Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование выполненных разработок по совершенствованию сильфонных компенсаторов, анализ применяемой технологии их изготовления и монтажа, определение цели и постановка задач диссертационной разработки 7
1.1 Исследование конструктивно-технологических особенностей сильфонных компенсаторов и выполненных аналитических разработок по их совершенствованию 7
1.2 Исследование конструктивно-технологических особенностей разгрузочных устройств сильфонных компенсаторов и существующих разработок по изменению конструкции этих устройств 16
1.3 Анализ применяемой технологии изготовления и монтажа сильфонных компенсаторов, определение цели и постановка задач диссертационной разработки 29
Глава II. Аналитическое исследование деформированного состояния сильфонных компенсаторов, а также существующих и конструктивно измененного разгрузочных устройств этих компенсаторов 36
2.1 Исследование деформированного состояния сильфонных компенсаторов при поперечной и изгибающей нагрузках 36
2.2 Исследование кинематический схемы и деформирования существующих разгрузочных устройств 47
2.3 Конструктивно-технологическое изменение разгрузочного устройства и определение аналитической модели его деформирования 60
Выводы по второй главе 77
Глава III. Расчет геометрических параметров конструктивно измененного разгрузочного устройства, исследование функциональных показателей и проведение размерно-технологического анализа собираемости и монтажа сдвиго-поворотных сильфонных компенсаторов с этим устройством 80
3.1 Определение расчетной схемы и геометрических параметров конструктивно измененного разгрузочного устройства 80
3.2 Аналитическое и экспериментальное исследование функциональных показателей сдвиго-поворотных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством 94
3.3 Проведение размерно-технологического анализа собираемости и монтажа сдвиго-поворотных сильфонных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством 108
Выводы по третьей главе 116
Глава IV. Разработка технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства и определение технико-экономической эффективности её применения 119
4.1 Разработка технологии сборки и монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства 119
4.2 Определение технико-экономической эффективности применения усовершенствованной технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов 131
Выводы по четвертой главе 148
Заключение 151
Список используемых литературных источников 154
- Исследование конструктивно-технологических особенностей разгрузочных устройств сильфонных компенсаторов и существующих разработок по изменению конструкции этих устройств
- Исследование кинематический схемы и деформирования существующих разгрузочных устройств
- Аналитическое и экспериментальное исследование функциональных показателей сдвиго-поворотных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством
- Разработка технологии сборки и монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства
Введение к работе
Актуальность темы С целью снижения напряженного состояния судовых трубопроводов в их составе традиционно используют сильфонные компенсаторы. Практика показывает, что применяемая технология монтажа сильфонных компенсаторов характеризуется выполнением пригоночных работ, связанных с установкой забойных участков труб. Это приводит к существенным трудозатратам, повышению расхода материалов и ресурсов, а также применению дополнительных средств технологического оснащения.
Установлено, что решение указанной проблемы путем многовариантного проектирования или экспериментального подбора сильфонных компенсаторов с различными вариантами разгрузочных устройств удовлетворительных результатов не дает, ибо в этом случае необходимы исследования кинематического деформирования составляющих компонентов компенсаторов и исследования путей их использования, как средства компенсации технологических погрешностей.
В связи с изложенным, исследованиям деформированности сильфонных компенсаторов, анализу их собираемости, совершенствованию технологии монтажа, а также оценке технико-экономической эффективности полученных решений посвящена настоящая диссертация.
Объект исследования Сильфонные сдвиго-поворотные компенсаторы и технология их монтажа.
Цель работы Повышение технико-экономической эффективности технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
Исследование деформированного состояния существующих сильфонных компенсаторов и разгрузочных устройств.
-
Конструктивно-технологическое изменение разгрузочного устройства сдвиго-поворотных компенсаторов и определение аналитической модели его деформирования.
-
Определение расчетной схемы и геометрических параметров конструктивно измененного разгрузочного устройства, выполнение аналитической и экспериментальной оценки функциональных показателей сдвиго-поворотных компенсаторов с таким устройством.
-
Проведение размерно-технологического анализа собираемости и монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством.
-
Разработка технологии изготовления и монтажа сдвиго-поворотных сильфонных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством.
-
Оценка технико-экономической эффективности совершенствования технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов.
Методы исследования Основаны на положениях теории упругости и пластичности панелей и оболочек, а также положениях упруго-пластического изгиба стержней и балок. При этом использованы методы теории вероятности и статистической оценки полученных результатов.
Новые научные результаты, полученные лично автором в процессе аналитических и экспериментальных исследований:
-
Разработана аналитическая модель деформирования и метод расчета параметров конструктивно-технологического изменения разгрузочного устройства.
-
Разработан метод проведения размерно-технологического анализа собираемости и монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с исключением пригоночных работ.
Практическая значимость заключается в следующем:
-
Разработана новая технология изготовления и монтажа сильфонных компенсаторов, обеспечивающая сокращение пригоночных работ. Для практической реализации эта технология регламентирована выпущенной инструкцией ИЯНШ 25290.160724.
-
Предложено принципиально новое конструктивно-технологическое решение сдвиго-поворотных сильфонных компенсаторов с измененным разгрузочным устройством, защищенное полученным патентом
№ 2293902. На этой основе выполнено проектирование и изготовление нового типа сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов, стандартизированных техническими условиями ИЯНШ.300260.031 ТУ.
Апробация работы Основные положения и результаты доложены и получили положительную оценку:
– на отраслевом совещании главных механиков нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, г. Кириши, 2006г.;
– на второй Российской научно-практической конференции судостроителей «Единение науки и практики-2010», г. Санкт-Петербург, 2010г.
Реализация результатов выполненной диссертационной работы осуществлена на ОАО «Судостроительный завод «Северная верфь».
Публикации По теме диссертации опубликованы 10 научно-технических работ, в составе которых 6 лично, остальные в соавторстве, где доля автора диссертации 50%. При этом в изданиях, рекомендуемых ВАК, опубликованы 3 научных статьи, из них 1 – лично и 2 – в соавторстве, где доля автора диссертации 50%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и четырех глав с основными выводами, заключения, списка использованных литературных источников. Основное содержание работы включает 159 машинописных страниц, 48 рисунков, 12 таблиц и список использованных литературных источников из 80 наименований.
Исследование конструктивно-технологических особенностей разгрузочных устройств сильфонных компенсаторов и существующих разработок по изменению конструкции этих устройств
Широко известным конструктивно-технологическим решением разгрузочных устройств сдвигово-поворотных и сдвиговых сильфонных компенсаторов является их выполнение в виде штырей (рисунок 1.2, а) или тросов (рисунок 1.2, б).
Разгрузочные штыревые устройства включают жесткие тяги 1 (рисунок 1.3), упорные гайки 2 и опорные шайбы 3. Сферическая поверхность соприкосновения гайки и шайбы позволяет осуществлять поворот тяг при параллельном сдвиге фланцев сильфонного компенсатора.
Такая конструкция разгрузочного устройства хорошо зарекомендовала себя в работе при небольших удельных давлениях на сферическую поверхность и температуре t = 291-423К.
Однако, повышение удельного давления на сферическую поверхность опорных шайб увеличивает силы трения, возникающие в процессе их скольжения из-за поворота жестких тел, а следовательно, и знакопеременного изгибающего момента, воспринимаемого жесткой тягой. Значительное увеличение изгибающего момента способствует ускоренному разрушению жестких тяг в местах максимальной концентрации напряжений (резьба). В итоге этого выходит из строя система трубопровода. Применяемая смазка для уменьшения силы трения при больших удельных давлениях не дает желаемого результата, т.к. она выдавливается в процессе работы.
Особенно резко возрастает величина изгибающего момента в разгрузочных элементах паровых сильфонных компенсаторов, где под действием температуры и большого удельного давления происходит «прикипание» шайб по их сферической поверхности.
Тросовые разгрузочные устройства в отличие от штыревых разгрузочных устройств являются гибкими. Эти разгрузочные устройства (рисунок 1.4) состоят из стального каната 1 и концевых втулок 2. Заделка стального каната во втулке выполняется методом заливки легкоплавким металлом (цинк, марганец) без загиба проволок этого каната.
Конструкция разгрузочного устройства с применением стального каната в отличие от разгрузочного устройства с жесткой тягой является более компактной. Она выполняется из поставляемых промышленностью стальных канатов. Это упрощает конструкцию сильфонного компенсатора в целом.
Однако опыт изготовления и эксплуатации сильфонных компенсаторов с применяемыми гибкими разгрузочными элементами выявил ряд существующих недостатком, а именно:
- большую сложность и трудоемкость выполнения концевой заделки каната;
- недостаточную прочность, которая снижается с повышением температуры рабочей и окружающей среды, а также отсутствие надежного объективного контроля качества заделки [34].
С целью исключения вышеуказанных недостатков традиционно использующихся штыревых (жестких) или тросовых (гибких) разгрузочных устройств, разработаны новые конструктивные решения этих устройств, входящих в состав различных сильфонных компенсаторов.
На рисунке 1.5 представлен сдвиго-поворотный сильфонный компенсатор, в котором разгрузочные элементы выполнены в виде шарнирных звеньев с карданными вилками, обеспечивающими возможность сдвига в любом направлении плоскости сдвига и поворота относительно оси, являющейся общей осью поворота разнесенного кардана.
За последнее время существенно изменились условия эксплуатации сильфонных компенсаторов. Неизменно возрастающая энергонапряженность трубопроводов и систем, предназначенных для передачи пара, забортной воды, перекачивания жидких нефтепродуктов и газообразных энергоносителей поставила вопрос об экстренной необходимости применения сильфонных компенсаторов нового поколения, способных обеспечить восприятие и передачу не только осевых нагрузок, а также, главным образом, способных воспринимать и передавать возникающие сдвиго-поворотные нагрузки.
Традиционно используемые в практике сильфонные компенсаторы, где для восприятия и передачи осевых, сдвиго-поворотных и сдвиговых нагрузок применены жесткие (штыревые) или мягкие (тросовые) тяги, закрепленные на фланцах, которые способны обеспечивать работоспособность на сдвиг и поворот в строго определенном направлении при наличии двух разгрузочных элементов в виде тросовых тяг или штырей, а также при наличии указанных четырех разгрузочных элементов - только на сдвиг в любом направлении, не отвечают в полной мере указанным выше современным требованиям.
Из данных технической периодики известно, что существуют разработки специализированных сильфонных компенсаторов систем и трубопроводов, характеризующиеся различием конструктивно технологических решений их разгрузочных устройств.
Одним из них является сильфонный компенсатор [29], который состоит из двух основных компонентов, включающих гофрированный участок (трубку), обеспечивающий безопасное и герметичное истечение жидкостей и газов через магистраль, а узел стержней, который крепится по обеим сторонам гибкого гофрированного участка (трубки), прикрепленного к узлу стержней для компенсирования действия продольных нагрузок в трубопроводе. Узел стержней служит для того, чтобы дать возможность компенсационному устройству перемещаться и воспринимать при этом всю гамму возникающих реакций для возможности создания герметичного соединения между концами трубопровода. Это обеспечивает беспрепятственное истечение жидких или газообразных сред за счет применения множества упруго-гибких стержней, создавающих опору гибкого гофрированного участка сильфонного компенсатора.
Компенсатор, присоединяемый к торцам трубопровода, не требует применения каких-либо подшипников или шаровых устройств и при этом сохраняет мобильность изменения своей формы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Кроме того, даже после того как применяемые совместно с ним гибкие стержни были использованы в течение продолжительного времени, они сохраняют свою первоначальную гибкость и тем гарантируют надежную работоспособность компенсирующего устройства в целом. Кроме того, применение упруго-гибких стержней, почти не удлиняемых в процессе их эксплуатации, препятствует недопустимому растяжению гибкого сильфона (трубки). Применяемые гибкие стержни имеют прямоугольное поперечное сечение, при этом они могут быть однослойными или многослойными. В целях гарантии безопасной работы гибкого сильфона и обеспечения его перемещения в продольном и поперечном направлениях гибкие соединительные стержни распределяются равномерно вокруг круглого наружного контура гибкого сильфона.
Исключение шарнирных соединений концов гибкого сильфона с торцами трубопровода и применение при этом узла гибких соединительных стержней позволяет исключить ряд эксплуатационных проблем, вызванных, как показывает практика, воздействием окружающей среды, которое может помешать или полностью исключить функционирование шарнирных устройств. Например, в процессе эксплуатации применяемый сильфонный компенсатор приходиться красить и краска может попасть в шаровые подшипники. Наряду с окрашиванием сильфонный компенсатор стремятся покрывать изоляцией, компоненты которой также могут проникнуть в подшипники. Коррозию поверхности подшипника способна вызвать окружающая влажность, что увеличит в подшипниках трение. Даже смазка шаровых подшипников не способна устранить этот недостаток, т.к. тепло проходящих через трубопровод жидких и газообразных сред будет испарять или высушивать используемые смазочные материалы, которые при этом потеряют свои антифрикционные свойства и, тем самым, будут активно способствовать выходу сильфонного компенсатора из строя.
Описанный сильфонный компенсатор и его составные части представлены на рисунке 1.7. Этот компенсатор состоит из гофрированных по кольцу трубок 3 и 4, которые присоединяют через трубчатые кольца 1 и 2 к торцам трубопровода 20 и 21. Между гофрированными трубками 3 и 4 находится промежуточная трубка 5 с гладкой поверхностью. Гофрированные трубки 3 и 4 герметично приварены к соединительным кольцам 1 и 2 в точках 7 и 8, и к промежуточной трубке 5 в точках 9 и 10. К соединительным кольцам 1 и 2 приварены втулки 11 и 12, которые прочно соединены друг с другом в двух диаметрально противоположных точках 15, 16, 17 и 18 гибкими стержнями 13 и 14.
Размер поперечного сечения стержней 13 и 14 выбран таким, чтобы эти стержни обеспечивали наименьшее сопротивление изгибу гофрированных участков сильфона, но при этом не вызывали удлинения сильфона под действием усилий, параллельных его оси.
Исследование кинематический схемы и деформирования существующих разгрузочных устройств
Соответственно рассмотренной в разделе 2.1 механике деформирования сильфонных компенсаторов при нагрузке сдвига Q или моменте изгиба Мюг вызывающих перемещения сдвига Дсд или изгиба Дязг жесткость компенсатора [59] при сдвиге или изгибе характеризуется следующими выражениями.
Представленные выше выражения характеризуют сдвиго-поворотные перемещения сильфонов без учета жесткостных показателей разгрузочных устройств сильфонных компенсаторов.
В сдвиго-поворотных конструкциях сильфонных компенсаторов радиальные распорные усилия Q , вызывающие перемещения Дсд, можно представить как сумму усилия сдвига, действующего на сильфон Р, и сдвигового усилия, действующего на разгрузочные элементы сильфонного компенсатора Т.
Для определения значения усилия сдвига Т рассмотрена кинематическая схема сильфонного компенсатора, представленная на рисунке 2.9.
При перемещениях сильфонного компенсатора его разгрузочные устройства оказываются под воздействием следующих нагрузок [43], включающих:
- момент сил трения МТР - радиальное усилие f ;
- растягивающее усилие Q = рЭФРР, где J7Эф - эффективная площадь внутренней поверхности сильфона; рр - рабочее давление среды.
Численное значение радиального усилия Т может быть определено из уравнений равновесия сил и моментов, действующих на разгрузочные устройства. Такие уравнения составляют следующую систему: Zy=NA+G=V М2.30) ЪМА=МТРА+МТРВ+L sin ах G - L cos aj
На основе одного из уравнений системы (2.30) значение радиального усилия определено выражением: L cos ах
В начальный момент восприятия и передачи сильфонным компенсатором эксплуатационной нагрузки при сс О возникает только момент сил трения МТР в шарнирах разгрузочных устройств, который согласно кинематической схеме, представленной на рисунке 2.9, характеризуется выражением: МГР-ТХ (2-32)
В последствии, когда сХх-7 и COSCKi 1 путем подстановки выражения (2.32) в уравнение (2.31), определено, что радиальное усилие Т будет иметь значение, характеризующееся зависимостью.
Шарниры имеют традиционно применяемые разгрузочные устройства, представляющие жесткие стягивающие штыри (стержни), закрепляемые на фланцах навинчивающимися гайками.
Для определения момента сил трения в шарнирах разгрузочных устройств выделена на рабочей поверхности сферы (рисунок 2.11) элементарная площадка размером dS. При этом принято, что на этой площадке равнодействующая нормальных реакций равна dRm а равнодействующая сил трения от указанных нормальных реакций составляет dF. Наряду с этим принято условие, что для каждой элементарной площадки поверхности сферы рассматриваемого шарнира справедлив закон трения, выраженный зависимостью.
Использование выражения (2.31) в формулах (2.35) и (2.37) позволяет определить жесткость сдвига и изгибную жесткость сильфонных компенсаторов, распорные усилия которых воспринимаются их разгрузочными устройствами, имеющими сферические шарнирные узлы их крепления.
На рисунке 2.12 представлен расчетный график зависимости величины усилия Г, действующего на разгрузочные устройства сильфонных компенсаторов, вычисленного по полученной формуле (2.52).
Из данных этого графика видно, что величина усилия Г существенно снижается при уменьшении момента сил трения в шарнирах разгрузочных устройств, что явно свидетельствует о необходимости применения в сильфонных компенсаторах разгрузочных устройств без шарнирных узлов их крепления.
Как уже указывалось в первой главе настоящей диссертации, в отечественном судостроении и зарубежной промышленности с целью положительного решения проблемы эффективного исключения моментов сил трения в узлах крепления разгрузочных устройств, выполнены разработки изменений конструкции этих узлов. В результате существуют отечественные сильфонные компенсаторы с гибкими разгрузочными элементами (рисунок 1.2), роль которых играет стальной канат, а также зарубежные сильфонные компенсаторы с пластинчатыми разгрузочными элементами (рисунок 1.7). В описаниях гибких разгрузочных устройств указано, что для закрепления стального каната используют цинк, заливаемый после нагрева до температуры свыше 250 С, что приводит к снижению прочностных свойств проволоки применяемого стального каната [49].
В лабораторных условиях проведена экспериментальная работа по определению изменений механических свойств стального каната под воздействием температуры нагрева 200-600 С. При этом нагрев испытываемого каната осуществляли в электропечи, а регистрацию и поддержание температуры на заданном уровне выполняли электронным потенциометром в условиях сохранения заданной температуры нагрева в пределах ± 5 С.
Испытательные образцы гибких разгрузочных устройств, изготовленных описанным выше способом и выдержанных перед началом испытаний в течение 10-15 мин в электропечи с охлаждением на воздухе, подвергали осевой нагрузке до разрушения. Результаты проведенных испытаний представлены на рисунке 2.13 в виде графика зависимости разрывного усилия стального каната от температуры его отжига.
Аналитическое и экспериментальное исследование функциональных показателей сдвиго-поворотных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством
Независимо от типа сильфонные компенсаторы являются составной частью судовых трубопроводов, предназначенных для транспортирования газообразных или жидкостных сред. Наличие у сильфонных компенсаторов разгрузочных устройств традиционной конструкции, расположенных снаружи гофрированных сильфонов, не создают препятствий перемещению по этим сильфонам сжатого воздуха, воды, масла или дизельного топлива.
Естественно считать, что по иному может выглядеть процесс перемещения указанных газообразных и жидкостных сред через сильфонные сдвиго-поворотные компенсаторы, разгрузочное устройство которых представляет упругий стержень, размещенный внутри гофрированного сильфона и связанный с концевыми патрубками сильфона при помощи радиальных ребер жесткости (рисунок 3.8). В этом случае вероятно изменение функциональных показателей сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов, вызванных изменением скорости потока перемещающихся внутри него сред из-за падения давления в местах расположения радиальных ребер жесткости и упругого стержня разгрузочного устройства.
Для численной оценки отрицательного влияния конструктивно измененного разгрузочного устройства на характер истечения газообразных и жидкостных сред через гофрированный сильфон сдвиго-поворотного компенсатора проведено аналитическое исследование, включающее моделирование картины изменения давления потока сжатого воздуха, воды и дизельного топлива. Такое моделирование осуществлено методом конечных элементов в среде ANSYS.
С целью расчетного исследования показателей потоков перемещающихся сред, в качестве исходной базы принято давление Рср = 106 Па (10 кг/см2). Картина численного изменения этого давления при проходе через сильфонный сдвиго-поворотный компенсатор сжатого воздуха, воды и дизельного топлива представлена на рисунках 3.9, ЗЛО, 3.11.
Изменение базовой величины расчетного давления представлено цветовым спектром, характеризующим значения потерь первоначального давления. При этом цветовой гаммой указанного спектра определены зоны распределения потерь давления вокруг составных элементов разгрузочного устройства. Анализ цветового распределения во всех случаях перемещения газообразной и жидкостных сред подтверждает аналогию качественного распределения этих потерь. Указанная аналогия подтверждает наличие наибольших потерь давления в торцах упругого стержня и местах соединения этого стержня с радиальными ребрами жесткости.
В численном выражении величина наибольших потерь давления потока сжатого воздуха составляет порядка 0,25%, таких же потерь давления потока воды - 3,5% и потерь давления потока дизельного топлива - до 3%.
Путем экспериментальных исследований выполнена оценка:
- функциональных показателей разгрузочных устройств традиционной и измененной конструкции;
- функциональных показателей сдвиго-поворотных сильфонных компенсаторов с традиционным и конструктивно измененным разгрузочным устройством.
Перечисленные исследования выполнены на стенде, состоящем из опорной плиты и трех стоек, две из которых соединены поперечной траверсой.
Для получения указанных сравнительных данных выполнена экспериментальная оценка по отдельности традиционных и конструктивно измененных разгрузочных устройств.
В процессе проведения экспериментальной оценки функциональных показателей разгрузочные традиционное и конструктивно измененное устройства испытывали с фланцами сдвиго-поворотных компенсаторов, но без закрепленного к этим фланцам сильфона.
С целью создания необходимой силовой схемы загрузки испытываемых разгрузочных устройств их прикрепляли одним концом к траверсе, связывающей вертикальные стойки испытательного стенда.
Параллельный сдвиг фланцев сильфонов, к которым крепятся разгрузочные традиционные и конструктивно измененные устройства, имитировали путем приложения к свободно свисающему фланцу не только вертикального растягивающего, но также бокового сдвигающего усилия. Сдвигающее усилие создавали при помощи редуктора, закрепленного к одной из стоек, соединенных траверсой.
При создании вертикальных и боковых усилий величины перемещения свободно висящего фланца, к которому должен крепиться один из концов традиционного и конструктивно измененного разгрузочного устройства, измеряли индикаторами часового типа, установленными на промежуточных подставках, закрепленных на опорной плите стенда.
Результаты описанных испытаний представлены графиками, изображенными на рисунке 3.12.
На графике рисунка 3.12 изображена экспериментально определенная зависимость перемещения испытанных разгрузочных устройств Д и остаточных деформаций этих устройств Д от действия растягивающего усилия Т и сдвигающего усилия Р. При этом сплошные линии соответствуют условиям нагружения испытываемых устройств, а пунктирные - условиям их разгрузки, т.е. возвращению в исходное состояние после завершения воздействия растягивающего усилия Т и сдвигающего усилия Р.
Из данных графиков рисунка 3.12 следует, что экспериментально определенные функциональные показатели традиционного и конструктивно измененного разгрузочных устройств характеризуются одинаковой линейной зависимостью перемещений от величины приложенных к ним испытательных нагрузок. Однако, по сравнению с традиционным разгрузочным устройством, преимущество конструктивно измененного разгрузочного устройства заключается в том, что закон деформирования последнего сохраняется одинаковым, т.е. оно работает одинаково в процессе нагружения и возвращения в исходное состояние. Это не характерно для разгрузочных устройств традиционного типа, которые имеют существенные остаточные деформации их элементов при возвращении в исходное состояние.
С целью получения сравнительных данных, характеризующих функциональные показатели сдвиго-поворотных компенсаторов с традиционным и конструктивно измененным разгрузочным устройством проведено испытание этих компенсаторов на действие изгибающего момента и сдвиговой нагрузки.
Угловое перемещение сдвиго-поворотных компенсаторов с традиционным и конструктивно измененным разгрузочным устройством при действии изгибающего момента определяли при схеме испытаний, представленной на рисунке 3.13.
Величину угловых перемещений испытываемых сдвиго-поворотных компенсаторов определяли в процессе ступенчатого изменения изгибающего момента, который создавали с помощью поворотной консольной балки и изменяемого на ее конце подвешенного груза. При этом угол поворота испытываемых сдвиго-поворотных компенсаторов определяли угломером.
В процессе описанного испытания определена зависимость приращения углов поворота от величины создаваемого изгибающего момента, представленная на графике рисунка 3.14.
Разработка технологии сборки и монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства
Результатами исследований, представленных в предыдущих главах настоящей диссертации, установлено, что совершенствование технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов может быть обеспечено путем применения конструктивно измененных разгрузочных устройств этих компенсаторов. Последнее реализуется таким образом, что разгрузочное устройство становится неотъемлемой составной частью гофрированных сильфонов, изготавливаемого в едином цикле производства сильфонов.
С учетом указанного обстоятельства разработана усовершенствованная технология сборки сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов. Основные положения указанной технологии заключаются в изложенным ниже.
Для сборки сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством первоначально осуществляют изготовление:
- заготовок обечаек сильфонов;
- опорных ребер, втулок, вкладных гаек, упругих стержней разгрузочного устройства.
Заготовки обечаек вырезают на гидравлических ножницах, обеспечивающих прямолинейность реза 0,01 мм на длине 500 мм. Контроль прямолинейности обрезанных кромок производят линейкой-шаблоном. Отклонение от номинального размера листов-заготовок обечаек сильфонов не должен превышать:
- по развертке обечаек - ±0,3 мм (на длине 1000 мм);
- по высоте обечаек - 5 мм.
Параллельность кромок листов-заготовок проверяют в двух диагональных направлениях, разница в значениях изменений не должна превышать ±0,3 мм на 1 м длины.
После выполнения указанного контроля плоским заготовкам на трехвалковых вальцах придают цилиндрическую форму. Затем из цилиндрических деталей изготавливают многослойные цилиндрические заготовки собираемых сильфонов.
Сборку многослойных цилиндрических заготовок сильфона выполняют путем вставки обечаек одна в другую последовательно в соответствии с порядковым номером обечаек. Перед сборкой обечайки должны быть очищены и обезжирены. В процессе сборки осуществляют контроль для того, чтобы соединения составляющих их цилиндрических деталей равномерно располагались по окружности.
Сварку многослойных обечаек сильфонов осуществляют вольфрамовым электродом в среде аргона с применением автоматических сварочных установок. Контроль режима сварки выполняемых соединений многослойных сильфонов выполняют путем испытания технологических проб на вытяжку до разрушения гидравлическим давлением. Испытания проводят на трех образцах со сварным швом (разрушение должно быть поперек шва) и на трех образцах без сварного шва, изготовленных из одного и того же листа. Качество сварных швов считается удовлетворительным в том случае, если составляет не менее 60% величины стрелки прогиба образцов без шва. Исправление дефектов сварных швов обечаек вторичными проходами не допускается.
Изготовленные комплекты обечаек обрезают в заданный размер по длине и маркируют соответственно последовательности установки. Формирование гофров сильфонов осуществляют гидравлическим методом в специальной оснастке на горизонтальных и вертикальных гидравлических прессах. При этом формирование гофров сильфонов выполняют за одни рабочий ход, обеспечивая последовательно образование по одному гофру в заданном автоматическом режиме.
Формирование гофров сильфонов на полуавтоматическом прессе (рабочая жидкость - эмульсия) осуществляют в автоматическом режиме согласно паспортным настройкам пресса.
Контроль гофров сильфонов осуществляют по следующим параметрам:
- длине гофрируемой части сильфона;
- диаметру бортиков;
- высоте гофров.
При этом радиусы вершины и впадины гофров должны быть с четко выраженным радиусом.
На поверхности сильфонов допускаются следы от разъемных колец профилирующей оснастки величиной до 0,3 мм и отпечатки в виде выступов и углублений величиной до 0,2 мм. Поверхностные дефекты в виде рябизны, царапин, забоин, рисок величиной до половины суммы предельных отклонений по толщине браковочными признаками качества поверхности сильфона не являются.
Первоначально сборку объемных гофрированных сильфонов выполняют за несколько проходов: первый проход - без использования присадочной проволоки и последующие за ним проходы с присадочной проволокой.
Указанную сварку выполняют неплавящимся электродом в среде аргона на постоянном токе прямой полярности. При этом используют специальные приставки к сварочным горелкам для обеспечения качественной защиты места сварки и околошовной зоны.
После формирования гофрированной части сильфонов к ней с обеих торцов приваривают присоединительные патрубки.
Перед приваркой патрубков с целью удаления влаги, между слоями использованных цилиндрических заготовок сильфоны просушивают при температуре 275±25 С в течение двух часов, а сильфоны с ф-образным профилем гофров - в течение четырех часов. При этом должен быть обеспечен контроль температуры печи как в верхней, так и в нижней части с соответствующей вентиляцией верхней части печи для выхода паров. Загрузку сильфонов в печь осуществляют при температуре не выше 50 С с последующим равномерным повышением температуры до 100 С, выдержкой при этой температуре в течение одного часа и доведением до 275±25 С. Сильфоны должны быть загерметизированы - обварены аргонодуговой сваркой. При герметизации сильфонов, эксплуатируемых при температуре свыше 150 С на одном из бортиков оставляют непроваренными участки длиной от 50 до 60 мм. Такие сильфоны устанавливают в печь непроваренными участками вверх. Время прогрева при температуре 275±25 С - не менее двух часов. Непроваренные участки проваривают при достижении сильфоном температуры не ниже 50 С.
Обрезку припусков бортиков сильфона осуществляют на дисковых ножницах с оснасткой в виде кольца, устанавливаемого на наружный диаметр бортика, которое должно быть плотно прижато к гофру сильфона.
Установку технологических торцевых колец на бортики сильфонов осуществляют вручную с подгонкой диаметров технологических колец на пирамидах.
Обварку торцев сильфонов с установленными технологическими кольцами осуществляют аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой.
Изготовленные гофрированные сильфоны контролируют путем испытаний на прочность, на герметичность, на контрольный прогрев, а также путем осуществления измерительного контроля.
Испытания на прочность и герметичность производят гидравлическим давлением. Перед началом этих испытаний проверяют соответствие гофрированных сильфонов проектной документации и сертификатам, а также документам, подтверждающим качество выполненных сварных швов.
