Вспомогательные конструкции в промышленности: потенциал экономии при монтаже за счет замены сварных соединений коннекторно-резьбовыми

Исследования, проведенные недавно А.П. Макаровым, В.А. Храмовских и К.А. Непомнящих из Иркутского национального исследовательского технического университета на Удачнинском и Айхальском горно-обогатительных комбинатах АК «АЛРОСА», показали, что трещины в зонах сварных соединений возникают на концевых участках швов, где фактором риска являются концентраторы напряжений — сопряжения конструкционных элементов, вырезы, отверстия, канавки и прочее.

Если к тому же металлическая конструкция испытывает циклические нагрузки, что характерно, например, для лестниц и трубных опор, процессы деградации могут ускоряться в 2–3 раза. Это требует регулярных сложных ремонтных мероприятий или замены крупных элементов, влекущих серьезные затраты материальных ресурсов и привлечение дефицитной квалифицированной рабочей силы.

Особенно остро проблема стоит в приполярных районах, где до 9 месяцев в году царят отрицательные среднесуточные температуры и сварочные работы сопровождаются резким охлаждением металла и повышением хрупкости.

Естественным способом снижения подобных рисков считается переход на разъемные методы соединения — резьбовые и коннекторно-резьбовые. Их очевидным преимуществом является многократное использование элементов при монтаже и демонтаже, а также простота и скорость установки и ремонтопригодность без разборки всей конструкции.

Исследования резьбовых соединений, которые Группа компаний fischer ведет с 2006 года на острове Галоголанд, показывают, что сочетание сложных климатических условий и переменных динамических нагрузок может приводить к преждевременной потере прочности крепежного элемента. При этом срок его службы может сокращаться до 20 %, что требует дополнительных мероприятий по укреплению, контролю и своевременной замене подобного крепежа.

Испытания показали, что вариантом снижения таких внеплановых эксплуатационных расходов в тяжелых условиях применения может быть использование средних и тяжелых коннекторно-резьбовых монтажных систем. Они состоят из набора конструктивных элементов различных размеров — профилей, седельных фланцев, зажимных скоб, кронштейнов и других (рисунок 1).

Такие системы на 15–20 % лучше противостоят динамическим нагрузкам в условиях резких температурных перепадов и ветровых воздействий и позволяют в 3–5 раз сократить объем работ в случаях, когда необходимо использовать дополнительные сварные конструкции (рисунок 2):

• установку опор трубопроводов больших диаметров;
• сборку дополнительных мостиков и площадок обслуживания;
• крепление трубопроводов и кабель-каналов на большой высоте и т. д.

При этом подобные системы не требуют дополнительных противокоррозионных мероприятий, поскольку элементы подвергаются горячему цинкованию заводским способом.

До недавнего времени применение таких соединений ограничивала сложность объединения средних и тяжелых систем в одну конструкцию, что не позволяло значительно оптимизировать металлоемкость и трудозатраты. Чтобы решить эту проблему, были разработаны универсальные переходные элементы типа FMS-FUS, которые позволяют использовать в раме из тяжелых профилей поперечные средние профили, что значительно снижает металлоемкость и вес конструкции.

Также для оптимизации конструкций предложен седельный фланец FMASF, который может использоваться как более простой опорный фланец с двумя точками крепления и позволяет крепить горизонтальные профили к вертикальным. Это расширяет область применения коннекторно-резьбовых монтажных систем и дает возможность сократить количество позиций в спецификации.

В рамках исследования был проанализирован реализованный проект промышленного трубопровода на основе металлокаркаса, где для трубных подконструкций использовались как сварные соединения, так и коннекторно-резьбовые монтажные системы. Результат показал, что общее сокращение затрат достигает 30 % (рисунок 3).

В итоге решения, в основе которых лежит использование коннекторно-резьбовых соединительных элементов, позволяют минимизировать объемы работ с применением квалифицированной рабочей силы. Для промышленности (в условиях растущих капитальных и эксплуатационных расходов на сопутствующую инфраструктуру) это может стать важным экономическим резервом.