СУДОСТРОЕНИЕ 2'2004
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТИ МОНТАЖА СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ
Л. П. Гаврилюк, докт. техн. наук, В. Г. Нестеров (ФГУП ЦНИИТС)
^Д
При монтаже энергетического оборудования, движительных комплексов и спецустройств на кораблях и судах необходимо выверять и обеспечивать с высокой точностью следующие параметры:
•угловое положение отдельных компонентов оборудования, образующих комплекс в единой системе координат корабля (рис. 1, а), например, антенн, гироскопов и др.;
•линейное смещение относительно друг друга отдельных агрегатов оборудования, не связанных общей рамой, но соединенных при помощи шарниров (рис. 1, б), например, входящих в бурильное оборудование, приводы;
•угловое положение и линейное смещение относительно друг друга отдельных компонентов оборудования (рис. 1, в), например, составляющих движительный комплекс судна.
Точность монтажа оборудования в жестком корпусе на жестком основании определяется точностью средств измерения и технологическими ошибками монтажа. Однако корпус судна является упругим телом, которое после спуска на воду изгибается, что меняет центрирование оборудования, выполненное на стапеле.
Теоретически, зная распределение жесткости корпуса по длине и нагрузки, можно рассчитать изгиб корпуса и монтировать компоненты оборудования на стапеле с упреждениями. При эксплуатации также известно распределение нагрузок при различном водоизмещении судна с учетом влияния волнения, следовательно, можно рассчитать и учесть деформации корпуса. Так, если компоненты оборудования, например движи-тельного комплекса, сами по себе образуют упругую систему, то выполняется расчет изгиба этой системы при допустимых нагрузках на ее опорах. При этом может быть использован принцип суперпозиции деформаций корпуса судна и упругой системы компонентов оборудования.
В сварных конструкциях корпусов судов действуют внутренние напряжения, жесткость которых отличается от расчетной. На стапеле силы веса, реакции опор и внутренние напряжения уравновешиваются и обеспечивают, по завершении основных сварочных работ, состояние корпуса, при котором теоретически возможно выполнение центровочных работ в заданных допусках, в том числе монтаж
по расчетным нагрузкам в упругих системах компонентов оборудования.
После спуска на воду деформации корпуса судна могут существенно отличаться от расчетных. Поэтому окончательное центрирование высокоточного оборудования традиционно выполняется на плаву после окончания всех корпусных работ и установки механизмов, при водоизмещении, близком к нормальному. Поскольку некоторые виды спецоборудования монтируются без пригоночных прокладок, до погрузки этого оборудования необходимо относительно монтажных баз обработать с высокой точностью фундаменты, имитируя вес оборудования балластом. Все это обусловливает высокую трудоемкость монтажных работ и возможную задержку сроков постройки кораблей и судов.
В практике судостроения деформации корпуса оцениваются по изменению общего изгиба его упругой линии после спуска на воду, в процессе строительства и в эксплуатации. Что же касается движительных комплексов, то основные воздействующие на них факторы возникают в результате строительного изгиба корпуса (рис. 2, а) и упругих деформаций корпуса (рис. 2, б) после спуска судна и во время эксплуатации в результате изменения осадки и волнения.
При серийном строительстве судов предпринимались попытки измерения общих деформаций корпуса на головном судне и введения по результатам этих измерений необходимых упреждений при монтаже высокоточного оборудования на стапеле. Однако они были относительно успешными только для коротких и сравнительно жестких корпусов судов при малом расстоянии между компонентами комплекса. Для длинных корпусов и при значительных расстояниях между компонентами комплекса требовалось повторное центрирование оборудования после спуска судна. Это может быть объяснено также и тем, что фактические деформации, зависящие от множества факторов, для каждого корпуса индивидуальны.
Исследованиями установлено, что сформированный корпус судна после спуска на воду изгибается по некоторой упругой линии, зависящей от конструкции корпуса и технологии его формирования, на плаву он реагирует на нагрузки и температуру с несколь-
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2004
ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МАШИНОСТРОЕНИИ
Рис. 1. Принципиальные схемы монтажа оборудования: твердые тела монтируются в упругом теле при условии обеспечения углового положения относительно заданной системы координат (а) либо при строгом линейном взаимном положении и использования шарниров в соединениях (б); твердые тела соединены упругой связью и монтируются в упругом теле с обеспечением заданных расчетных нагрузок (в); I — заданная система координат; 2 — шарниры; 3 — упругая связь; 4 — расчетные нагрузки в опорах
ко иной, по сравнению с расчетной, жесткостью [1]. При этом справедлив принцип суперпозиции деформаций «строительного» изгиба от внутренних напряжений и деформаций от расчетных нагрузок.
При монтаже оборудования, требующего высокоточного углового взаимоположения компонентов по всей длине судна, была предложена система динамических баз, «привязанных» к его упругой линии и ее изменениям в двух плоскостях. В качестве динамических баз использованы контрольные площадки и базовые отметчики диаметральной плоскости (ДП), расположенные в определенных районах по длине судна. Указанные базовые элементы, предполагая справедливость принципа сохранения плоских сечений при изгибе корпуса, устанавливаются на поперечных переборках.
После спуска сформированного корпуса на воду при известных нагрузках определяется изменение упругой линии. Через некоторое время производят повторные замеры, а затем рассчитывают ожидаемую форму упругой линии при заданном водоизмещении. При этом методом численного интегрирования может быть определено распределение фактической жесткости корпуса по длине судна. Зная ожидаемое изменение упругой линии при достижении нор-
мального водоизмещения, рассчитывают с упреждениями технологические допуски при монтаже оборудования относительно районных контрольных площадок и базовых линий ДП. Все оборудование при этом делится на группы в зависимости от требуемой точности и его расположения. Наиболее точные и разнесенные по длине судна компоненты монтируются в последнюю очередь.
В процессе достройки судна на плаву контролируется изменение упругой линии и положение относительно нее системы динамических баз (состояние этой системы). При необходимости, для наиболее точных компонентов оборудования, контролируется загрузка судна и корректируются технологические допуски. Принципы динамического базирования твердых тел в упругом корпусе, использованные при постройке современных фрегатов, эсминцев, крейсеров и авианесущих кораблей, позволили снять монтаж спецоборудования с критического пути постройки, обеспечив требуемую точность монтажа.
Движительный комплекс является протяженным компонентом, и наличие факторов, возникающих при постройке и эксплуатации судна и стремящихся нарушить расчетные нагрузки на опорах валопровода и энергетической установки, а также центрирование валопровода с главным двигателем, придает первостепенное значение вопросу взаимодействия корпуса и главных механизмов. В этом случае целесообразно воспользоваться принципами динамического базирования. Вместе с тем попытка простого перенесения результатов контроля упругой линии судна для уже решенных задач монтажа спецоборудования применительно к движительному комплексу может оказаться неудачной по следующим причинам:
•число и расположение контрольных точек в зоне движительного комплекса недостаточно для учета вли-
яния на точность монтажа местных деформаций корпусных конструкций;
•мала периодичность измерений упругой линии;
•неточность определения местных деформаций и фактической нагрузки на корпус судна при контроле упругой линии;
•отсутствие методологии корректировки расчетных нагрузок на опорах в упругой системе компонентов оборудования по результатам контроля упругой линии корпуса.
Считается, что из существующих методов центрирования валопрово-дов и главных механизмов единственным, позволяющим учитывать изменение упругой линии, является метод тензометрирования [2]. Сущность метода заключается в том, что на поверхности составных частей валопровода (рис. 3, а) в различных сечениях по его длине (рис. 3, б) устанавливают по четыре тензодатчика, включенных в мостовую схему. При повороте валопровода в нем измеряются напряжения, которые зависят от опорных реакций подшипников валопровода. Изменяя положение опор по высоте, теоретически можно добиться заданного уровня изменения напряжений. Указанную регулировку положения опор выполняют на плаву при некоторой загрузке корпуса. При изменении нагрузки меняются форма упругой линии судна и взаимное положение опор валопровода; изменится и достигнутое центрирование.
Опыт показывает, что для судов с относительно жестким корпусом изменения упругой линии, в первом приближении, можно описать параболой, а изменения взаимного положения опор оценить по схеме, представленной на рис. 4. Стрелка прогиба валопровода может быть определена по формуле
Н = Н [[/I)2 ,
где Ь — стрелка прогиба валопровода; Н — стрелка прогиба корпуса суд-
Рис. 2. Строительный изгиб (а) и упругие деформации (б), влияющие на работу движительного
комплекса
TSXHQËQfÈfl СУДОСТРОЕНИЯ И МАШИНОСТРОЕНИЯ
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2004
а) L J
1 J ........................
V
б) i L
м 1h
Рис. 3. Схема центрирования валопровода тензометрическим методом:
о — расположение тензометров в сечении вала; б — уровни напряжений; 1, 2 — соответственно напряжения в валопроводе до и после регулировки положения подшипников; 3 — допустимый уровень изменения напряжений
на, мм; I. — контролируемая длина судна, м; 1 — длина валопровода, м.
Как видно из формулы, перемещения промежуточных опор относительно линии, соединяющей концевые опоры, для коротких вало-проводов с отношением 1/1 < 0,1 на два порядка меньше деформаций корпуса.
В случае, к
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.