Способ изготовления судовой забойной трубы с фланцами и рабочая оснастка для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК F16L9/00 G01B17/00 

Группа изобретений относится к области метрологии, в частности, к средствам измерения расстояний, размеров и формы объектов при производстве жёстких судовых трубопроводов ограниченной длины.

Важной и распространённой технологической задачей при строительстве, ремонте кораблей и судов является изготовление и установка точно заданного геометрически участка, замыкающего трубопроводную систему, так называемой пригоняемой или забойной трубы.

Традиционные для судостроения 4 способа пригонки и сборки забойных труб, ограниченных руководящими технологическими документами, как правило, стягивающей длиной 2 м, регламентированы ОСТ5Р.95057-90 - пригонка по жёстким осевым и каркасным макетам, по месту и по контурным шаблонам.

Трудоёмкость традиционных способов пригонки и сборки составляет около 40% от общей трудоёмкости изготовления труб. Высокая трудоёмкость вызвана значительным применением ручного труда при изготовлении шаблонов и макетов, воспроизведении в цехе информации, описывающей геометрию трубы, необходимостью неоднократных переходов рабочих из цеха на заказ и обратно, а также транспортировкой макетов и труб.

В связи с повышением доступности и широким распространением средств 3D-измерений появилась возможность значительно снизить трудоёмкость операции пригонки и сборки. Сущность соответствующего способа заключается в том, что на заказе при помощи специальных средств измерений получают цифровые данные о геометрии забойной трубы. Затем по полученным сборочным размерам на специальном стенде производят сборку забойной трубы с фланцами.

Известно устройство Scopelink типа «измерительная рука» фирмы PIPE BENDING SYSTEMS GmbH & Co. KG (Германия), содержащее настроечный шаблон и электронный блок для формирования математической модели формы пригоняемой трубы с учётом взаиморасположения фланцев, представленное на сайте фирмы (https://pipe-bending-systems.de/en/measuring-system-scopelink/, дата обращения: 13.12.2023). Это устройство предназначено для эксплуатации в комплекте со стендом Robofix, на котором производят сборку трубы с фланцами по полученным от Scopelink сборочным размерам. Указанная технология принята в качестве аналога заявляемого способа и устройства. Недостатком аналога является необходимость импортной поставки дорогостоящего комплекта оборудования.

Известен способ определения формы судовой забойной трубы по патенту Российской Федерации №2578175, при котором соединяют фланцы настроечным шаблоном и измеряют координаты нанесённых на нем контрольных точек электронным устройством, в качестве которого используют локационно-акустическую измерительную станцию ЛАИС, содержащую жезл с заострённым наконечником и пусковой кнопкой, на котором закреплены два разнесённых по длине акустических излучателя, трёхмикрофонную приёмную антенну, связанную через трёхканальный электронный блок с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), формирующей аналитическую информацию о геометрических параметрах забойной трубы.

Указанный способ, принятый за прототип заявленного способа, имеет следующие недостатки. Операции позиционирования приёмной антенны измерительного устройства ЛАИС на окружающих элементах судового помещения и сборка настроечного шаблона по патенту РФ №2578175 требуют дополнительного объёма рабочей оснастки, а также имеют существенную трудоёмкость, соизмеримую с ручными традиционными способами пригонки забойных труб. При этом для измерения виртуальной формы забойных труб с наиболее распространённым параметром стягивающей длины до 2-х метров предпочтительно использование автономного каркасного модуля переносной приёмной антенны с устройством крепления или штативом. При измерении широкой номенклатуры забойных труб достаточно предусмотреть для работы в стеснённых условиях заказа приёмные антенны к ЛАИС двух типоразмеров: с максимальной величиной стороны несущего каркаса треугольной формы, в т.ч. лучевого исполнения, порядка 0,9 м и 0,5 м. Кроме того, в патенте-прототипе не предусмотрено решение задач определения взаиморасположения фланцев и их позиционирования в процессе сборки трубы.

Задачей заявленной группы изобретений является разработка способа изготовления судовой забойной трубы с фланцами и рабочей оснастки для его осуществления, не имеющей недостатков приведённых выше аналогов.

Основным техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная группа изобретений, является разработка более простой и недорогой технологии (способа) определения формы судовой забойной трубы по месту её установки и снижение трудоёмкости при последующем её изготовлении.

Технический результат состоит также в значительном сокращении ручного труда вследствие исключения изготовления шаблонов и макетов, воспроизведения в цехе информации, описывающей геометрию трубы, необходимости неоднократных переходов рабочих из цеха на заказ и обратно, а также снижение транспортировок макетов и труб.

Указанный технический результат достигается в способе изготовления судовой забойной трубы с фланцами с использованием рабочей оснастки, включающей два имитатора концевых участков забойной трубы со стержнями и основаниями, при котором в качестве электронного устройства для измерения используют локационно-акустическую измерительную станцию ЛАИС, содержащую акустический жезл с заострённым наконечником, пусковую кнопку и трёхмикрофонную приёмную антенну, связанную через электронный блок с электронно-вычислительной машиной. При этом микрофоны приёмной антенны, размещённые в углах треугольной рамы, устанавливают напротив трассы прохождения забойной трубы на расстоянии от её ближайшей точки не менее размера наибольшей стороны треугольной рамы и не более трёх размеров наибольшей стороны треугольной рамы, а для закрепления приёмной антенны на конструкциях судового помещения используют основание и шарнир.

Далее штатные фланцы забойной трубы устанавливают и закрепляют в рабочее положение на построечном месте на замыкаемые фланцы собираемого судового трубопровода, к которым по нормали от центра присоединяют рабочую оснастку, включающую два имитатора концевых участков забойной трубы, выполненные в виде стержней с пошаговым размещением контрольных точек и центрирующими основаниями, при этом виртуальные точки изгибов трассы трубы «по воздуху» внутри помещения материализуют вершинами раздвижных переставляемых опор.

После этого выбранные контрольные точки трассы, включая начальную и конечную, находящиеся вблизи центров штатных фланцев забойной трубы на известном расстоянии, последовательно сканируют наконечником акустического жезла станции ЛАИС для формирования электронной модели трубы, по геометрическим параметрам которой изготавливают часть забойной трубы на станке с ручным или программным управлением.

Затем со штатных фланцев забойной трубы снимают имитаторы концевых участков трубы и производят пригонку изготовленной части забойной трубы к штатным фланцам забойной трубы на построечном месте с обеспечением заданной стягивающей длины и необходимой обрезкой припусков. Далее производят электроприхватку торцов изготовленной части забойной трубы к штатным фланцам забойной трубы.

После чего снимают штатные фланцы с присоединённой трубой с замыкаемого участка судового трубопровода и транспортируют в цех для выполнения полного цикла приварки трубы к фланцам на специализированном оборудовании. Изготовленную забойную трубу устанавливают в рабочее положение на построечном месте.

Рабочая оснастка включает два имитатора концевых участков забойной трубы, каждый из которых содержит стержень, жёстко закреплённый по нормали в центре центрирующего основания, повторяющего форму штатных фланцев забойной трубы, с пошаговым размещением на стержнях контрольных точек, углублённых до уровня центральной оси стержня.

Заявленное техническое решение поясняется рисунком (фиг. 1), на котором представлена технологическая схема реализации способа, и фотографией оборудования для проведения испытаний (фиг. 2).

На рисунке (фиг. 1) изображено судовое помещение 1, в котором располагаются концевые участки замыкаемого забойной трубой судового трубопровода с фланцами судового трубопровода 2, собранными совместно со штатными фланцами забойной трубы 3, а также два имитатора 4 концевых участков забойной трубы с металлическими стержнями и основаниями. На металлических стержнях имитаторов 4 нанесена пошаговая разметка контрольных точек 5, материализованных углублениями. Напротив указанных элементов на расстоянии порядка 1 м от трассы забойной трубы позиционируется трёхмикрофонная приёмная антенна 10 измерительного устройства ЛАИС, закреплённая на переборке судового помещения 1 с помощью шарнира 11 и магнитного основания 12. Акустический жезл 7 предназначен для последовательного сканирования контрольных точек имитаторов 4, а также виртуальных контрольных точек 6 на трассе прохождения забойной трубы «по воздуху», материализованных вершинами раздвижных переставляемых опор 8. Изогнутый на станке по результатам измерений участок забойной трубы 13 с выверенной величиной стягивающей длины 9 подготовлен для присоединения к штатным фланцам 3 электроприхватками после снятия имитаторов 4.

Реализация способа изготовления судовой забойной трубы с фланцами с использованием рабочей оснастки производится следующим образом.

Штатные фланцы забойной трубы 3 устанавливают в рабочее положение на замыкаемые фланцы судового трубопровода 2. К штатным фланцам забойной трубы 3 по нормали от центра присоединяют рабочую оснастку: имитаторы 4 концевых участков забойной трубы, выполненные в виде металлических стержней длиной порядка 500 мм диаметром порядка 15 мм с центрирующими металлическими основаниями толщиной порядка 10 мм, форма которых с крепёжными отверстиями повторяет форму замыкаемых фланцев судового трубопровода 2. При этом на металлических стержнях имитаторов 4 с шагом порядка 50 мм должна быть произведена разметка контрольных точек 5, обозначающих места погибов забойной трубы, выполненных в виде углублений до уровня центральной оси стержня.

Приёмную антенну 10 измерительной станции ЛАИС устанавливают таким образом, что её микрофоны, размещённые в углах треугольной рамы, должны находиться напротив трассы прохождения забойной трубы на расстоянии от её ближайшей точки не менее размера наибольшей стороны треугольной рамы и не более трёх размеров наибольшей стороны треугольной рамы. Для закрепления приёмной антенны 10 на переборке судового помещения 1 используют шарнир 11 и магнитное основание 12.

Затем наконечником акустического жезла 7 производят последовательно сканирование контрольных точек 6 трассы прохождения забойной трубы, включая контрольные точки, размеченные и выбранные на металлических стержнях имитаторов 4 концевых участков забойной трубы, а также виртуальные точки погибов трассы прохождения трубы «по воздуху», материализованные вершинами раздвижных переставляемых опор 8.

Далее с помощью приёмной антенны 10 измеряют координаты отсканированных контрольных точек 6 в системе координат приёмной антенны 10.

Затем с помощью программного обеспечения ЛАИС производят компьютерную обработку координат контрольных точек, полученных в ходе операции сканирования, с выводом на экран ноутбука ЛАИС электронной модели трубы и следующей информации: эскиз забойной трубы, таблица с данными о её геометрических параметрах (длины прямых участков и углы изгиба между ними), объёмное изображение трубы, чертёж с габаритными размерами, текст программы гибки на станке с числовым программным управлением (ЧПУ) или на станке с ручным управлением. Далее при необходимости корректируют величины стягивающей длины и припусков для концевых участков забойной трубы в тексте программы гибки.

По данным откорректированной программы гибки изготавливают необходимую часть забойной трубы 13 на ручном гибочном станке или на станке с ЧПУ. После отсоединения имитаторов 4 выполняют пригонку изготовленной части забойной трубы к штатным фланцам забойной трубы 3 на построечном месте с обеспечением заданной стягивающей длины и необходимой обрезки припусков. Потом производят электроприхватку торцов изготовленной части забойной трубы к штатным фланцам забойной трубы 3.

Затем снимают штатные фланцы с присоединённой трубой с замыкаемого участка судового трубопровода и транспортируют в цех для выполнения полного цикла приварки трубы к фланцам на специальном приспособлении. Устанавливают забойную трубу в рабочее положение на построечном месте.

Заявленный способ изготовления судовой забойной трубы с фланцами с использованием рабочей оснастки был испытан на лабораторной базе заявителя (фиг. 2).

Следует констатировать, что предлагаемый способ изготовления забойной трубы с фланцами с использованием рабочей оснастки является универсальным для применения в различных измерительных средствах регистрации координат контрольных точек, определяющих электронную модель формы трубы, существующих в мировом приборостроении. К таким средствам относятся импортные лазерные тахеометры и трекеры со специальными отражателями для сканирования, а также «измерительные руки». Однако, в условиях практического применения в отечественном судостроительном производстве указанная аппаратура существенно уступает рекомендуемой в заявке аппаратуре ЛАИС, созданной на предприятии-заявителе, которая является импортозамещающей, на порядок меньшей стоимости, имеет эксклюзивное встроенное программное обеспечение, позволяющее синхронно с завершением измерительных действий регистрировать в ноутбуке чертёж измеренной трассы забойной трубы и текст программы её гибки на станке.

Группа изобретений относится к области метрологии, в частности к средствам измерения расстояний, размеров и формы объектов при производстве жёстких судовых трубопроводов ограниченной длины. Техническим результатом является разработка более простой и недорогой технологии (способа) определения формы судовой забойной трубы по месту её установки и снижение трудоёмкости при последующем её изготовлении. В способе изготовления судовой забойной трубы с фланцами с использованием рабочей оснастки, включающей два имитатора концевых участков забойной трубы со стержнями и основаниями, в качестве электронного устройства для измерения используют локационно-акустическую измерительную станцию ЛАИС, содержащую акустический жезл с заострённым наконечником, пусковую кнопку и трёхмикрофонную приёмную антенну, связанную через электронный блок с электронно-вычислительной машиной. Рабочая оснастка включает два имитатора концевых участков забойной трубы, каждый из которых содержит стержень, жёстко закреплённый по нормали в центре центрирующего основания, повторяющего форму штатных фланцев забойной трубы, с пошаговым размещением на стержнях контрольных точек, углублённых до уровня центральной оси стержня. Способ изготовления забойной трубы с фланцами с использованием рабочей оснастки является универсальным для применения в различных измерительных средствах регистрации координат контрольных точек, определяющих электронную модель формы трубы, существующих в мировом приборостроении. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления судовой забойной трубы с фланцами с использованием рабочей оснастки, включающей два имитатора концевых участков забойной трубы со стержнями и основаниями, при котором в качестве электронного устройства для измерения используют локационно-акустическую измерительную станцию ЛАИС, содержащую акустический жезл с заострённым наконечником, пусковую кнопку и трёхмикрофонную приёмную антенну, связанную через электронный блок с электронно-вычислительной машиной, отличающийся тем, что микрофоны приёмной антенны, размещённые в углах треугольной рамы, устанавливают напротив трассы прохождения забойной трубы на расстоянии от её ближайшей точки не менее размера наибольшей стороны треугольной рамы и не более трёх размеров наибольшей стороны треугольной рамы, а для закрепления приёмной антенны на переборке судового помещения используют шарнир и магнитное основание; штатные фланцы забойной трубы устанавливают и закрепляют в рабочее положение на построечном месте на замыкаемые фланцы собираемого судового трубопровода, к которым по нормали от центра присоединяют рабочую оснастку, включающую два имитатора концевых участков забойной трубы, выполненные в виде стержней с пошаговым размещением контрольных точек и центрирующими основаниями, при этом виртуальные точки изгибов трассы трубы «по воздуху» внутри помещения материализуют вершинами раздвижных переставляемых опор; далее выбранные контрольные точки трассы, включая начальную и конечную, находящиеся вблизи центров штатных фланцев забойной трубы на известном расстоянии, последовательно сканируют наконечником акустического жезла станции ЛАИС для формирования электронной модели трубы, по геометрическим параметрам которой изготавливают часть забойной трубы на станке с ручным или программным управлением; затем со штатных фланцев забойной трубы снимают имитаторы концевых участков трубы и производят пригонку изготовленной части забойной трубы к штатным фланцам забойной трубы на построечном месте с обеспечением заданной стягивающей длины и необходимой обрезкой припусков; далее производят электроприхватку торцов изготовленной части забойной трубы к штатным фланцам забойной трубы; затем снимают штатные фланцы с присоединённой трубой с замыкаемого участка судового трубопровода и транспортируют в цех для выполнения полного цикла приварки трубы к фланцам на специализированном оборудовании, после чего изготовленную забойную трубу устанавливают в рабочее положение на построечном месте.

2. Рабочая оснастка для осуществления способа по п. 1, включающая два имитатора концевых участков забойной трубы, каждый из которых содержит стержень, жёстко закреплённый по нормали в центре центрирующего основания, повторяющего форму штатных фланцев забойной трубы, с пошаговым размещением на стержнях контрольных точек, углублённых до уровня центральной оси стержня.