Общие положения теории надежности систем водоснабжения

Октябрь 2nd, 2014

Теория надежности — это наука, изучающая закономерности возникновения отказов технических систем. Отказы относятся к малоизученным явлениям в связи с тем, что причины возникновения отказов зависят от большого числа случайных факторов. Поэтому математическим аппаратом теории надежности является теория вероятностей и математическая статистика.

В соответствии с ГОСТ 27.002-83 надежность как техническое понятие может быть сформулировано следующим образом: «Свойство устройств, сооружений, систем и объектов в целом, а также изделий (продуктов) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения нормируемых (расчетных) эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования».

Надежность характеризуется следующими свойствами:

  • безотказность — свойство сооружений и систем сохранять работоспособность в течение определенного времени;
  • долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния;
  • ремонтопригодность — свойство сооружений и систем к предупреждению и обнаруживанию причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов;
  • сохраняемость — свойство сооружений и систем сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения или транспортирования.

Для количественной оценки перечисленных свойств существуют основные показатели:

  1.  Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы не возникнет.
  2. Параметр потока отказов является одним из важнейших показателей надежности элементов систем водоснабжения, в частности участков водопроводных сетей.
  3. Средний ресурс — средняя длительность работы изделия до предельного состояния или между капитальным и средним ремонтом. В результате наблюдения за эксплуатацией изделий определенного вида (механизмы и арматура водоснабжения) могут быть накоплены статистические материалы о фактических ресурсах этих изделий.
  4. Восстанавливаемый элемент системы водоснабжения может находиться либо в работоспособном состоянии, либо в неработоспособном. Периоды неработоспособности включают все операции, связанные с обнаружением аварии, ожиданием ремонта и ликвидацией повреждения. Практика эксплуатации позволила получить статистические данные по времени восстановления для системы водоснабжения как системы массового обслуживания определить понятие отказа весьма сложно. Повреждение любого элемента системы сказывается на функционировании системы в целом. Так как в системе подачи и распределения воды широко используется принцип резервирования, то отказ какого-то элемента вызывает лишь временное снижение уровня ее работоспособности. СНиП 2.04.02—84 определил нормативы такого снижения:
  • для первой категории водообеспечения (населенные пункты с числом жителей более 50 тыс. чел.) — допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30% расчетного расхода; длительность снижения воды ниже указанного предела допускается на время выключения поврежденных и включения резервных элементов системы, но не более чем на 10 минут;
  • для второй категории водообеспечения (населенные пункты с числом жителей от 5 до 50 тыс. чел.) — допускаемое снижение подачи воды то же, что и при первой категории; длительность снижения подачи не должна превышать 10 суток. Перерыв в подаче воды или снижение ниже указанного предела допускается на время не более 6 часов;
  • для третьей категории водообеспечения (населенные пункты с числом жителей до 5 тыс. чел.) — допускаемое снижение подачи воды то же, что и при первой категории; длительность снижения подачи не должна превышать 15 суток. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается не более чем на 24 часов.

Следует отметить, что требования СНиП 2.04.02—84 касаются лишь снижения подачи воды и продолжительности такого снижения. Вместе с тем снижение напоров в системе, как и снижение качества воды, также будут приводить к отказу системы. Если качество воды регламентировано ГОСТ 2874—82 и снижение этих требований можно рассматривать как отказ системы, то в отношении снижения напоров никаких ограничений нет. По всей видимости понятие отказа должно основываться на противопожарных требованиях, то есть напор в сети должен составлять не менее 10 м.

Требования к надежности системы водоснабжения должны не только содержать ограничения по основным параметрам системы (снижение напора, расхода, качества воды), но и нормировать вероятностные показатели надежности.


Надежность водоисточников

Водоисточник является одним из основных элементов системы водоснабжения. В случае отказа водоисточника (то есть невозможности получения из него воды в требуемом количестве) наступает отказ всей системы и никакие мероприятия по повышению надежности в последующих технологических элементах системы (насосные станции, очистные сооружения, водоводы, сеть) не исправят положения. Отказ водоисточника может произойти в результате недопустимого снижения его дебита.

Вопросы бесперебойного водоснабжения становятся все острее не только в связи с увеличением водопотребления при неизменных водных ресурсах данного района, но и в связи с неравномерностью распределения стока в году. Так, даже в центральных районах (зонах достаточного увлажнения) меженные периоды с наименьшим стоком, составляющим 15-20% годового, могут длиться 3-4 месяца в зимний или летне-осенний сезон, то есть периоды ограниченного водоснабжения могут быть достаточно длительными.

Систематические наблюдения за режимом и состоянием поверхностных источников России ведутся с прошлого века. В результате обобщений данных о той или иной характеристике стока составлена карта изолиний с показом их пространственного распределения по территории. Это позволяет довольно легко определить искомую величину стока в заданном районе.

В конце 20-х гг. Д.И.Кочерин установил, что величина минимального стока рек распределяется по территории в соответствии с климатическими поясами, то есть подчиняется закону географической зональности. Это позволило ему построить первую карту минимального стока рек России.

В водном режиме рек наблюдаются две основные фазы — резкие колебания водности в форме половодья и паводков и относительно устойчивые периода малой водности (межень или минимальный сток). Эти периоды обусловливаются сочетаниями многих физико-географических факторов и их влияние на режим источника можно рассматривать как случайные события. Поэтому вероятность получения численных значений колебаний уровней воды определяется на основании длительных наблюдений за фактическим режимом реки. Характер изменения расходов реки за определенный период представляется кривой, называемой гидрографом.

Если для системы водоснабжения I категории обеспеченность минимальных среднемесячных расходов воды составляет 95%, то это означает, что вероятность появления меньших расходов не должна превышать 5%. По кривой обеспеченности минимальных расходов воды в данном источнике (составленной в результате гидрометрических исследований) может быть определена вероятность превышения минимального расхода. Если эта вероятность не меньше 95%, то источник может быть использован. В случае недостаточного расхода воды в поверхностном источнике надлежит предусматривать регулирование естественного стока воды в пределах одного гидрологического года (сезонное регулирование) или многолетнего периода (многолетнее регулирование), а также переброску воды из других, более многоводных поверхностных источников.

Оценку ресурсов подземных вод надлежит производить па основании материалов гидрологических поисков, разведки и исследований в соответствии с «Классификацией эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод» и «Инструкции по применению классификационных запасов подземных вод к месторождениям пресных вод».

Для установления соответствия фактического дебита водозабора подземных вод принятому в проекте надлежит предусматривать пробные откачки.

Опубликовано в Статьи

По материалам сайта: http://injstroj.ru