Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ нормативных требований по проектированию и эксплуатации сооружений систем подачи и распределения воды Вьетнама 11
1.1. Нормативные требования по обеспечению надежности сооружений водоснабжения Вьетнама 11
1.2. Правила ремонта и технического обслуживания сооружений систем водоснабжения Вьетнама 17
глава 2 Математические методы и модели оценки надежности систем подачи и распределения воды 23
2.1. Методы оценки надежности труб и трубопроводов 23
2.2. Методы оценки надежности насосных станций 39
2.3. Схемы переключений насосных установок в технологической системе водопроводной насосной станции 46
ГЛАВА 3 Сбор и обработка статистических данных о надёжности оборудования и сооружений систем подачи и распределения воды вьетнама 49
3.1. Показатели надежности насосных установок и технологических систем водопроводных насосных станций Вьетнама 49
3.2 Источники информации о надежности технологического оборудования насосных станций 52
3.3. Условие отказа насосной установки 56
3.4. Сбор информации о надежности технологического оборудования водопроводной насосной станции 59
3.5. Проверка однородности статистических данных 62
3.6. Обоснование гипотезы о законе распределения наработки на отказ элемента ТСН -
3 3.6. Гипотеза о законе распределения наработки между отказами насосной установки 69
3.8. Параметр потока отказов элемента ТСН 75
3.9. Гипотеза о законе распределения времени восстановления элемента ТСН 77
ГЛАВА 4. Оценка надежности систем подачи и распределения воды 84
4.1. Структурная схема надежности системы подачи воды 84
4.2. Оценка надежности водоводов 84
4.3. Оценка надежности системы ТСН 87
4.4. Оценка надежности распределительной сети 87
4.5. Оценка надежности системы подачи и распределения воды г. Дананга
Заключение 97
Список литературы
- Правила ремонта и технического обслуживания сооружений систем водоснабжения Вьетнама
- Методы оценки надежности насосных станций
- Источники информации о надежности технологического оборудования насосных станций
- Оценка надежности распределительной сети
Введение к работе
Актуальность работы. Во Вьетнаме, в силу сложившихся тенденций по
охране окружающей среды, сокращению запасов пресной воды, повышению
санитарно-технического обслуживания населения страны питьевой водой, износа
водопроводных сооружений, повысилась потребность в строительстве и
восстановлении инженерной инфраструктуры (систем подачи и распределения
воды, очистных и водозаборных сооружений). Оптимальность проектных
решений строительства или реконструкции объектов водоснабжения оценивается
по критерию приведенных затрат П=Е К+Э, учитывающего годовые
капитальные (К) и эксплуатационные затраты (Э). Величина Э на практике складывается не только из плановых расходов на материалы, электроэнергию, топливо, заработную плату и т.д., но и затрат, которые возникают при отказах водопроводных сооружений. Отказы сооружений, как случайные события, обуславливают перерывы и снижение подачи воды ниже допустимых пределов. Общеизвестно, что устранение последствий от подобных событий (связанных с ухудшением санитарно-гигиенических условий жизни людей, с нарушением пожарной, градостроительной и экологической безопасности) требуют материальных и трудовых затрат, многократно превышающих плановые. Исключение подобных нежелательных событий в период эксплуатации водопроводного объекта возможно, если на стадии его проектирования предусматриваются мероприятия необходимые для обеспечения заданного уровня надежности. Очевидно, что комплекс мероприятий по обеспечению надежности объекта должен быть оптимален и обоснован количественно. В связи с этим во Вьетнаме и России определены приоритеты направлений по совершенствованию проектной документации и требования к их содержанию. Во Вьетнаме за образец принимаются стандарты России, которые по уровню систематизации и взаимосвязи правил проектирования объектов не имеют аналогов в мире.
Правительство РФ приняло Постановление от 16.02.2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требования к их содержанию» и Постановление от 5 сентября 2013 г. N 782 «О схемах водоснабжения и водоотведения», в которых указывается о необходимости количественной оценки надежности проектируемых объектов. Одним из направлений совершенствования проектной документации является формирование количественных оценок надежности проектируемых и эксплуатируемых сооружений систем водоснабжения и водоотведения.
В действующих сводах правилах России и Вьетнама по проектированию водопроводных объектов требования по оценке надежности водопроводных сооружений отсутствуют по ряду причин:
наличия предубеждений к применению методов теории надежности в практике проектирования систем водоснабжения;
ведомственных ограничений по формированию ретроспективной информационной базы по отказам и восстановлению водопроводного оборудования и сооружений;
— математического и программного обеспечения для обоснования моделей надежности водопроводных объектов.
Неудовлетворительное состояние методического и нормативного обеспечения в области надежности систем водоснабжения Вьетнама не означает, что государственные и частные компании страны не предусматривают мероприятий, направленных на повышение качества обеспечения потребителей водой. В соответствии с постановлением министерства строительства Вьетнама № 16/2008/QD-BXD от 31/12/2008г. «О разработке положений по обеспечению безопасности водоснабжения» комитеты городов, советы провинций, местные организации приняли активное участие в реализации намеченных мероприятий. Благодаря их усилиям достигнуты существенные успехи по бесперебойному обеспечению жителей Вьетнама питьевой водой. Выполнены первоочередные работы по реконструкции изношенных групповых трубопроводных систем. Тем не менее, несмотря на разнообразие мероприятий по совершенствованию систем водоснабжения Вьетнама, эти усилия не были должным образом классифицированы и оценены количественно.
Во Вьетнаме износ большей части городских трубопроводов превышает 50% и нарастает с каждым годом. Более половины трубопроводов выработали амортизационный срок и требуют полной замены. Утечки воды из водопроводных сетей достигли 40% . В сложившихся условиях возникла потребность в неотложных мерах по восстановлению водопроводных систем Вьетнама и оценке их оптимальности.
Основным источником информации о техническом состоянии систем водоснабжения, служат статистические данные о количестве повреждений и сроках службы составных их сооружений. По ним, зачастую экспертно, и принимаются решения о необходимости проведения реконструкции или капитального ремонта ведомственного объекта. Экспертные заключения не всегда могут быть объективны. Наличие методов оценки материальных и энергетических затрат по обеспечению мероприятий подачи и распределения воды потребителям позволит эффективно принимать инженерные решения. В этой связи можно допустить, что выбранные направления и цель исследований актуальны.
Степень разработанности диссертационного исследования: Настоящие исследования базировались на данных по эксплуатации сооружений и оборудования систем водоснабжения Вьетнама и России, результатах анализа нормативных документов по проектированию, строительству и эксплуатации водопроводных сооружений, фундаментальных теоретических положениях в области теории надежности систем водоснабжения, математической статистики, которые формировались учеными России и зарубежных стран.
На решении теоретических вопросов надежности водопроводных объектов акцентировалось внимание исследователей России, Вьетнама, Германии, Англии и других стран мира с 70-х годов прошлого столетия, но, как правило, не с системным подходом оценки надежности комплекса сооружений, а с обособленным элементным их рассмотрением. Отсутствие систематизации подобных исследования не позволило утвердить нормативные требования по надежности и обосновать критерии эффективности объектов водоснабжения.
Целью исследования является разработка и обоснование предложений по формированию требований надежности и эффективности систем подачи и распределения воды, которые послужили бы базой при составлении сводов правил по проектированию и строительству систем водоснабжения Вьетнама.
Достижение поставленной цели в диссертации предопределило следующих основных задач:
-
Анализ условий функционирования и эксплуатации действующих систем подачи и распределения воды, нормативных требований по оценке надежности систем водоснабжения Вьетнама, на стадии проектирования и эксплуатации;
-
Сбор и анализ статистических данных о надежности сооружений и оборудования систем подачи и распределения воды Вьетнама;
-
Разработка математических моделей надежности сооружений систем подачи и распределения воды Вьетнама;
-
Оценка надежности сооружений систем подачи и распределения воды Вьетнама;
5) Выбор и обоснование критериев эффективности водопроводных объектов.
Объект исследования. Действующие системы подачи и распределения воды
Вьетнама, с учетом их специфики и условий эксплуатации.
Предмет исследования. Нормы и показатели надежности сооружений систем подачи и распределения воды Вьетнама, критерии эффективности водопроводных объектов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Обоснована математическая модель надежности системы подачи и распределения воды;
-
Обоснованы количественные показатели надежности труб и трубопроводов;
-
Получена количественная оценка надежности действующей системы подачи и распределения воды Вьетнама, насосных станций, насосных установок, трубопроводов;
-
Разработаны предложения по формированию требований надежности при проектировании и строительстве сооружений систем подачи и распределения воды Вьетнама;
-
Обоснованы предложения по нормированию расходов воды на тушение пожаров объектов с зонными системами водоснабжения;
-
Разработана методика оценки эффективности водопроводных объектов с учетом затрат на строительство и эксплуатацию, а также показателей их надежности.
Теоретическая значимость. Исследования нормативных документов, статистических данных и существующих математических моделей надежности водопроводных объектов позволили разработать модель надежности системы подачи и распределения воды. Обосновать, что надежность труб и трубопроводов необходимо оценивать показателями долговечности на этапах их изготовления, проектирования, строительства и эксплуатации.
Практическая значимость. Разработанные предложения по формированию нормативных требований надежности систем подачи и распределения воды, методики по оценке надежности водопроводных сооружений, позволят
объективно принимать оптимальные решения при проектировании и строительстве объектов водоснабжения Вьетнама. Внедрение предложений по нормированию расходов воды на тушение пожаров объектов с зонными системами водоснабжения повысит защиту населенных пунктов от пожаров.
Методология и методы исследования. Диссертационные исследования базировались на методологии решения задач с использованием методов математической статистики, теории вероятностей, математической теории надежности и исследования операций.
Внедрение результатов исследований: разработанные рекомендации по нормированию надежности, проектированию, строительству, эксплуатации систем водоснабжения внедрены в практику строительства и проектирования водопроводных объектов производственного объединения «ООО, члены Водоснабжения Дананга DAWACO» г. Дананг Вьетнама.
На защиту выносятся следующие научные положения:
-
Математическая модель и оценки надежности трубопровода;
-
Математическая модель и оценки надежности систем подачи воды Вьетнама;
-
Предложения по нормированию надежности при проектировании и строительстве систем подачи и распределения воды Вьетнама.
Апробация работы
Теоретические и статистические результаты исследований обсуждались:
- на научно-практической конференции, посвященной памяти академика РАН С. В. Яковлева. Москва, МГСУ, 15-16 марта 2012 года. Тема доклада: «Совершенствование обеспечения потребителей водой с учетом надежности водопроводных сетей в условиях Вьетнама».
пятнадцатая Международная межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности» Москва. МГСУ, 25-27 апреля 2012 года Тема доклада: «Повышение качества функционирования систем подачи и распределения воды в современных условиях Вьетнама».
- в отделе водоснабжения «Института противопожарной обороны ВНИИ МЧС России (ВНИИПО)» г. Балашиха., ВНИИПО, 2014 г. Тема: «Предложения по нормированию расходов воды на тушение пожаров объектов с зонными системами водоснабжения».
Результаты работы внедрены в практику проектирования водопроводных объектов Вьетнама.
Основные результаты диссертации, опубликованы в шести работах, пять из которых опубликованы в изданиях перечня ВАК РФ.
Личный вклад соискателя заключается в организации сбора статистической информации по эксплуатации сооружений и оборудования систем водоснабжения Вьетнама, в обработке методами математической статистики и теории вероятностей полученных отчетных данных, в обосновании оценки надежности действующей системы подачи и распределения воды Вьетнама; в обосновании предложений по нормированию требований надежности при проектировании и строительстве сооружений систем подачи и распределения
воды Вьетнама, расходов воды на тушение пожаров объектов с зонными системами водоснабжения , выбору показателей надежности труб и трубопроводов; в обосновании критерия эффективности объектов водоснабжения.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается современными стандартами и правилами, которые применяются в рамках подготовки диссертационной работы, обеспечивающих необходимую точность выполнения оценок, а также апробацией и практическим внедрением результатов исследования.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 96 наименований, и приложений. Объем диссертации составляет 125 страниц основного текста, 29 рисунков, 28 таблиц.
Правила ремонта и технического обслуживания сооружений систем водоснабжения Вьетнама
Вполне вероятно, что во втором случае система будет иметь меньшую пропускную способность, чем это необходимо для подачи воды на объект, в случае возникновения пожаров. Какая разница, в какой зоне находится строение: в зоне с большим числом жителей или в месте малоэтажной застройки? Если это магазин «супермаркет», то на его тушение потребуется количество воды, которое явно будет зависеть не от места расположения объекта. Явно, при составлении требований примечания 2 п. 5.1 [76, 94], была допущена ошибка, поскольку ниже в примечании 4 п. 5.1 [76, 94] указывается: для группового водопровода количество пожаров и расходы воды необходимо принимать в зависимости от общей численности жителей в населенных пунктах, подключенных к водопроводу. По сути, групповой водопровод это та же зонная система, только разделенная на элементы (зоны) не по принципу обеспечения допустимого давления в трубопроводах, а по признакам размещения на местности и условиям работы регулирующих емкостей, водоисточников и насосных станций. Подобная же логика наблюдается и в стандартных зарубежных странах (см. п.5.3 - п. 5.3.2 [92]) по нормированию расходов воды на наружное пожаротушение объектов. Не от количества людей и места расположения объекта зависит расход воды на тушение пожаров, а от категории вероятного пожара.
Таким образом, приведенное замечание по нормированию расходов воды на пожаротушение зданий и сооружений зонных водопроводов, еще раз подтверждает вывод о необходимости рассмотрения и анализа системы водоснабжения как единого объекта, состоящего из отдельных элементов. 1.2. Правила ремонта и технического обслуживания сооружений систем водоснабжения Вьетнама
Водопроводные объекты Вьетнама были построены более ста лет назад. За этот период они не только совершенствовались, но и изнашивались. Поэтому возникла потребность в составлении правил восстановления и совершенствования национальных систем водоснабжения, с целью обеспечения надежности и эффективности функционирования водопроводных сооружений. Критерии восстановления систем водоснабжения необходимо обосновывать и включать в перечень показателей, которые необходимо оценивать при составлении инженерных мероприятий по ремонту сооружений. Оценке объемов восстановительных работ должны предшествовать ответы на вопросы: - какие критерии необходимы для программы восстановления объекта; - как оценивать состояние объекта в соответствии с выбранными критериями; какая стратегия должна быть выбрана при выполнении восстановительных работ - планово-предупредительная или выжидательная, когда ремонт начинается в связи возникшей необходимостью; - какие методы использовать для восстановления - обновление или замену.
Система водоснабжения относится к объектам длительной эксплуатации, поэтому и стратегия восстановления составляющих ее сооружений должна быть долгосрочной. Если восстановление объекта выполнять после возникновения отказов его элементов, то ремонтные работы будут назначаться в экстремальных условиях, что приведет к увеличению затрат. При выполнении ремонтов заблаговременно до отказов сооружений, то тем самым привносится в жертву срок службы каждого из них, что снова выразится в увеличении затрат.
Независимо от того, как назначаются восстановительные работы, на основе опыта предшествующей эксплуатации объекта, либо по признакам неисправности сооружений, в любом случае инженерные решения должны базироваться на данных о закономерностях, которые характеризуют потоки отказов и восстановлений контролируемых сооружений.
Определение приоритетов и критериев по видам восстановления водопроводных сооружений неразрывно связано с результатами анализа следующих работ: формирования нормативных требований по проектированию, строительству и эксплуатации сооружений систем водоснабжения; -систематизации причин отказов, наработок на отказ и времени восстановления сооружений; - определение приоритетов по объектам восстановления, составленных по результатам анализа их состояния; - составления стратегии восстановления и объемов финансирования объектов; - технико-экономическая оценка мероприятий с учетом стратегических и оперативных задач по восстановлению и обеспечению надежности сооружений.
Стратегия ремонтов на объектах жилищно-коммунального хозяйства объектов Вьетнама формируется по «Правилам технического управления в эксплуатации систем водоснабжения» [96]. На этапе настоящих исследований, в результате сбора и анализа статистических материалов по надежности оборудования и сооружений, нормативных документов по эксплуатации водопроводных объектов Вьетнама было установлено, что решение выше перечисленных задач по оптимизации восстановительных работ водопроводных сооружений остаются актуальными. Практически во всех организациях, которые эксплуатируют исследуемые объекты, отсутствуют стандартные методики, на основании которых можно было бы планировать объемы и сроки восстановления водопроводных объектов в зависимости от нормируемых критериев. Поскольку показатели надежности оборудования и сооружений водопроводных объектов на сегодня практически не нормируются (нет официальных документов по надежности перечисленных изделий и сооружений), каждая эксплуатирующая организация по своему усмотрению ведет записи о работе, простоях на ремонтах данных объектов и периодичности их восстановления. С этим фактом приходится сталкиваться каждому исследователю надежности систем водоснабжения и водоотведения, как в России, так и во Вьетнаме. Изменить сложившуюся ситуацию можно будет только в том случае, если будут разработаны и утверждены стандарты по надежности оборудования и сооружений водопроводных объектов, обоснованы методики по расчету периодов или циклов их восстановления. Подобные разработки по стандартизации ремонтных циклов водопроводных сооружений ведутся, но они далеки до завершения, по причине, как уже отмечалось ранее, слабой проработки вопросов оценки показателей надежности изделий, которые применяются в системах водоснабжения.
Методы оценки надежности насосных станций
Для упрощения расчетов по формуле (2.12) можно использовать номограмму, приведенную на рисунке 2.6. Таким образом, при заданных параметрах т, со, п, Д Т в и г, можно оценить уровень надежности любой системы ТСН.
Запорная арматура предусматривается на насосных станциях для отключения насосных установок или другого технологического оборудования ТСН из работы на ремонт, в резерв или на простой. Выполняя функции переключателей в системе ТСН запорная арматура при отказах создает и ситуации, которые затрудняют подавать воду потребителям. Чем больше переключателей, тем больше поток отказов элементов в системе. В этой связи количество переключателей в системе должно быть минимально, но достаточно. В нормативных правилах по проектированию систем водоснабжения [74, 95] ничего не указывается по выбору схем переключений. До настоящего времени, при проектировании насосных станций схемы переключений (схемы коммуникаций) технологического оборудования, практически, выбираются по аналогии со схемами переключений действующих насосных станций. Выполненные исследования показали, что такой подход не всегда приводит к оптимальным проектным решениям и для правильного использования примеров из практики теоретические обоснования вполне уместны. Устранение проектных ошибок на стадии эксплуатации насосных станций связано не только с материальными затратами, но и с затратами, которые возникают при снижении подачи воды потребителю при ухудшении условий эксплуатации и т.д. Представляется, что решение задачи по выбору оптимального числа запорной арматуры в системе ТСН заслуживает внимания. И к ее решению необходимо подходить не только с учетом принципа в гидравлического расчета водопроводных сооружений, но и основ теории надежности.
Число запорной арматуры должно зависеть, в первую очередь, от числа насосных установок, а затем от числа водоводов, т.к. водоводы выделяются в систему, для которой границы нормального функционирования назначаются в больших пределах, чем для системы ТСН.
Надежность запорной арматуры выше, чем надежность насосов, электродвигателей. Следовательно, размещение на напорной и всасывающей линиях насоса по одной задвижке необходимо и достаточно. Это вытекает из общепризнанного положения [48, 49, 50, 54 ], что в системе с последовательными элементами необходимо резервировать элементы с наименьшей надежностью. Конечно, запорная арматура, входящая в состав насосной установки, не безотказна и нуждается в восстановлении. Для ее восстановления и резервирования функций переключателей насосных установок на коллекторах насосных станций предусматривается дополнительная запорная арматура.
В целях исключения отказа системы ТСН из-за переключателя, необходимо и достаточно, чтобы при закрытии любой задвижки отключалось не более п+С-1 насосных установок (п - количество резервных установок, С -дополнительное допустимое количество установок, которое можно отключить из работы по условию нормального функционирования системы). Кроме того, при отключении п+С-1 насосных установок и отключении одного водовода подача воды потребителю оставшимися в работе насосными установками должна быть не ниже допустимого предела (?ав (?Пред- Совмещение событий ремонта насосной установки и восстановления водовода практически невозможно особенно на тех насосных станциях (см. гл.З), на которых время восстановления т любой насосной установки не превышает 500 часов (т.е. вероятность отказа водовода за время т 500 часов F(z ) 0, 01).
При оценке надежности системы ТСН на стадии ее проектирования или эксплуатации рекомендуется соблюдать следующую последовательность: -48 1. Выбрать из всего оборудования водопроводной насосной станции систему ТСН, т.е. выделить насосные установки, работающие на единую систему водоводов; за элемент системы ТСН принять насосную установку; 2. Оценить показатели надежности насосной установки Т0 и Тв 3.Оценить коэффициент использования насосной установки по формуле (2.11); 4. Пользуясь формулой (2.10), оценить целевую функцию Р(т); 5. Если надежность системы ТНС оценивается на стадии проектирования, то число и место размещения запорной арматуры в системе ТСН выбирать в соответствии с правилом, изложенным выше. Выводы по главе 2: 1. Надежность труб и трубопроводов необходимо оценивать показателями долговечности: Тсл_ - средним сроком службы, Т0 - средней наработкой на отказ. 2. Элементом трубопроводной системы является ремонтный участок. 3. Элементом технологической системы насосной станции является насосная установка 4. Надежности технологической системы насосной станции определяется значением целевой функции Р(т) на интервале времени занятости ремонтной единицы восстановлением насосной установки
Источники информации о надежности технологического оборудования насосных станций
Информация о причинах и характере отказов насосных установок составлялась по данным, выписанным из журналов регистрации аварий и неисправностей, из журналов осмотров и ремонтов насосных агрегатов и оборудования, из аварийных актов, из журналов диспетчерской службы водопроводных станций. Данные о марках составного оборудования насосных установок выписывались из паспортов оборудования насосных станций. По результатам анализа суточных ведомостей подачи воды и журналов работы насосных агрегатов по каждой исследованной насосной станции составлялись графики режима работы насосных агрегатов и определялись коэффициенты их использования р\
Данных о неисправностях коллекторной запорной арматуры, для устранения которых потребовалось бы отключать из работы насосные агрегаты, нам не удалось зафиксировать за период эксплуатации насосных станций t3Kc. 5 лет (а по отдельным насосным станциям за t3KC 20 лет).
В целях повышения достоверности статистических данных и сбора недостающей информации о надежности насосных установок по насосным станциям систем водоснабжения ряда городов нашей страны, были распространены информационные карты по формам: № 1 и № 2 (таблица 3.3 и 3.4). По информационным картам формы № 1 собирались сведения о надежности насосных установок насосных станций систем водоснабжения, а по информационным картам формы № 2 - сведения о снижении подачи воды насосными станциями из-за неисправности их технологического оборудования. Эти данные (данные подконтрольной эксплуатации) и данные, выписанные из технической документации насосных станций, сравнивались. Если имелись расхождения, то собранная информация уточнялась. Надо сказать, что не на всех насосных станциях информационные карты заполнялись регулярно. Однако и полученные данные указывают на то, что отказов исследованных систем ТСН не наступало. К тому же ни в одном годовом отчете исследованных насосных станций данных о снижении подачи воды из-за неисправности технологического оборудования насосных станций не имеется.
Анализ статистических данных показал, что на отдельных насосных станциях ремонт запорной арматуры насосных установок выполнялся в ночное время, в периоды снижения потребления воды в городе. Такая необходимость объяснялась отсутствием возможности отключения любой насосной установки (при отказе ее запорной арматуры) без отключения некоторого числа рабочих насосных установок. Выполненные исследования показали, что при целесообразном размещении запорной арматуры в технологических схемах насосных станций подобные ремонты можно было бы выполнять и в дневное время суток без снижения подачи воды потребителю.
-62 Не акцентируя внимания на строгом соблюдении форм записи о работе и ремонтах оборудовании насосных станций, вся статистическая информация комплектовалась по каждому объекту и обрабатывалась методами математической статистики. Сложность сбора статистических данных о надежности оборудования водопроводных сооружений подчеркивалась многими исследователями России и Вьетнама [13, 37, 40, 45, 46, 49, 52, 67, 70, 78, 82], поэтому, не останавливаясь на причинах этих сложностей, отметим, что однородные данные были собраны только по насосным станциям №№ 1, 2 г. Дананга и № 2 Хошимина.
Представляется, что если улучшить ведение отчетной документации на насосных станциях, то это не только повысит качество планирования ремонтов насосных установок, но повысит и организацию труда на насосных станциях. Если вести учет не только капитальных и средних ремонтов, но и ремонтов, связанных с заменой сальников, прокладок, щеток и т.д., то это позволит получить широкую информацию по их замене (согласно техническим условиям, износ сальников не является отказом насоса [59, 90], но и не исключает проведение его ремонта). Улучшится учет времени работы насосных установок и на тех насосных станциях, на которых насосные агрегаты будут укомплектованы счетчиками моточасов.
Собранный статистический материал о надежности насосных установок позволил прийти к выводу, что параметры надежности у различных типов насосных установок систем ТСН не имеют существенных различий, поскольку детали и узлы, условия их эксплуатации весьма сходны.
В связи с последним выводом, в дальнейшем при обосновании оценок надежности элементов насосной станции, будет рассматриваться произвольная насосная установка системы ТСН, для которой применение свойства эргодичности справедливо.
Гипотеза Н0 однородности статистических данных о надежности элементов ТСН на насосной станции № I г. Дананга выполнялась путей сравнения отчетной документации, которая готовилась до контроля и при ней (таблица 1 приложения 2).
Нулевая гипотеза Н0 проверялась по критерию X. В таблице 2 приложения 2 приведены оценки этой проверки. Выборка данных до подконтрольной эксплуатации (I ряд выборки) и выборка данных, полученных при контрольной эксплуатации (2 ряд выборки) разбивались на 1, 2, 3 ...j разрядов таким образом, чтобы выполнялось условие:
Обоснование гипотезы о законе распределения наработки на отказ элемента ТСН. Насосная установка, хотя и является элементом ТСН, относится к сложным восстанавливаемым объектам по совокупности оборудования, которое входит в ее состав и условиям восстановления. Каждая из составляющих насосной установки имеет характерную для нее физику отказов. Но, тем не менее, эксплуатационные данные по всем этим составляющим получить практически невозможно. Имея данные о потоках отказов насосных установок их необходимо правильно проанализировать. В практике исследования надежности объектов [5, 15, 34, 47, 48] принято начинать с выявления основной его характеристики - функции распределения F(t) случайной величины t, а потом и параметра потока отказов. В нашем случае искомой величиной является время наработки на отказ насосной установки Т0.
Характеристики, полученные в результате обработки статистических данных, сильно зависят от типа предполагаемого распределения наработки на отказ [7, 8, 15]. Поэтому, обоснованию гипотезы закона распределения наработки на отказ насосной установки на начальном этапе исследований уделялось особое внимание. Каждый этап статистических исследований надежности насосной установки сопровождался изучением физических причин, вызывающих те или иные явления (отказы или восстановления). Систематизированные и проанализированные причины отказов технологического оборудования насосных станций послужили основой при выборе математической модели отказов насосной установки.
Ниже приводится перечень аргументов, руководствуясь которыми был обоснован выбор модели надежности элемента ТСН. Отметим, что данные аргументы использовались только в качестве предпосылки для выдвижения гипотезы о типе закона распределения наработки на отказ насосной установки. Окончательное суждение о том, пригодна или не пригодна предполагаемая модель, выполнялось только на основании специальных критериев, применяемых в статистике. Перечень основных причин отказов насосных установок приведен в таблице 3.6 и на рисунке 3.7.
Оценка надежности распределительной сети
Распределительная сеть системы водоснабжения может быть тупиковой или кольцевой. Безусловно, кольцевая сеть более сложна по конструктивному исполнению, но и обладает большим числом резервных элементов. Если сравнивать тупиковую и кольцевую сеть по возможности обеспечения бесперебойности подачи воды потребителю, то вторая, безусловно, будет иметь больший потенциал, чем первая. Как правило, оценка надежности систем с подобным числом элементов и структурой оценивается по экстремальным состояниям [9,15].
Экстремальное состояние системы связано с ответом на вопрос: какое предельное распределение времени безотказной работы системы будет при заданной структуре, конечным числе элементов, заданных распределениях времени работы их до отказа и условиях функционирования системы? Оговаривается необходимое число одновременно находящихся в работе элементов для обеспечения работоспособности системы. Например, требуемое число работоспособных элементов к из п определяется при поверочных гидравлических расчетах водопроводной сети.
Задачу по оценке надежности системы со структурой типа «к из п» предложено решать несколькими методам [9]. Эти методы в общем виде изложены для случая, когда элементы системы равно надежны и их отказы независимы.
Интерпретируя рекомендации [9], автор исследований [49] предложила надежность распределительной водопроводной сети со структурой типа «к из п» определять по формуле где h(p; k; n) =P - целевая функция надежности системы. Расчеты выполняются на ЭВМ, требуют специальных навыков. С практической точки зрения этот метод расчета нельзя признать эффективным по достоверности оценки Р и затратам времени. Как вариант оценки надежности распределительной водопроводной сети можно использовать модель ветвящейся системы Sn [9], которая имеет вид (рисунок 4.2): Система Sn работоспособна, если число работающих элементов в ней не меньше п из общего числа N.
Корневой узел, имеющий уровень надежности Р0, управляет одинаковыми элементами аг первого ранга. Надежность элементов первого ранга Рг. Элементы первого ранга управляют элементами а2 второго ранга. Надежность каждого элемента второго ранга равна Р2 и так далее.
По количеству элементов рассматриваются варианты Хп состояния системы Sn, т.е. последовательность событий Хп = О, 1, 2 ... , N. Эта неоднородная цепь является частным случаем дискретного ветвящегося процесса Гальтона-Ватсона.
Если событие отказа некоторого числа элементов принять vn, то вероятность того, что из ряда элементов п-го ранга, управляемых одним элементом предыдущего ранга, не отказало к элементов, будет равна P{vn = к} = С рЬд?- , qn = l- ап, С учетом формулы полной вероятности событий вероятность произвольного числа Z событий может быть определена по формуле (4.14) [9] Fn(Z) = Fn_1[(Fz + (?n)a«], (4.14) причем P0(Z) = P0Z + qo (4.15) Эта формула позволяет найти вероятность Pn(Z) при Z 3- 4 но при большем числе выходных элементов она теряет эффективность.
Для практических целей оценки надежности водопроводных распределительных сетей целесообразно воспользоваться рекомендациями [15] по преобразованию систем (в смысле надежности) со сложными структурными схемами в простые методом итераций. Элементы схем объединяются в комбинации последовательных и параллельных соединений, как это показано на рисунке 4.4.
Каждая объединенная группа элементов, на каждом этапе итерации, рассматривается как единая подсистема, оценивается ее показатель надежности, и в конечном итоге получается новая упрощенная структура системы. Подобные схемы надежности систем могут рассчитываться и ручными методами, без применения программ с сомнительными алгоритмами функционирования водопроводных систем. Анализируя результаты расчетов распределительных систем по ряду программ, которые применяли исследователи при расчете надежности распределительных сетей[13, 49], можно убедиться, что они далеки от реальности. Слишком сомнительная оценка вероятности безотказной работы распределительной сети г. Норильска P(t)=0,7 за время 1,4 месяца. Во-первых, время восстановления трубопровода Тв = 1,4 месяца намного превышает нормативный предел (Тв = 24 часа). Во-вторых, уровень надежности P(t)=0,7 водопроводного объекта слишком мал. В действительности, надежность источников водоснабжения нормируется в пределах Р=0,95 по величине минимальной обеспеченности расходов воды, надежность ТСН действующих насосных станций России и Вьетнама не ниже P(t) 0,99. Подобные оценки надежности приводятся и монографиях [39, 40, 41].
Все современные водопроводные распределительные сети проектируются и строятся кольцевыми. Практика показывает, что если трубопроводы и насосные станции систем подачи и распределения воды не имеют чрезвычайного износа, обладают пропускной способностью и мощностью в нормируемых пределах, то потребители практически не ощущают перебои в подаче воды ниже нормируемых пределов. Распределительные сети ремонтируются ремонтными бригадами. Количество ремонтных бригад назначается в таком количестве, чтобы на каждую ремонтную бригаду не выпадало восстановление сразу двух элементов сети (ремонтных участка). Количество магистралей, примыкающих к одному узлу, как правило не превышает 4-5 шт.