; при этом неперпендикулярность плоскости соединения и оси трубы не превысит регламентируемых величин. Если в одном из восьми случаев величина перемещения окажется больше R, то трубу при установке соединений нельзя перемещать до совпадения второго конца трубы с такой осью координат, так как угол поворота может превысить допустимые стандартами значения [203, 204].
Для решения задачи не надо иметь восемь заготовок одной трубы с разными отклонениями; весь анализ можно провести расчетным методом на основе разработки соответствующих теоретических положений и математических формул.
С учетом вышеизложенного, теоретическое положение второго конца трубы находится в центре параллелепипеда. Поворачивая первый участок трубы, второй конец трубы будет перемещаться по линиям, проходящим через центр параллелепипеда, образуя плоскость. Если же второй конец трубы, под влиянием погрешностей резки и гибки, окажется не в центре, а, например, в одном из углов параллелепипеда, то конец трубы можно перемещать по линиям, параллельным теоретической плоскости перемещения.
Технология изготовления и монтажа трубопроводов по проектной информации без уточнения размеров по месту
Определены технологические операции, используемые для компенсации отклонений, возникающих в процессе монтажа систем из готовых труб и забойных труб, гибка (изготовление конфигурации) которых выполнена только по проектной информации трасс: - отрезка припусков в процессе пригонки соединений на забойной трубе; - установка соединений не перпендикулярно к осям крайних участков забойной трубы в процессе её пригонки.
Выполнением указанных операций изменяются конструктивные размеры забойной трубы, без изменения её проектной конфигурации.
Использование для компенсации отклонений трасс трубопроводов предложенных элементов, при их определённом расположении и сочетании в конфигурации трассы, исключает необходимость назначения припусков и, как следствие, забойной трубы.
Применение технологических операций не позволяет компенсировать отклонения полностью и используется только в сочетании с элементами конфигурации.
Указанные элементы конфигурации и технологические операции могут использоваться для полной компенсации отклонений трасс трубопроводов в следующих сочетаниях: 1) параллельные участки определённого расположения, не менее трёх пар; 2) параллельные участки и припуск (припуски); 3) прямые трубы определённого расположения, не менее двух пар; 4) прямые трубы и припуск; 5) параллельные участки и прямые трубы; 6) прямая труба и припуски в сочетании с допустимым перекосом соединений забойной трубы. 7) параллельные участки, прямая труба и припуск в сочетании с допустимым перекосом соединений забойной трубы;
Рассмотрим подробнее использование предлагаемых сочетаний.
1. В трассе имеется три пары параллельных участков, взаимное расположение которых даёт возможность компенсации отклонений в трёх взаимно перпендикулярных направлениях (см. рис. 4.12). 2. Наличие в трассе одной пары параллельных участков компенсирует отклонение в одном направлении. В сочетании с припусками на забойной трубе, концевые участки которой расположены в двух других направлениях, осуществляется компенсация отклонений в трёх координатных направлениях. Если в трассе имеется другая пара параллельных участков, создающая дугу компенсации в одном из недостающих направлений, то достаточно одного припуска. В указанных случаях в дополнение к элементу компенсации - параллельным участкам - использована технологическая операция отрезки припусков.
3. В трассе имеется две пары прямых труб, расположенных взаимно перпендикулярно. В этом случае одной парой компенсируются отклонения в двух направлениях, а оставшееся отклонение - с использованием второй пары (см. рис. 5.14, 5.15).
4. Пара прямых труб, расположенных на одной линии или параллельно, может компенсировать все отклонения в сочетании с одним припуском, назначенным на участке трассы, совпадающим или параллельным направлению прямых труб или являющимся одной из этих прямых труб. Труба с припуском будет выбрана забойной. В этом случае в дополнение к элементу компенсации - прямым трубам - использована технологическая операция отрезки припусков.
5. В трассе имеются две прямые трубы, расположенные на одной линии или параллельно, и взаимно параллельные участки, создающие дугу компенсации в направлении прямых труб. В этом случае отклонения, лежащие в плоскости, перпендикулярной направлению прямых труб, будут компенсированы разворотами прямых труб, а дуга компенсации исключит отклонение в оставшемся направлении.
6. Если в трассе имеется только одна прямая труба, и нет параллельных участков, то, назначив припуски на обоих концевых участках непрямой забойной трубы, один из которых совпадает или параллелен направлению прямой трубы, а другой перпендикулярен, будут компенсированы отклонения во всех направлениях. Компенсация будет проведена с использованием поворота прямой трубы, отрезки припусков и установки соединений с допустимым перекосом на забойной трубе.
7. Использование всех рассмотренных элементов и операций для компенсации отклонений трассы осуществляется при наличии в трассе одной пары параллельных участков, одной прямой трубы и отсутствия участка трассы, перпендикулярного направлению прямой трубы или соединения на таком участке, чтобы назначить необходимый припуск. В сочетании компенсационной дуги параллельных участков, поворота прямой трубы и допустимого перекоса установки соединений на забойной трубе или в сочетании поворота прямой трубы, припуска и перекоса установки соединений на забойной трубе исключаются отклонения в двух направлениях, а в оставшемся направлении - используется соответственно припуск или дуга параллельных участков.
Использование различных сочетаний зависит от взаимного положения и направлений участков в конфигурации трассы.
При использовании систем автоматизированного проектирования анализ трасс на технологичность начинается после размещения (прокладки) трасс трубопроводов (см. рис. 6.2), до разделения трасс на трубы, расстановки соединений и путевой арматуры.
Прокладка трассы заканчивается получением координат ломаной линии, где сломы - это места погибов. Длины участков ломаной и их взаимное положение являются исходными данными для проведения анализа на технологичность. Дополнительными данными могут быть контролируемые зазоры - это расстояния от трассы до соседних конструкций
