Введение к работе
Актуальность. Большинство сельскохозяйственных угодий в Российской Федерации расположено в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, что приводит к необходимости использовать зарегулированный местный сток для орошения, обводнения, получения электроэнергии и рыборазведения. В современных условиях при значительном сокращении госинвестиций в области строительства и эксплуатации гидромелиоративных систем необходимы меры по предотвращению падения эффективности орошаемого земледелия.
Восстановление потенциала оросительных мелиорации и получение гарантированных урожаев требует пересмотра действующігх и разработки новых нормативов по проектированию и эксплуатации оросительных систем (ОС).
Большая часть пригодных для орошения земель, расположенных ниже водоисточников, в нашей стране уже освоена. Новые орошаемые массивы требуют механического подъема воды (например, в Поволжье до 50 ... 200 м), для чего необходимо строить крупные насосные станции (НС) с подачей более 10 м/с . Недостаточно обоснованные решения при проектировании таких станций могут привести: к потере урожая на оросительных системах, к значительным непредвиденным увеличениям затрат при их строительстве и эксплуатации, ущербам в результате отказов системы у таких потребителей, как энергетика, промышленность и рыбное хозяйство и др.
Проектирование НС производится в соответствии с ведомственными строительными нормами (например, « Мелиоративные системы и сооружения. Насосные станции». Нормы проектирования ВСН 33-2.2.12-87. Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР. -М.: 1988), которые периодически обновляются. В них учитывается весь предыдущий опыт проектирования, на основе которого предлагается перечень рекомендаций не только для проектирования, но и для строительства и эксплуатации насосных етапний различного назначения. До 1990 г., когда мелиоративное и водохозяйственное строительство велось весьма интенсивно и в больших масштабах, этот опыт был весьма богатым.
Переход к рыночной форме экономики в нашей стране в несколько раз сни-
-3-зил объем проектных работ, во многих районах нарушилась нормальная эксплуа
тация мелиоративных систем, в том числе и насосных станций. Резко изменилис стоимости отдельных видов работ, материалов, электроэнергии, оборудования, транспортных услуг, стоимости сельскохозяйственной продукции и др. Поменялось и соотношение ценовых показателей между ними, причем тенденция таких изменений будет наблюдаться и в дальнейшем. В таких экономических условия? можно ожидать, что заказы на проектные работы будут выполняться на конкурс ной основе несколькими проектными организациями. При этом приоритетом будут пользоваться проекты, в которых, наряду с нормативными документами, будут использованы научно обоснованные технологии проектирования, позволяю щие экономически и технически обосновать выбор оптимальных проектных вариантов с применением современных компьютерных средств, гибких и универсальных математических методов. Такие технологии проектирования позволят и только увеличить число просматриваемых вариантов во много раз, что существенно повысит достоверность принимаемых решений, но и прогнозировать повс денне рассматриваемой системы, а значит давать обоснованные рекомендации п оптимальным режимам ее эксплуатации. Большое значение имеет сбор и обрабо ка методами математической статистики и теории надежности эксплуатацпоннь: данных реальных насосных станций и использование этих данных при разработ новых технологий проектирования и эксплуатации НС.
Анализ процесса функционирования действующих насосных станций пою зал, что фактические режимы их работы обычно отличаются от проектных. В ча стности, при проектировании не учитывается стохастический характер водолод; чи н влияние этого фактора на надежность работы системы.
Выбор состава оборудования, схем коммуникаций, компоновки гидроузл; насосных станций часто недостаточно обоснован с точки зрения фактора надеж ности. Наблюдения за работой многих действующих НС показал, что большинс во из них спроектированы на режимы водоподачи, превышающие существуют! водопотребление, что создает неэкономичные режимы работы системы и приво дит к увеличению эксплуатационных затрат.
-4-Целыо дпссертациошюй работы являлось:
разработка математических моделей функционирования крупных НС и алгоритмов расчета их параметров на основе анализа режимов работы действующих насосных станций; создание методики проектирования крупных насосных станции, позволяющей:
обосновать оптимальные параметры: число и тип насосных агрегатов; схему напорных коммуникаций; материал и диаметры напорных трубопроводов; режим ремонтных работ насосных агрегатов; режим ввода в строй очередей станции, а также целесообразность сооружения регулирующей емкости (водохранилища) в верхнем бьефе станции и др.;
определить основные технико-экономические показатели насосной станции и показатели ее надежности;
проведение машинного эксперимента и получение оптимальных решений, наиболее адекватно отражающих процесс функционирования рассматриваемых объектов.
Выполнение поставленной цели было связано с решением следующих задач: анализ режимов эксплуатации действующих крупных насосных станций мелиоративного и комплексного назначения;
обработка данных функционирования действующих станций методами математической статистики;
анализ существующих методик проектирования насосных станций, аналитических моделей их функционирования и надежности;
разработка аналитической модели крупной насосной станции, работающей до первого отказа и вывод аналитических зависимостей вычисления показателей ее надежности с учетом их «сшивки» на границах графика требуемых подач; создание аналитической и имитационной математических моделей крупной насосной станции как восстанавливаемой системы с разработкой алгоритмов расчета и реализацией их в программах для персональных компьютеров, проведение расчетов по обеим методикам и сравнение полученных результатов с целью проверки их адекватности;
-5-- проведение машинного эксперимента с имитационной моделью системы и
выбор оптимальных вариантов технико-экономических параметров для реалі пых проектируемых оросительных насосных станций.
Научная новизна работы заключается в том, что предложен системный подход выбора параметров при проектировании и реконструкции мелиоративнь насосных станций, учитывающий: режимы эксплуатации, случайные отказы и восстановления, схемы напорных коммуникаций, наличие регулирующих емкостей, схемы переключений насосных агрегатов , изменения подач и напоров агр гатов в соответствии с рабочими характеристиками , мутность перекачиваемой воды и другие факторы. При этом впервые одновременно использовались такие математические методы и теории как метод имитационного моделирования, те рия массового обслуживания, теория надежности, метод непрерывных марковских цепей и др.
Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная методика позволяет получить экономический эффект за счет обоснованного вы бора типов и количества основного насосно-силового оборудования, схем напо; ных коммуникаций, необходимости устройства регулирующих емкостей с учет случайных факторов и др. Критерием оптимальности указанных параметров яа ется минимум интегральных дисконтированных затрат.
Данная методика позволяет ускорить и автоматизировать процесс проеі тирования; обосновать оптимальность принимаемых проектных решений и пр< цесса эксплуатации насосных станций с наиболее высокой экономичностью и і дежностью.
Реализация работы
Предложенные автором методики были использованы при проектирован] головных насосных станций Комсомольской оросительной системы в Поволжь (Приволжгипроводхоз), а также при проектировании крупных насосных станщ институтом АОЗТ компания "СОВИНТЕРВОД" (имеются Акты внедрения). Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались на научне технических конференциях Московского государственного университета прир
цообустройства, в Литовской сельскохозяйственной академии (г. Каунас), филиале Укргипроводхоза (г. Чернигов), в институтах АОЗТ компания "СОВИНТЕР-ВОД" и Приволжгипроводхоз.
Публикации. По теме диссертации имеются б публикаций.
Структура и объем работы. Работа содержит 156 страниц машинописного текста и 30 рисунков. Список литературных источников насчитывает 108 наименований.
