автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Общая технология специальных соединений судовых трубопроводов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах

ГОРЕЛИК Борис Александрович

УДК 621.643.629.5

ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СУДОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организации судостроительного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2000 г.

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте технологии судостроения (Санкт-Петербург).

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Лысенков П.М.

доктор технических наук, профессор Сидоренко А. П.

доктор технических наук, профессор Лубенко В.Н.

Ведущее предприятие - ГУП «Адмиралтейские верфи». Санкт-Петербург.

Защита состоится «...31..» октября 2000 г. в 15°° часов на заседании Специализированного Совета Д 053.23.03 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора технических наук при Государственном Морском Техническом Университете, (190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного Морского технического университета.

Автореферат разослан «-.29-..» сентября 2000 г.

Учёный секретарь

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бавыкин Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших направлений совершенствования постройки судов являет.ся_создание_высокотехнолагиуных конструкций ».технологий их изготовления и монтажа (сборка), позволяющие повысить качество и надежность-создаваемой продукци^ьё конкурентпглпглбнпгть, _имрортп^ямв11 (аемосгь-при.-сыи-жении трудозатрат, повышении экологической чистоты и ресурсосбережения.

В процессе строительства добого-судна.основное .внимание, удаляется_каые-сгву изготовления и монтажа трубопроводов, поскольку они существенно влияют на качество, и стоимость постройки .судна вЛ4е лом.

Наиболее ответственным элементом в составе любого трубопровода являются его соединения, от качества изготовления и монтажа которых зависит срок службы трубопровода, надёжность его работы в период эксплуатации. Преждевременный

строя обслуживаемых им механизмов и судна в целом. Частыми причинами выхода из строя трубопроводов .является -клррозионно-дрозионный износ сяарных.-швов -в зоне приварки фланцев к трубам, образование трещин и зазоров в уплотнении по причине жёсткости сварного совдинения, неспособного вьцдержахь. деформации, возникающие от вибрации корпусных конструкций, работы механизмов и т.д. Применение в общесудовых трубопроводах различного рода компенгдторов (сильфонных, сальниковых, лирообразных и других) малоэффективно по самым различным причинам, среди которых высокая стоимость, невысокая надёжность ^сильфонные и тальниковые) и сложность конструкции, высокая трудоёмкость изготовления и монтажа (лирообразные и л и нзовые). _К .тому _же. использовать ,для трубопроводов .из .низкоуглеродистой стали 10 или 20 сильфонные компенсаторы из коррозионно-стойкой стали 08X18Н10Т нерациональное неэкономично.

Следует также добавить, что срок их службы не превышает 2-3 лет. Не даёт экономического выигрыша, а зачастую и повышения качества, использование соединений импортного производства, причём основной причиной является не только их высокая стоимость при оплате .иностранной валютой, но и несоответствие сортаменту и типоразмерам труб отечественного производства. Поэтому в судостроении постоянно ведутся работы по лоиску наиболее тахнологичных .соединений, .свободных от указанных недостатков, причём их стоимость должна быть минимальной.

Кроме того, они не должны уступать по своим техническим характеристикам зарубежным аналогам.

Необходимость создания более совершенных и надежных конструкций соединений и определяет а ктуальность.вы бранной хемыдиссертации.

Веб перечисленное выше настоятельно требует создание таких соединений труб, которые не имели-бы в своём составе приварных элеменгавии .одновременно могли бы компенсировать осевые и угловые перемещения труб, возникающие в результате действия вибрации, изгиба, удара и.других возмущающих (-.мп, г.ппглЯнк1у нарушить герметичность и прочность соединений в период эксплуатации судья.

Цель работы. Основной.^елью диссертационной работы „является „повышение надежности общесудовых трубопроводов и снижение затрат на их производство, эксплуатацию и ремонт за .счет, использования .бессварных и -гибких_раструбных соединений и компенсирующих патрубков из стали и цветных сплавов.

В качестве критериав _выбраны: отсутствие сварыьвс.1 I шгт, возможность, компенсировать угловые и осевые перемещения соединяемых труб, равнопрочность по отношению к соединениям и компенсаторам с.приварными-фпанцями,-вибропроч-ность и вибростойкость, что обеспечивается использованием эластомерной прокладки специального сечения, определённой конфигурации концовлруб илатрубков и применением свободно перемещаемых фланцев. В совокупности одновременное наличие этих свойств делает такие соединения универсальными, более .технологичными, а технологии их.изготовления и монтажа - экологически чистыми, энерго- и ресурсосберегающими.

Задачи исследования. Для достижения цели исследований потребовалось решить следующие задачи:

1. Расчётным путём определить прочность раструбных соединений и их элементов ^подтвердить эгавсесторонними .испытаниями.

2. Исследовать напряжённо-деформированное состояние и рассчитать достигаемые эксплуатационные .характеристики компенсирующего раструбного латруб-ка.

3. Исследовать и определить параметры точности изготовления раструбных соединений и компенсирующихлатрубков.

4. Определить деформации трубопровода и необходимое количество компенсирующих патрубковлля.егонадежносо^ункционирования.

5. Исследовать напряжённо-деформированное состояние конца трубы при его коническо-цилиндрической. раздаче.

6. Экспериментально исследовать и подтвердить результаты, полученные теоретическим путём, касающиесятехнических_характеристик и .конструктивныхла-раметров раструбных соединений и компенсирующих патрубков, а также точности определения геометрических ..размеров .раструбов.-гидродиыамических .характеристик, усилий обжатия фланцев и раздачи концов труб коническо-цилиндрическим пуансоном.

7. Разработать ресурсо-и энергосберегающие, экологически чистые технологии изготовления и монтажа .раструбных соединений-И патрубкови.реализовать мх в условиях промышленного производства.

8. Разработать методики качественной оценки технологичности .разработанных конструкций, определения необходимого типа и количества раструбных соединений и патрубков, технико-экономической .эффективности примеыеыкШ.эт.их. изделий и стоимости лицензии на право реализации разработанных конструкций на инвестиционной основе.

9. Разработать руководящие технические материалы, обеспечивающие производство трубопроводов ¿.раструбными соединениями на,действующих, , вновь организуемых и модернизируемых предприятиях, в том числе конструкторскую, технологическую и организационно-техническукхдокумемтацию.

10. Разработать пути расширения объёмов и области применения раструбных соединений и компенсирующихпaзpyбкoвrJmзJcyдDlлpoeнии^-cyдQpeмQнxe,.Iaк ив других.отраслях народного хозяйства, а также при строительстве судов по заказу иностранных фирм.

Научная новизна. В результате исследований разработаны и созданы принципиально новые бессварные раструбныехоединения и компенсирующие патрубки для судовых трубопроводов. В этих конструкциях использован ранее не применявшийся принцип уплотнения по образующей конца трубы, создающий , своего , рода «замок», обеспечивающий за счёт применения эластомерной прокладки, не только гибкость соединяемым трубам £ез .нарушения прочности и герм&тичыости.хоедине-ния, но и компенсирующие, свойства, заключающиеся в способности осевого и углового перемещения соединяемых хруб, что .совокупности делает, эт_соадинение универсальным и надежным.

Кроме того, впервые в отечественном судостроении применены универсальные раструбные конструкции концевых участков соединяемых труб. .Внесён .элемент новизны и в конструкцию уплотнительных фланцев, предотвращающий выход прокладки из уплотнительного пространства и разгерметизации трубопровода.

Для практической реализации этих конструкций в условиях трубообрабаты-вающего производства на основе ^результатов исследований^первые разработаны технологические процессы изготовления, монтажа и испытаний трубопроводов с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками.

Сами конструкции и способы их получения защищены 7 патентами.

При исследовании взаимодействия геометрических параметров концевых участков соединяемых труб впервые получены эмпирические математические зависимости определения точности конечных размеров раструбов, что обеспечивает .качество и надёжность соединений и позволяет применить их при расчёте трубопроводов всех размеров и материалов.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований, в том числе с использованием разработанной компьютерной мдцели процесса.раздачи-коыца трубы на раструб, впервые решена контактная задача деформации конца трубы при раздаче его коническо-цилиндрическим пуансоном.

Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности. Полученные в диссертации научные ..(теоретические и экспериментальные.) результаты служат необходимым и достаточным основанием для создания различных конструкций раструбных.соединений.и компенсирующих.лахрубков,.расчёта прочности, разработки технологических процессов изготовления, монтажа и испытаний, а также оценки технологичности, экономической .эффективности и организационно-технических основ их внедрения в производство. Практическая значимость подтверждается и возможностью прогнозирования оптимального выбора того или иного типа раструбных соединений. Ценность работы для практики заключается также и в том, что теоретические положения и, полученные положительные результаты использования разработанных изделий, позволяют осуществить их выпуск на промышленной основе.

Результаты выполненных исследований реализованы в разработанных отраслевых руководящих технических документах, внедрённых в производство, а также в учебнике и учебном процессе Судомеханического колледжа. Морского технического университета и Института повышения квалификации. Разработанные _.конст-

рукции и технологические процессы реализованы при строительстве судов 43 различных проектов, построенных на 9 судостроительных и судоремонтных .заводах. Начаты работы по замене трубопроводных соединений с приварными фланцами на раструбные соединения и в.других.отраслях народного хозяйства.

В настоящее врвмя с целью расширения объёмов внедрения этих изделий они включены в Федеральную.целавую научно-техническую программу «Российские верфи» (подпрограмма «Судотехнология») в Региональную программу развития городского хозяйства Санкт-Петербурга, в Программу совершенствования производства Северного машиностроительного предприятия г. Северодвинска.

В процессе эксплуатации на судах, _в том числе построенных по заказу зарубежных фирм, раструбные, соединения и компенсирующие патрубки подтвердили высокие технические характеристики, соответствующие разработанным техническим требованиям, полученным,, в результате исследования и создания этих изделий, а также использования методик лавнедрению ихв.проектирование и производство.

На защиту выносится основной результат диссертационной работы - создание нового научного направления^ лроектироаании_и производстве судовых ^трубопроводов с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками и решение на этой основе ряда научно-технических, проблем, обеспечивающих качество .и надёжность эксплуатации судовых трубопроводов. Указанный результат достигается и за счет разработки теоретических и экспериментальных положений, выраженных математическими зависимостями, подтверждающими закономерности определения давления на уплотнительный . элемент, ..конечных размеров .коническо-цилиндрических раструбов, оптимального количества компенсирующих патрубков, определяемого на стадии _проекхирования, _влинния „конструктивных .особенностей раструбных соединений и патрубков на гидродинамику потока рабочей среды, зависимость усилий обжатия от размеров соединений, обеспечивающих их прочность и герметичность, усилий раздачи в зависимости от размеров труб, а также конструкции раструбных соединений и компенсирующих латрубков и технологии их изготовления и монтажа, разработанные на основе конструкторско-технологических решениий, базирующихся на полученных закономерностях, которые воплощеныв .конкретные, изделия - бессварные и гибкие раструбные соединения и патрубки.

Апробация работы. Основные научные положения и .результаты работы прошли апробацию в виде, докладов и обсуждены на международных и Российских конференциях, симпозиумах и.семинарах,..в .том числе на ХИ.Всесоюзной научно-

технической конференции «Повышение технического уровня судостроительного производства», г. Hикoxlaeв4VJфaинa)..1990.x.»,..нa.£cecoюзнoй_нgyчнo-тexыичecкoй конференции «Актуальные проблемы проектирования, изготовления, монтажа и ремонта судовых трубопроводовшзкпвм», г-.Севастополь.(Украина), 1991 с,, _на.рак-. ламно-коммерческом мероприятии «Новые способы повышения производительности труда ^ снижения трудоёмкости изготовления ¡л монтажа трубопроводов»,. Москва (Россия), 1990 г., на симпозиумах международных выставок «Нева-95» и «Нева-97» в Санкт-Петербурге (Россмя), на семинарах сещии-сСудовые м ды» при.ВНТО им. академика А.Н. Крылова (Санкт-Петербург), и других.

Положительные результаты применения атих .изделий _отменены_дипломами первой (1990 г.) и второй степени ВНТО им. академика А.Н. Крылова, серебренной медалью ВДНХ (1991 г.),_.бронзовой медалью международной выставки «Зврика» .в Брюсселе (1999 г.), дипломом международной выставки «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (2000 г.).

По 9 гарантийным письмам предполагается внедрение этих разработок в других отраслях народного хозяйства.

Результаты работ демонстрировались на 5 международных и 4 отечественных выставках.

Публикации: Основное содержание и результаты диссертационной работы опубликованы в 29 пеыягных .работах, _в том числе .в. учебнике «Трубогибщик-трубопроводчик судовой», издательства «Судостроение» (1990 г.), а также в журнале «Knoy-how», Бельгия._На 7.разраб010кл0лученыпатенты.

Как сертификационная продукция, одобренная к применению, информация о раструбных соединениях-^-комленсирующих-патрубках.зклюыена_в -периодические сборники разработок, имеющих сертификаты Российского Морского Регистра судоходства и Норвежского классификационногох>бщес1ваХ>е1 Norske Veritas.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из двух томов. Первый том, в котором изложен ..основной, текст .диссертации, состоит из_введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 155 наименований. Объём диссертации 268 Страницы мяшинппипнпт такгга, иа которых SQ ригункои и 9Я тяЯпицы R-rnpnft ТОМ сформирован как «Приложения» и включает в себя копии патентов, дипломов, сертификатов, протоколов,.актов.внедрения, писем, проспектов итд. ггруппироярнч^у в соответствии с последовательностью изложения основного материала в томе 1.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана характеристика трубопроводов, .в .которых используются традиционно применяемые соединения с приварными фланцами и сйльфонные, сальниковые и другие типыкомпенсирующих устройств, как.в отечественном, так л в зарубежном судостроении. Кратко описаны конструктивно-технологические решения по созданию новых более -совершенных конструкций.соединений.и..патрубков, являющихся предметом исследования в настоящей диссертационной работе. Приведены сведения о новизне .работы ирезультатах, полученных в процессе.исследований, а также о личном вкладе автора работы. В этом разделе параллельно с описанием преимуществ разра£ютаннь1х_раструбныххоединений и-компенсирующих .патрубков', даны примеры практического использования результатов работы, охарактеризовано значение результатов исследования лля науки и лрактики, показана экономическая эффективность разработанных изделий, их надежность, технологичность yi качество, подтвержденные сертификатами Морского Регистра ..судоходства (Россия) и классификационного общества Det Norske Veritas (Норвегия). Новизна этих конструкций и способовихизготовления и монтажа защищена /.патентами.

В первой главе приведен обстоятельный анализ конструктивно-технологических характерипгик-отечественных. и -зарубежных. трубопроводных хо-единений и компенсирующих патрубков, рассмотрена причинно-следственная связь выхода из строя трубопроводов.из-ла ...конструктивных .и техыолошческих-недостат-ков. В скрыты причины „возникновения преждевременного коррозионно-эрозионнога износа сварных швов, _испольэуемых_для .приварки-фланцев ..к.друбам и трубным элементам. Значительное место занимают анализ технологичности этих конструкций и непосредственно недостатков монтажа .трубопроводов и .особенно забойных труб. Помимо этого объясняются причины нарушения герметичности трубопроводов с приварными фланцамит_вызванные напичием._высокой жесткосгихоединений такого типа.

Не меньшее внимание уделено рассмотрению использования различного рода компенсаторов для снижения жесткости трубопроводов.-в юм чиспасильфонных, сальниковых, линзо- и.лирообразных. Представлена полная техническая характеристика и вскрыты конструктивные недостатки,.вызь1вающие. их.лреждевременный.вы-ход из эксплуатации. ...

Детально рассмотрены аналогичные зарубежные компенсирующие и соединительные устройства, показана сложность их конструкций, вызывающая трудности при монтаже. Кроме этого, показана несовместимость типоразмерного ряда таких устройств с размерами труб отечественного сортамента. Немаловажным при объяснении причин их ограниченного применения является акцент на неэффективность их воспроизводства и высокая стоимость.этих,устройств, оплачиваемая.дри-закупке в валюте.

На основе вскрытых недостатков отечественных и зарубежных конструкций соединений и патрубков сформированы требования.формальной..оценки.безопасно-сти, которым должны удовлетворять создаваемые в рамках данной диссертационной работы новые конструкции_для.судовых .трубоправодов. Среди .этих лребований основными являются: исключение из конструкций соединений сварных швов; обеспечение за счет более совершенного упштнительного узла повышенной герметичности, прочности, компенсирующей способности, вибро- и ударостойкости, шумопог-лащения, технологичности и.экономической .эффективности.

Базируясь на этой основе, в данной главе рассмотрены этапы создания принципиально новых соединений и патрубков..для судовых трубопроводов...Показана эволюция отказа от сварных швов, как источников коррозионного износа и возникновения дефектов соединений...Отказ, от подварочноголива в соединении,, получаемого способом напрессовки фланца на трубу, дал возможность разработки еще более совершенного типа соединения —..раструбного. Философия созданилтакого-типа соединения заложена в упрощении конструкции без ухудшения ее технических характеристик.

Рассматриваемые конструктивные и технологические особенности создаваемых изделий, удовлетворяют практчески.всем.лредъявленным.к ним.тре.бованиям в части технологичности, простоты конструкции, возможности совмещения уплотните льных свойств с компенсирующими, что_делает их уникальными.. Главным и определяющим является отсутствие в их составе сварных швов. Использование в этих конструкциях в качестве уплотыительного элемента.резиновой.прокладки привносит дополнительные положительные свойства, такие как шумопоглащение, ударо- и вибростойкость, гибкость .и другие.

В данном разделе приведено конкретное и полное описание разработанных конструкций, сделан акцент на. .область мх.применениядля трубопроводов, па .которым транспортируют самые различные среды ( морская и пресная вода, нефть и

нефтепродукты, газы) при рабочем давлении до 1,6 МПа и температуре от минус 45 до плюс 100" С (рисунок 1).

а) б) в) г) д) е)

Рисунок 1- Раструбные соединения (а-в) и компенсирующие патрубки (г-е)

Дано описание переборочных втулок,, используемых в -качестве изделий корпусного насыщения, концевые части которых имеют аналогичные раструбы, что позволяет упростить, резко снизить трудоемкость и повысить качество изготовления забойных участков при стыковке секций корпуса судна. Здесь же приведено описание новых конструкций 1Ю1шенсирующихла1^£ков,^аменяюи4иххиаьфонныа.л^ль-никовые и другие виды .компенсаторов. Компенсирующие патрубки изготовляют из стали и цветных сплавов. Ло_саоим характеристикам .они превосходят.не тппкка отечественные, но и зарубежные аналоги. Наибольший эффект от применения этих конструкций получается при модульно-агрегатном методе постройки судов.

созданных в рамках данной работы, соединений и патрубков выполнен сравнительный анализ, который сяилятепьгтдуат о-вдм, что вновь созданные, конструкции обладают значительными преимуществами как в техническом, так и экономическом отношении. Обоснованием дпя такого утверждения являются простота их конструкций, не требующая создания новых видов средств технологического оснащения, возможность применения мяхинияцрпяяннпт пАодудпнанид яффеистипная технология изгп-товления, практически исключающая ручной труд, а главное из-за отсутствия сварных швор и приобретенных свойств .гибкости и. компенсирующей способности.-обес-печивается канество и надежность трубопроводов в период эксплуатации.

В заключительной части зтогараэдела .сформулирована _це ль .диссертационной работы, заключающаяся в создании новых более надежных и технологичных соединений трубопроводОвЛанная_цель мпжят Выть достигнута за счет решения комплекса задач, в основе_которых лежат исследования технических возможностей этих соединений, напряженнсидеформированыого состояния трубопровода дрилвйсгвии на него возмущающих сил, концов труб, подвергаемых деформированию коническо-

цилиндрическим пуансоном в процессе образования раструбов, а также разработка инженерных методик определения конечных размеров сопрягаемых элементов соединения и оптимального количества компенсирующих патрубков. Пользуясь результатами теоретических и экспериментальных исследований, разработаны новые технологические процессы их изготовления и монтажа, положения по организации производства и реализации этих изделий в промышленности.

Один из разделов этой главы посвящен исследованию и разработке методики расчета прочности раструбного соединения и его элементов с использованием основ теории упруго-пластического деформирования. Показатели прочности являются наиболее важными при оценке качества и работоспособности подобных изделий. Основным параметром расчета является определение силы монтажной затяжки болтов, обеспечивающие прочностные и герметизирующие свойства соединения. При расчете их величины основным условием является исключение влияния момента, создаваемого растягом трубопровода и неточностью сборки труб в осевом и угловом направлении. Установлено, что усилие монтажной затяжки XI.расходуется на создание уплотнения прокладки и.определяется с учетом конструкции уплотнитель-ного узла по следующей формуле:

Робж=2геИср.пр.Ьр0 ' С)

где И - высота прокладки, см,

ГЧсрпр. - средний радиус прокладки, см,

^ — расчетное давление на прокладку для обеспечения герметичности соединения, Н/см2.

Усилию обжатия способствуют силы Р< и Рэ, а также сила Р2 , равная половине величины усилия монтажной затяжки. Все три силы создают в соединении трехмерное объемное напряженное состояние (рисунок 2 ).

Рисунок 2- Схема определения усилий, действующих на уплотнительный элемент-прокладку

Расчет внутреннего раструба на смятие сводится к определению напряжения смятия, рассчитываемого по формуле:

, (2)

где орсм- напряжение смятия, МПа,

Рр - сила, действующая на раструб, Н, Б«— площадь кольцевого контакта, см2.

Площадь кольцевого контакта определяется из условия, что раструб своей внешней стороной упирается через прокладку в кольцевую кромку уплотнительного фланца по всему внутреннему диаметру.

При расчете болтов на растяжение учтено, что соединение воспринимает нагрузку от сил монтажной затяжки и от сил гидравлического давления транспортируемой по трубопроводу рабочей среды. Расчет производится по известным формулам. Расчет уплотнительного фланца выполнен, исходя из того, что он воспринимает действие только сил гидравлического давления рабочей среды, и не воспринимает действие сил от изгибающего момента, возникающего как в процессе монтажной затяжки, так и при тепловом расширении труб, деформации корпуса судна и т.п.

Определение тангенциальных напряжений в уплотнительном фланце выполнено с учетом расположения взаимодействующих деталей соединения, в том числе прокладки. Используя теорию колец и пренебрегая взаимным перемещением элементов поперечного сечения, а также, учитывая симметричность действия нагрузки, определена деформация фланца. Это согласуется с условиями, так называемого, способа «кручения колец парами», равномерно распределенными вдоль осевой линии. Исходя из этого, напряжение вдоль волокон фланца определяют с учетом закона Гука по следующей формуле:

О = ее , (3)

где Е - модуль упругости, МПа,

г - радиус приложения сил на волокно, см, е - относительное удлинение волокон фланца,, , 9 - угол поворота фланца, град.

2. - координата расположения волокна по высоте фланца,см.

Расчет уплотнительного элемента сводится к определению давления на него при обжатии соединения, при этом учтено, что объем резиновой прокладки не изменяется. Ее сжатие происходит от воздействия нажимного фланца. Исходя из этого, давление на прокладку подсчитывается по формуле:

где е - относительное сжатие прокладки (30 %), Ь - длина уплотнительной зоны, см, Е» - модуль эластичности резины, МПа.

Поскольку при обжатии фланцев для достижения требуемой прочности соединения не требуется больших усилий, то их раскрытия не происходит, что способствует высокой герметичности уплотнительного узла. По этой же причине цилиндрическая и конусная часть раструба также не испытывают большого давления в радиальном направлении, что в еще большей степени повышает герметичность. Незначительные внешние нагрузки, возникающие при обжатии соединения, практически не воспринимаются болтами (шпильками).

При деформировании концов труб и трубных заготовок особое значение имеет получение конечных размеров раструба, особенно цилиндрической его части. На точность этих размеров влияют упругие и пластические свойства материалов труб. Кроме того, для точного расчета исходной длины трубы, на конце которой получают раструб, следует знать ее уменьшение вследствие конусно-цилиндрической раздачи. В совокупности получение необходимых размеров раструба позволяет определить требуемые размеры уплотнительного элемента. Государственными стандартами не предусмотрено выполнение таких расчетов, поскольку таких конструкций в практике не существовало. Полученные эмпирическим путем математические зависимости позволяют определить практически все основные параметры раструба, а именно: Толщину стенки (Б,), наружный и внутренний диаметры (с!„ц., с1тц.) цилиндрической части, наружный диаметр (с1т) конуса, а также суммарную заготовительную длину (I.) исходной заготовки трубы и раструба.

Ниже приведены формулы для расчета диаметров раструба:

Ро = 6<1 + ^>Еэ •

2Ь

(4)

сЬк = 2и19а + <1р-28

(6)

Определяя по этим формулам необходимые размеры раструбов можно уже на стадии проектирования получить фактические размеры пуансонов, используемых для их изготовления, что позволяет отказаться от метода постепенного выполнения их механической обработкой до расчетных размеров. В производстве это_дает значительную экономию остродефицитных материалов.

Расхождение теоретических расчетов с экспериментальными невелико и приведено на рисунке 3.

/>*

10 £ 6

5

=5»

г'

/

1о

100

НО

.¿г,

мм

Э-экслеримент, Т-теория Рисунок 3 - График.сходимости теоретических» .экспериментальных данных расчета геометрических параметров раструбов

Теоретические расчетырасгрубнога соединения и его элементов показали его способность обеспечивать герметичность трубопровода. Однако, проверка такого типа соединения в эксплуатационных условиях накладывает .рад 4>аях1ров, ..которые без учета внешних воздействий установить невозможно. Исследование влияния сложных деформаций от действия .вибрации при качке судна лроввдено.на^заструб-ном компенсирующем патрубке ПКР-700, подвергаемом в процессе эксплуатации действию крутящего момента, распорным усилием и температурному воздействию. С учетом граничных условий и использования уравнений матричной .формы определены перемещения фланцев патрубка в трехкоординатной системе.

Полученные расчетные значения перемещения фланцев, находящиеся в пределах от 0,3 до 4,3 мм, не превышают установленных, рассчитанных в процессе проектирования патрубка и фактических замеров в процессе эксплуатации. Поскольку патрубок изготовлен из медно-никелевого сплава МНЖ5-1, то наибольшие пере-

мещения он имеет от теплового воздействия и практически не имеет перемещений от действия давления, транспортируемой по трубопроводу рабочей среды. Немаловажным является определение деформаций трубопроводов большой длины, в составе которых имеются компенсирующие патрубки. Принимая каждый участок трубопровода за эквивалентный брус длиной не менее 0,151 (I- — общая длина судна, м) и учитывая расчетные значения изгибающих моментов и перерезывающих сил на вершине и подошве волны в районах наибольших нагрузок (мидель-шпангоут, концы надстроек, конструктивные изменения набора корпуса судна), , определяют по известным зависимостям напряжения от общего изгиба, которые затем сопоставляются с эйлеровыми (критическими). Определение количества компенсирующих патрубков и их размещения по длине трубопровода основано на расчете деформаций вдоль судна и учете направления действия на трубопровод сил, вызывающих либо сжатие, либо растяжение (на гребне и на подошве волны). Деформация трубопровода зависит от действительной деформации корпуса судна (£*) и длины самого трубопровода (Ц и определяется по формупе:

ДЦ = ±ед-1., (7)

где ед - величина действительной относительной деформации I. -длина судна, м

Способность патрубка компенсировать полученные деформации определяется из условия:

Ди„>Л1.д (8)

Если такое условие выполняется, то это свидетельствует о том, что деформационная характеристика компенсирующего патрубка (ДЦ„) больше фактической деформации корпуса судна в данном районе и трубопровод является надежным и работоспособным. Результаты эксплуатации подтвердили правильность данной методики расчета и надежность патрубков.

Как известно, изготовление патрубков на концах труб состоит из поэтапного их деформирования коническо-цилиндрическим пуансоном. При раздаче на цилиндр усилие деформирования определяют путем решения задачи о потере несущей способности полубесконечной розданной цилиндрической оболочки, нагруженной гидростатическим давлением, заменяющим деформирующее действие постоянно перемещающегося пуансона. В соответствии с условиями пластичности определено максимальное давление и усилие деформирования. Считая пластичность труб иде-

апьной, а кривизну средней поверхности деформируемой трубы неизменной при отсутствии изгибающих моментов, полное напряжение определяют по формуле:

2фк + Тккк

с рп~о*ср■"

(9)

Считая, что процесс раздачи конца трубы пуансоном представляет собою двумерную задачу нагружения при плоском напряженном й деформированном состоянии и учитывая, что раструб есть симметричное тело вращения, исследование распределения напряжений в нем сводится к исследованию напряженного состояния в любом сечении по оси. Для плоской задачи использованы только.две компоненты деформации, при этом компоненты напряжений равны нулю. Расчетная осе-симметричная геометрическая модель нагружения показана на_рисунке 4..

Рисунок 4 - Осемметричная геометрическая модель Исследование напряженного состояния металлической оболочки, .деформируемой пуансоном для получения коническо-цилиндрической поверхности, выполнено с использованием метода конечных элементов с помощью программного комплекса АЫЗУЭ. С учетом ряда граничных условий, определяющих перемещение системы «труба - пуансон», жесткости защемления и т.п., конечный элемент принят плоским, четырехузловым, поддерживающим пластичность, большие деформации, перемещения и углы наклона. В расчете используется критерий Мизесалля определения наступления текучести материала:

где С1 и ог ' главные напряжения, МПа.

На рисунках 5 показаны компьютерные модели интенсивности напряжений и остаточные пластические деформации в процессе получения раструба.

Установлено, что напряженно-деформированное состояние конца трубы, подвергнутого раздаче коническо-цилиндрическим пуансоном, неоднородно. В начале раздачи цилиндрической части трубы пластическая деформация концентрируется в зонах изгиба, при этом наиболее интенсивное распределение остаточных напряжений наблюдается по всей длине разданной цилиндрической части. Значительные деформации наблюдаются и при раздаче на конус, особенно в зоне его наибольшего удаления от оси приложения сил.

Анализ выполненных исследований показал теоретическую обоснованность разработанных характеристик создаваемых соединений на основе полученных результатов расчета прочности, точности изготовления раструбов и напряженно-деформированного состояния соединений и патрубков.

Во второй главе рассматриваются проведенные экспериментальные исследования и проверка расчетных характеристик раструбных соединений и патрубков. Проведенные всесторонние испытания на прочность, герметичность, вибропрочность, ударостойкость, работоспособность в условиях низких температур ^.огне-

Рисунок 5 - Интенсивность напряжений по Мизесу - в нажатом состоянии

стойкость дали положительные результаты. Испытания проведены по специально разработанным методикам и программам. Испытания на прочность подтвердили качество сборки и работоспособности таких конструкций не только при давлении испытания, равным 1,5 Рр (Рр — рабочее давление транспортируемой .среды, МПа), но и при давлении разрыва, равном 4,0 Рр.

Проверка надежной работы соединений и патрубков в условиях, имитирующих вибрацию судовых корпусыых.конструкций,. показала, их достаточную хгтойкость и.высокую стабильность противостоять разрушающему воздействию вибрационных нагрузок. Во многом этому способствует наличие эластичной резиновой.прокпадки. По этой же причине получены хорошие показатели при испытании на ударостойкость, компенсирующую способность и.изгиб. Испытания на стойкостью усшвиях_нысоких температур также показали положительные результаты, как и проверка на герметичность после выдержки соединений^ морозильной камере.

В связи с ужесточением требований Морского Регистра судоходства к судовым конструкциям в части пожарной безопасности и с учетом .Правил..Международной ассоциации классификационных обществ (МАКО), проведенные испытания соединений и патрубков на огнестойкость дри температуре 800°Сгпоказапи их высокую сопротивляемость нагреву при сохранении прочности и герметичности в процессе транспортирования рабочей среды прибавлении 1,6 МПа. .Весь комплекс испытаний подтвердил надежность разработанных конструкций.

Эти показатели достишуты_благодаря .выполненным ..исследования .точности получения геометрических размеров элементов раструбных соединений и компенсирующих патрубков и оснастш-для.их.изготовления,.учитывающих закономерности действия упруго-пластической деформации в процессе раздачи трубы. Точность размеров раструбов определена .путем .статистических исследований. .Предельные отклонения определены, исходя из наличия овальности, усадки трубы при ее раздаче в зависимости от степени_деформации..Р.езультаты измеренийирулпировались в выборки. Обработка выборочных совокупностей средних значений центров группирования геометрических, размеров м. сред них. квадратичных отклонений .выполнена на основе теории вероятности и математической статистики. Это позволило сделать заключение, что стальные трубы _в_состоянии. поставки имеют, тенденцию .котклоне-нию по наружному диаметру и толщине стенки и оно возрастает с увеличением последних. Утонение стенки ,зависит_от степени^деформации .труб.лри-раадаче. и со-

ставляет 4 - 14%. Сходимость результатов теоретических и экспериментальных данных составляет 95 - 97 % и показана на рисунке 3. .

Исследования патрубков с раструбными соединениями в условиях сложного динамического нагружения показали, что они при эксплуатации испытывают относительные перемещения фланцев в осевом и радиальном направлениях с частотой до 0,15 Гц вследствие крена судна при качке. В процессе ресурсных, испытаний выявлено, что в осевом направлении, даже после частичного истирания резиновых прокладок, сдвиговые перемещения минимальны, а в- радиальном — не превышают установленных расчетом. В результате'испытаний вероятность безотказной работы патрубка составляет 98%.

Усиление требований к повышению качества и эксплуатационных характеристик трубопроводов потребовали проведения в лаборатории судовых систем МГТУ экспериментальных исследований. В процессе определения гидродинамической структуры потока рабочей среды по трубопроводу с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками использован поляризационный оптический метод исследования. Достоверность результатов обеспечена изготовлением проточной части трубопровода, его соединений и патрубков из оргстекла, способствующего визуализации процессов прохождения рабочей среды. Обсчет результатов замеров местных скоростей и среднеквадратичных величин продольной составляющей скорости выполнен на ЭВМ. Распределение гидромеханических характеристик по сечениям раструбных соединений и компенсирующих патрубков показано на рисунке 6.

Рисунок 6 - Распределение гидродинамических характеристик в районе установки: I- муфтового раструбного патрубка; II —компенсирующего патрубка

Результаты замеров и характер изменения местного сопротивления приведены на рисунке 7. Коэффициент местного сопротивления для раструбных соединений сопоставим с коэффициентом местного сопротивления для соединений со сварными швами. '

У

1Я 4 6

\ :

¡5 ь I

I N I

N < I а

| ■ч Ъ

1

(

1ь *

аН ^ ■ . г,8

-ь

Рисунок 7 - Значения коэффициентов местного гидравлического сопротивления: • -для раструбного соединения (поток из трубы в раструб); ° -для раструбного соединения (поток из раструбав трубу); ж - для безраспорного раструбного соединения

Выполненные комплексные исследования свидетельствуют о том, что раструбные соединения не оказывают влияния на турбулизацию течения потока рабочей среды и потому не являются источниками местной генерации повышенных уровней виброакустических характеристик, локализации и интенсификации коррозионно-эрозионных разрушений на близлежащих участках трубопроводов.

Экспериментальная проверка и определение усилий обжатия л£ланцев раструбных соединений при затяжке болтов (шпилек) гайками проводилось с использованием отечественного прибора Адапт РС-1, обеспечивающего.высокую точность измерений. В данном случае выявлено, что для обеспечения прочности и герметичности соединения достаточно небольшое усилие. Обжатие и напряжение в резьбовой паре значительно ниже предела текучести, а коэффициент трения остается постоянным при различных значениях их напряжений, являющихся линейной функцией приложенного крутящего момента. Экспериментальные данные показывают, что крутящийся момент в незначительной степени передается болту _в_вмде .осевого напряжения. По этой же причине напряжение сдвига в болте значительно ниже предела текучести, в сравнении с болтом приварного фланцевого соединения. Результаты

измерения усилий затяжки, полученные теоретическим и экспериментальным путем, показаны на рисунке 8 и свидетельствуют о достоверности полученных математических зависимостей при определении прочности раструбных соединений и патрубков.

о.кн

1-фланцы приварные; прокладка паронитовая,

2- фланцы приварные, прокладки стеклотекстолитовые,

3 -фланцы свободные на раструбе, прокладки резиновые (экспер).

4- фланцы свободные на раструбе, прокладки резиновые (теор)

Рисунок 8- Усилия обжатия соединений трубопроводов с различными уплотнительными элементами

Качественное изготовление раструбов на концах труб во многом зависит от прилагаемого осевого усилия при их раздаче коническо-циливдрическим пуансоном. Полученные теоретические зависимости по определению усилий раздачи проверены экспериментальными исследованиями, которые проводились в х .условиях на горизонтальном гидравлическом прессе ПГ-100, что свидетельствует о достоверности результатов. Раздача труб из углеродной стали 10 показала совпадение численных значений усилий, полученных в теоретических расчетах, что приведено на графике (рисунок 9).

© - теоретические данные

- экспериментальные данные

Рисунок 9 - Заисимость осевых усилий раздачи конца трубы на раструб от еедиаметра

В третьей главе диссертации рассмотрены основные критерии качества разработанных конструкций, их экономическая эффективность и технология изготовления и монтажа. Поскольку изначально раструбные соединения и компенсирующие патрубки отличают простота конструкции, .универсальность ..эксплуатационных свойств и отсутствие сварных швов, то разработанные технологические процессы, в отличие от традиционно применяемых, отличает наличие минимального количества операций, которые в основном выполняют механизированным способом (рисунокЮ). Технологическая оснастка также проста по конструкции и несложна в изготовлении (токарная обработка).

Качественная оценка технологичности раструбных соединений и патрубков разработана с учетом методики, предложенной М.И.Чугаевским, _в основе которой заложен принцип сопоставления с аналогом, в качестве которого принято соединение с приварными фланцами. Оценка технологичности выполнена ла основе анализа сравниваемых конструкций и технологических процессов их изготовления и монтажа. Сравнение, проводимое с использованием показателей технологичности, (таблица 1) показывает, что суммарный показатель для раструбного соединения, рассчитанный по нижеприведенной формуле, вдвое превышает аналогичный для соединения с приварными фланцами. Это превышение свидетельствует о высокой технологичности разработанных конструкций соединений.

Таблица 1 - Матрица показателей технологичности

Показатели технологичности Коэффициент экономической эффективности, Э Численное значение показателя технологичности

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Количество карт с эскизами труб, % 0,15 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60

Количество забойных труб, % 0,10 50 45 40 35 33 30 25 20 15 10

Тип соединения 0,20 25' 24 23 22 21 20 18 15 10 8

Количество труб в сборочно-моитажных единицах, % 0,10 1 5 10 15 20 25 35 45 50 55

Количество операций технологического процесса, ед. 0,25 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Количество типоразмеров труб 0,10 20 18 16 15 14 12 11 10 9 8

Виды контроля качества изготовления соединения 0,15 60" 55 50 40 35 30 25 20 15 10

Материал труб 0,05 15"" 15 14 13 12 11 10 9 8 7

* - уменьшение показателя происходит от перехода соединений с приварными фланцами, к сварным бесфланцевым, затем к сводным на приварном кольце, к сводным на отбортовке и к раструбным.

** - уменьшение показателя вида контроля качества происходит от рентгенографирования к люминесцентному контролю, затем ультразвуковому, гидравлическим испытаниям и к отсутствию коктроля вообще.

*** - уменьшение показателя материала труб происходит в зависимости от использования меди и цветных сплавов, к стали и неметаллическим материалам.

шв

Рпя труб на лгопжм

Т»р*иобр>6отж>

[ 04р*бош «ом(м труб

ШЯ1)Ид»«§сш труб на лцрчщ • ЖП»ГТ»1МН »ОТ* (ТОЛЬИО

■1Я V VII« венами У

Рисунок 10 - Сравнительная схема технологических процессов изготовления трубопроводов 6 фиеврными фланца^ (А) и С бесварными раструбными

соединениями (Б)

где Птр - комплексный показатель технологичности конкретного типа соединения;

П| — численное значение показателя технологичности по каждому признаку;

Э| — коэффициент экономической эквивалентности, соответствующий каждому признаку.

Высоким технологиям помимо технологичности конструкций свойственна экономическая эффектовносш_Для рас1рубнь1х^заединений и компенсирующих патрубков этог показатель достаточно высок, а фактическая экономия складывается из того, что в конструкциях отсутствуют.сварные_швы. . Это значительно упрощает технологию их изготовления, поскольку создается экономия сварочных материалов. Помимо этого из технологического лроцесса искяючаются.операции_сварки и.обработки поверхности до и после ее выполнения. Исключается и операция гидравлических испытаний труб из-за отсутствия сварных твоя Дополнительная ям-мпмия гл.у;яят-ся за счет использования вдвое меньшего количества крепежа (гаек, болтов и шпилек) и, к^к следствие, упрощаетсялюнтажтрубхэтимихоединениями (таблица^).

Таблица 2- - Сравнительные массовые характеристики приварного фланцевого и неприварного раструбного соединенияДУ .1 Шлрубопровплпв-ИЗ-медно-

никелевь!х сплавов

Соединение Фланцы щт кг Кольца Ш кг Участки труб тгод приварку колец же кг Масса .сварного ..шва ШГ Муфта цгг кг Болты Ш кг Гайки Ш кг Прокладки Ш1 кг Всего кг

Фланцевое 2 . 2 2 2 _ 10 10 1 9,28

(существующее) 3,14 /1,32 0,47 -0.-12 — ~1;35 ^0,24 ОД34

Раструбное 2 — — 1 5 5 2 6,61

(новое) 3,46 1,91 Д98 "0,12 Д14

Примечание: 1. Для фланцевого (существующего) соединения применены болты М 14-Длиной 50-мм и гайки М 14;

2. Для муфтового (нового) соединения применены болты М 14 длиной -~-.14Q.mm и гайки-М Л 4.

Кроме того, отпадает необходимость изготовления жестких макетов труб, их пригонки, а также исключаются .расходы на материалы, для изготовления_зтмх макетов. В целом затраты на изготовление труб с этими конструкциями вдвое ниже, чем с приварными фланцами.. .Еще.большая экономия.создается при .замене, сильфонных, сальниковых компенсаторов и компенсирующих устройств, закупаемых по импорту. В этом (рлучае затрата. в^-3._раза.ниже,.лричем.создается экономия .отечественной валюты.

Помимо технологичности созданные конструкции обладают высокой ремонтопригодностью, заключающейся в смене только ,упгютнительного_аламента,_в случае выхода его из строя без демонтажа трубопровода. Кроме того, приварные фланцы, имеюи|ие дефекты от коррозии, .растрескивание, .утонение сварных швов заменяют на бессварные раструбные патрубки. Еще проще производится замена сильфонных компен^торов на раструбыывлошюнсирующив-патрубки. Лримяняниевместцаль-нолитых прокладок разрезные также позволяет упростить ремонт трубопроводов без демонтажа соединяемыхтруб.

Рыночная экономика диктует условия купли-продажи новых конструкций и технологий их реализации .металла ..Для этого с уувгом инвестиционно-иновационной политики разработана методика расчета стоимости лицензии продажи патрубкор и фасонных частей с.раструбными .соединениями.

В четвертой главе рассмотрена разработанная на раструбные соединения и компенсирующие патрубки.техническаялокуменгация, лозволяющая^абеспечитьjee включение в проектирование и производство судов. Комплектность этой документации дает .возможность ..конструкторским бюро, .проектирующим суда, .без .дополнительной доработки включать в состав судовых трубопроводов созданные раструбные соединения и компенсирующие ..патрубки. Лри этом, разработанные .методики

I

позволяют еще на ранней стадии проектирования определить тип, оптимальное количество этих изделий и .произвести лх рациональное .размещение. _В методиках учтены требования системы CAD/CAM.

Комплектность технологической документации обеспечивает своевременное изготовление оснастки для изготовления раструбных соединений и-компенсирующих патрубков, а также возможность их изготовления по разработанным технологическим процессам. При этом птпддаят нрпВхпдимогггк проектировать ипи аякупятк дп-полнительное оборудование.

Организационно-технологическая документация ускоряет внедрение созданных разработок как надежпвующихпредприятиях,.так и на вновь организуемых Она предусматривает технические требования по составу оборудования, технологической оснастки и технологии._Для .привлечения .инвесторов разработана методика составления бизнес-плана с использованием программного продукта «Альт-Инвест». Результаты .расчетов по атой .методике свидетельствуют о привлекательности данного инвестиционного проекта, его рентабельности и быстром сроке окупаемости вложенных затрат.

В пятой главе рассмотрены практические результаты внедрения разработок, показывающие их практическую .значимость и.ценность для .судостроения, внедрение этих конструкций в. проектирование и производство способствует наличие сертификатов качества и соотв етствия. от „Морского Регистра .судоходства ^Носсия) и Классификационного общества Det Norske Veritas (Норвегия), а также одобрения базовых организаций Морского -фгшта,.Рыбнпго_хозяйс1ва и ВМФ ло хюшройке м ремонту судов и кораблей.

Раструбные соединения и компенсирующие патрубки внедрены в 43 проектах судов и кораблей различного jmacca, водоизмещения и назначения,_в том числе проектируемых для иностранного заказчика (Германия, Норвегия, Гонконг, Индия, Иран и др.). Технология .их изготовления .освоена на3 судостроительных и худоре-монтных заводах.

Для более широкого внедрения созданных раструбных соединений и компенсирующих патрубков разработан .комплекс мероприятий, лалрааленных >1а_вкш)ые-

1

ние этих разработок,в новые Федеральные и Региональные целевые научно-технические программы, предусматривающие проектирование и строительство новых судов и объектов, в планы реконструкции предприятий различных отраслей промышленности, занятых строительством, монтажом и обслуживанием трубопроводов. Параллельно предусматривается разработка новой марки резины, обеспечивающей эксплуатацию трубопроводов в бол еврасширенном диапазоне температур транспортируемых рабочих сред, включение технических требований по применению ЭТИХ конструкций я ряздяп VIII «Прявип пгиггрпйки и кпаг-У-ификяции мпргагиж г.у-дов» Морского Регистра судоходства. Предусматривается дальнейшее их экспонирование на отечественных и международных выставках, рассылка , рекламных проспектов, представление докладов на симпозиумах, конференциях и семинарах, а также получение сертификата лт Германского Ллойд а.для .возможности .включения

раструбных соединений и компенсирующих патрубков в Мейкерс-Листы проектов судов, строящихся по правилам этого классификационного общества.

Для обеспечения внедрения созданных конструкций и технологии их изготовления и монтажа автором лично или при непосредственном его участии, выразившимся в научном и техническом руководстве, разработаны:

- комплект конструкторской документации на 6 видов раструбных соединений, компенсирующих патрубков и переборочную втулку, включая сборочные и детальные чертежи, методики и программы межведомственных испытаний, технические условия, паспорта и другие РКД;

- 12 типовых и рабочих технологических процессов на уровне РД и технические требования на изготовление и монтаж этих конструкций;

- 2 программы и методики сертификации в Морском Регистре судоходства (Россия) и Классификационном обществе JUet Norske Verilas^Hopsemfl);

- организационно-технологический проект цеха по изготовлению трубопроводов с раструбными соединениями л. компенсирующими патрубками;

- методика разработки бизнес-плана по организации производства разработанных изделий;

- методика расчета стоимости лицензии на продажу разработанной научно-технической продукции;

- методика включения раструбных соединений и компенсирующих патрубков в проектную документацию. судов, „строящихся _для _.России _и „зарубежных стран;

- методика включения разработок в проектную документацию, разрабатываемую при помощи_автоматиэированных„систем (АрювдьОкеан,. Астра --2 и др.), а также.CAD/CAM системы;

- методика расчеталсходных и..конечных размеров участков .трубопроводов с раструбными соединениями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Настоящая диссертация является первым комплексным исследованием крупной научно-технической проблемы повышения надежности, качества и эффективности создания судовых трубопроводов с использованием раструбных соединений и компенсирующих патрубков.

2. Анализ существующих отечественных и зарубежных конструкций соединений трубопроводов аналогичного назначения выявил тенденцию их совершенствования путем отказа от использования сварки при их изготовлении.

3. Выполненные теоретические расчеты свидетельствуют о высокой прочности раз-разработанных конструкций, что подтверждают проведения всесторонние испытания .

4. Впервые разработаны эмпирические зависимости, которые позволяют с высокой степенью точности определить конечные геометрические размеры раструбов, что подтверждают результаты экспериментальных исследований.

5. Установлена зависимость между упруго-напряженным состоянием трубопровода в процессе эксплуатации и необходимым количеством патрубков, обеспечивающих компенсацию осевых и угловых перемещений труб, входящих в его состав.

6. Установлены области действия максимальных напряжений в процессе коническо-цилиндрической раздачи конца трубы пуансоном, что подтверждено разработанной компьютерной моделью и экспериментальными исследованиями, причем на базе компьютерной модели впервые решена контактная задача деформации трубной заготовки пуансоном.

7. Всесторонние испытания, выполненные в составе экспериментальных исследований, подтвердили высокие технические характеристики разработанных конструкций, способных выдерживать предельные нагрузки в условиях изгиба, вибрации, растяжения, сжатия, удара, в том числе при низких и высоких температурах.

8. В результате экспериментальных исследований установлено, что при использовании раструбных соединений и компенсирующих патрубков не происходит нарушений нормального движения потока жидкости, что свидетельствует о высоких эксплуатационных качествах и надежности трубопровода.

9. Установлено, что усилие обжатия фланцев раструбных соединений и патрубков, значительно меньше в сравнении с обжатием фланцев со сварными швами, но достаточно для обеспечения требуемой прочности и герметичности, что подтверждено теоретическими и экспериментальными исследованиями.

10. Показано, что совокупность методик обеспечивает разработку, качественное изготовление и монтаж трубопроводов с раструбными соединениями и компенси-рущими патрубками, а также поэтапное их испытание при проведении межведомственных оценок при сертификации.

11. Установлено, что согласно разработанной методике качественной оценки технологичности, раструбные соединения и компенсирующие патрубки превосходят традиционно применяемые соединения с приварными фланцами, имея более лучшие показатели технологичности.

12. Установлено, что конструктивные особенности разработанных изделий обеспечивают трубопроводу высокую степень ремонтопригодности.

13. Практическая ценность результатов работы подтверждена актами и протоколами, свидетельствующими о значительных объемах внедрения данных изделий при проектировании и производстве судов.

14. Комплектность разработанной научно-технической документации обеспечивает внедрение раструбных соединений и компенсирующих патрубков в процессе строительства и ремонта судов, организации нового производства или расширения действующего, причем дает инвестору полное представление о технико-экономических преимуществах созданных конструкций, реализация которых гарантирует возврат затрат и обеспечивает получение прибыли.

15. Создание данных конструкций и технологии их изготовления и монтажа позволяет повысить качество, конкурентоспособность и надежность строящихся судов , что подтверждают сертификаты качества и соответствия, полученные от Морского Регистра судоходства (Россия) и классификационного общества Det Norske Veritas (Норвегия) и одобрения базовых организаций Министерства Морского Флота, Рыбного хозяйства и ВМФ.

16. В целом полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют обосновать создание надежных и качественных конструкций, технологию их изготовления и монтажа, а научные основы в совокупности дают

основание считать данную работу крупным достижением в развитии трубопроводного производства, поскольку они охватывают все стадии создания научно-технической продукции: исследования-технология-производство-рынок.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1) Горелик Б.А. Судовые трубопроводные работы. Справочник. Судостроение, 1984г. 136 с.

2) Горелик Б.А. Совершенствование узлов соединений судовых трубопроводов, Судостроение,1992г., № 3.

3) Горелик Б.А., Зуев B.C. Применение напрессовки при изготовлении фланцевых соединений судовых трубопроводов. Технология судостроения, 1988 г., № 5.

4) Горелик Б.А. Установка фланцев и колец на трубы способом напрессовки. Отраслевая система НТИ, ЦНИИ «Румб», 1989 г.

5) Горелик Б.А. Компенсация линейных и угловых перемещений в судовых трубопроводах и системах СПб, Труды ВНТО им. Академика А.Н.Крылова, 1991 г.

6) Горелик Б.А. Раструбные соединения м муфтовые безраспорные соединения. СПб, Судостроительное производство, 1998г., выпуск 2, серия 2.

7) Горелик Б.А. Раструбные соединения трубопроводов. Л, Судостроение, Труды ВНТО им. академика А.Н.Крылова, СПб, 1987г.

8) Горелик Б.А. Повышение надежности судовых систем за счет применения новой конструкции соединений трубопроводов. Научно-технический сборник Морского Регистра Судоходства, 1998г., № 20.

9) Горелик Б.А. Технология и оборудование для производства универсальных гибких соединений труб, М, Эколинк,1998,№2

10) Горелик Б.А. Бесшовные, равнопрочные, гибкие судовые трубопроводы для транспортирования нефти, воды и газов. Сборник докладов 4-ой Международной выставки «Нева-97», СПб, 1997г.

11)Горелик Б.А. Новая ресурсосберегающая малоотходная и экологически чистая технология изготовления и монтажа трубопроводов и систем, СПб, Вестник технологии судостроения, 1997, № 3.

12) Горелик Б.А. Бесварные фланцевые быстроразъемные соединения. М., Эколинк. 1997 г., №4.

13)Горелик Б.А. Соединения труб без сварки. М, Вестник Know-how, 1993, № 4, выпуск 5.

14) Горелик Б.А. Способ сборки трубного соединения. Патент № 796833 от 10.09.90.

15) Горелик Б.А. Совершенствование узлов соединений фланцев и колец с трубами. Судостроение, 1991г., № 12.

16) Горелик Б.А Раструбные соединения труб. Патент № 2056006 от 10.03.96.

17) Горелик Б.А. и др. Раструбное безраспорное облегченное соединение. Патент № 2087786 от 15.05.95.

18) Горелик Б.А. Раструбное соединение трубопроводов. Сборник трудов ВНТО им. акад. А.Н.Крылова, Л., Судостроение, 1998г.

19) Горелик Б.А. Трубогибщик-трубопроводчик судовой. Учебник, Л., Судостроение, 1990г.272с.

20) Горелик Б.А. и др. Раструбный муфтовой патрубок и способ его изготовления. Патент № 2067250 от 05.05.91 г.

21) Горелик Б.А. и др. Уплотнительный узел компенсирующего раструбного патрубка. Патент № 2035653 от 29.05.91.

22) Горелик Б.А Совершенствование узлов соединений судовых трубопроводов. Судостроение, 1992 г. №3.

23) Горелик Б.А. Забойная труба и способ монтажа трубопровода. Патент № 2086846 от 16.03.94

24) Горелик Б.А Бессварные, быстроразъемные экологически чистые соединения для трубопроводов, Технология судоремонта 1993, №2.

25) Горелик Б.А., Фирсов Ю.М., Обработка концов труб под раструбные соединения путем использование метода холодного деформирования Л-, Технология судоремонта, 1995, №1.

26) Горелик Б.А. Новые соединения фланцев и колец с трубами обеспечивающие применение экономичной и экологически чистой технологии. Тезисы доклада на Научно-технической конференции ВНТО им. акад. А.Н. Крылова, Л, Судостроение, 1990г.

27) Горелик Б.А. Процедура типовых испытаний для механических соединений судовых трубопроводов, С-П, 1999г.

28) Gorelik В.А., Weldness Connection of Pipe. m. Know-How, Belgium, 1995, №7,

29) Александров В.Л., Бабанин В.Ф., Клестов М.И., Горелик Б.А. Новая технология изготовления судовых трубопроводов с использованием раструбных соединений и компенсирующих патрубков. Судостроение, 1997, №2.

Введение. щ

Глава 1 Теоретические исследования характеристик раструбных соединений и компенсирующих патрубков и способов их изготовления и монтажа.

1.1. Анализ конструктивно-технологических характеристик отечественных и зарубежных соединений и компенсирующих устройств судовых трубопроводов.

1.2. Разработка новых отечественных конструкций соединений и компенсирующих патрубков для судовых трубопроводов.

1.3. Исследования и разработка методики расчета прочности раструбных соединений и их элементов на основе теории упруго-пластической деформации.

1.3.1. Расчет силы монтажной затяжки болтов.

1.3.2. Расчет внутреннего раструба на смятие.

1.3.3. Расчет болтов на растяжение.

1.3.4. Расчет уплотнительного фланца.

1.3.5. Расчет уплотнительного элемента.

1.4. Определение точности изготовления элементов раструбных соединений и патрубков на основе теории обработки металлов давлением и разработка методики их расчета.

1.5. Исследование напряженно-деформированного состояния и аналитический расчет эксплуатационных характеристик компенсирующего раструбного патрубка в условиях сложного динамического нагру-жения.

1.6. Определение деформации трубопровода и разработка методов определения необходимого количества компенсирующих патрубков.

1.7. Исследование напряженно-деформированного состояния при ци-линдрическо-конической раздаче трубы. щ: 1.8. Использование метода конечных элементов для определения напряженно-деформированного состояния конца трубы при цилинд-рическо-конической раздаче.

Выводы по 1 главе.

Глава 2 Экспериментальные исследования характеристик раструбных соединений и компенсирующих патрубков, способов их изготовления, монтажа и испытаний.

2.1. Экспериментальная проверка основных характеристик раструбных соединений и компенсирующих патрубков.

2.1.1. Испытания соединений на прочность.

2.1.2. Испытания соединений на выброчность и вибростойкость.

2.1.3. Испытания соединений на ударостойкость. $ 2.1.4. Испытания соединений на компенсирующую способность.

2.1.5. Испытания соединений на изгиб.

2.1.6. Испытания соединений на стойкость в условиях низких температур

2.1.7. Испытания соединений на огнестойкость.

2.2. Экспериментальные исследования точности получения геометрических размеров основных элементов раструбных соединений и компенсирующих патрубков и оснастки для их изготовления.

2.3. Экспериментальные исследования и проверка работоспособности и надежности компенсирующих патрубков в условиях сложного динамического нагружения.

2.4. Экспериментальные исследования и определение гидродинамических характеристик движения потока рабочей среды по трубопроводам с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками.

2.4.1. Определение гидродинамических характеристик.

2.4.2. Определение коэффициентов местного гидравлического сопротивления.

2.5. Экспериментальные исследования и определение усилий обжатия фланцев раструбных соединений и патрубков.

2.6. Экспериментальное определение осевых усилий при цилиндрической раздачи конца трубы пуансоном.

Выводы по 2 главе.

Глава 3 Качество, технологичность, ремонтопригодность и экономическая щ эффективность трубопроводов с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками.

3.1. Разработка ресурсо- и энергосберегающих экологически чистых технологий изготовления и монтажа трубопроводов с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками.

3.1.1. Технологический процесс изготовления и монтажа раструбных соединений и переборочных втулок для трубопроводов из стали.

3.1.2. Технологический процесс изготовления и монтажа патрубка раструбного компенструющего для трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава.

I 3.2. Качественная оценка технологичности судовых трубопроводов с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками.

3.3. Технико-экономическое обоснование эффективности создания раструбных соединений и компенсирующих патрубков.

3.4. Методика расчета стоимости лицензии на право реализации раструбных соединений и компенсирующих патрубков.

3.5. Ремонтопригодность раструбных соединений и компенсирующих патрубков.

Выводы по 3 главе.

Глава 4 Техническая документация, обеспечивающая включение сертифицированных раструбных соединений и патрубков в проектирование и производство.

I 4.1. Конструкторская документация.

4.2. Технологическая документация.

4.3. Организационно-методическая документация.

4.3.1. Документация для проектных организаций.

4.3.2. Документация для предприятий-изготовителей.

4.3.3. Документация, обеспечивающая выход конкурентоспособной продукции на внутренний и внешний рынки.

Выводы по 4 главе.

Глава 5 Практические результаты внедрения раструбных соединений и компенсирующих патрубков в проектирование и производство в отечественном и зарубежном судостроении и других отраслях народного хозяйства.

5.1. Внедрение раструбных соединений и компенсирующих патрубков в судостроении.

5.2. Пути расширения объемов и области применения раструбных соединений и компенсирующих патрубков.

Выводы по 5 главе.

В судостроении изготовление, монтаж и испытания трубопроводов занимают одно из ведущих позиций при строительстве судов, поскольку от качества и надёжности работы трубопроводов зависит работоспособность всех судовых механизмов, что непосредственно влияет на мореходные качества, живучесть и безопасность плавания судна.

В процессе эксплуатации трубопровода выход из строя его отдельных элементов зачастую нарушает нормальную работу всего судна. Это происходит в основном из-за коррозионного износа сварных швов трубопроводных соединений, их разгерметизации по причине большой жёсткости приварных фланцев, не выдерживающих вибрацию и деформации в осевом и угловом направлениях. Использование различного рода компенсаторов не снимает проблему повышения надёжности трубопроводов. Традиционно используемые в настоящее время соединения с приварными фланцами, снижают надёжность трубопровода, как по причине преждевременного разрушения сварных швов, так и большой жёсткости таких соединений, обусловленных конструкцией уплотнительного узла. Применяемая технология приварки фланцев к трубам трудоёмка, малоэффективна, использует большое количество операций, выполняемых вручную, причём экологическая чистота последних находится на низком уровне. Узел уплотнения такого типа соединения не способствует использованию эффективных технологий изготовления забойных труб. Это объясняется тем, что такие трубы необходимо изготовлять с большой точностью, что требует изготовления макетов будущих труб и их пригонки между жёсткими базовыми плоскостями фланцев ранее смонтированных трассовых труб, арматуры или изделий насыщения. Трубопроводы с соединениями, использующими приварные фланцы, имеют низкие показатели вибростойкости, шумопоглащения, ударостойкости, акустики и т.д.

Все эти отрицательные показатели создают множество проблем не только нормальной эксплуатации судна, но и процессам изготовления, монтажа и испытаний трубопроводов.

Сегодня отечественные и зарубежные учёные стремятся создать такие трубопроводы, которые были бы свободны от перечисленных недостатков, т.е. обладали бы надёжностью, работоспособностью и увеличенным ресурсом эксплуатации. Поэтому создание трубопроводов, обладающих этими качествами, является актуальной проблемой в этой области. Не менее актуальным является достижение реальной экономии материалов, электроэнергии и трудозатрат при изготовлении, монтаже и эксплуатации трубопроводов.

Целью исследований является разработка научных основ создания новых более технологичных соединений, использование которых повышает качество и надёжность трубопроводов, а также теоретических положений, совокупность которых можно квалифицировать, как новое крупное достижение в совершенствовании проектирования, обработки труб и монтажа трубопроводов, обеспеченное техническими решениями, результаты которых позволяют внести значительный вклад в экономику страны при постройке и ремонте судов, а также создании высокотехнологичных трубопроводов с использованием экологически чистых процессов обработки труб.

В настоящей диссертационной работе разработаны принципиально новые технические решения по определению конечных размеров раструбов, получаемых методом упруго-пластического деформирования, их оптимального количества, обеспечивающего прочность, герметичность, вибростойкость и другие свойства трубопроводов. Разработаны методики расчёта прочности раструбных соединений и их напряжённо деформированного состояния, а также усилий обжатия фланцев при монтаже трубопроводов и усилий при комбинированной раздаче конца трубы кони-ческого-цилиндрическим пуансоном. Приведена в работе методика качественной оценки технологичности трубопроводов с раструбными соединениями.

Новизна работы заключается в том, что впервые созданы бессварные, быст-роразъёмные и равнопрочные трубопроводы, не имеющие аналогов в отечественном и зарубежном судостроении, что подтверждают патенты, полученные на их конструкции и способы изготовления и монтажа. Их конкурентоспособность определяют сертификаты качества и соответствия, полученные от Российского Морского Регистра судоходства и норвежского классификационного общества Дет Норске Веритас.

Основным результатом диссертации является создание нового научного направления в проектировании, технологии изготовления бессварных соединений трубопроводов и решения на этой основе ряда научно-технических проблем в исследовании напряжённо-деформированного состояния труб при образовании на их концах раструбов, а также самих трубопроводов в период их эксплуатации на судах. Решены также проблемы обеспечения точности конечных размеров раструбов, их оптимального количества для нормального функционирования трубопровода. Определена гидродинамическая картина потока рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками, подтверждающая их эксплуатационную надёжность.

Личный вклад автора в указанные результаты состоит в разработке научных основ создания высокотехнологичных конструкций раструбных соединений и компенсирующих патрубков и методологического обеспечения по определению их размеров и оптимального количества для различных общесудовых трубопроводов, основанных на положениях теории упруго-пластического деформирования цилиндрических оболочек типа труб. На основе полученных практических результатов разработана система, обеспечивающая создание подобного рода соединений для трубопроводов любых размеров и материалов.

Разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследований конструкции и технологические процессы изготовления и монтажа труб с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками, позволяют создать равнопрочный бессварной трубопровод. Созданные методики позволяют конструкторам и технологам определить типы и оптимальное количество используемых раструбных соединений, а также применить высокотехнологичные способы их получения методом холодного деформирования. Одновременно открывается возможность быстро и с наименьшими затратами изготовить оснастку для получения раструбов. Практическая значимость результатов, полученных в диссертации, обоснована возможностью прогнозирования создания гибких, быстроразъёмных соединений труб, обладающих к тому же, повышенными вибро-акустическими и компенсирующими свойствами, что делает их более работоспособными и надёжными.

Перечисленные свойства этих конструкций позволили включить их в проекты самых различных судов, а высокая технология изготовления - в проекты освоения прогрессивных научно-технических разработок на судостроительных и судоремонтных заводах. Результаты эксплуатации таких трубопроводов также подтвердили их высокую эффективность не только по причине отсутствия источников коррозии -сварных швов, но и по причине универсальности, заключающейся в возможности одновременной компенсации осевых и угловых перемещений, что позволило полностью заменить ими сильфонные и сальниковые компенсаторы, обеспечив получение значительной экономики, остродефицитных материалов, и энергоресурсов. Кроме того, они позволили отказаться от закупки компенсирующих устройств зарубежных фирм, т.е. подтвердили свою импортозамещаемость.

В настоящее время конструкции раструбных соединений и компенсирующих патрубков включены в проекты самых различных судов по назначению и водоизмещению. Ряд заводов освоили технологию и изготовления, монтажа и испытаний. Главным и определяющим на этапе более широкого их внедрения является то, что эти конструкции установлены и успешно эксплуатируются на 25 судах, построенных по заказу отечественных заказчиков и зарубежных фирм.

Положительные результаты внедрения получены и при ремонте судов, при замене соединений с приварными фланцами и устаревших компенсирующих устройств (лирообразных, линзовых и др.).

В перспективе освоение и расширение объёмов внедрения предусматривается Федеральными целевыми научно-техническими программами, подпрограммами постройки судов, соглашениями по повышению технического уровня постройки судов (СМП г. Северодвинск и др.).

Экономическая эффективность разработанных конструкций и технологии их изготовления монтажа и эксплуатации реальна на всех этапах создания трубопроводов. За счёт компактности и простоты они легко вписываются в любой трубопровод общесудового назначения и позволяют сократить сроки его проектирования и производства. В процессе производства реальная экономия создаётся за счёт отсутствия сварных швов, экономии сварочных материалов, вдвое меньшего количества крепёжных деталей, уменьшения массы комплектующих деталей, исключения трудоёмких операций по наложению и зачистке сварных швов и околошовных поверхностей, механической обработки уплотнительных поверхностей фланцев и т.п.

Конструкции соединений и патрубков позволяет резко облегчить их монтаж не только по причине меньшего количества болтов, шпилек и гаек, но и созданной возможности монтировать трубы с более широкими предельными отклонениями на их сборку при осевом и угловом смещении соединяемых труб.

Поскольку в конструкции этих изделий нет сварных швов - очагов коррозии и преждевременного износа и разрушения трубопроводов, условия эксплуатации последних улучшаются, а ремонт сводится лишь к замене уплотнительного элемента. Конкретный расчёт экономического эффекта приведён в настоящей работе.

В целом в диссертации разработанные научные основы создания новых конструкций трубопроводов и технологии их изготовления, монтажа и ремонта, обеспечивают основной принцип комплексности технических решений, заложенных на всех этапах создания новой наукоёмкой продукции - науки, технологии, производства, ремонта, утилизации.

13

Выводы по 5 главе:

1. Результаты и объемы опытного и промышленного внедрения раструбных соединений и компенсирующих патрубков свидетельствуют о их высоком качестве, универсальности и надежности.

2. Для более быстрого внедрения этих изделий разработаны практически все необходимые технические материалы, позволяющие их включение в проектную, технологическую и эксплуатационную документацию при постройке и ремонте судов, в том числе с использованием CAD/CAM системы.

3. Универсальность разработанных соединений и патрубков подтверждается их использованием в самых различных системах и трубопроводах судов различного водоизмещения и назначения.

4. Выполнение комплекса НИОКР по дальнейшему расширению объемов и областей применения раструбных соединений и компенсирующих патрубков позволяет получить еще большую реальную экономию при постройке судов, обеспечить высокое количество трубопроводов, способных конкурировать с лучшими зарубежными аналогами.

255

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования, по разработке научных основ создания новых соединений трубопроводов, включает в себя ряд теоретических и практических результатов, обеспечивающих получение высококачественной научно-технической продукции, основные из которых следующие:

1. Анализ конструкции и способов изготовления соединений и патрубков трубопроводов показал, что в России и зарубежных странах наметилась тенденция замены соединений и патрубков с приварными фланцами на бессварные. При этом большинство отечественных и зарубежных конструкций имеют невысокий уровень технологичности, сложны в изготовлении и монтаже.

2. На основе теоретических расчётов разработанная методика определения прочностных характеристик позволяет оценить качество и работоспособность конструкций раструбных соединений.

3. Разработанные эмпирические зависимости и методика дают возможность с максимальной степенью точности определить геометрические размеры раструбов, получаемые за счёт упруго-пластического деформирования концов труб и трубных заготовок, что подтверждают проведённые эксперименты, и статистические исследования по определению пределов точности размеров сопрягаемых деталей соединений.

4. Метод определения необходимого и достаточного количества компенсирующих патрубков, основанный на исследовании напряжённо-деформированного состояния трубопровода, принятого за брус эквивалентной длины, обеспечивает ему герметичность и необходимую гибкость, что подтверждают результаты эксплуатации.

5. Всесторонние исследования процесса коническо-цилиндрической раздачи конца трубы методом холодного деформирования позволили определить области действия максимальных напряжений и обеспечить качественное выполнения операции по изготовлению раструбов, что подтверждено разработанной компьютерной моделью и экспериментальными исследованиями, причём на базе компьютерной модели процесса раздачи конца трубы на раструб впервые решена контактная задача деформации трубной заготовки, раздаваемой конусно-цилиндрическим пуансоном. Полученная картина распределения напряжений, показывает наиболее и наименее деформируемые участки раструба, и позволяет судить о его напряжённо-деформированном состоянии.

6. Всесторонние испытания, выполненные в составе экспериментальных исследований, подтвердили высокие технические характеристики раструбных соединений и компенсирующих патрубков, способных выдерживать предельные нагрузки в условиях изгиба, вибрации, растяжения, сжатия, в том числе при низких и высоких температурах и действии транспортируемой среды при рабочем давлении.

7. Экспериментальные исследования гидродинамического потока жидкости по трубопроводу с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками свидетельствует об отсутствии нарушения нормального течения жидкости по трубопроводу, что подтверждает высокие эксплуатационные качества разработанных конструкций.

8. Разработанные технологии изготовления и монтажа трубопроводов с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками отвечает всем требованиям достижения высокого качества конечной продукции, в их составе имеется минимальное количество операции, которые выполняют с использованием механизированного оборудования, а технологии являются экологически чистыми. В результате их использования получают значительную экономию остродефицитных материалов, электроэнергии и трудозатрат, что даёт основание считать эти технологии высокими.

9. Разработанная методика качественной оценки технологичности показывает, что раструбные соединения и компенсирующие патрубки имеют наивысший коэффициент технологичности по причине их универсальности, невысоких массо-габаритных характеристик, простоты конструкций и минимального количества операций в технологических процессах.

10. Конструкции разработанных соединений и патрубков и технология их демонтажа свидетельствует о высокой степени их ремонтопригодности.

11. Объём разработанной конструкторской, технологической и организационно-методической документации достаточен как для организации нового производства этих изделий на основе инвестиционных вложений, так и для включения их в проектную и технологическую документацию действующего судостроительного или судоремонтного предприятия.

12. Высокое качество конструкций и технологий получения раструбных соединений и компенсирующих патрубков подтверждено сертификатами Российского Морского Регистра судоходства и классификационного общества Дет Норске Вери-тас (Норвегия), а их новизна подтверждена 7 патентами.

13. Результаты внедрения раструбных соединений и компенсирующих патрубков на судах, строящихся по заказу отечественных предприятий и зарубежных фирм, свидетельствует о том, что они конкурентоспособны, импортозамещаемы и имеют все основания заменить в общесудовых системах, соединения с приварными фланцами, сильфонные, сальниковые и другие виды компенсаторов отечественного производства и закупаемые по импорту.

14. В целом диссертационная работа позволяет обосновать создание надёжных, высокотехнологичных и конкурентоспособных конструкций раструбных соединений и компенсирующих патрубков, а научные основы и полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований в совокупности позволяют считать данную разработку крупным достижением в развитии трубопроводного производства не только в судостроении и судоремонте, но и в других отраслях народного хозяйства и в зарубежном судостроении, где проектируют, изготовляют и эксплуатируют трубопроводы.

15. Практическая реализация результатов исследования осуществляется на основе руководящих технических материалов, методик, рекомендаций, комплектов конструкторской, технологической и организационно-технической документации, а также отраслевого стандарта, в который включены основные положения по технологии изготовления, монтажу и испытаниям трубопроводов с раструбными соединениями и компенсирующими патрубками.

16. Объём внедрения этих изделий в судостроении и судоремонте показывает, что разработанные конструкции и технология их изготовления находят применение как в проектировании, в том числе и с использованием CAD/CAM системы, так в производстве и ремонте трубопроводов, при этом эти конструкции включены в проекты 43 различных по назначению и водоизмещению судов, проектируемых и построенных по Правилам Российского Морского Регистра судоходства и иностранных классификационных обществ (Норвежский Дет Норске Веритас и Германский

Ллойд), а технология освоена на 9 судостроительных и судоремонтных предприятиях.

17. Для более широкого внедрения разработок необходимо:

- разработать марку резины для изготовления уплотнительных элементов, способных функционировать в более широком диапазоне температур - от минус 45 до плюс 200° С;

- разработать и изготовить горизонтальный гидравлический пресс по типу ПГ-100, способный осуществлять раздачу концов труб диаметром до 400-500 мм;

- провести сертификацию раструбных соединений и компенсирующих патрубков в Германском Ллойде, Английском Ллойде, Бюро Веритас и других для возможности их использования на судах, строящихся по классу этих классификационных обществ;

- осуществлять включение этих конструкций и технологии их изготовления в Федеральные, Региональные целевые научно-технические программы судостроения и машиностроения;

- разработать инвестиционный проект для возможного получения финансирования на выполнение работ по расширению области применения раструбных соединений и компенсирующих патрубков в отечественном и зарубежном судостроении.

1. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Материалы и испытательные давления ОСТ 5.5462.

2. Горелик Б.А. Судовые трубопроводные работы. Справочник. Судостроение, 1984г. 136 с.

3. Низов В.К., Ларькин A.B., Еремин И.Г. Резервы повышения надежности судовых трубопроводов. Технология судостроения. 1970г., № 8.

4. Богорад И.Я., Искра Е.В., Климова В.А., Кузьмин Ю.Л. Коррозия и защита морских судов. Л, Судостроение, 1973г.

5. Минович Д.С. Ремонт и обслуживание судовых трубопроводов, Л. Водтранс-издат, 1954 г.

6. Джон С. Смарт. Коррозия трубопроводов в местах сварки. Нефтегазовые технологии, 1996г., №6.

7. Горелик Б.А. Гибка труб судовых систем. Учебник. Судостроение, 1981г. 168 с

8. Кудряшов В.В. и др. Дефектация фланцевых соединений судовых трубопроводов забортной воды. Технология судостроения, 1975г, № 3.

9. Иванников В.В. Графовая модель для анализа системы сварных швов судового корпуса. Сварочное производство, 1992г., № 6.

10. Яндушкин К.Н., Дризен К.В. и др. Коррозия и защита судовых трубопроводов, Судостроение, 1978г.

11. Зайцев К.И., Певзнер Н.Б. Коррозионные разрушения и отказы в трубопроводах. Монтажные и специальные работы в строительстве, 1997 г., № 8.

12. Х.Ф.Лемлер. Рациональная обработка труб на верфях. Сборник «Окситехник» Германия Т.З. кн.2.

13. Гольденберг И.З. и др. Снижение коррозионно-эрозионного износа трубопроводов. Технология судостроения, 1984г., № 7.

14. Сидоренко А.П. Совершенствование узлов соединений судовых трубопроводов, Судостроение, 1992 г., № 3.

15. Горелик Б.А. Совершенствование узлов соединений судовых трубопроводов, Судостроение, 1992г., № 3.

16. Протопопов В.Б. Конструирование разъемных соединений судовых трубопроводов и их уплотнений. Л. Судостроение, 1972 г.

17. Сидоренко А.П. и др. Метод расчета многослойных сильфонов шарнирно-поворотных компенсаторов. Технология судостроения, 1976 г., № 2.

18. Горелик Б.А., Зуев В.С. Применение напрессовки при изготовлении фланцевых соединений трубопроводов. Технология судостроения, 1988 г., № 5.

19. Горелик Б.А. Установка фланцев и колец на трубы способом напрессовки. Отраслевая система НТИ, ЦНИИ «Румб», 1989 г. 52 с

20. Горелик Б.А., Зуев В.С. и др. Соединение и устройство для его сборки. Авторское свидетельство № 12412847 от 29.07.86.

21. Горелик Б.А., Зуев В.С. и др. Устройство для напрессовки пластинчатых деталей на трубы. Авторское свидетельство № 821123 от 10.07.79.

22. Горелик Б.А., Зуев В.С. Механизация установки фланцев и колец на трубы при помощи центрирующего устройства. Технология судостроения. 1983г., № 3.

23. Горелик Б.А. Компенсация линейных и угловых перемещений в судовых трубопроводах и системах СПб, Труды ВНТО им. Академика А.Н.Крылова, 1991 г.

24. Горелик Б.А. Применение напрессовки при изготовлении фланцевых соединений трубопроводов. СПб, Технология судостроения, 1988 г., № 5.

25. Горелик Б.А. Деятельность ВНТО им. академика А.Н.Крылова на конференции по судовым трубопроводам. СПб, Судостроение 1988г., № 5.

26. Горелик Б.А. Раструбные соединения м муфтовые безраспорные соединения. СПб, Судостроительное производство, 1988г., выпуск 2, серия 2.

27. Горелик Б.А. Раструбные соединения трубопроводов. Л, Судостроение, Труды ВНТО им. академика А.Н.Крылова, СПб, 1987г.

28. Соединение для труб с гладкими кольцами. Патент 2817243 Р16147/02 от 16.09.78 (Германия).

29. Трубные соединения. Патент 2726035 Р161 47/06 от 19.10.76 (Германия).

30. Соединения для пластмассовых труб. Патент 2167374 Р161.33/00 от 21.01.73 (Франция).

31. Соединения труб из стали. Патент 1402100 Р161 19/00 от 17.06.74 (Великобритания).

32. Муфта для соединения труб. Патент 4070046 Р161.17/00 от 24.11.79 (США).

33. Способ соединения труб между собой. Патент 3669475 Р161 21/02 от 16.05.79 (США).

34. Трубная проставка для соединений. Патент Р161.13/10 от 10.11.77 (Франция).

35. Соединительный элемент для труб. Патент 54-9735 Р161- 21/08 (Япония).

36. Горелик Б.А. Повышение надежности судовых систем за счет применения новой конструкции соединений трубопроводов. Научно-технический сборник Морского Регистра Судоходства, 1998г., № 20.

37. Горелик Б.А. Технология и оборудование для производства универсальных гибких соединений труб, М, Эколинк,1998,№2.

38. Горелик Б.А. Бесшовные, равнопрочные, гибкие судовые трубопроводы для транспортирования нефти, воды и газов. Сборник докладов 4-ой Международной выставки «Нева-97», СПб, 1997г.

39. Горелик Б.А. Новая ресурсосберегающая малоотходная и экологически чистая технология изготовления и монтажа трубопроводов и систем, СПб, Вестник технологии судостроения, 1997, № 3.

40. Горелик Б.А. Бесварные фланцевые быстроразъемные соединения. М., Эко-линк, 1997 г., №4.

41. Горелик Б.А. Соединения труб без сварки. М, Вестник Know-how, 1993, № 4, выпуск 5.

42. Горелик Б.А. Способ сборки трубного соединения. Патент № 796833 от 10.09.90.

43. Горелик Б.А. Совершенствование узлов соединений фланцев и колец с трубами. Судостроение, 1991г., № 12.

44. Горелик Б.А. Раструбные соединения труб. Патент № 2056006 от 10.03.96.

45. Горелик Б.А. и др. Раструбное безраспорное облегченное соединение. Патент №2087786 от 15.05.95.

46. Александров В.Л., Бабанин В.Ф., Клестов М.И., Горелик Б.А. Новая технология изготовления судовых трубопроводов с использованием раструбных соединений и компенсирующих патрубков. Судостроение, 1997 №2.

47. Горелик Б.А. Трубогибщик-трубопроводчик судовой. Учебник, Л., Судостроение, 1990г. 272 с.

48. Горелик Б.А. и др. Раструбный муфтовой патрубок и способ его изготовления. Патент № 2067250 от 05.05.91 г.

49. Горелик Б.А. и др. Уплотнительный узел компенсирующего раструбного патрубка. Патент № 2035653 от 29.05.91.

50. Горелик Б.А. Совершенствование узлов соединений судовых трубопроводов. Судостроение, 1992 г. №3.

51. Горелик Б.А. Забойная труба и способ монтажа трубопровода. Патент № 2086846 от 16.03.94

52. Правила классификация и постройки морских судов. Российский Морской Регистр Судоходства, 1999 г. т.2. 4.VIII

53. Горелик Б.А Бессварные, быстроразъемные экологически чистые соединения для трубопроводов, Технология судоремонта 1993, №2.

54. Рева С.А., Попинов В.Р. Соотношение величины нагрузки и количества циклов. Судостроительная промышленность, 1983г., т.2.

55. Ходж Ф.Г. Расчет конструкций с учетом пластических деформаций, М, Машиностроение, 1963г.

56. Долгинов Л.Ш., Прокопов В.К., Самсонов Ю.А. Расчет и конструирование фланцевых соединений трубопроводов и сосудов Л, Судостроение, 1972.

57. Волошин А.А., Григорьев Г.Т. Расчет и конструирование фланцевых соединений. Справочник, Л, Машиностроение 1974г.

58. Карасев Л.П. Усилия во фланцевом соединении, находящемся под действием поперечной нагрузки. Химическое и нефтяное машиностроение, 1974, №2 .

59. Карасев Л.П., Шумейко Я.В. Особенности распределения болтовых усилий в стандартных фланцевых соединениях при действии на трубопровод поперечных нагрузок. Химическое и нефтяное машиностроение, 1968, №5.

60. Вовкогонов В.Г. Расчет соединений с соприкасающимися фланцами. Куйбышев, Куйбышевский авиационный институт, 1974, Труды вып. 67.

61. Бурков В.В., Лебедев Б.И., Мухометшин Х.Х. Исследование герметичности соединений с паронитовыми и резиновыми прокладками, -«Химическое и нефтяное машиностроение». 1970 г. №1.

62. Устинов Ю.А., Шлифман Е.М. К расчету фланцевых соединений. Сборник «Вопросы механики и прикладной математики»-Ростов на Дону. Ростовский университет, 1996.

63. Расчеты на прочность в машиностроении под редакцией д.т.н., проф., Пономарева С.Д. М, Машигиз, 1958.

64. Расчет фланцевых соединений на герметичность. Сборник рефератов НИОКР Серия 7, Машиностроение,; 4, 1984.

65. Кошелев Ф.Ф. Общая технология резины М, Химия, 1978.

66. Резина. Метод определения твердости, ГОСТ 20403-75.

67. Резина. Метод определения сопротивления истиранию при качении и проскальзывании. ОСТ 12251-77.

68. Резина. Метод динамических испытаний. Общие требования. ГОСТ 23326-78.

69. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Учебник для ВУЗов, М, Металлургия, 1986.

70. Безухов Н.И. Основы теории упругости пластичности и ползучести, М, Высшая школа, 1961.

71. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов, М, Металлургия, 1972.

72. Сторожев М.В, Попов Е.Н. Теория обработки металлов давлением, М, Машгиз, 1957.

73. Унксов Е.П., Джонсон У, Колмогоров В.Л. Теория пластических деформаций, М,Машиностроение, 1983г.

74. Горелик Б.А., Фирсов Ю.М., Обработка концов труб под раструбные соединения путем использование метода холодного деформирования Л., Технология судоремонта, 1995, №1.

75. Зуев B.C. Совершенствование технологии изготовления труб без пригонки на судне. Л., Судостроение, Судостроительные технологии, серия 5, 1983г.

76. Грицай Л.Л. Справочник судового механика М., Транспорт, т.1 1973 .

77. Расчет и конструирование трубопроводов. Справочное пособие. Под редакцией Зверькова Б.В., Машиностроение, 1979.

78. Чиченев Н.А., Свистунов Е.А. Руководство к решению задач по прикладной механике М, Машиностроение, 1979.

79. Справочник судового механика. Под общей редакцией к.т.н. Л.Л. Грицая т.2 М, Транспорт, 1973.

80. Справочник по строительной механики корабля под общей редакцией академика Шиманского Ю.А. Судпроигиз, 1960 г., т.З, раздел III стр 151-194.

81. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов. Под редакцией Ицковича Г.М. М. Высшая школа, 1970.

82. Плюксне Н.И. Прочность при переменных напряжениях, Харьковский политехнический институт, 1962.

83. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. Л, Машиностроение, 1978.

84. Фрид Е.Г. Устройство судна. Л, Судостроение, 1984.

85. Е.П. Унксов Инженерные методы расчета усилий при отработке металлов давлением Машгиз, 1995.

86. Полухин И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник, М, Металлургия, 1983г.

87. Писаренко Г.С., Поляков А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов, Киев, Наукова думка, 1988 г.

88. Горелик Б.А. Новые соединения фланцев и колец с трубами, обеспечивающие применение экономичной и экологически чистой технологии. Тезисы доклада на Научно-технической конференции ВНТО им. ак. А.Н.Крылова, Л, Судостроение, 1990г.

89. Шилокшин В.Н. Определение усилий деформирования при раздаче труб цилиндрическим цанговым пуансоном. Вопросы судостроения, 1977г., №16.

90. Илюшин A.A. Пластичность.Гостехиздат, 1947.

91. Мнев E.H., Перцев А.К., Гидроупругость оболочек Л. Судостроение, 1979.

92. Пикуль В.В. Теория и расчет оболочек вращения М, Наука, 1982г.

93. Перцев А.К. Динамика оболочек и пластин Л, Судостроение, 1987г.

94. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике М, Мир, 1975.

95. Постнов В.А., Харкурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций, Л, Судостроение, 1974г.

96. Горелик Б.А., Переверзев P.A. Использование метода конечных элементов для определения напряженного состояния трубы с наполнителем перед гибкой. Л, Судостроение,№ 3, 1981г.

97. Программа и методика испытаний сильфонных компенсаторов и уплотнений. Общие требования. ГОСТ 28697-90.

98. Оборудование корабельное. Нормы и правила испытаний на вибростойкость и ударостойкость. ОСТ5Р.4347-93.

99. Типовое одобрение трубных соединений. Det Norske Veritas, Норвегия, 1991 г.

100. Руководство по проведению испытаний образцов изделий. Германский Ллойд Гамбург, 1992г.

101. Типовое одобрение систем. Процедуры. Английский Ллойд , 1996г.

102. Метод испытаний гибких соединений судовых систем в условиях теплового воздействия. СПб, ВНИИПО, 1995г.

103. Шубанов О.Ю. Методы и средства снижения шума и вибрации. Судостроение, 1994, №7.

104. Горелик Б.А. Процедура типовых испытаний для механических соединений судовых трубопроводов, С-П, 1999г.

105. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник М, Металлургия, 1983.

106. Чашников Д.И.Деформируемость судостроительных сталей при обработке давлением. Л, Судостроение, 1974.

107. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия. ГОСТ 8731.

108. Трубы медные. Технические условия ГОСТ 617.

109. Трубы из медно-никелевого сплава. Технические условия ГОСТ 17217.

110. Зайдель А.А. Ошибки измерений физических величин, Л., Наука, 1974.

111. Деденко Л.Г.,Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента, М., Московский Университет, 1977.

112. Венецкий И.Г. Основы теории вероятности и математической статистики, М., Статистика, 1968.

113. Нормы и правила испытаний корабельного оборудования на ударную и вибрационную стойкость нормаль 063-76.4-001.

114. Рекомендации по сокращению объема и продолжительностти испытаний и ресурса амортизирующих конструкций. Научно-технический отчет ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1990г.

115. Макаров В. Г. Влияние внешних факторов на надежность судовых трубопроводов. Технология судостроения, 1983г.,№7.

116. Петровский B.C. Гидродинамические проблемы турбулентного шума, Л., Судостроение, 1966 г.

117. Коркош C.B., Образцов Б.М., Яндушкин К.Н. Изготовление судовых трудо-проводов, Л., Судостроение, 1972г.

118. Мышинский З.Л., Седаков Л.П. Борьба с шумом на судах. Л., Судостроение, 1984 г., №2.

119. Гуськов М.Г., Макаров В.Г. Исследование геометрических и технологических характеристик трубопроводных элементов судовых систем, Труды ЛКИ, 1976, выпуск 106.

120. Бычков Ю.М. Визуализация тонких потоков несжимаемой жидкости. Кишенев, Штинца, 1980 г.

121. Макаров В.Г. Конструкция многоступенчатых дроссельных устройств для судовых трубопроводов. Технология судостроения, 1977г.

122. Гуськов М.Г. Определение коэффициента местного гидравлического сопротивления существующей арматуры. Методические указания, Л., ЛКИ, 1986 г.

123. Предварительное напряжение в болтах, Проспект фирмы БАКО, Швеция, 1989 г.

124. Баранов Е.В., Булатов A.C., Сясько В.А. Ультразвуковой контроль затяжки резьбовых соединений узлов крепления механизмов и оборудования. Судостроение, 1999, №2.

125. Перлин И.Л. К расчету рабочих напряжений при прессовании и волочении. Цветные металлы, 1954 г., №1.

126. Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. М., Машиностроение, 1975г.

127. Единая система технологической документации. Правила оформления документов, применяемых при разработке, внедрении и функционировании технологических процессов. ГОСТ 1113-79.

128. Чугаевский М.И. Критерии количественной оценки технологичности судовых трубопроводов. Вопросы судостроения, 1989г., №3.

129. Николаенко А. И. О выборе метода количественной оценки технологичности по трудоемкости. М, Стандарты, 1976.

130. Амиров Ю.Д. Преемственность и технологическая рациональность конструкций, М. Стандарты, 1976.

131. Методика определения экономической эффективности создания и использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в судостроении ЦНИИТС, 1978.

132. Румянцев A.A. Экономическая оценка НИР и ОКР. Методы расчета, М, Экономика, 1978г.

133. Авдонин Б.Н. Экономическая эффективность лицензионных соглашений об использовании технологических новаций. Экономика и коммерция, 1997г. вып.2.

134. Корчагин А.Д. Передача и приобретение технологии. Интеллектуальная собственность, 2000 г. №3

135. Богуславский В.А. и др. Справочник по ремонту судов флота рыбной промышленности. Легкая и пищевая промышленность, 1984г.

136. Блинов Э.К. Техническая эксплуатация флота и современные методы судоремонта Л, Судостроение, 1988г.

137. Федоров В.Ф. Организация и технология судоремонта, М, Высшая школа, 1972.

138. Мотвеенко В.Н. Некоторые проблемы повышения эффективности судоремонта, Судостроение, 1987г., №1.

139. Андреев Н.Т., Борчевский О.Н. Ремонт судов, Л, Судостроение, 1972г.

140. Компьютеризированная интегрированная поддержка жизненного цикла продукции М, НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика» , 1999 г.

141. Афанасьев A.C. Технологичность конструкций в современном зарубежном судостроении, Л, Судостроение, 1988г.

142. Подсевалов Б.В., Фомин А.П. Основы стандартизации в судостроении, Л., Судостроение, 1993.

143. Система качества модель для обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании. Международный стандарт ИСО 9001-94. М, ВНИИС, 1995г.

144. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Типовой технологический процесс изготовления и монтажа трубопроводов РД5.95057-90.

145. Перечень разрешенной номенклатуры (ПРН) изделий судостроения, 035.03.399.

146. Липсиц И.В. Бизнес-план основа успеха. М, Дело, 1994.

147. Маниловский Р. Г. Бизнес-план. Методические материалы, М, Финансы и статистика, 1994г.

148. Брайнан Хаслет. Леонард Е. Смолен Подготовка бизнес-плана СПб, Ми-мев, 1992г.

149. Программный продукт «Альт-Инвест» Руководство пользователя, ИКФ «АЛЬТ» СПб, 1996г.

150. Роберт Н.Холт Основы финансового мененджмента.М, Дело, 1993г.

151. Curt Christensen Korrosion i salt vand-strende. Rapport fra DSP, 1989 y.

152. Stefan Bartha, Vatskors inverkan paron och armatur/ KOJ. Modern Ytbahand-ing,1975, №5, p17-22.

153. Gorelik B.A., Weldness Connection of Pipe. m. Know-How, Belgium, 1995, №7.

154. R., Flow Visualization in Crechoslo Some Countries in Central and Europe / Proceedings of the Jnterymposium of Flow Visualization.lectures/

155. Hytork Division Une Corporation, USA, 1988

156. САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ1. На правах рукописи

157. ГОРЕЛИК Борис Александрович

158. ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СУДОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ0508.04-Технология судостроения, судоремонтаи организации судостроительного производства