Актуальность проблемы.
Большинство сельскохозяйственных угодий в Российской Федерации распо-жено в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, что приводит к необ-димости использовать зарегулированный местный сток для орошения, обводне-я, получения электроэнергии и рыборазведения. В современных условиях при ачительном сокращении госинвестиций в области строительства и эксплуатации цромелиоративных систем необходимы меры по предотвращению падения эф-ктивности орошаемого земледелия.
Восстановление потенциала оросительных мелиорации и получение гаранти-ванных урожаев требует пересмотра действующих и разработки новых норма-вов по проектированию и эксплуатации оросительных систем (ОС).
Большая часть пригодных для орошения земель, расположенных ниже водо-гочников, в нашей стране уже освоена. Новые орошаемые массивы требуют ме-нического подъема воды (например, в Поволжье до 50. 200 м), для чего необ-димо строить крупные насосные станции (НС) с подачей более 10м/с. Недоста-чно обоснованные решения при проектировании таких станций могут привести: ютере урожая на оросительных системах, к значительным непредвиденным еличениям затрат при их строительстве и эксплуатации, ущербам в результате казов системы у таких потребителей, как энергетика, промышленность и рыбное зяйство и др.
Проектирование НС производится в соответствии с ведомственными строи-пъными нормами (например, «Мелиоративные системы и сооружения. Насосные шции». Нормы проектирования ВСН 33−2.2.12−87. Министерство мелиорации и дного хозяйства СССР. -М.: 1988), которые периодически обновляются. В них итывается весь предыдущий опыт проектирования, на основе которого предлага-:я перечень рекомендаций не только для проектирования, но и для строительства жсплуатации насосных станций различного назначения. До 1990 г., когда ме-оративное и водохозяйственное строительство велось весьма интенсивно и в лыпих масштабах, этот опыт был весьма богатым.
Переход к рыночной форме экономики в нашей стране в несколько раз сни-л объем проектных работ, во многих районах нарушилась нормальная эксплуа-гщя мелиоративных систем, в том числе и насосных станций. Резко изменились оимости отдельных видов работ, материалов^ электроэнергии, оборудования, анспортных услуг, стоимости сельскохозяйственной продукции и др. Поменя-сь и соотношение ценовых показателей между ними, причем тенденция таких менений будет наблюдаться и в дальнейшем. В таких экономических условиях >жно ожидать, что заказы на проектные работы будут выполняться на конкурс-й основе несколькими проектными организациями. При этом приоритетом будут льзоваться проекты, в которых, наряду с нормативными документами, будут ис-льзованы научно обоснованные технологии проектирования, позволяющие эко-мически и технически обосновать выбор оптимальных проектных вариантов с именением современных компьютерных средств, гибких и универсальных мате-тических методов. Такие технологии проектирования позволят не только увели-ть число просматриваемых вариантов во много раз, что существенно повысит стоверность принимаемых решений, но и прогнозировать поведение рассматри-емой системы, а значит давать обоснованные рекомендации по оптимальным ремам ее эксплуатации. Большое значение имеет сбор и обработка методами ма-матической статистики и теории надежности эксплуатационных данных реалъ-?х насосных станций и использование этих данных при разработке новых техно-гий проектирования и эксплуатации НС.
Анализ процесса функционирования действующих насосных станций пока-я, что фактические режимы их работы обычно отличаются от проектных. В част-сти, при проектировании не учитывается стохастический характер водоподачи и ияние этого фактора на надежность работы системы.
Выбор состава оборудования, схем коммуникаций, компоновки гидроузла сосных станций часто недостаточно обоснован с точки зрения фактора надежно-и. Наблюдения за работой многих действующих НС показал, что большинство из х спроектированы на режимы водоподачи, превышающие существующее водо-требление, что создает неэкономичные режимы работы системы и приводит к еличению эксплуатационных затрат.
Целью диссертационной работы являлось: разработка математических моделей функционирования крупных НС и алгоритмов расчета их параметров на основе анализа режимов работы действующих насосных станцийзадание методики проектирования крупных насосных станций, позволяющей: обосновать оптимальные параметры: число и тип насосных агрегатовсхему напорных коммуникацийматериал и диаметры напорных трубопроводоврежим ремонтных работ насосных агрегатоврежим ввода в строй очередей станции, а также целесообразность сооружения регулирующей емкости (водохранилища) в верхнем бьефе станции и др.- определить основные технико-экономические показатели насосной станции и показатели ее надежностипроведение машинного эксперимента и получение оптимальных решений, наиболее адекватно отражающих процесс функционирования рассматриваемых объектов.
Выполнение поставленной цели было связано с решением следующих задач: анализ режимов эксплуатации действующих крупных насосных станций мелиоративного и комплексного назначенияобработка данных функционирования действующих станций методами математической статистикианализ существующих методик проектирования насосных станций, аналитических моделей их функционирования и надежностиразработка аналитической модели крупной насосной станции, работающей до первого отказа и вывод аналитических зависимостей вычисления показателей ее надежности с учетом их «сшивки» на границах графика требуемых подачсоздание аналитической и имитационной математических моделей крупной насосной станции как восстанавливаемой системы с разработкой алгоритмов расчета и реализацией их в программах для персональных компьютеров, проведение расчетов по обеим методикам и сравнение полученных результатов с целью проверки их адекватностипроведение машинного эксперимента с имитационной моделью системы и выбор оптимальных вариантов технико-экономических параметров для реальных проектируемых оросительных насосных станций.
Научная новизна работы заключается в том, что автором предложен сис-мный подход выбора параметров при проектировании и реконструкции мелиора-вных насосных станций, учитывающий: режимы эксплуатации, случайные отка-[ и восстановления, схемы напорных коммуникаций, наличие регулирующих ем-стей, схемы переключений насосных агрегатов, изменения подач и напоров аг-гатов в соответствии с рабочими характеристиками, мутность перекачиваемой ды и другие факторы. При этом впервые одновременно использовались такие тематические методы и теории как метод имитационного моделирования, тео-я массового обслуживания, теория надежности, метод непрерывных марковских пей и др.
Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная медика позволяет получить экономический эффект за счет обоснованного выбора пов и количества основного насосно-силового оборудования, схем напорных ммуникаций, необходимости устройства регулирующих емкостей с учетом слу-йных факторов и др. Критерием оптимальности указанных параметров является шимум интегральных дисконтированных затрат.
Предложенная методика позволяет ускорить и автоматизировать процесс юектированияобосновать оптимальность принимаемых проектных решений и оцесса эксплуатации насосных станций с наиболее высокой экономичностью и дежностью.
Реализация работы.
Предложенные автором методики были использованы при проектировании ловных насосных станций Комсомольской оросительной системы в Поволжьериволжгипроводхоз), а также при проектировании крупных насосных станций [статутом АОЗТ компания «СОВИНТЕРВОД» (Акты внедрения приведены в зиложении).
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно.
— 10хнических конференциях Московского государственного университета шродообустройства, в Литовской сельскохозяйственной академии (г. Каунас), -ииале Укргипроводхоза (г. Чернигов), в институтах АОЗТ Компания ЮВИНТЕРВОД" и Приволжгипроводхоз.
Публикации. По теме диссертации имеются 6 публикаций. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и комендаций, списка литературы и приложения.
