Повышение эффективности трубопроводного производства с использованием станков с программным управлением

УДК 629.5.06.001.2:621.643

Р. В. Дженкова, К. Н. Сахно

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРУБОПРОВОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Рассмотрено современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа трубопроводов сложных судовых технологических комплексов. Представлен обзор исследований в области традиционных технологий изготовления и монтажа систем трубопроводов. Затронуты вопросы необходимости снятия размеров по месту для изготовления труб и повышения технологичности трубопроводов на стадии проектирования. Трудоемкость изготовления забойных труб рассматривается как отдельная проблема, решение которой, наравне с вышеназванными вопросами, лежит в области использования систем автоматизации проектных работ трубопроводов. Описан принцип работы трубогибочного станка с программным управлением, обеспечивающего высокую точность гиба при производстве единичных изделий и больших партий труб, как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Ключевые слова: трубопроводы, проектирование, изготовление, монтаж.

Введение

Повышение эффективности трубопроводного производства является важной задачей, решение которой должно быть обеспечено на всех этапах проектирования, постройки и эксплуатации судов. Особое внимание следует уделять сокращению объемов ремонта и строительства, которые в настоящее время очень велики, что приводит не только к значительным материальным и трудовым затратам, но и к потерям эксплуатационного времени и, вследствие этого, к большим убыткам. Затраты на ремонт судовых систем и систем судовых энергетических установок составляют до 15-20 % от общих расходов по судну при заводских ремонтах и до 50 % - при междурейсовых профилактических ремонтах. Около 40 % трудоемкости ремонта судовых систем составляет доля работ по трубопроводам пресной и забортной воды, подверженным местной язвенной коррозии. Наиболее интенсивно коррозируют и чаще всего отказывают элементы трубопроводов в зонах деформации потока различными местными сопротивлениями. Скорость проникновения коррозии всегда выше там, где деформация потока больше. Особенно страдают от местной коррозии трубопроводы забортной воды, агрессивность которой в несколько раз выше пресной. Одним из путей сокращения объемов ремонта трубопроводов является совершенствование проектирования, направленное на повышение безотказности их элементов.

Анализ проектирования и сборки судовых трубопроводов

Современное судно представляет собой сложный технологический комплекс [1], состоящий из различного вида оборудования и механизмов, для обеспечения работы которых служат системы трубопроводов (рис. 1).

г

Рис. 1. Системы трубопроводов на проекте судна

Появление новых многофункциональных типов судов, усложнение применяемого оборудования влечет за собой увеличение количества труб различной конфигурации, которые необходимо компактно размещать на судне. На современном среднем судне с функциями рыбообработки размещается более 6 тыс. труб из 15 марок материалов, 55 типоразмеров с диапазоном диаметров от 6 до 219 мм.

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. Необходимая точность достигается значительным объемом 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 [2]. За последние 30 лет трудоемкость всех трубопроводных работ (изготовление труб и их монтаж на судне) увеличилась с 5 до 10-12 % от общей трудоемкости 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.

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;

- 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 [3].

Забойные трубы, обеспечивающие собираемость всего трубопровода, должны компенсировать погрешности изготовления и монтажа труб, установленных в линии, а также конструкций корпуса, изделий насыщения, механизмов, оборудования. Характерной особенностью забойных труб является то, что они могут быть изготовлены только после монтажа основных труб трассы трубопровода. Процесс их изготовления по трудоемкости значительно превосходит изготовление основных труб и дополнительно включает в себя снятие шаблона по месту и пригонку по месту.

Проблемы технологичности забойных труб объясняются тем, что все трубы нельзя изготовить по чертежам с достаточной степенью точности, отвечающей условию их собираемости в трассы трубопроводов [4]. Трубопроводы монтируются после сборки корпуса и установки всех конструкций, механизмов и оборудования. Все предыдущие до монтажа труб работы выполнены с допустимыми отклонениями; проектная конфигурация труб будет изменена для компенсации возникших отклонений.

Последние годы характеризуются определенными успехами в разработке систем автоматизации проектных работ трубопроводов, созданием на заводах специальных конструкторско-технологических групп, которые обеспечивают выпуск недостающей документации для изготовления труб без пригонки по месту [5].

На данный момент уже многие судостроительные и судоремонтные заводы оснащены трубогибочными станками с числовым программным управлением. К примеру, рассмотрим станок типа DB 40139 ST-SPS (рис. 2), а также пределы допустимого и недопустимого использования данного станка [6].

Описание и принцип работы станка. Трубогибочный станок типа DB 40139 ST-SPS оснащен дорном и электрогидравлическим приводом, состоит из станины, установленного на ней выносного гибочного устройства, блока управления, а также гидравлических приводов.

Рис. 2. Трубогибочный станок типа ББ 40139 ST-SPS

Необходимая инструментальная оснастка подается с помощью соответствующего держателя оснастки и легко устанавливается.

Программа, задающая желаемую последовательность выполнения операций, вводится оператором вручную (рис. 3). Если какая-либо программа уже использовалась ранее, ее можно загрузить непосредственно в блок управления.

Рис. 3. Электронная панель для ввода операций

С помощью поворотно-гибочного приспособления, оснащенного зажимным патроном и механизмом подачи труб с возможностью продольного перемещения и поворота в пространстве, обеспечивается высокая точность гиба при производстве единичных изделий и высокая повторяемость при гибке труб большими партиями [7].

Станок подходит для гибки труб в ручном режиме, например, в процессе отладки, производстве единичных изделий. Кроме того, станок может работать в автоматическом режиме, что подходит для гибки больших партий труб.

Допустимое использование: данный станок предназначен исключительно для гибки стальных труб круглого сечения, а также для всех остальных видов труб и материалов, подходящих для холодной штамповки. Геометрия получаемых труб определяется геометрией инструментальной оснастки, а также заложенными в блоке управления параметрами гибки. При работе на станке разрешается использовать только оснастку, соответствующую техническим требованиям производителя [8]. Использование данного станка для других целей или превышение эксплуатационных ограничений считается недопустимым.

Заключение

Отсутствие трехмерных моделей помещений резко снижает возможности самостоятельной разработки заводом-строителем требующихся верфи чертежей и других технических документов, т. к. отсутствует возможность получения с модели любого масштабного плана помещений, сечений и видов на плоскости, нет возможности виртуально пройти по этому помещению, посмотреть его насыщенность и переделать какую-либо несогласованность или произвести замену.

Предложенные в работе резервы по повышению качества и снижению сроков проектирования и постройки судов относятся к модернизационным, требуют нового мышления, новых подходов и подготовки новых квалифицированных кадров, способных принимать инновационные решения.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Багаев Г. В., Образцов А. С. Использование систем управления данными проекта в судостроении // Судостроение. 2003. № 1. С. 48-52.

2. Сахно К. Н. Научные основы компенсации суммарных отклонений в трассах трубопроводов судовых систем // Перспективы использования результатов фундаментальных исследований в судостроении и эксплуатации флота Юга России: сб. материалов Междунар. науч. семинара. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2009. С. 10-15.

3. Сахно К. Н. Особенности моделирования трубопроводных систем сложных технологических комплексов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: междунар. сб. науч. тр. Донецк: ООО «Лебедь», 2004/ Вып. 27. С. 206-210.

4. Дойхен К. М., Гончар Н. О. О выборе конфигурации забойных труб в процессе проектирования судовых трубопроводов // Технология судостроения. 1989. № 4. С. 28-33.

5. Александров В. Л. Адмиралтейские верфи: 300 лет на службе отечеству // Судостроение. 2004. № 5. С. 7-18.

6. Васильев А. А., Левшаков В. М., Голланд В. А. Перспективы внедрения современных технологий в новых судостроительных комплексах Российской Федерации // Вестн. технологии судостроения. 2008. № 16. С. 32-34.

7. ОСТ 5.0005-81. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Требования к проектированию, изготовлению и монтажу труб по эскизам и чертежам с координатами трасс трубопроводов.

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

Статья поступила в редакцию 22.04.2016

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Дженкова Рита Владимировна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры судостроения и энергетических комплексов морской техники; rita.dzhenkova@mail.ru.

Сахно Константин Николаевич - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, доцент; профессор кафедры судостроения и энергетических комплексов морской техники; k.sakhno@mail.ru.

R. V. Dzhenkova, K. N. Sakhno

IMPROVING THE EFFICIENCY OF THE PRODUCTION OF PIPELINE USING COMPUTER-CONTROLLED MACHINE TOOLS

Abstract. The current state of the design, fabrication and installation of pipelines of complex marine technological systems is considered. A review of the research in the field of traditional manufacturing technologies and installation of piping systems is presented. The necessity to measure the place for the manufacture of pipes and to increase the manufacturability of the pipelines while designing is discussed. Labour intensity of designing downhole pipes is considered as a specific problem, the solution of which, alongside with the abovementioned problems, is within using the systems of automation of pipeline projecting. The principle of operation of bending machine with software providing high accuracy of bench while manufacturing single details and large bulks of pipes both in manual and automatic modes is described.

Key words: pipelines, designing, manufacturing, mounting.

REFERENCES

1. Bagaev G. V., Obraztsov A. S. Ispol'zovanie sistem upravleniia dannymi proekta v sudostroenii [Use of the systems of management of the project data in shipbuilding]. Sudostroenie, 2003, no. 1, pp. 48-52.

2. Sakhno K. N. Nauchnye osnovy kompensatsii summarnykh otklonenii v trassakh truboprovodov su-dovykh sistem [Scientific bases of compensation of total displacements in pipelines of the marine systems]. Per-spektivy ispol'zovaniia rezul'tatov fundamental'nykh issledovanii v sudostroenii i ekspluatatsii flota Iuga Rossii: sbornik materialov Mezhdunarodnogo nauchnogo seminara. Astrakhan, Izd-vo AGTU, 2009, pp. 10-15.

3. Sakhno K. N. Osobennosti modelirovaniia truboprovodnykh sistem slozhnykh tekhnologicheskikh kom-pleksov [Peculiarities of modeling of pipelines of complicated technological complexes]. Progressivnye tekhnologii i sistemy mashinostroeniia: mezhdunarodnyi sbornik nauchnykh trudov. Donetsk, OOO «Lebed'», 2004, iss. 27, pp. 206-210.

4. Doikhen K. M., Gonchar N. O. O vybore konfiguratsii zaboinykh trub v protsesse proektirovaniia su-dovykh truboprovodov [On choosing the configuration of downhole pipes during the process of designing ship pipelines]. Tekhnologiia sudostroeniia, 1989, no. 4, pp. 28-33.

5. Aleksandrov V. L. Admiralteiskie verfi: 300 let na sluzhbe otechestvu [Admiralteyskiy yards: 300 anniversary in national service]. Sudostroenie, 2004, no. 5, pp. 7-18.

6. Vasil'ev A. A., Levshakov V. M., Golland V. A. Perspektivy vnedreniia sovremennykh tekhnologii v novykh sudostroitel'nykh kompleksakh Rossiiskoi Federatsii [Prospects of introduction of modern technologies in new shipbuilding complexes in the Russian Federation]. Vestnik tekhnologii sudostroeniia, 2008, no. 16, pp. 32-34.

7. OST 5.0005-81. Sistemy sudovye i sistemy sudovykh energeticheskikh ustanovok. Trebovaniia kproekti-rovaniiu, izgotovleniiu i montazhu trub po eskizam i chertezham s koordinatami trass truboprovodov [Marine systems and systems of marine power installations. Requirements to projecting, manufacturing and mounting of the pipes in accordance with the sketches and schemes with coordinates of pipelines].

8. OST 5.95057-90. Sistemy sudovye i sistemy sudovykh energeticheskikh ustanovok. Tipovoi tekh-nologicheskii protsess izgotovleniia i montazha truboprovodov [Marine systems and systems of marine power installations. Typical technological process of manufacturing and mounting of pipelines].

The article submitted to the editors 22.04.2016

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Dzhenkova Rita Vladimirovna - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department of Shipbuilding and Power Complexes of Marine Equipment; rita.dzhenkova@mail.ru.

Sakhno Konstantin Nikolaevich - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department of Shipbuilding and Power Complexes of Marine Equipment; k.sakhno@mail.ru.