Разработка и перспективы внедрения позиционно-сборочной технологии строительства атомных подводных лодок

ДРУГИЕ ВОПРОСЫ МОРСКОЙ ТЕХНИКИ

М.А. Будниченко, А.Ю. Спиридонов, В.В. Кузьмин

ОАО «ПО «Севмаш», Северодвинск

РАЗРАБОТКА И ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ ПОЗИЦИОННО-СБОРОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА АТОМНЫХ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК

Объект и цель научной работы. Объект - атомные подводные лодки (АПЛ). Цель - разработка высокоэкономичной, прогрессивной технологии строительства атомных подводных лодок.

Материалы и методы. Традиционная технология строительства АПЛ поточно-позиционным методом.

Основные результаты. Предложена перспективная позиционно-сборочная технология, основанная на строительстве АПЛ крупными насыщенными блоками с точной геометрией.

Заключение. Трудоемкость строительства серийного заказа по позиционно-сборочной технологии сократится не менее чем на 20 %, а продолжительность строительства уменьшится на 12-15 месяцев.

Ключевые слова: атомная подводная лодка, зональный блок, блок-модуль, гидравлические испытания, ЭЭ-моделирование.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

Для цитирования: Будниченко М.А., Спиридонов А.Ю., Кузьмин В.В. Разработка и перспективы внедрения позици-онно-сборочной технологии строительства атомных подводных лодок. Труды Крыловского государственного научного центра. 2017; 3(381): 1ЭЭ-1Э8.

УДК 629.5.084.4:623.827 Э01: 10.249Э7/2542-2Э24-2017-Э-Э81-1ЭЭ-1Э8

MISCELLANEOUS

M.A. Budnichenko, A.Yu. Spiridonov, V.V. Kuzmin

JSC PO Sevmash, Arkhangelskoye shosse 58, Severodvinsk, Arkhangelsk Oblast, Russia

DEVELOPMENT AND INTRODUCTION PROSPECTS OF POSITIONAL ASSEMBLING TECHNOLOGY IN CONSTRUCTION OF NUCLEAR SUBMARINES

Object and purpose of research. This paper discusses nuclear-powered submarines. The purpose is to develop a very efficient, advanced construction technology for nuclear subs.

Materials and methods. Conventional technology of nuclear submarine construction: flowline-positional method.

Main results. The paper suggests a promising positional assembling technology based on the experience of nuclear sub assembling of large modules with precise geometry.

Conclusion. The positional assembling technology will offer at least 20 % gain in the man-hours required for construction of a serially produced submarine, as well as 12-15 months shorter construction time.

Keywords: nuclear submarine, zonal unit, modular unit, hydraulic tests, 3D simulation.

Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

For citations: Budnichenko M.A., Spiridonov A.Yu., Kuzmin V.V. Development and introduction prospects of positional assembling technology in construction of nuclear submarines. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2017; 3(381): 133-138 (in Russian).

УДК 629.5.084.4:623.827 DOI: 10.24937/2542-2324-2017-3-381-133-138

Существующая технология постройки атомных подводных лодок

Existing technology of nuclear sub construction

Уже более полувека строительство атомных подводных лодок в АО «ПО «Севмаш» осуществляется поточно-позиционным методом (рис. 1, см. вклейку). В корпусосборочном цехе изготавливаются отдельные секции прочного корпуса, включающие в себя основной набор, разделительные переборки, прочные цистерны и частично установленное корпусное насыщение. Затем секции перемещаются в стапельный цех [ 1 ]. Далее с целью проверки прочности основного корпуса выполняется комплекс гидравлических испытаний (ГИ). Для этого из секций собираются носовой и кормовой блоки, внутренние объемы которых герметизируются с помощью технологических заглушек. Затем носовой и кормовой блоки заполняются водой и нагружаются внутренним давлением, близким к давлению воды на предельной глубине погружения. После ГИ заглушки отрезаются, а носовой и кормовой блоки корпуса расстыковываются на блоки, состоящие из одной или нескольких секций. В период от начала подготовки ГИ до разрезки на блоки проходит от 6 до 12 месяцев, в течение которых другие работы на секциях практически не ведутся.

Далее выполняется очистка и окраска конструкций, монтаж легкого корпуса и оставшегося корпусного насыщения. В определенной последовательности ведется монтаж оборудования. В первую очередь в отсеки методом закатки загружаются ППУ, ПТУ и самые крупные сборочные единицы - блоки зональные (БЗ). Затем с помощью кранового оборудования монтируются более мелкие сборочные единицы, устройства, механизмы, трубопроводы, оборудование помещений и др. На этом этапе также выполняется монтаж местного кабеля.

Формирование корпуса подводной лодки (ПЛ) производится путем соединения между собой блоков с установленным насыщением. Далее выполняется затяжка магистрального кабеля, оставшиеся монтажные, наладочные, достроечные работы и нанесение покрытий. Затем заказ выводится из цеха к достроечной набережной для проведения серии испытаний.

Из описанного процесса видно, что на стапель из других цехов и участков поступают секции прочного корпуса без насыщения и покрытий, а также сборочные единицы. Большая часть работ выполняется в условиях стапеля с использованием

ручного инструмента, специальной и универсальной оснастки.

Очевидно, что поточно-позиционная технология строительства АПЛ имеет ряд существенных недостатков:

длительный стапельный период и общий цикл постройки (из-за необходимости проведения ГИ на стапель поступают «голые» секции, поэтому большинство работ приходится выполнять в условиях стапеля);

ГИ увеличивают стапельный период и цикл постройки на 6-12 месяцев;

работы, выполняемые на стапеле, а не на площадях специализированных участков, увеличивают трудоемкость и снижают качество;

существующая технология и рабочая документация требуют подгонки конструкций «по месту» с учетом накопленных отклонений, поэтому работы ведутся не параллельно, а последовательно, и занимают много времени;

резервы совершенствования поточно-позиционной технологии исчерпаны.

Для сокращения сроков постройки, повышения экономической эффективности и качества работ в АО «ПО «Севмаш» разрабатывается пози-ционно-сборочная технология строительства АПЛ, основанная на агрегатно-модульном методе формирования заказов (рис. 2, см. вклейку). Главными особенностями этой технологии являются исключение ГИ и сборка АПЛ на стапеле из блок-модулей (БМ), представляющих собой части корпуса АПЛ с установленным оборудованием, трубопроводами, кабелями и с нанесенными покрытиями (рис. 3, см. вклейку).

Корпуса БМ формируются в корпусосва-рочном производстве (КСП) из секций прочного корпуса.

Последовательность основных работ при данной технологии:

секции основного корпуса изготавливаются на корпусосварочном производстве (КСП);

устанавливаются фундаменты, крепления, ввар-ное корпусное насыщение, а также специальные, выступающие за пределы изоляции опоры с конструкцией и размерами, позволяющими приваривать к ним дополнительные крепления и подвески в период монтажа, не нарушая покрытий;

изготовленные и прошедшие контроль секции направляются на специализированные участки для очистки, окраски и нанесения покрытий;

после нанесения покрытий секции транспортируются на корпусно-сварочные участки, где из них формируются корпуса БМ и производится установка легкого корпуса;

после укрупнения секций и установки легкого корпуса в необходимом объеме выполняется монтаж оборудования и коммуникаций, а после чего БМ направляются на стапель для окончательного насыщения и формирования АПЛ;

на первой позиции стапеля выполняется погрузка в БМ крупногабаритного оборудования (КГО), закатка ЗБ, паропроизводящей (ППУ) и паротурбинной (ПТУ) установок, монтаж трубопроводов, местного кабеля и обустройство помещений, а затем производится стыковка БМ;

в районе стыков БМ устанавливаются забойные участки легкого корпуса, трубопроводов и монтаж кабельных трасс;

АПЛ перемещается на вторую позицию для завершения монтажа, прокладки магистральных кабелей, достройки и нанесения наружных покрытий.

Очистку секций, их окраску и нанесение покрытий предполагается выполнять в специальных боксах, в которых поддерживается необходимая влажность, температура, организована подача технологических сред, имеется штатная система вентиляции, предусмотрены необходимые меры пожарной безопасности и т.д. Нанесение покрытий в таких боксах позволит значительно повысить качество работ, сократит время на стапеле и общую трудоемкость.

Данная технология позволяет изготавливать БМ как в КСП, так и на стапельных позициях менее загруженных эллингов. А отдельные БМ, например, блок-модуль ППУ, могут поставляться другими предприятиями.

Стоит отметить, что в настоящее время аналогичная технология применяется в США при строительстве АПЛ типа «Вирджиния». Корабли изготавливаются в кооперации двумя компаниями «Электрик Боут» и «Ньюпорт Ньюз» по модульному принципу (рис. 4, см. вклейку). Использование западными кораблестроителями такой технологии стало возможным благодаря отказу от проведения ГИ прочного корпуса. Они заменены методами не-разрушающего контроля сварных швов и корпусных конструкций: радиационным, ультразвуковым, электронно-акустическим и другими [1 ].

За последние 15 лет при проведении ГИ на АО «ПО «Севмаш» также не выявлено ни одного

дефекта на сварных швах прочного корпуса, успешно прошедших приборный неразрушающий контроль.

В наших условиях замена ГИ другими методами контроля потребует развития следующих направлений:

совершенствование методов и увеличение объема неразрушающего контроля корпусных конструкций;

совершенствование конструкции корпуса, например, полное исключение сварных швов ОК с конструктивным непроваром;

повышение точности изготовления конструкций и качества выполнения сборочно-сварочных работ;

совершенствование организации работ по проверке качества сварных соединений и конструкций ОК, детальное документирование всех элементов ОК, в т.ч. фотодокументирование;

создание штатной тензометрической системы мониторинга напряженно-деформированного состояния конструкций для контроля параметров при натурных испытаниях корпуса и при эксплуатации;

разработка методик программного анализа прочности по фактической геометрии корпуса, полученной в результате 30-сканирования секций, для разработки мер по гарантированной компенсации отклонений.

В совокупности с новой организацией производства и переходом к проектированию в точной геометрии по 30-модели, замена ГИ позволит внедрить позиционно-сборочную технологию строительства подводных кораблей.

Требования к процессам проектирования и управления производством

Requirements to design and production management processes

Позиционно-сборочная технология постройки предусматривает применение новых методов проектирования и подготовки производства. Должна создаваться проектная 30-модель корабля (рис. 5, см. вклейку), необходимая для выпуска чертежей в точной геометрии, разработки технологической документации и организации комплексного проектного управления постройкой.

Проектирование должно осуществляться с использованием машиностроительных подходов, обеспечивающих изготовление конструкций и трубопро-

водов, а также установку оборудования и креплений для прокладки кабелей и монтажа труб в точных координатах [3]. При строительстве определение размеров конструкций и деталей, а также выполнение разметочных и проверочных работ должно выполняться по специально разработанным метрологическим технологиям с привязкой к контрольным точкам и с использованием высокоточных электронных измерительных инструментов, таких как тахеометры, трекеры, лазерные 30-сканеры и проекторы геометрии. Стапель и корпусосварочное производство должны быть оснащены единой опорной сетью, обеспечивающей работу электронных средств измерения в единых координатах.

Результаты измерений должны документироваться и храниться для предъявления при подписании актов приемки или закрытия соответствующих построечных удостоверений.

Все крупное и сложное оборудование, а также сборочные единицы, включая зональные блоки и блок-модули, должны формироваться из сборочных единиц: монтажных узлов, блоков, агрегатов, которые необходимо проектировать в точной геометрии.

Для сложных изделий машиностроения и судовых технических комплексов необходимо разрабатывать детальные 30-модели с целью выявления конструктивных ошибок, проверки собираемости, работоспособности, выполнения программных расчетов прочности, гидро/газодинамики [4, 5] и т.д. Одновременно следует прорабатывать технологию погрузки крупногабаритного оборудования в БМ и отсеки.

Все крупногабаритное оборудование (КГО) внешней поставки предварительно моделируется на основании документации. После поступления КГО на предприятие оно сканируется, и выполняется сравнение модели, разработанной по документации с моделью, полученной при сканировании. Обнаруженные отличия используются для внесения необходимых корректировок в процессы строительства.

Это позволит изготавливать конструкции, узлы, трубы по чертежам, содержащим все необходимые размеры, не требующие предварительной примерки или макетирования по месту.

По мере монтажа в БМ оборудования и коммуникаций выполняется электронное сканирование внутреннего расположения готовых конструкций, кабельных трасс и систем трубопроводов, позволяет зафиксировать принятые при создании головного корабля проектные решения. По результатам ска-

нирования методами реверсного инжиниринга [6] строятся 30-модели, по которым выпускаются максимально точные чертежи для строительства серийных заказов.

Такой подход позволит организовать на специализированных производствах изготовление узлов, деталей, труб и сборочных единиц задолго до поступления корпусов БМ на стапель. Это снизит затраты за счет более высокой производительности труда и параллельного выполнения работ. Кроме того, значительно сокращаются работы, связанные с переделками и восстановлением поврежденных при переделках покрытий.

О развитии мощностей для реализации позиционно-сборочного метода

On development of the facilities for implementation of the positional assembling method

По существующей технологии строительства АПЛ, рассматриваемой в данной статье, в КСП изготавливается 16-18 секций корпуса, а после ГИ на стапеле корпус разрезается на крупные блоки, которые в дальнейшем насыщаются оборудованием, коммуникациями, устанавливается легкий корпус, покрытия и др. Поэтому для данной АПЛ возможны два варианта формирования БМ: из небольших секций корпуса или из более крупных блоков.

В первом варианте БМ, созданные на базе небольших секций, имеют меньшие веса и габариты. Это позволит наносить покрытия в существующих боксах цеха 43 и передавать их на стапель Э2 с помощью имеющихся кранов. При необходимости корпуса этих БМ могут направляться по рельсовым путям в Э1 для насыщения и достройки с последующей передачей на стапель Э2. Учитывая, что объем работ в КСП возрастет, необходимо будет выполнить уже предусмотренную проектом реконструкцию - постройку дополнительного пролета в КСП для организации участка агрегатирования, и продлить пути перемещения трансбордера для доставки БМ в Э1 (рис. 6, см. вклейку).

Второй вариант предусматривает формирование БМ на базе более крупных блоков корпуса. В данном случае это могут быть блоки, на которые корпус АПЛ делится после ГИ. При этом часть БМ из-за увеличения габаритов потребует постройки большего по площади участка для нанесения покрытий. Кроме того, образуется не менее 3 БМ, вес

которых превысит возможности кранового оборудования в Э2. Для транспортировки этих БМ на стапель Э2 необходимо восстановить имеющиеся между КСП и Э2 рельсовые пути, которые в настоящее время не используются, а также изготовить и смонтировать предусмотренный проектом гидроподъемник (рис. 6).

Второй вариант является предпочтительным, т.к. позволяет перенести со стапеля на специализированные участки значительно больший объем работ.

Заключение

Conclusion

Проектирование и подготовка производства при позиционно-сборочной технологии будут более трудоемкими и потребуют больше времени. При этом дополнительные затраты труда инженеров позволят значительно снизить трудоемкость и сроки выполнения работ на производстве.

Общее сокращение трудоемкости и цикла постройки АПЛ будет достигнуто за счет следующих факторов:

перенос части работ со стапеля в КСП и на специализированные участки;

увеличение агрегатирования;

исключение гидравлических испытаний корпуса;

изготовление труб без макетирования и необходимости ожидать завершения корпусных работ и монтажа оборудования;

сокращение количества переделок и др. Ожидается, что трудоемкость строительства серийного заказа сократится не менее чем на 20 %, а продолжительность строительства уменьшится на 12-15 месяцев.

Для реализации новой технологии потребуется выполнить определенный объем мероприятий по реконструкции и решить целый комплекс различных научно-технических задач. Однако эти затраты оправданы, т.к. снижение трудоемкости и сроков, а также ожидаемый рост технического уровня и качества изготовления конструкций ПЛ являются на сегодняшний день самым важным и наиболее эффективным направлением развития подводного кораблестроения.

Библиографический список

References

1. Бородин В.П., Власов НПП, Власова АВ., Даценко ВГ., Добродеев ЕА., Макаров В.В, Щусь Ю.Ю., Шуша-рин Ф.Н. Технология судостроения. Атомные под-

водные лодки. Т. 1. Северодвинск, 2004. С. 112-128. [ V. Borodin, N. Vlasov, A. Vlasova, V. Datsenko, Ye. Dobrodeev, V. Makarov, Yu. Schus, F. Shusharin. Shipbuilding technology. Nuclear submarines. Vol. 1. Severodvinsk: 2004; 112-28. (in Russian)].

2. БудниченкоM.A., СпиридоновA.Ю. Модернизация конструкторско-технологической подготовки производства и процессов строительства кораблей // Труды Крыловского государственного научного центра. 2015. Вып. 90(З74). С. 187-194. [M. Budnichenko, A. Spiridonov. Upgrading design & technological support of ship production and construction processes // Transactions of the KSRC. 2015; 90(З74): 187-94. (in Russian)].

3. Спиридонов AЮ, Дрондель В.Г. Информационно-технологический комплекс проектирования и изготовления судовых трубопроводов «CATIA-ПРОТОК» // Рациональное управление предприятием. 2015. № З(2015). С. 58-б0. [A. Spiridonov, V. Drondel. CAT-lA-PROTOK information & and technological complex for design and manufacturing of ship pipelines // Rational Enterprise Management magazine. 2015; З(2015): 58-б0. (in Russian)].

4. СпиридоновA.Ю., Лшеницын A.A. Методы компьютерного моделирования для вибродиагностики состояния судового оборудования // Судостроение. 2014. № 2(2014). С. 44-4б. [A. Spiridonov, A. Pshenitsyn. Computer simulation methods for vi-brodiagnostics of ship equipment // Sudostroenie (Shipbuilding) magazine. 2014; 2(2014): 44-б. (in Russian)].

5. Лшеницын A.A., Некрасов В A., Самохин В.С., Спиридонов A.Ю. Применение методов комплексного моделирования при решении гидродинамических задач // Судостроение. 201б. № 2(201б). С. З1-ЗЗ. [A. Pshenitsyn, V. Nekrasov, V. Samokhin, A. Spiridonov. Applying integrated simulation methods in hydrody-namic tasks // Sudostroenie (Shipbuilding) magazine. 201б; 2(201б): З1-З. (in Russian)].

6. СпиридоновA.Ю., КривчиковA.В. Разработка и внедрение технологии реверс-инжиниринга в АО «ПО «Севмаш» для постройки АПЛ 4-го поколения // Сборник докладов научно-технической конференции «Становление и развитие атомного подводного кораблестроения». Северодвинск, 201 б. С. 89-90. [A. Spiridonov, A. Krivchikov. Development and introduction of reverse engineering at JSC PO Sevmash for construction of a Generation 4 nuclear submarine // Scientific and Technical Conference Establishment and progress of nuclear submarine shipbuilding. Compendium of papers. Severodvinsk: 201б; 89-90. (in Russian)].

Сведения об авторах

Будниченко Михаил Анатольевич, генеральный директор ОАО «ПО «Севмаш». Адрес: Россия, 164500, Северодвинск, Архангельская обл., Архангельское шоссе, д. 58. Телефон: 8 (8184) 50-47-17. E-mail: smp@sevmash.ru. Спиридонов Александр Юрьевич, начальник отдела про-ектно-конструкторского бюро ОАО «ПО «Севмаш». Адрес: Россия, 164500, Северодвинск, Архангельская обл., Архангельское шоссе, д. 58. Телефон: 8 (902) 195-12-19. E-mail: smp@sevmash.ru.

Кузьмин Василий Васильевич, заместитель начальника -заместитель начальника проектно-конструкторского бюро ОАО «ПО «Севмаш». Адрес: Россия, 164500, Северодвинск, Архангельская обл., Архангельское шоссе, д. 58. Телефон: 8 (8184) 50-50-66. E-mail: smp@sevmash.ru.

About the authors

Budnichenko, Mikhail A., Director General, JSC PO Sevmash. Address: 58, Arkhangelskoye shosse, Severodvinsk, Arkhangelsk Oblast, Russia, post code 164500. Tel.: 8 (8184) 50-47-17. E-mail: smp@sevmash.ru. Spiridonov, Alexander Yu., Head of Department, Design Bureau, JSC PO Sevmash. Address: 58, Arkhangels-koye shosse, Severodvinsk, Arkhangelsk Oblast, Russia, post code 164500. Tel.: +7 (902) 195-12-19. E-mail: smp@sevmash.ru.

Kuzmin, Vasily V., Deputy Head of Design Bureau, JSC PO Sevmash. Address: 58, Arkhangelskoye shosse, Severodvinsk, Arkhangelsk Oblast, Russia, post code 164500. Tel.: 8 (8184) 50-50-66. E-mail: smp@sevmash.ru.

Поступила / Received: 07.06.17 Принята в печать / Accepted: 20.06.17 © Коллектив авторов, 2017