Технология судостроения. Технологические правила сборки и ремонта корпусных конструкций

С. В. Власов



ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА СБОРКИ И РЕМОНТА КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Учебное пособие





















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 629.12:658.512.6
ББК 39.42
     В58



Рецензенты:
профессор кафедры сварочного производства Инженерной школы ДВФУ, д. т. н., профессор Л. Б. Леонтьев;
профессор кафедры теоретической механики и сопротивления материалов МГУ им. адм. Г. И. Невельского, д. т. н., профессор И. Б. Друзь




    Власов, С. В.

В58 Технология судостроения. Технологические правила сборки и ремонта корпусных конструкций : учебное пособие / С. В. Власов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 100 с. : ил., табл.
           ISBN978-5-9729-1331-2

           Рассматриваются принципиально важные технологические аспекты, требования и рекомендации к изготовлению, сборке и ремонту элементов корпусных конструкций морских объектов, направленные на обеспечение их прочности и эксплуатационной надежности.
           Для учебно-методического обеспечения практико-ориентированной программы бакалавриата по направлению подготовки 26.03.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры».

                                                    УДК 629.12:658.512.6
                                                    ББК 39.42











ISBN 978-5-9729-1331-2

     © Власов С.В., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ......................................... 5
ВВЕДЕНИЕ.................................................. 6

РАЗДЕЛ I
ПРОЕКТНАЯ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЙКИ

Глава 1. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, РЕКОМЕНДАЦИИ, ПРАВИЛА И ТРЕБОВАНИЯ.........................8
1.1. Основные положения проектной технологии постройки МО. 8
1.2. Рекомендации по декомпозиции корпуса МО на блоки и секции в ПТП... 11
1.3. Правила разработки принципиальной технологии постройки МО. 13
1.4. Требования к расположению монтажных соединений...... 17

РАЗДЕЛ II
ЭЛЕМЕНТЫ СТАЛЬНЫХ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 2. ОСНОВНЫЕ СВЯЗИ В КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА МО .........19
2.1. Общие сведения...................................... 19
2.2. Системынабора....................................... 21
2.3. Правила сборки основных связей корпуса МО........... 23

Глава 3. ПРАВИЛА СБОРКИ И РЕМОНТА КОРПУСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.....................................28
3.1. Сборка элементов киля и днищевых связей ............ 28
3.2. Сборка полотнищ днищевой и бортовой обшивки......... 33
3.3. Сборканастиловпалуб ................................ 35
3.4. Сборка переборок из стальных и алюминиевых сплавов . 38
3.5. Сборка кормовых и носовых оконечностей МО........... 40
3.6. Сборкаэлементовднищевогонабора ..................... 53
3.7. Сборка и стыковка элементов бортового набора........ 55
3.8. Монтаж элементов набора в настилах палуб ........... 59
3.9. Сборка элементов плоских и гофрированных переборок.. 62


3

3.10. Конструктивно-технологические правила прохода балок набора . 66
3.11. Соединение балокнабора...................................... 69
3.12. Правила выполнения вырезов в балках набора.................. 73

РАЗДЕЛ IV ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Глава 4. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.......................79
4.1. Технологические правила назначения габаритов для элементов корпусных конструкций....................... 79
4.2. Технологические нормы сварных, заклёпочных и болтовых соединений элементов корпусных конструкций .......................... 80
4.3. Технологические свойства листовой и профильной стали при резке и гибке......................................... 83
4.4. Технологииправкиэлементовкорпусныхконструкций ............... 89

СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ.................................................. 93


4

        СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ


АЗИПОД - азимутальный поворотный движитель
ВМФ - военно-морской флот
ВРК - винторулевые колонки
ДОУ - доковое опорное устройство
ДП - диаметральная плоскость
МО - морской объект (судно, корабль, стационарные и плавучие платформы)
НО - наружная обшивка
НП - настил палубы
ОЛ - основная линия
ПКД - проектная конструкторская документация
Правила РМРС - Правила Российского Морского Регистра Судоходства
ПрТП - принципиальная технология постройки (МО)
ПТП - проектная технология постройки (МО)
РЖ - рёбра жёсткости
РКД - рабочая конструкторская документация
ТПП - технологическая подготовка производства

5

        ВВЕДЕНИЕ


     Технология - это знание о методе производства продукции, товаров или услуг, которое базируется на знании норм и правил, а также рекомендаций и требований к принимаемым в производственных процессах к конструктивнотехнологическим решениям.
     Данное пособие охватывает принципиально важные технологические аспекты и содержит технологические требования и рекомендации к изготовлению, сборке и ремонту элементов корпусных конструкций МО, направленные на обеспечение их прочности и эксплуатационной надежности. Эти требования являются результатом многолетнего опыта постройки, ремонта и модернизации корпусов МО с учётом результатов исследований в области их прочности. Значительная часть иллюстраций заимствована автором с доработкой из близкой по тематике работы «Теория и устройство судна: конструкция специальных судов» [7]. Однако акцент в данной работе сделан не на требованиях к проектированию, а на технологических нормах, правилах и рекомендациях постройки и ремонта элементов стальных корпусов МО.
     Принципиальные технологические вопросы при постройке и ремонте тех или иных узлов и конструкций решаются одинаково как для гражданских судов, так и для МО военного назначения. Наиболее существенные различия в подходе к гражданским и военным МО заключаются в том, что в Правилах РМРС более строго регламентированы конкретные параметры тех или иных конструктивных элементов корпусных конструкций. Исходя из требований Правил РМРС, запас на коррозионный износ и запас прочности корпусов, у гражданских судов закладывается больший. При этом сама технология сборки при постройке и ремонте корпуса в итоге сводится к соответствию параметров всех его элементов конкретным Правилам РМРС, где устанавливается целый ряд жёстких и категорических требований, которые ограничивают возможности отступлений от них, даже в расчетно-обоснованных случаях.
     В противоположность этому при конструировании корпусов МО для ВМФ все параметры конструктивных элементов корпусных конструкций определяются прямым расчётом. Это связано главным образом с требованием к минимизации массы конструкций и веса корпуса боевого корабля в целом. В такой ситуации технологи судостроители и судоремонтники при сборке элементов корпусных конструкций получают широкую возможность для поиска оптимальных конструкторско-технологических решений при менее жесткой регламентации их параметров.

6

      При постройке, ремонте, переоборудовании и модернизации умение применять Правила РМРС в гражданском, и умение применять современные методы расчёта прочности конструкций в военном судостроении, определяют соответствующие требования к подготовке технологического персонала для судостроительных и судоремонтых предприятий. В отличие от этого, современные технико-технологические возможности судостроительных верфей и судоремонтных предприятий устанавливают более единообразные требования к подготовке технологов судостроителей.
      В судостроении связь проектирования и технологии постройки образуется при разработке ПТП - проектной технологии постройки МО, которая закладывается уже на стадии проектирования МО. Поэтому основные контуры технологии постройки МО, закладываемые в проектной стадии, задают старт инженерной фазе технологической подготовки производства (ТПП) на судостроительном предприятии, где разрабатывается принципиальная технология постройки, которая непосредственно привязана уже к конкретной производственно-технологической базе соответствующей верфи или судостроительного завода.
      В процессе ремонта, переоборудования или модернизации МО на судоремонтном предприятии не всегда имеется возможность выполнить конструктивные требования к элементам корпусных конструкции, заложенные проектантом. Поэтому технолог должен иметь базовые знания правил сборки этих элементов, нормы отклонений от них, которые могут быть допустимы в процессе выполнения корпусных ремонтных работ.

7

            РАЗДЕЛ I
            ПРОЕКТНАЯ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЙКИ


        ГЛАВА 1. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, РЕКОМЕНДАЦИИ,
        ПРАВИЛА И ТРЕБОВАНИЯ

    1.1. Основные положения проектной технологии постройки МО

    Изложенные ниже конструктивно-технологические требования распространяются на разработку проектной технологии постройки (ПТП) стальных надводных МО всех классов и не распространяются на ПТП катеров с динамическими принципами поддержания и многокорпусной архитектурой, а также на МО из неметаллических материалов и легких сплавов.
    Далее устанавливаются основные положения на разработку ПТП стальных корпусов надводных МО и их отдельных частей. Излагаются основные требования современной технологии постройки и принципиальные конструктивные схемы для разработки ПТП конкретных проектов.
    При разработке ПТП стальных корпусов МО и их отдельных частей необходимо выполнять установленные требования к их прочности и надежности при минимальном весе сборочных единиц и рациональной технологии их сборки на всех технологических этапах постройки.
    В проектной стадии ТПП, при разработке ПТП конструкций стальных корпусов МО, следует в возможно большем объёме осуществлять унификацию входящих в их состав деталей, узлов и секций. При этом унификация не должна препятствовать рациональности в конструкциях и их узлах применительно к конкретным условиям их участия в восприятии расчётных нагрузок.
    ПТП должна предусматривать сварное соединение всех дефрагментированных элементов корпуса МО. Заклёпочные соединения в исключительных случаях могут применяться в местах, где по технологическим или конструктивным соображениям сварка неосуществима или нецелесообразна. В частности, при соединении разнородных, не сваривающихся между собой материалов, соединении термически упрочняемых сплавов, теряющих свои прочностные свойства в результате нагрева при сварке, а также при использовании тонкого

8

материала, сварка конструкций из которого приводит к недопустимым деформациям.
     В конструкциях, выполненных из стали, в ПТП клёпаные соединения могут предусматриваться также в местах резкой концентрации напряжений (у основания расширительных соединений, в углах, образованных торцевыми и боковыми стенками надстроек, и др.) и в качестве барьеров для ограничения распространения трещин.
     При выполнении конструкторско-технологической проработки в проектной стадии ТПП необходимо руководствоваться следующими положениями:
     1.      В процессе дефрагментации МО на блоки и секции в ПТП должна быть обеспечена непрерывность основных связей корпуса, не допускается назначение монтажных стыков в зонах действия больших напряжений.
     2.      При разработке ПТП необходимо учитывать, что палубы, второе дно и платформы, близкие к крайним пояскам эквивалентного бруса, должны быть непрерывными по всей длине корпуса МО. В случае, если в отдельных районах МО перечисленные конструкции не могут быть совмещены в одной плоскости по высоте корпуса, необходимо технологически обеспечить их непрерывность путем введения в конструкцию промежуточных наклонных участков.
     3.      Для уменьшения объёма пригоночных работ в ПТП необходимо предусмотреть, что слом палуб, второго дна и платформ будет совмещаться с межсекционными или внутрисекционными монтажными стыками перекрытий, которые необходимо располагать в районах поперечных переборок.
     4.      В тех случаях, когда ввести наклонные участки палуб, платформ или второго дна по технологическим причинам не представляется возможным, то в местах их обрыва необходимо выполнять плавное изменение их сечения, а также предусмотреть надлежащую перевязку дефрагментированных конструкций путём перепуска их продольных связей за пределами монтажных стыков обшивки корпуса.
     5.      В ПТП технологические требования, касающиеся обеспечения непрерывности горизонтальных связей, должны относиться и к вертикальным связям, расположенным по высоте близко к крайним пояскам эквивалентного бруса (под расчётной палубой, на втором дне или днище). При этом помимо введения участков переборок, расположенных в плане под углом к диаметральной плоскости (ДП), в кормовой оконечности, в целях избежания прохода продольных переборок вблизи гребных валов, разрешается выполнять переходные участки с переменным по длине МО наклоном по отношению к вертикали. Поэтому в ПТП необходимо отдельно указывать, что сломы продольных переборок

9

должны располагаться на поперечных переборках или на других жестких поперечных связях.
     6.      В ПТП необходимо учитывать, что в дефрагментированных блоках и секциях корпуса МО по их длине в районе монтажных стыков должен обеспечиваться плавный переход размеров профилей и толщин листов продольных связей, соответствующий изменению усилий от общего изгиба корпуса:
     -  перепад толщин у стыкуемых листов (исключая места специальных подкреплений, например, в углах вырезов) не должен превышать 5 мм или 30 % от более толстого из соединяемых листов;
     -  переход от одной высоты профиля к другой также должен осуществляться плавно в пределах одной дефрагментированной построечной единицы (блока или секции);
     -  переходы высоты профилей на поперечных связях (переборках, рамах) необходимо выполнять с установкой кницы.
     Допускается выполнять переходной участок и в пролете между балками перпендикулярного направления, но исключительно в пределах той же дефрагментированной построечной единицы, не доводя его до монтажного стыка.
     7.      При разработке ПТП и дефрагментации корпуса МО на сборочные единицы следует учитывать, что резкий обрыв, а также окончание в одном поперечном сечении, т. е. на одном стыке, большого числа продольных балок набора основных корпусных конструкций не допускается. Окончание балок набора необходимо разносить по длине сопрягаемых блоков и секций в шахматном порядке.
     8.      Монтажные стыки сборочных единиц целесообразно назначать в местах окончания продольных связей корпуса, входящих в состав крайних поясков эквивалентного бруса. Здесь должны устанавливаться кницы, обеспечивающие плавность изменения сечения связей. При финальной сборке корпуса МО эти кницы должны подкреплять продольные либо поперечные связи смежных конструкций.
     9.      При разработке ПТП и декомпозиции корпуса МО на построечные единицы (блоки и секции) следует особо учитывать районы различного уровня напряженности (рис. 1.1), где:
     -  I - район действия наибольших нормальных напряжений при общем изгибе корпуса - средняя часть длины МО протяженностью 0,5L в нижней и верхней четвертях высоты корпуса;
     -  II - район действия наибольших касательных напряжений при общем изгибе корпуса - часть длины МО между 0,25L и 0,35L в нос и корму от миделя;

10

      -  III - район действия пониженных напряжений при общем изгибе корпуса - средняя часть длины МО протяженностью 0,5L в средней части высоты корпуса по 0,25D вверх и вниз от нейтральной оси;
      -  IV - район действия наибольших динамических нагрузок во время хода МО - носовая оконечность корпуса на длине 0,25L от носового перпендикуляра;
      -  V - район действия наибольших вибрационных нагрузок - кормовая оконечность корпуса МО на длине 0,25L от кормового перпендикуляра.


0,35L             0,35L

0,25L * *    0,25L

Рис. 1.1. Схемарасположения районов корпуса МО с различной степенью напряженности


     Более точное расположение указанных районов, применительно к конкретному МО, устанавливается в каждом частном случае по расчётным данным из проектно-конструкторской документации.

     1.2. Рекомендации по декомпозиции корпуса МО на блоки и секции в ПТП


      При декомпозиции (или разбивке) корпуса МО на построечные единицы, т. е. блоки и секции, следует исходить из требований обеспечения полной загрузки производственной инфраструктуры верфи и сокращения длительности постройки корпусов при надлежащем качестве изготавливаемых конструкций и конкурентоспособной цене продукции. Максимальный вес блоков и секций необходимо определять, исходя из размерений корабля и потенциала транспортно-подъёмного оборудования технико-технологической инфраструктуры верфи.
      В мировой практике судостроения для МО длиной более 200 м преобладающими являются приведённые ниже весовые характеристики:


11

     -  блоков (в т. ч. надстроек) - до 600 т;
     -  секций (в т. ч. объемные) - до 200 т.
     Для МО длиной от 80 до 200 м:
     -  блоки -до500 т;
     -  секции - до 100 т.
     Для МО малой длины:
     -  блоки -до50т;
     -  секции - до 25 т.
     В процессе дефрагментации корпуса МО при назначении габаритов секций следует руководствоваться данными, приведенными в таблице 1.1. При этом, в первую очередь, необходимо учитывать имеющуюся мощность грузоподъемных средств, установленных на соответствующих промышленных площадках секционной сборки, сварки, кантования и иного вида перемещения секций.
Таблица 1.1
Назначение габаритов секций корпуса МО

                                                      Габариты секций                                                
                        МО длиной                         МО длиной                          МО длиной               
Наименование          от 25 до 80 м                     от 80 до 200 м                      более 200 м              
   секций    Длина,           Ширина           Длина,           Ширина           Длина,            Ширина           
               м               или               м               или               м                или             
                            высота, м                         высота, м                          высота, м          
     1         2                3                4                5                6                 7              
  Днищевые   5-15             Ширина           8-20   Ширина                     10-30             От 0,3           
   секции                    корпуса                  корпуса                                      ширины           
  Палубные                    Ширина                  Ширина                                     корпуса до         
   секции    5-15            корпуса           8-20   корпуса                    10-30           его полной         
                                                                                                   ширины           
  Бортовые   5-15        От верхнего паза      8-20        От верхнего паза      10-30             От0,5            
   секции           скулового пояса до верхней        скулового пояса до верхней        высоты борта или от верхнего
                         кромки ширстрека                  кромки ширстрека               паза скулового пояса до   
                                                                                          верхней кромки ширстрека  

12