.

Наукові основи підвищення надійності районних водопровідних систем центрально-степової частини України: Автореф. дис… д-ра техн. наук / А.А. Ткач, У

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 3287
Скачать документ

УКРАЇНСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА

на правах рукопису

ТКАЧ АНАТОЛІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ

УДК 628.1.147 / 628.1.148.16

НАУКОВІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ
РАЙОННИХ ВОДОПРОВІДНИХ СИСТЕМ
ЦЕНТРАЛЬНО-СТЕПОВОЇ ЧАСТИНИ УКРАЇНИ

Спеціальність: 05.23.04 – Водопостачання, каналізація

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук

РІВНЕ
1998

Дисертацією є індивідуальна монографія: “Разработка путей повышения надежности водопроводных систем”, Державне центрально-українське видавництво, Кіровоград, 1996. – 244 с.

Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Грабовський Петро Олександрович, Одеська державна академія будівництва і архітектури, професор кафедри водопостачання;

доктор хімічних наук, професор Мешкова-Клименко Наталія Аркадіївна, інститут колоїдної хімії та хімії води НАН України, завідуюча відділом адсорбції та адсорбційної технології очистки води;

доктор технічних наук, професор Берман В`ячеслав Петрович, інститут гідромеханіки НАН України, завідуючий лабораторією трубопроводного гідротранспорту.

Провідна установа:
Територіальне науково-виробниче об’єднання “Харківкомунпромвод”, м.Харків.

Захист відбудеться “23” грудня 1998 року о 10 годині, на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 47.104.01 при Українській державній академії водного господарства за адресою:
266028 м.Рівне, вул.Соборна, 11.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Української державної академії водного господарства за адресою:
м.Рівне, вул.Приходька, 75.

Автореферат розісланий 20 листопада 1998 року.

Учений секретар спеціалізованої
вченої Ради, кандидат
технічних наук, доцент В.П.Востріков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.
Актуальність проблеми. Розширення використання водних ресурсів України створило ряд складних водогосподарських проблем, серед яких найважливішою є проблема питної води. Особливо це стосується центрально-степової частини України, яка розташована у маловодній місцевості, де інтенсивний розвиток промисловості та урбанізація міст призвела до нестачі питної води, яку неможливо покрити за рахунок місцевих джерел водопостачання. Так, населення міста Кіровограда в післявоєнні роки зросло з 125 тис. чоловік до 300 тис. чоловік, а потреба у питній воді зросла до 140 тис. м3 / добу при максимальній можливості місцевих джерел водопостачання 40 тис. м3 / добу. В зв’язку з тим, що таке становище склалося в більшості міст центрально-степової частини України, виникла потреба у постачанні води із віддалених потужних водних джерел, наприклад з р. Дніпро, внаслідок чого виникло багато районних водопровідних систем: Дніпро-Миколаїв, Дніпро-Бердянськ, Аульський районний водопровід м. Дніпропетровська, Дніпро-Полтава, Дніпро-Кіровоград та інші, кожний із яких постачає питну воду окремим економічним районам. Так, районний водопровід “Дніпро-Кіровоград”, який є характерним представником таких систем, і на якому проводились дослідження, має потужність 200 тис. м3 / добу, постачає питну воду містам: Кіровограду, Знам’янці, 0лександрії, Світловодську і 56 сільським населеним пунктам, чим практично вирішено проблему водопостачання Кіровоградської області. Разом з тим, досвід експлуатації таких систем показує, що надійність їх значно нижча від традиційних локальних водопроводів, що базуються на місцевих джерелах. Таке становище виникає тому, що районні водопроводи складені із послідовно з’єднаних перекачуючих воду дільниць, тому відмова будь-якої із них /особливо перших/ призводить до одночасного, інколи багатоденного, припинення водопостачання багатьох населених пунктів, наносить матеріальну та моральну шкоду населенню, сприяє порушенню екологічного балансу у регіонах. Особливо страждають при цьому міста, які розташовані в кінці таких водопроводів, залишаючись без води 15-20 діб на рік. Досвід експлуатації районних водопроводів свідчить про те, що кожна найменша зміна параметрів їх роботи, з волі експлуатаційного персоналу, або незалежних від нього причин, пов’язана з технічним ризиком втрати надійності і створює таким чином надзвичайну ситуацію. На практиці, в умовах необхідності постійного оперування районною водопровідною системою, експлуатаційний персонал зустрічається з великими труднощами щодо підтримання надійності, оскільки багато спричинень, що впливають на водопровідну систему, не залежать від нього. Це, в першу чергу випадкові та об’єктивні спричинення, що викликаються природними умовами. Особливо задача підтримання належного ступеню надійності ускладнюється в умовах динаміки та накладення цих спричинень, тому розробка шляхів підвищення надійності районних водопровідних систем в умовах їх дії являє собою сучасну і важливу наукову і техніко-економічну задачу.
Мета роботи полягає у віднайденні способів для вирішення проблеми надійного забезпечення питною водою та поліпшення екологічного стану населених пунктів центрально-степової частини України, які живляться із віддалених джерел водопостачання через районні водопровідні системи, за рахунок підвищення їх експлуатаційної надійності, шляхом створення наукових основ оцінки стану і степені надійності, наукового обгрунтування засобів зменшення впливів різноманітних спричинень випадкового, штучного та природного походження, які призводять до повного або часткового припинення водопостачання чи погіршення якості води, а також розробки та наукового обгрунтування технічних удосконалень малонадійних технологічних споруд і устаткування з метою підвищення їх стійкості.
Автор захищає:
— концепцію перетворення параметра надійності водопровідних систем Р (t) у один із основних на ряду з О і Н, який в нових умовах господарювання набуває значення не тільки як внутрішній технічний фактор можливостей у безперебійному водопостачанні, а й як зовнішній економічний і юридичний, у плані взаємовідносин суб’єктів власності.
— нові методичні принципи визначення степіню надійності районних водопровідних систем у будь-який час експлуатації.
— наукові основи зменшення впливу різноманітних спричинень і реакцію на них водопровідних систем.
— науково та експериментально обгрунтовані шляхи підвищення стійкості різноманітним спричиненням малонадійних елементів водопровідних систем.
практичні рекомендації щодо оптимізаціїї режимів експлуатації.
Наукова новизна роботи полягає у:
— новому науковому підході до теорії надійності, стосовно водопровідних систем, який базується на використанні наряду з параметром ймовірності безвідмовної роботи Р (t) технічного Iт та економічного Iе індексів надійності, для більш повної оцінки стану районних водопроводів.
— науковому обгрунтуванні різних станів надійності районних водопроводів у період експлуатації та науковій систематизації впливів на них різноманітних спричинень випадкового, штучного чи природного походження, які призводять до виникнення надзвичайних ситуацій.
— створенні наукових основ технічно ефективних і економічно доцільних шляхів зниження впливу різноманітних спричинень, підвищення стійкості малонадійних споруд і устаткування та оптимізації технологічних режимів експлуатації.
— науковому обгрунтуванні необхідності потрійного захисту довгих водогонів районних водопроводів від впливу гідравлічних ударів на відміну від традиційних одноступеневих, які використовуються на локальних водопроводах.
— віднайдені наукових зв’язків між комплексною дією випадкових, штучних і природних спричинень у осінньо-весняний період з ударною в’язкістю матеріалу стінок труб водогонів, в наслідок яких збільшується кількість відмов на водогонах.
— новому підході до вирішення наукової проблеми збільшення фільтроциклу на фільтрувальних станціях у періоди весняного цвітіння збільшенням фільтруючої поверхні завантаження без зміни існуючих габаритів фільтрів, за рахунок створення монітором поверхневих лінійних борозен.
Практичне значення роботи.
Для широкої реалізації результатів роботи на стадіях проектування, будівництва та експлуатації водопровідних систем розроблено:
— аналітичні залежності визначення дії різноманітних спричинень на надійність водопровідних систем, які відкривають можливості розрахунків підвищення надійності окремих елементів та системи у цілому з можливістю їх порівняння.
— оригінальні конструкції: гасника гідравлічних ударів, сальникового компенсатора, датчика дозування реагентів по електропровідності, хлоратора, пристрою створення хвилястої поверхні на фільтруючому завантаженні швидких фільтрів, які підвищують загальну надійність.
— технологію ступеневого регулювання подачі по водогонах, обгрунтована можливість використання води після насосів для боротьби з забиванням шугою водозабірних сіток.
— запропоновані загальні практичні рекомендації стосовно розрахунків і використання результатів досліджень різноманітних впливів на надійність водопровідних систем.
Реалізація результатів та ефективність роботи.
Отримані в результаті досліджень наукові та практичні дані, винаходи і рекомендації впроваджені на районному водопроводі “Дніпро-Кіровоград”, Аульському районному водопроводі м. Дніпропетровська,
Одеському водопроводі /Хлоратор ХТ-2, ступеневе регулювання, використання води після насосів для обігріву всмоктуючих сіток при шугостворенні, рекомендації щодо експлуатації водогонів/. Деякі із результатів дослідження / винесення всмоктуючих оголовків в русло р. Дніпро/ знаходяться в стадії впровадження на водопроводі “Дніпро-Кіровоград”, а інші передбачені планами впровадження у майбутніх реконструкціях. Підвищення надійності водопровідних систем, за рахунок якого зменшиться відключення міст від систем водопостачання лише на одну добу, на прикладі водопроводу “Дніпро-Кіровоград”, тільки для промисловості міста Кіровограда дає змогу уникнути збитків у розмірі 500 тис. карб. у цінах 1981 року. Прямий економічний ефект від впровадження хлоратора ХТ-2, який використовується більше 20 років, становить 136 тис. карб. щорічно у цінах 1981 року. Матеріали досліджень направлені у ведучі проектні організації, архітектурно-будівельні навчальні заклади для підготовки спеціалістів відповідного рівня.
Апробація роботи.
Окремі етапи науково-дослідницької роботи, проведеної на районному водопроводі “Дніпро-Кіровоград”, доповідались на Всесоюзній науково-технічній конференції, м. Кишинів, 1981 рік, на республіканській нараді спеціалістів по водопостачанню та каналізації, м. Віниця 1979 рік, м. Кіровоград 1997р. У повному обсязі дисертаційна робота заслуховувалась на спільному засіданні Вченої Ради Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування та Технічної Ради Кіровоградського Обласного виробничого підприємства “Дніпро-Кіровоград”, 1996 р., у Донбаській державній академії будівництва і архитектури 23. 10. 1977 року та на міжкафедральному науковому семінарі в Українській державній академії водного господарства 1.07.1998 р.
Під науковим керівництвом автора у 1997 р. відкрита аспірантура по проблемам надійності водопровідно-каналізаційних систем. Винаходи дисертанта відмічено знаком “Винахідник СРСР”.
Публікації. За темою дисертації опубліковано 23 праці, з яких 22 склали основу дисертації, серед яких 1 монографія, 19 наукових статей, 2 авторських свідоцтва на винаходи, 7 наукових праць опубліковано без співавторів.
Обсяг роботи. Дисертація у вигляді індивідуальної монографії складається із вступу, 5 розділів, висновків, пропозицій, списку літератури з 139 позицій і викладена на 226 сторінках основного тексту з 54 рисунками та 26 таблицями. Загальний обсяг роботи 244 сторінки. Монографія видана у відповідності з державною науково-технічною програмою 1.6 “Відновлення якості природних вод України” за результатами наукових досліджень, виконаних згідно господарського договору № 2 від 5 січня 1995 р. та спільного рішення Вченої Ради Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування та Кіровоградського Обласного виробничого підприємства “Дніпро-Кіровоград”, протокол № 12 від 14.11.1996 р.

ЗМІСТ РОБОТИ.
Структура дисертації виконана у вигляді індивідуальної монографії, що відповідає послідовності проведення досліджень.
Перший розділ присвячено характеристиці об’єкта дослідження і його загального стану надійності.
У другому розділі аналізуються існуючі уявлення з теорії надійності у плані можливості пристосування її до оцінки стану складних водопровідних систем. Запропоновано класифікацію стану надійності та обгрунтування основних параметрів надійності на прикладі районного водопроводу “Дніпро-Кіровоград”.
Третій розділ присвячений вивченню основних спричинень, науковому обгрунтуванню їх впливу на надійність водопровідних систем, розвитку подій в умовах виникнення надзвичайних ситуацій, пропонується їх класификація та реакція на їх дію різних елементів водопровідних систем.
У четвертому розділі описані основні наукові дослідження підвищення надійності водопровідних систем в умовах впливу різноманітних спричинень випадкового, штучного та природнього походження. В результаті досліджень запропоновані технічні удосконалення технологічних споруд та устаткування, що підвищують надійність з відповідними свідченнями про їх використання.
П’ятий розділ присвячено техніко-економічним обгрунтування підвищення надійності водопровідних систем.

Перший розділ. Районний водопровід “Дніпро-Кіровоград”, перша черга якого побудована у 1973 році, має довжину 116,5 км, забирає воду з Кременчуцького водосховища, складається із 6 підсистем послідовно з’єднаних від р.Дніпра до Кіровограда. З будівництвом другої черги водогону, надійність районного водопроводу дещо зросла, але це все ж не забезпечило повної його надійності. Аналіз щорічних відмов, на водопроводі “Дніпро-Кіровоград” та інших аналогічних водопровідних систем центрально-степової частини України вказує на те, що виникнення надзвичайних ситуацій залежить від технічного стану систем, пори року, строку експлуатації споруд, гідравлічних та температурних особливостей, технічного рівня обслуговуючого персоналу та природніх особливостей, які ще недостатньо вивчено. Дослідження, які проведені на районному водопроводі “Дніпро-Кіровоград” є продовженням розвитку досліджень відомих вчених у напрямку надійності, в тому числі водних проблем: М.М. Абрамова, Ю.А. Ільіна, І.Т. Гороновського, Г.Е. Кікачейшвілі, В.Е. Терновцева, С.Т. Вознюка, А.Я. Олєйника, І.І. Науменко, С.М. Гончарова, Є.М. Бабіча, П.0. Грабовського, В.В. Артамонова, І.А. Абрамовіча, В.А. Петросова, Г.Г. Руденко, С.Г. Кожушко, Н.І. Кулікова, В.Д. Дмітрієва, Ц.Є. Мірцхулава, П.Д. Хоружого, В.М. Рогова, М.М. Гіроль, В.0. Орлова, В.Ф. Тюрєва, В.Л. Полякова, Я.0. Мольчака, В.В. Яковлєва, А.Ф. Дмітрієва, М.Д. Будзя, В.А. Гуріна, Г.І. Коваленка, М.О. Лазарчука, М.Г. Півовара, М.І. Ромащенко, праці яких спрямовані, на удосконалення технологічних процесів, збільшення строку служби споруд і устаткування та розробки нових видів обладнання з підвищенною надійністю, які є внеском у загальну надійність.

Другий розділ. Водопровідні системи належать до складних технічних систем, для яких надійність повинна контролюватись по трьох параметрах: О — подача, Н — напор, R — показник якості по будь-якому параметру. Разом с тим дослідження роботи існуючих районних водопровідних систем показують, що їх надійність, більш повно, доцільно оцінювати за системою індексів: It — технічний індекс надійності, Iе ~ економічний індекс надійності, які разом з Р(t) — ймовірністю безвідмовної роботи дають змогу оцінити степінь надійності у будь-який момент часу та вибрати оптимальний варіант при проектуванні чи проведенні заходів щодо підвищення надійності. При цьому:

де: Ов, Нв, -Кв — відповідні найменші дозволені показники у водоспоживача; С, п, N — собівартість м3 води, кількість відмов, та число діб відключення населеного пункту від системи водоспоживання за умов відсутності резерву або засобів підвищення надійності; Сн, пн, Nн -~ теж саме, але з засобами підвищення надійності чи резерву. Одночасно, враховуючи особливість водопроводних систем, яка полягає у фунціону-ванні навіть при відмовах різних елементів, що відрізняє їх від інших технічних систем, запропоновано класифікувати стан водопровідних систем за такими рівнями надійності: повна відмова функціонування — стан, при якому повністю припинена подача води всім споживачам —
Р(t) = 0, I-г 1; аварійний стан — стан системи при відмові основних елементів, що привело до порушення водопостачання одного або декількох населених пунктів, або вода не відповідає ДСТ — 0,7 > Р(t) > О, 7т 1; кризовий стан — стан системи при відмові основних або допоміжних елементів, що призводить до зниження подачі води не більше 30%, використання резерву або форсований режим експлуатації — Р(t) = 0,7, Iт = О, Iе = 1; ремонтний стан — стан системи при виводі основних або допоміжних елементів на плановий або профілактичний ремонт — Р(t), Іт, Iе – набувають будь-якого значення; експлуатаційний стан — стан системи в умовах експлуатації, при якому не спостерігається певних ознак порушення, при цьому вона має запас надійності – 0,7 0 — система знаходиться у експлуатаційному стані, при І-ц = 0 система знаходиться у кризовому стані, а при Ir Л, при К = 1 — кризовий стан, при — втрата надійності. Але цього визначення виявилось недостатнє для повної оцінки надійності, без врахування структури металу труб водогонів, тобто ударної в’язкості (КСУ), яка різко зменшується при пониженні температури води. На рис. 5 показано зміну КСУе для труб із спокійної сталі (СП), киплячої (КП) та чавуну, а також нанесено напруженість у водогонах при сумарних діях спричинень (Рт) в умовах дії гідравлічного удару і відсутності його, при зміні температури води.
Аналіз графіків показує, що при температурі води в межах 0-5°С (область А) графік напруженості -Рт наближається до графіка КСУе для сталі КП і чавуна, тому у весняний і осінній періоди запас надійності мінімальний, а для сталі КП кризовий.
Рис. 5. Графіки залежності КСУ і ударного напруження у стінках труб Рт при зміні температури води.
А — область втрати запасу надійності
Аналіз поведінки водогонів у цих умовах вказує на те, що труби із сталі КП не підходять для водогонів із поверхневих джерел водопостачання, у яких температура води знижується нижче 5°С.
і). Літнє “цвітіння” виникає постійно у теплий період року на відміну від весняного, що проявляється лише за збігом обставин. В результаті вивчення цього явища на Кременчуцькому водосховищі виявлено, що інтенсивність “цвітіння” і видовий склад водоростей для різних джерел водопостачання різний, але у водосховищах синьо-зелені водорості складають більше 50% від загальної маси фітопланктону. При цьому, при нагінних явищах та вертикальній добовій міграції фітопланктона, якість вихідної води постійно змінюється, що є явищем небезпечним для підтримання надійності роботи водопровідної станції і потребує особливої уваги щодо ведення технологічного процесу очищення води.
Висновки. Вивчення дії різноманітних спричинень на районні водопровідні системи показує: а) кожне спричинення в умовах експлуатації чинить суттєвий вплив на надійність водопровідних систем; б) ступінь впливу спричинень залежить від багатьох факторів, у тому числі і природних умов; в) у водопровідних системах завжди є елементи, які напряму реагують на виникнення надзвичайної ситуації, збудженої спричиненням, причому надійність елементів у різних комбінаціях спричинень — різна; г) найнебезпечнішими для водопровідних систем із поверхневих джерел є осінній і весняний періоди, коли виникають умови накладання спричинень.

Четвертий розділ. Пошуки шляхів підвищення надійності районних водопровідних систем здійснювались вивченням і дослідженням раціонального ведіння технологічних процесів, оптимізацією використання традиційного устаткування, раціоналізацією режимів експлуатації, технічним удосконаленням малонадійних процесів і устаткування з метою підсилення їх протистояння різноманітним спричиненням з відповідними науковими обгрунтуваннями. Головні з них:
1. Зниження впливу гідравлічних ударів. Дослідження характеру протікання перехідного процесу при ввімкненні (вимкненні) насосних агрегатів показали недостатність одноступеневого захисту районних водопровідних систем з допомогою гасників гідравлічних ударів, які використовуються на локальних водопроводах. Так, час запізнення спрацьовування гасників клапанного типу визначається за формулою:
де: (Н — площа клапана та висота встановлення його над водогіном, Е – модуль пружності води, Ар – надлишковий тиск, Q – витрата у бік клапана, tc – час швидкодії клапана (для сучасних клапанів tc > 0,01 с).
За цей час частина ударної хвилі практично проскакує клапан, рухаючись далі у вигляді пробки, підрізанної гасником ззаду. Дослідження показали, що підвищення надійності довгих водогонів можливо забезпечити тільки трьохступеневим захистом:
а) запобігання знижених тисків улаштуванням перемикання, зі зворотнім клапаном, між всмоктуючою і напорною лініями насосних станцій діаметром:
де: А, — коефіцієнт Дарсі, l — довжина перемикання, Н— напор води над віссю насоса зі сторони всмоктування, О — подача насосною станцією.
б) використанням ефекту роздріблення ударних хвиль, що забезпечується у процесі експлуатації постійно відкритими перемичками між водогонами.
в) підвищенням чутливості гасників гідравлічного удару, для чого запропоновано конструкцію горизонтального повітряного ковпака з еластичною оболонкою, схема якого представлена на рис.6
Згідно класифікації проф. Гуріна В.А. його можливо віднести до поглиначів надлишкового тиску. Гасник відрізняється від інших тим, що на перфорованій трубі 4, яка грає роль каркасу, одягнута гумова труба З, кінці якої заведені між фланцеві сполучення 5. Це створює, разом з корпусом, повітряну порожнину А, у яку через ніпель 6 попередньо накачується повітря з тиском рівним робочому. При рухові ударної хвилі у порожнині В, гумова труба 3 поступово повздовж віджимається, зменшуючи повітряну порожнину А, в результаті чого ударна хвиля гаситься завдяки імітації вільного виливу, при цьому закиди тиску не перевищують 0,07 кгс/см^. Запропонована залежність для визначення розмірів гасника:
де:У^, У,- —початковий і стиснений об’єм газу, р) — початковий (робочий) тиск, Еу — модуль пружності гуми, ю — площа перерізу гумової труби, Аг — збільшення радіусу при гідравлічному ударі.
2. Зниження впливу весняного “цвітіння” на надійність фільтрувальних станцій. На фільтрувальній станції районного водопроводу “Дніпро-Кіровоград” протягом 1974-1978 р. р. проводились дослідження підвищення надійності фільтрів збільшенням фільтроциклу за рахунок утворення воронок на поверхні фільтруючого завантаження з допомогою влаштування під поверхнею системи труб з отворами, у які подавали воду, повітря. При цьому збільшення мулоємності Ру особливо у період весняного “цвітіння”, коли процес росту біомаси у поверхневому шарі здійснювався за рахунок розпліднення діатомових водоростей, визначався:

Д — площі воронкоподібної та горизонтальної поверхонь завантаження, Н — висота шару забруднення, С — питома мулоємність, К — коефіцієнт повноти замулення. Але, не дивлячись на те, що такий ефект підвищення надійності дуже привабливий, подальші дослідження показали багато його недоліків, які заважають його широкому впровадженню: а) складність у запобіганні забивання систем піском, б) низька надійність труб через корозію під дією хлору, в) при промиванні фільтрів створюються підвищені швидкості обтікання, що можуть призвести до виносу піску робочої крупності. Зважаючи на ці недоліки, а також необхідності збереження цього ефекту, у подальших дослідженнях (1995 р.) було запропоновано створювати хвилясту поверхню шляхом утворення перед початком фільтроциклу лінійних борозен на поверхні завантаження пересувним пристроєм, схема якого показана на рис.7.
Рис. 7. Схема установки по утворенню борозн:
1 — насос; 2 — колектор; 3 — напорний шланг; 4 — насадок; 5 — вантаж; 6 — кран-балка фільтрувального залу; 7 — електротельфер.
Борозни утворюються шляхом поверхневого розмиву струменем води під тиском ще достатньо пухкої поверхні завантаження після промивки, за допомогою підвішеного до кранбалки водного монітора, діаметр сопла якого запропоновано визначити за формулою:
де: Q — витрата води, Н — напор на моніторі, m — коефіцієнт витрати. Зважаючи на те що сумарна площа хвилястої поверхні, яка створена борознами, майже не відрізняється від воронкоподібної, в результаті отримано аналогічне збільшення фільтроциклу більш простим шляхом зі збереженням загального ефекту.
3. Збільшення надійності водозаборів при шугостворенні. Дослідження показали, що єдиною теоретичною можливістю підвищення надійності водозаборів при шугостворенні залишається зрушення самопливного процесу на рівні “лід-вода” у місці забору води. Використання для цього парообігріву водозабору районного водопроводу “Дніпро-Кіровоград”, потребує 1500 кг/год пару, а електроенергії 410 квт/год, що економічно недоцільно, та й технічно складно. Тому досліджена можливість зворотнього промивання водозабірних сіток водою з напорної лінії насоса через трубопровід, передбачений для рибозахисту. При цьому підвищення температури води після проходу через насос і дві напорні засувки визначались запропонованою формулою:
а загальна температура промивної води і буде:
де: Ну, Ну — напор води у напорній лінії і перед насосом, t — температура шугостворення (= — 0,03°С). Проведені експерименти у 1995 році показали, що зворотня вода, яка подавалась через обертову рамку на водозабірну сітку, мала температуру і = 0,24°С достатню для зрушення рівноваги самопливного процесу на поверхні сітки і запобігало її обмерзанню. Крім цього, запропоновано винести оголовок водозабору у русло водосховища для маніпулювання водозаборами при шугостворенні і погіршенні якості води.
4. Підвищення надійності системи водопостачання в умовах регулювання подачі. Дослідження по водогонах системи районного водопроводу “Дніпро-Кіровоград” показали, що найнадійнішим засобом регулювання подачі є ступеневе регулювання з включенням наступного ступеню після заспокоєння гідравлічних коливань у водогонах від попереднього ступеню регулювання. При цьому дослідження проводились у декількох напрямках: а) ступінь відкриття напорної засувки на першій ступені, б) ступінь відкриття засувки на наступних ступенях, в) допустима мінімальна кількість ступенів регулювання, г) інтервал часу між ступенями регулювання. В результаті досліджень на окремих водогонах різних довжин і діаметрів отримана формула для визначення початкової витрати О при ввімкненні насоса:
де: d — діаметр напориої засувки. Для визначення витрати на послідуючих ступенях регулювання запропоновано формулу:
Інші параметри можливо визначити за умови, що весь додатковий на-пор Н, який виникає при регулюванні, витрачається на переборення сил тертя. В результаті отримана формула довжини водогону (I), на якій здійснюється повне гасіння гідравлічного коливання:
де: К — гідравлічний радіус, V — більша швидкість води на необхідної ступені регулювання, п — коефіцієнт шорсткості труб. Н -допустиме підвищення напору, l — фактична довжина дільниці водогону. Розрахунки показують, що при реальних даних водогону районного водопроводу “Дніпро-Кіровоград”: 1200мм, V = 0,7м/с, п = 0,014, довжина, на якій гаситься ударна хвиля додатковим тиском в 1 атм., дорівнює l = 29883м. При цьому можливо визначити число перебігів п по конкретному водогону /д, тобто п’ = 1/іу, і гідравлічний ухил . Отримана також залежність, за якою можливо визначити надлишковий напор у будь-якій точці водогону Н при руханні ударної хвилі:
та час і, необхідний для затухання коливань і = 1/с, де с — швидкість розповсюдження пружних деформацій.
5. Зниження впливу температурних деформацій на надійність. Аналізи відмов на водогонах показали, що при температурних деформаціях точки перелому водогонів пересуваються не тільки у повздовж-ному, а й у поперечному і вертикальному напрямках, що взагалі створює складну картину руху їх у землі упровздовж року. При деформаці ях виникають затрубні порожнини, які заповнюючись, фіксують водогін у новому положені, що створює додаткові напруження у стінках труб і сприяє виповзанню водогонів на поверхню землі. Час і, за який водогін виповзе на величину й, можливо визначати за залежністю:
де: а — кут між суміжними дільницями водогону, Ь. — відношення
довжини більшої дільниці до меншої, А — температурне подовження. Розрахунки за формулою (23) показують, що для виповзання водогону на поверхню потрібно не менше 100 років, але факт постійного складного руху створює додаткові напруження у з’єднаннях і тілі труби, що робить водогін малонадійною спорудою.
Вивчення можливостей фіксації водогонів поки дає тільки одне рішення — компенсатори, але складний рух водогонів приводить до перекосів у сальниках, виникненню течії води. Для заміни сальників необхідно зупиняти і спорожнювати водогони, тому на практиці їх з часом заварюють, як малонадійні. В процесі досліджень на водопроводі “Дніпро-Кіровоград” було запропоновано підвищити надійність компенсаторів, створенням можливості заміни сальникової набивки без зупинки водогону. Конструкція запропонованого компенсатора представлена на рис. 8.
Згідно рис. 8 сальніковий компенсатор має додаткову камеру, обмежену фланцевим з’єднанням і упором 3. У камері містяться два гумові кільця 4, між якими утворюється зазор 6. При виникненні течії через сальник 8, у зазор 6 через ніпель 3 накачується салідол або інша в’язка нешкідлива рідина, яка розжимає гумові кільця 4 до припинення течії, що дає змогу замінити основний сальнік 8. Окрім розжимання кілець рідина також грає роль змазки, що зменшує зношення сальніка.
6. Підвищення рівня надійності технологічних процесів у період літнього “цвітіння”. Результати досліджень у період літнього “цвітіння” показують, що кількість вилучених із води водоростей у значній мірі залежить від дози введених реагентів, при чому чим більше їх надходить на технологічні споруди, тим вище повинна підтримуватись степінь їх вилучення для забезпечення надійності останнього етапу — фільтрування. Результат дослідження показано на рис. 9.
Враховуючи, що в період літнього “цвітіння” у продовж доби спостерігається постійне коливання концентрації водоростей, спричинене вертикальною міграцією їх у водойомищі, дозування реагентів набуває особливого значення. З метою підвищення надійності технологічних процесів очищення води проводились дослідження осідання нерозчине-них домішок води, дзета-потенціалу водоростей у дніпровській воді, визначення оптимальної дози коагулянту, хлору, визначення електропровідності води Кременчуцького водосховища, для чого були розроблені і виготовлені відповідні прилади. Обробка накопичених матеріалів досліджень і виробничих випробувань дозволила розробити і запропонувати найбільш відповідні високим вимогам надійності датчики і апарати для дозування реагентів. Головні з них:
а) розробка датчика для дозування коагулянта. Дослідження електропровідності води показали, що при малих дозах сульфата алюмінія у діапазоні 0-500мг/л питомий опір води різко знижується майже по лінійному закону (рис. 10а), але в першій частині діапазону 0-ЮОмг/л значення питомого опору може різко змінюватись за рахунок коливання мінералізації та концентрації біомаси, що приводить до похибок у дозуванні (рис. 10б).
Тому у якості основного діапазона дозування по електропроводнос-ті досліджувалась друга частина діапазону 100-500 мг/л, у якій мініралізація, концентрація біомаси і температура практично не впливають на електропровідність води. За результатами цих досліджень розроблено і запропоновано датчик з окремої труби, зв’язаної з вводом коагулянту і потоком води, де утворюється замкнена концентрована зона, пропорційна потоку, у якій утримується концентрація 100-500 мг/л. При цьому досліджувались електроди з алюмінію, міді, цинку, заліза, графіта, латуні, платини. Дослідження температурного впливу на дозу коагулянта показали, що відносна зміна електропроводності води і дози коагулянту сімбатні (рис. 10в), що створює умови автокомпенсації.
б) розробка хлоратора. В умовах використання води з різким коливанням вмісту планктону існуючі хлоратори не забезпечували необхідну степінь надійності, як за продуктивністю так і якості дозування. Так, збільшення подачі хлору у період літнього “цвітіння” вимагало підвищення тиску води перед хлораторами, так як в ежекторах на всмоктування хлору працювала тільки поверхня вилітаючого із сопла струменю води. У запропонованому в процесі досліджень хлораторі ХТ-2, а в подальшому, впровадженому на багатьох водопроводах України, примі-нено кільцевий ежектор, у якому хлор всмоктується не тільки поверхнею струменя, а і в середину струменя, що дозволяє підняти продуктивність хлоратора до 300 кг/год. Схема хлоратора ХТ-2 представлена на рис. 11,а, результати його дослідження на створення вакууму /г в залежності від тиску води перед хлоратором на рис. 11,6, на споживання ним води О в залежності від тиску води на рис. 11,г, на продуктивність по хлору т на рис. 11,в.
Основними елементами хлоратора ХТ-2 є: ежектор трубчатого типу з кільцевим зазором 3, гасник зворотніх ударів води 10, вимірювач вакууму 13, вимірювач тиску води 16, вентіль регулювання подачи води 2 та хлору 11.
Хлоратор працює за рахунок того, що у напорній камері 1, з допомогою регулювання вентілем 2, створюється необхідний напор води, у результаті чого вода надходить по кільцевому зазору 3, який створений вставленими одна в другу вініпластовими трубками 4, 5, у патрубок 4. Вакуум створюється за рахунок кінетичної енергії обтікання кінця трубки 5, в наслідок чого виникає тяга у середині трубок 5 і 8, які з’єднані з хлоропроводом через гасник 10 і регулюючий вентіль 11. Витрата хлору пропорційна вакууму що фіксується ємнісним датчиком 13, спроможним передати дані на пункт контролю витрати хлору.
При відключенні води зворотній потік її гаситься у гаснику 10, у якому встановлена трубка 9 з отворами діаметром розрахованим на гасіння зворотньої енергії. Крім цього розташування отворів внизу трубки 9 дозволяє відсмоктувати вологу, яка виникає у процесі роботи хлоратора, що забезпечує збереженя хлоропроводу від контакту з водою.
Експлуатація на діючих технологічних спорудах хлоратора ХТ-2 на протязі 20 років показала ного високу надійність в умовах динаміки якості води та довгостроковість і стабільність у забезпечені процеса хлорування.
П’ятий розділ. Аналіз різноманітних засобів підвищення надійності водопровідних систем показує, що їх доцільно розділити на дві групи:
а) активні засоби підвищення надійності, в результаті яких експлуатаційні витрати знижуються, або система при тих же витратах спроможна подати більшу кількість води; б) пасивні засоби підвищення надійності, в результаті яких експлуатаційні витрати не змінюються. Крім цього, у процесі експлуатації водопровідних систем використання резервних елементів, з економічної точки зору, можливо розділити на: а) активне використання, якщо його включення приводить до підвищення техніко-економічних показників (увімкнення резервних водогонів); б) пасивне використання, якщо його ввімкнення не відбивається на техніко-еконо-мічних показниках (клапани-гасники гідроударів, компенсатори); в) шкідливе використання, коли увімкнений паралельно робочому резерв, знижує техніко-економічні показники (використання дублюючих зворотніх клапанів, вимірюваних діафрагм, засувок, ввімкнення незаванта-жених насосів). Ці обставини дозволяють зробити висновок, що при виборі засобів підвищення надійності, повинен передувати ретельний тех-ніко-економічний розрахунок наслідків. Так, після пуску в експлуатацію районного водопроводу “Дніпро-Кіровоград” в одну нитку водогіна, середнє число відмов водогону складало 10-15 шт. на рік, в результаті чого м. Кіровоград залишалось без питної води до 20 діб на рік. Планово-економічними службами м. Кіровограда підраховані збитки промисловості за кожну добу, що склали 500 тис. крб. у цінах 1981 року, тобто до 10 млн. крб. щорічно тільки для міста Кіровограда.
Прямий економічний ефект від впровадження тільки хлоратора ХТ-2 складає 136 тис. крб. у цінах 1981 року.
Таким чином, створенням наукових основ оцінки степені надійності, впровадженням результатів комплексних експерементально-теоретичних досліджень, вирішена крупна наукова і техніко-економічна проблема забезпечення безперебійного постачання доброякісної води населенню і промисловості та поліпшення екологічного стану у регіонах центрально-степової частини України, які живляться з віддалених джерел водопостачання через районні водопровідні системи за рахунок підвищення їх експлуатаційної надійності.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

1. Рівень надійності є одним із основних параметрів при оцінці стану водопровідної системи. Встановлення рівня надійності водопровідних систем у сучасних умовах господарювання є важливим з технічної, економічної та юридичної точок зору, тому вимагає нового підходу до теорії надійності стосовно встановлення необхідних критеріїв. Запропоновано нову наукову основу оцінки стану і степені надійності, яка базується на використанні на ряду з параметром ймовірності безвідмовної роботи Р(і) технічного /т та економічного /е індексів надійності, що дозволяє визначати степінь надійності водопроводних систем у будь-який момент часу та порівнювати їх при впровадженні різних засобів підвищення надійності.
2. Спричинення, які впливають на надійність, мають характер випадкових, штучних та природніх. Реакція водопровідної системи на ці спричинення, що приводять до виникнення надзвичайної ситуації залежить від степені їх впливу та запасу надійності водопровідної системи. В результаті досліджень запропоновані: наукова класифікація можливих станів надійності водопровідних систем, що дозволяє індетифікувати стан системи та наукова систематизація основних спричинень, що призводять до виникнення надзвичайних ситуацій, в решті яких змінюється стан або степінь надійності.
3. Дослідженнями встановлено, що технічно ефективно і економічно доцільно підвищувати степінь надійності водопровідних систем не тільки за рахунок резервування, а комплексно зменшенням впливу різноманітних спричинень, технічним удосконаленням малонадійних споруд і устаткування та опримізацією технологічних режимів експлуатації. В результаті досліджень науково сформульовані і обгрунтовані умови використання цих напрямків підвищення надійності, головними із яких є:
— при регулюванні подачі: зменшувати величини гідравлічних ударів ступеневим регулюванням подачі з інтервалом часу між ступенями достатнім для заспокоєння коливань;
— при шугостворенні: зворотнім промиванням всмоктуючих сіток водозаборів із напорного водогону. Встановлено, що вода, яка пройшла через насос і дві відсікаючи засувки набуває температуру достатню для боротьби з обморожуванням сіток.
— при старінні систем водопостачання: підтриманням оптимальних режимів експлуатації, запропоновані залежності для визначення зменшення подачі та відповідного збільшення енерговитрат при її відновленні. — при планово-ремонтних роботах: запропоновані залежності визначення часу спустошення дільниць водогонів та заповнення їх водою після ремонту, при яких не створюються випадкові тиски величиною більше робочих.
4. Аналіз характеру протікання перехідного процесу у довгих водогонах при ввімкненні і вимкненні насосних агрегатів показує, що при швидкодії механічних гасників гідроударів і > 0,01с фронт ударної хвилі проскакує клапан, а повітряні ковпаки після спрацювання самі стають генераторами коливань. Крім цього у водогонах виникають понижені тиски, що не створюють необхідної надійності утримання водогонів. В результаті досліджень науково обгрунтована можливість підвищення надійності довгих водогонів районних водопровідних систем тільки потрійним захистом: влаштуванням перемички між всмоктуючим та напорним трубопроводом насосних станцій, з метою використання ефекту роздріблення ударних хвиль перемички між водогонами запропоновано тримати відкритими, розроблено і запропоновано гасник гідравлічних ударів з горизонтальною попередньо ненапруженною еластичною оболонкою, яка реагує на найменші коливання.
5. Особливо складні умови експлуатації районних водопровідних систем виникають у весняно-осінній період, коли діє одночасно багато спричинень. В результаті досліджень розроблені наукові основи зв’язку між комплексною дією попередніх температурних напружень, при укладанні водогонів, напружень від робочого тиску, напружень від гід-роудару з ударною в’язкістю матеріала стінок труб водогона, яка різко знижується при пониженні температури води. Встановлено, що при температурі води і

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020