Совершенствование технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Вакулов, Павел Сергеевич

• Вакулов, Павел Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Вакулов, Павел Сергеевич

Введение.

ГЛАВА 1. Исследование выполненных разработок по совершенствованию сильфонных компенсаторов, анализ применяемой технологии их изготовления и монтажа, определение цели и постановка задач диссертационной разработки.

1.1 Исследование конструктивно-технологических особенностей сильфонных компенсаторов и выполненных аналитических разработок по их совершенствованию.

1.2 Исследование конструктивно-технологических особенностей разгрузочных устройств сильфонных компенсаторов и существующих разработок по изменению конструкции этих устройств.

1.3 Анализ применяемой технологии изготовления и монтажа сильфонных компенсаторов, определение цели и постановка задач диссертационной разработки.

ГЛАВА II. Аналитическое исследование деформированного состояния сильфонных компенсаторов, а также существующих и конструктивно измененного разгрузочных устройств этих компенсаторов.

2.1 Исследование деформированного состояния сильфонных компенсаторов при поперечной и изгибающей нагрузках.

2.2 Исследование кинематический схемы и деформирования существующих разгрузочных устройств.

2.3 Конструктивно-технологическое изменение разгрузочного устройства и определение аналитической модели его деформирования.

Выводы по второй главе.

Глава III. Расчет геометрических параметров конструктивно измененного разгрузочного устройства, исследование функциональных показателей и проведение размерно-технологического анализа собираемости и монтажа сдвигоповоротных сильфонных компенсаторов с этим устройством.

3.1 Определение расчетной схемы и геометрических параметров конструктивно измененного разгрузочного устройства

3.2 Аналитическое и экспериментальное исследование функциональных показателей сдвиго-поворотных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством.

3.3 Проведение размерно-технологического анализа собираемости и монтажа сдвиго-поворотных сильфонных компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством.

Выводы по третьей главе.

Глава IV. Разработка технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства и определение технико-экономической эффективности её применения.

4.1 Разработка технологии сборки и монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства.

4.2 Определение технико-экономической эффективности применения усовершенствованной технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов.

Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов»

Судовые трубопроводы различного эксплуатационного назначения в процессе использования деформируются под воздействием изменения температуры, механических и вибрационных нагрузок, генерируемых работающим оборудованием, а также потоками жидких и газообразных сред, перемещающихся по этим трубопроводам.

Накопленным опытом установлено, что осуществление компенсации указанного воздействования, особенно действия сдвиговых и угловых перемещений, путем создания П-образных колен трубопроводных систем приводит к значительным напряжениям и, как следствие этого, к существенному снижению коррозионной стойкости трубопроводов.

С целью эффективного снижения напряженно-деформированного состояния судовых трубопроводов, существенно влияющего на степень их надежности и ресурсоспособности, традиционно используют сильфонные компенсаторы, разгрузочные устройства которых воспринимают на себя действие различных эксплуатационных нагрузок.

Проблемой разработки сильфонных компенсаторов, предназначенных для применения в трубопроводах судов отечественного производства занимаются начиная с 70-х годов прошлого столетия. За это время разработана широкая номенклатура сильфонных компенсаторов, в т.ч. предназначенных для восприятия передачи сдвиговых и поворотных нагрузок. Во многом практика проектирования указанных сильфонных компенсаторов опирается на результаты аналитических исследований и теоретических разработок расчетных схем прочности оболочек и панелей, используемых для выбора конструктивно-технологических параметров сильфонных компенсаторов различного эксплуатационного назначения. Такие компенсаторы в достаточной степени надежны и работают в составе судовых трубопроводов.

Однако, как показывает практика, технология монтажа существующих сильфонных компенсаторов характеризуется рядом недостатков, результатами которых являются существенные трудозатраты, повышенный расход материалов и ресурсов. Причиной указанного во многом являются пригоночные работы, сопутствующие традиционной технологии монтажа сильфонных компенсаторов в составе судовых трубопроводов.

Кинематическая подвижность сильфонных компенсаторов позволяет считать, что совершенствование технологии их монтажа может быть осуществлено путем конструктивно-технологического изменения и применения элементов сильфонных компенсаторов, главным образом, их разгрузочных устройств. При этом указанное изменение должно быть направлено на то, чтобы разгрузочные устройства обеспечивали не только функцию восприятия сдвиговых и поворотных нагрузок, но также выполняли роль средств совершенствования и повышения эффективности монтажа сильфонных компенсаторов.

Полученными данными выполненных разработок сильфонных компенсаторов установлено, что решение указанной проблемы путем многовариантного проектирования или экспериментального подбора приемлемых конструктивно-технологических вариантов разгрузочных устройств удовлетворитебльных результатов не дает. Объясняется последнее тем, что для осуществления поиска эффективных решений необходимы сведения о деформировании обеих конструктивных составляющих компенсаторов, т.е. гофрированных сильфонов и разгрузочных устройств под действием эксплуатационных нагрузок. А также расчетные параметры конструктивно изменяемых элементов, обеспечивающие эффективность их применения в качестве эксплуатационных и технологических устройств. Сведения о необходимом повышении собираемости сильфонных компенсаторов для совершенствования технологии их монтажа в составе судовых трубопроводов. Наряду с этим необходима технико-экономическая оценка применения конструктивно измененных разгрузочных устройств.

В практике машиностроения, судостроения, нефтегазовой и пр. промышленности используют сильфонные компенсаторы, которые по типу восприятия и передачи нагрузок классифицируют по трем основным типам, включающим осевые, сдвиго-поворотные и сдвиговые сильфонные компенсаторы. Среди них сдвиго-поворотные сильфонные компенсаторы предназначены для восприятия наиболее сложной схемы нагрузок.

В связи с указанным, аналитическим и экспериментальным исследованиям перечисленных выше компенсаторов применительно к сдвиго-поворотным сильфонным компенсаторам посвящена настоящая диссертационная разработка.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Вакулов, Павел Сергеевич

Выводы по четвертой главе

1. В результате анализа особенностей существующего процесса монтажа сильфонных компенсаторов с традиционным разгрузочным устройством установлено, что совершенствование технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов может быть обеспечено путем использования конструктивно измененных разгрузочных устройств этих компенсаторов, представляющих неотъемлемую составную часть гофрированных сильфонов и изготавливаемую в едином цикле производства этих сильфонов.

2. На основе изучения конструктивно-технологических особенностей сильфонов сдвиго-поворотных компенсаторов и номенклатуры составляющих элементов разгрузочного устройства определено, что для сборки таких компенсаторов с конструктивно измененным разгрузочным устройством должен быть выполнен цикл подготовительных работ, включающих изготовление обечаек и сборку из них гофрированных сильфонов, а также изготовление опорных ребер, втулок, вкладных гаек, упругих стержней и сборку из них разгрузочного устройства, при этом сварка указанных изделий должна быть осуществлена неплавящимся электродом в среде аргона на постоянном токе.

3. Соответственно функциональному назначению судовых трубопроводов и воздействию на них нагрузок при транспортировании газообразных и жидкостных сред определено, что изготовленные сдвиго-поворотные компенсаторы должны быть испытаны на прочность и герметичность избыточным гидравлическим давлением, после этого должны пройти контрольный нагрев, измерительный и визуальный контроль с целью выявления недопустимых отклонений в размерах, наличия разгерметизации и недопустимых дефектов на поверхности сильфонов.

4. С учетом того, что сильфонные компенсаторы являются составной частью судовых трубопроводов, поэтому точность установки этих компенсаторов на штатных местах регламентируется системой допусков на трассировку и сборку судовых трубопроводов, предложено при выполнении монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов первоначально зафиксировать их место в трассе трубопроводов путем закрепления фланцев прилегающих к компенсатору труб, затем провести измерение расстояний между зафиксированными фланцами и соответственно данным проведенных замеров с использованием разгрузочного устройства выполнить регулирование необходимой строительной длины монтируемого на штатном месте сдвиго-поворотного сильфонного компенсатора.

5. С целью исключения пригоночных работ, вызванных введением забойных участков труб, что характерно для существующей технологии монтажа сильфонных компенсаторов с традиционным разгрузочным устройством, предложено отрегулированные по замерам сдвиго-поворотные сильфонные компенсаторы установить на штатное место в составе трубопровода с первоначальным предварительным закреплением их фланцев с фланцем одной из смежных с компенсаторами труб, после этого путем, в случае необходимости, изгиба сильфонов устанавливаемых сдвиго-поворотных компенсаторов и поворота фланцев на свободном конце их сильфонов предварительно соединить фланцы компенсаторов с фланцами прилегающей к ним другой трубы, при этом предварительное соединение обоих фланцев сильфонных компенсаторов выполнить на временных прокладках и болтах, после чего осуществить центровку и окончательное соединение фланцев сдвиго-поворотных компенсаторов с фланцами прилегающих труб на штатных прокладках и болтах.

6. Проведенным комплексом расчетов определено, что совершенствование технологии монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов судовых трубопроводов с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства, исключающее необходимость применения забойных участков трубопроводов и связанных с этим пригоночных работ, тем самым, позволяющее достигнуть сокращения непроизводительных трудозатрат, уменьшения расхода ресурсов (сжатого воздуха, кислорода, ацетилена) и материалов (электродов и сварочной проволоки), а также исключения традиционно применяемых средств технологического оснащения (резаков, зачистных машинок, сварочного оборудования), наряду с этим замены или исключения ряда модификаций сильфонных компенсаторов с традиционным разгрузочным устройством, в целом обеспечивает технико-экономический эффект в сумме до 500000 руб. на одно транспортное или промысловое судно, а также технико-экономический эффект в сумме до 4000000 руб. на один надводный корабль.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью и определенным составом задач настоящей диссертационной работы получены следующие результаты.

1. Результатами проведенных аналитических исследований деформированного состояния применяемых сильфонных компенсаторов и используемых в них традиционных разгрузочных устройств установлено, что основной причиной недопустимого искажения формы гофров их сильфонов является действие изгибающих моментов, которые в шарнирных узлах крепления традиционных разгрузочных устройств значительно увеличивают моменты сил трения и, тем самым, приводят к существенному снижению гибкости сильфонных компенсаторов при выполнении ими перемещений сдвига и поворота.

2. С целью повышения функциональной гибкости сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов путем исключения пар трения предложен новый конструктивно-технологический вариант сильфонного компенсатора с разгрузочным устройством, представляющим упругий стержень, расположенный по оси гофрированного компенсатора и соединенный с его патрубками при помощи радиальных ребер и приваренных к ребрам втулок с резьбой разного направления, что защищено полученным патентом

3. Впервые доказано, что с учетом действия растягивающего усилия Г, изгибающего момента М и перерезывающей силы N. а также закона распределения нормальных а и касательных напряжений т по площади поперечного сечения ¥ упругого стержня, модель его деформирования в точках, отстоящих на расстоянии г от оси разгрузочного устройства, характеризуется с учетом момента инерции J и статического момента 5", а также ширины сечения Ь разгрузочного стержня, уравнениями вида:

2293902. 1 Ж

4. Разработана новая методика, согласно которой расчет геометрических параметров разгрузочного устройства в виде упругого стержня может быть осуществлен на основе модели изгиба упруго-защемленной консольной балки длиной / под действием поперечного усилия Р и изгибающего момента М при эксцентриситете е приложения продольного усилия Г, создающего дополнительный прогиб С/о, что учитывается моментами, выраженными гиперболическими функциями г „ т и,

Рзккх М+Т-е+—^ о вида: Д/. кс/ікх и =---ШГ~~

5. Методом конечных элементов аналитически осуществлено исследование напряженно-деформированного состояния при функционировании конструктивно измененного разгрузочного устройства и влияния наличия этого устройства внутри гофрированного сильфона на величину потерь давления проходящих через компенсатор газа и жидкостей, в результате чего графически представленными результатами проведенных исследований доказана симметричность напряженного состояния упругого стержня разгрузочного устройства и незначительность потерь давления сжатого воздуха (0,25%), воды (3,5%) и дизельного топлива (3%).

6. Экспериментальными сравнительными исследованиями традиционного и конструктивно измененного разгрузочного устройства определено, что последнее обеспечивает повышение гибкости сдвиго-поворотных компенсаторов на 20-25%, при этом сохраняется линейная зависимость между деформациями этих устройств и приложенными нагрузками, что характерно также для возвращающегося в исходное состояние конструктивно измененного разгрузочного устройства, тогда как возвращающееся традиционное разгрузочное устройство получает значительные остаточные деформации.

7. Выполненным размерно-технологическим анализом собираемости и монтажа сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов доказано, что при наличии существующих случайных отклонений от базовых линий концов труб, соединяемых с компенсатором, и возможных несовпадений плоскостей фланцев этих труб с плоскостями фланцев устанавливаемых на штатное место в составе изготавливаемых трубопроводов сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов, совершенствование технологии монтажа таких компенсаторов реально осуществимо с применением конструктивно измененного разгрузочного устройства.

8. Разработанной новой технологией сборки гофрированных сильфонов сдвиго-поворотных компенсаторов определена последовательность установки внутри этих сильфонов конструктивно измененного разгрузочного устройства, наряду с этим определен порядок монтажа изготовленных сдвиго-поворотных компенсаторов на штатном месте в составе формируемых трубопроводов без пригоночных работ за счет изменения строительной длины и изгиба сдвиго-поворотных компенсаторов.

9. Определено, что исключение пригоночных работ при монтаже сильфонных сдвиго-поворотных компенсаторов и связанный с этим отказ от необходимости введения забойных участков формируемых трубопроводов, существенно сокращает трудозатраты, ведет к уменьшению расхода материалов и энергоресурсов, а также к исключению средств технологического оснащения, кроме того конструктивное изменение разгрузочного устройства, расширяющее функциональные возможности сдвиго-поворотных компенсаторов, позволяет уменьшить номенклатуру и количество применяемых компенсаторов с традиционным разгрузочным устройством, что обеспечивает получение экономического эффекта в сумме 500000 руб. на одно транспортное или промысловое судно, а также экономический эффект в сумме 4000000 руб. на один надводный корабль.