Наукові основи підвищення надійності районних водопровідних систем центрально-степової частини України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наукові основи підвищення надійності районних водопровідних систем центрально-степової частини України

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Загальна характеристика роботи

водопостачання технічний споруда

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 віднайдені 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 обґрунтування 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 обґрунтування 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 1997 р. 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

водопостачання технічний споруда

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.

Третій розділ. Всі спричинення на систему водопостачання можливо розділити на випадкові, штучні та природні. До випадкових спричинень можливо віднести: весняне «цвітіння», яке виникає рідко за певних природніх обставин, раптове вимикнення насосів та шугостворення. До штучних спричинень належать: регулювання подачі, планове вмикнення та вимикнення насосів, а також вивід споруд на профілактичні та планові ремонти. До природних спричинень можливо віднести: старіння систем, температурні впливи, перевищення водоспоживання над подачею (ріст водоспоживання), літнє «цвітіння». Розвиток подій при виникненні надзвичайної ситуації від різних спричинень, реакція водопровідної системи на ці спричинення та можливий кінцевий результат показано на схемі рис. 3.

Шляхом вивчення різних спричинень встановлено:

а) раптове ввімкнення (вимкнення) насосів, за рахунок виникнення гідравлічного удару, може мати характер збою, розладнання та пошкодження. Трансформацією рівняння Д. Бернуллі у рівняння енергетичного балансу одержано формулу максимального напору Н, що зв'язує всі технологічні параметри водопровідної системи.

В умовах дії спричинення можуть виникнути моменти коли: Ур = Уб, Ум = Ур, Уб= О, V» = 0 Аналіз протікання перехідного процесу показує, що в залежності від зменшення або збільшення подачі на довгих водогонах 22 може мати різні значення, яке пов'язано з можливістю розриву суцільності потоку у різних його точках. Що ж до зіштовхування зустрічних ударних хвиль, то використовуючи теорему імпульсів, а також за умов, що швидкість розповсюдження пружних деформацій маси отримаємо формулу для визначення сили зіштовхування: звідки, що підтверджує виникнення при зіштовхуванні величезних сил, які працюють на розрив кільця труби.

б) «Весняне цвітіння» виникає ранньою весною у моменти різкого потепління і характеризується інтенсивним розплідненням діатомових водоростей у верхньому шарі фільтруючого завантаження швидких фільтрів, не зважаючи на підвищену дозу хлору, внаслідок чого настає швидка кольматація завантаження, що скорочує фільтроцикл до 3-4 годин; продуктивність водопроводної станції знижується до 50%, в результаті чого водопровідна система переходить у аварійний стан на протязі 3-4 діб. Різке зниження коефіцієнту фільтрації по відношенню до відсутності «цвітіння» одержане шляхом контролювання часу зниження рівня води над кольматованим фільтруючим завантаженням показано на рис. 4

Результати дослідження підтверджують той факт, що разом з накопиченням у верхньому шарі завантаження біомаси водоростей, проходить їх інтенсивне роз-пліднення, причому об'єм накопичення живих клітин підпорядковується такій залежності:

Кількість живих клітин К, що поступають на фільтрування, при якому забезпечується надійна робота фільтрів, визначається за формулою:

де: а - період ділення однієї клітини.

в) Шугостворення. Спостереження за порушенням надійності водозабору районного водопроводу «Дніпро-Кіровоград» у періоди шуго-створення, свідчать, що утворення безлічі льодинок на поверхні водосховища добре підтверджуються, якщо розглядати це явище з точки зору фізико-хімічної механіки для самопливних процесів на межі розділу фаз згідно відомої варіації вільної енергії:

При цьому поверхневий натяг і змінюється тільки поверхня розділу тобто склад поверхневого шару постійний: (вільна енергія на межі з твердим тілом). Умовою можливості процеса у цьому випадку є: тобто, всі самопливні процеси ідуть по шляху зменшення площі поверхні розділу до мінімума, що можливо тільки заміною поверхні води твердою поверхнею (льодинками), з наступним утворенням рівноважного процесу на межі «лід-вода», в наслідок чого льодинки дифундують у товщу води.

г). Регулювання системи водопостачання. Аналіз різноманітних випадків регулювання подачі на підсистемах районного водопроводу «Дніпро-Кіровоград» свідчить про те, що поблизу насоса, в момент зміни навантаження, завжди виникає порушення, енергетичної рівноваги, рівень якої залежить від режиму регулювання. Одночасно встановлено, що розрядка ударної хвилі при виході у резервуар відбувається в сторони, де швидкість розповсюдження пружних деформацій С = 0. Встановлено також, що у кільцевих мережах відбувається роздріблення ударної хвилі, у місцях розгалужень, що загалом зменшує ефект гідравлічного удару. Дослідження показали, що підтримання умов регулювання у межах надійності вимагає контролю двох параметрів:

Q - зміни витрати та t - часу регулювання подачі води.

д). Вивід у ремонт елементів водопровідних систем. Основним питанням при виводі у ремонт, особливо водогонів, є визначення часу спо-рожніння ремонтних дільниць Аі та часу заповнення їх водою після ремонту. Врешті вивчення гідравлічних особливостей, та практичних замірювань при скидах води з ремонтних дільниць запропонована залежність, яка пов'язує гідравлічні параметри дільниці, що підлягає спустошенню.

е). Старіння систем водопостачання. У продовж роботи характеристика основних елементів водопровідних систем значно змінюється. У процесі дослідження старіння водогону районого водопроводу «Дніпро-Кіровоград» було науково обгрунтовано зменшення пропускної спроможності з часом експлуатації запропонована залежність:

ж). Вплив росту водоспоживання. Надійність водопровідної системи порушується в умовах, коли водоспоживання (? в перевищує можливості подачі О. При цьому незначний дефіцит подачі (О - (? в < О) призводить до різкого спустошення усіх резервів, внаслідок дії морального фактору. Спроби служби експлуатації перевести районну систему водопостачання на подачу за графіком, як це традиційно використовується на водопроводах, побудованих на місцевих джерелах, приводить до повного розладу з частими відмовами функціонування.

з). Вплив температурних спричинень. У роботі системи водопостачання водогони є основними елементами, які реагують на температурні комплексні дії різноманітних спричинень, тому надійність водогонів можливо виразити через коефіціїнт К:

де: - межа текучості для матеріалу труб, - попереднє напруження матеріала труб при укладі, - напруження від робочого тиску, - напруження від температурної' деформації, - напруження від гідравлічного удару. Надійність існує тільки якщо К>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.

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.

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:

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:

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:

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:

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.

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-економічних 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 незавантажених насосів). Ці обставини дозволяють зробити висновок, що при виборі засобів підвищення надійності, повинен передувати ретельний техніко-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 експериментально-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 обґрунтована 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 < 5°С максимально можливі комплексні напруження у стінках труб (сталь КП, чавун) наближається до напруження ударної в'язкості, в результаті чого водопровідна система переходить у кризовий або аварійний стан, що підтверджує виникнення багатьох відмов на водогонах у цей період. Крім цього, встановлено складний характер переміщення водогонів у землі під впливом зміни температури води. Найменший розмах деформації виникає, якщо водогони укладені і зафіксовані у землі при температурі повітря 12-13°С. Для зменшення впливу температурних спричинень запропоновано конструкцію компенсатора з додатковим ущільненням, що дозволяє меняти сальник не відключаючи водогони.

6. Експерементальні дослідження роботи фільтрів в період виникнення весняного цвітіння показують, що зменшення фільтроциклу до 3-4 годин обумовлене кольматацією поверхневого шару фільтруючого завантаження товщиною 1-2 см діатомовоми водоростями, які в ньому розпліднюються. Вирішення наукової проблеми підвищення надійності процесу фільтрування здійснено шляхом створення по всій поверхні фільтруючого завантаження, перед початком фільтроциклу з допомогою розмива струменем води пересувним монітором, хвильоподібних лінійних борозен. Розрахунки показують, що таким чином збільшуєтся поверхня фільтру у 1,5-2 раза, а біозабруднення, накопичуючись екві-дістантно поверхні дозволяють збільшити, пропорційно збільшенню поверхні, мулоємність і фільтроцикл.

7. Получені в наслідок досліджень нові наукові результати лягли в основу створення оригінальних конструкцій устаткування з високою степеню надійності: гасника гідроударів у вигляді горизонтальних повітряних ковпаків із ненагруженою еластичною оболонкою, яка прогинається під дією ударної хвилі у бік замкненої повітряної порожнини, створюючи ефект виливу; сальнікового компенсатора температурних компенсацій з додатковим ущільненням, яке дозволяє замінити сальник без зупинки водогону; хлоратора ХТ-2 продуктивністю до 300 кг/год. для хлорування води в умовах добової динаміки фітопланктона у вихідній воді, який працює за рахунок всмоктування газоподібного хлору не тільки поверхнею струменя в ежекторі, а й серединою струменя; датчика дозування коагулянту, встановленого у трубі, у відокремленій конценрованій зоні коагулянту, у якій витрата суміші води і коагулянта пропорційна загальній витраті потоку.

Основні результати роботи подано у таких публікаціях

1. Ткач А.А. Проблемы надежности водопроводных систем. Журн. «Химия и технология воды», том 19, №6, 1997 г., К, с. 646 - 651.

2. Ткач А.А. Розвиток теорії надійності відповідно до водопровідних систем. Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування, випуск 2, 1998 р, с. 107 - 111.

3. Ткач А.А., Руденко Г.Г., Чайковская М.А., Коростышевский А.С. Исследования по обработке воды Кременчугского водохранилища // Наука и техника в городском хозяйстве. К.: Будівельник, 1978. - Выпуск 38. - С. 5-12.

4. Ткач А.А. Збільшення грязеємності швидких фільтрів // Наука і техніка у міському господарстві. -1975. вип. 29. - С. 114-118.

5. Ткач А.А., Кулеба Н.В. Пускові гідроудари у макро і мікрогідравлічних системах. Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування, випуск 2, 1998 р, с. 96-100.

6. Ткач А.А. Цель - зффективность и качество // Городское хозяйство Украины. - 1979. - №4. - С. 12-14.

7. Ткач А.А., Сорокин А.Д., Заяц Н.В. и др. Прибор для седиментационного анализа // Брикетирование угля. - 1975. - №3. - С. 32-36.

8 Ткач А.А., Сорокин А.Д., Гороновский Й.Т., Тертышный А.Н. Прибор для определения дзетапотенциала взвешенных в воде веществ // Химия и технология воды АН УССР. - 1981. - Сб.3. - С. 51-54.

9. Ткач А.А. Сорокин А.Д., Горюнов А.С. Прибор «Дзета-2» для автоматического изучения дзета-потенциала коллоидных частиц // Наука и техника в городском хозяйстве. - К., 1977. - №35. - С. 75-79.

10. Ткач А.А., Капшук А.П., Педченко В.М. Усовершенствование схемы дозирования коагулянта // Информация №13, ЦБНТЗМ МЖКХ УССР «Водоснабжение», Вып.2. - К., 1978. - С. 1-6.

11. Ткач А.А., Сорокин А.Д. О соотношении злектростатических и адсорбционных сил в процессе коагуляции // Наука и техника в городском хозяйстве. - К.:Будівельник. - 1975. - №ЗО. - С. 73-76.

12. Ткач А.А., Шураков А.Н., Педченко В.М. Установка пробного коагулирования с магнитными мешалками // Информация Укр НИИТЗН Госплана УССР. -1979. - №8-01-16. - С. 1-4.

13. Ткач А.А., Сорокин А.Д. Измеритель дозы коагулянта по злектропроводности воды // Укр. НИИНТИ. -1979. - №79-043. - С. 1-6.

14. Ткач А.А., Сорокин А.Д., Тертышный А.Н. Исследование злектрохимического растворения злектродов // Наука и техника в городском хозяйстве. - К.: Будівельник. -1979. - №38. - С. 51-54.

15. Ткач А.А., Горюнов А.С. Надійна схема дозування коагулянта // Міське господарство України. - 1975. - №2. - С. 15-18.

16. Ткач А.А., фоменко Ю.А. Хлорирование длинных водопроводов // Водоснабжение и санитарная техника. (М). -1976. - №4. - С. 18-20.

17. Ткач А.А. Вынужденная рекострукция // Городское хозяйсиво Украины. - 1978. - №2. - С. 25-28.

18. Ткач А.А. Усовершенствование технологических процессов очистки воды на водопроводах Кировоградской области // Тезисы доклада на Всесоюзной научно-технической конференции «Пути повышения уровня зксплуатации городских систем водоснабжения». - Кишинев: 5-7 мая 1981. - С. 46-53.

19. Ткач А.А. Усовершенствование хлорного хозяйства // Доклад на республиканском совещании специалистов по водоснабжению и канализации МЖКХ - УССР г. Винница. 1979.

20. Ткач А.А., Сорокин А.Д. Устройство для автоматического дозирования коагулянта, а. с. СССР №850605, МКИ С 02 Р 1/58, опубл. 10.08.81 г., БИ №28.

Ткач А.А. Хлоратор ХТ-2., а. с. СССР №710206, МКИ С 02 В 1 /18, опубл. 15.04.80 г., БИ №14

Размещено на Allbest.ru