Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей

Штейнмиллер, Олег Адольфович

Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей

кандидата технических наук: Штейнмиллер, Олег Адольфович
город: Санкт-Петербург
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.23.04
цена: 450 рублей

Диссертация по строительству на тему «Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей»

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей"

На правах рукописи

Штейнмиллер Олег Адольфович

ОПТИМИЗАЦИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА УРОВНЕ РАЙОННЫХ, КВАРТАЛЬНЫХ И ВНУТРИДОМОВЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2010

004606527

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» на кафедре водоснабжения

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ким Аркадий Николаевич (Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет)

доктор технических наук, профессор Васильев Виктор Михайлович (Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет)

кандидат технических наук, доцент Авсюкевич Алексей Петрович (ЗАО «Экопром», Санкт-Петербург»)

Ведущая организация:

ЗАО «Водопроект-Гипрокоммунводоканал. Санкт-Петербург»

Защита состоится « / » и^СиО- 2010 года в^. на заседании

диссертационного совета Д 212.223.06 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 4, зал заседаний.

Тел./факс (812) 316-58-72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (www.spbpasu.ru).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан « 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Ф.Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Определяющую часть затрат на водоснабжение составляют эксплуатационные расходы систем подачи и распределения воды (СПРВ), продолжающие увеличиваться в связи с ростом тарифов на электроэнергию. С целью снижения энергоемкости большое значение придается оптимизации СПРВ. Насосные станции, как один из основных структурных элементов, во многом определяют эксплуатационные и экономические показатели работы СПРВ. По авторитетным оценкам, до 50 % энергозатрат насосных систем может быть сокращено за счет изменения насосного оборудования и способов управления.

Состояние городских магистральных сетей привело к необходимости снижения давления, что потребовало компенсировать соответствующее падение напора на участках, приближенных к потребителям. Износ оборудования повыси-тельных насосных станций (ПНС) обострил необходимость их реконструкции для повышения надежности и КПД. С другой стороны, развитие городов и увеличение высотности домов, особенно при уплотнительной застройке, требуют обеспечения потребных напоров для новых потребителей, в том числе за счет оснащения нагнетателями домов повышенной этажности (ДПЭ). Совокупность указанных факторов является основанием постановки задачи определения оптимальных параметров ПНС при имеющихся ограничениях входных напоров, в условиях неопределенности и неравномерности фактических расходов.

Поэтому представляется актуальным совершенствование методологических подходов, разработка моделей и комплексного обеспечения принятия решений, позволяющих оптимизировать параметры повысительного насосного оборудования периферийных участков сети, в том числе при подготовке проектов. Распределение потребного напора между насосными узлами, а также определение в пределах узлов оптимального числа и типа насосных агрегатов с учетом расчетной подачи, обеспечат анализ вариантов схем периферийной сети. Полученные результаты могут быть интегрированы в задачу оптимизации СПРВ в целом.

Целью работы являлись исследование и разработка оптимальных решений при выборе повысительного насосного оборудования периферийных участков СПРВ в процессе подготовки реконструкции и строительства, включая методическое, математическое и техническое (диагностическое) обеспечение.

Для достижения цели в работе решались следующие задачи:

- анализ практики в сфере повысительных насосных систем с учетом возможностей современных насосов и методов регулирования, сочетания последовательной и параллельной работы с частотным регулированием привода (ЧРП);

- определение методического подхода (концепции) оптимизации повысительного насосного оборудования СПРВ в условиях ограниченности ресурсов;

- разработка математических моделей, формализующих задачу выбора насосного оборудования периферийных участков, водопроводной сети;

- анализ и разработка алгоритмов численных методов для исследования предложенных в диссертации математических моделей;

- разработка и практическая реализация механизма сбора исходных данных для решения задач реконструкции и проектирования новых ПНС;

- реализация имитационной модели формирования стоимости жизненного цикла по рассматриваемому варианту оборудования ПНС.

Научная новизна. Представлена концепция периферийного моделирования подачи воды в контексте сокращения энергоемкости СПРВ и снижения стоимости жизненного цикла «периферийного» насосного оборудования.

Разработаны математические модели для рационального выбора параметров насосных станций с учетом структурной взаимосвязи и полирежимного характера функционирования периферийных элементов СПРВ.

Теоретически обоснован подход к выбору числа нагнетателей в составе ПНС (насосных установок); проведено исследование функции стоимости жизненного цикла ПНС в зависимости от числа нагнетателей.

Разработаны специальные алгоритмы поиска экстремумов функций многих переменных, основанные на градиентных и случайных методах, для исследования оптимальных конфигураций насосных станций на периферийных участках.

Создан мобильный измерительный комплекс (МИК) для диагностики действующих повысителышх насосных систем, запатентованный в полезной модели №81817 «Система контроля подачи воды».

Определена методика выбора оптимального варианта насосного оборудования ПНС на базе имитационного моделирования стоимости жизненного цикла.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Даны рекомендации по выбору типа насосов для повысителышх установок и ПНС на основе уточненной классификации современного насосного оборудования для повышения напора в системах водоснабжения с учетом таксонометрического деления, эксплуатационных, конструктивных и технологических признаков.

Математические модели ПНС периферийных участков СПРВ позволяют снизить стоимость жизненного цикла за счет выявления «резервов», в первую очередь в части энергоемкости. Предложены численные алгоритмы, позволяющие доводить до конкретных значений решение оптимизационных задач.

Разработано специальное оперативное средство сбора и оценки исходных данных (МИК), используемое для обследования действующих систем водоснабжения при подготовке их реконструкции.

Подготовлены рекомендации по обследованию действующих повыситель-ных систем водоснабжения с использованием МИК и подбору оборудования для ПНС (выбору проектного решения) на основе малогабаритных автоматических насосных станций (МАНС).

Результаты НИОКР реализованы на ряде объектов коммунального водоснабжения, включая ПНС и МАНС в домах повышенной этажности.

Методы исследований. В работе проводились теоретические и экспериментальные исследования, включая натурные измерения, использовались методы математического (аналитического и имитационного) моделирования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений анализа, моделированием изучаемых процессов, подтверждена результатами других авторов. При постановке экспериментов применялись отработанные методики, в составе МИК использовались сертифицированные и прошедшие аттестацию оборудование и приборы. Достоверность полученных результатов обеспечена использованием математических методов обработки экспериментов (с применением компьютерных программ -пакета StatGraphics, табличного процессора Microsoft Excel).

На защиту выносятся:

- концепция «периферийного» моделирования СПРВ в контексте проблемы снижения энергоемкости и повышения надежности действующих СПРВ;

- математические модели задач оптимизации насосного оборудования на периферийном уровне СПРВ и специальные численные алгоритмы решения для исследования оптимальных конфигураций системы «ПНС - абонентская сеть»;

- принцип рационального выбора числа нагнетателей в составе ПНС и насосных установок (на основе минимизации стоимости жизненного цикла);

- система диагностического обследования (контроля) действующих ПНС на базе применения программно-аппаратного комплекса МИК для получения данных с целью дальнейшего определения оптимальных вариантов реконструкции;

- методика исследования и оценки эффективности на основе имитационного моделирования стоимости жизненного цикла периферийных повысительных компонентов для сравнения вариантов и обоснования выбора при проектировании.

Апробация результатов исследований и публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ (из них 3 - в журнале, рекомендованном ВАК). Получен патент на полезную модель (№ 81817, опубликован в 2008 г.). Положения работы докладывались и обсуждались в Санкт-Петербурге и Москве на 7 конференциях, ряде семинаров и кафедре водоснабжения СПб ГАСУ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка литературы (107 наименований) и 3 приложений. Объем основной части работы - 165 страниц компьютерного текста, включая 61 рисунок и 21 таблицу. Приложения представлены на 21 странице компьютерного теста и содержат 11 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность оптимизации параметров повыси-тельного насосного оборудования периферийных участков СПРВ, определены цель и задачи работы, приведены основные положения: научная новизна, практическая значимость, данные о внедрении результатов работы.

Первая глава содержит обзор основ теории, применяемого оборудования и структурно-параметрических схем повышения напора. Значительный вклад в разработку тематики внесли отечественные ученые: Н.Н.Абрамов, М.М.Андри-яшев, Ю.А.Ильин, С.Н.Карамбиров, В.Я.Карелин, А.М.Курганов, Л.Ф.Мошнин, Е.А.Прегер, П.Д.Хорунжий, Ф.А.Шевелев и др. На основе литературных источников и практического опыта рассмотрены вопросы задач повышения напора. Функциональные параметры насосов (подача, напор) связаны с мощностными:

Nñ=pxgxQ*H=QxP , r¡„=N„/N, rj^Nt/Ni , n»P=N/N2, Ца^хц^щ, (1) где р -плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; Q -подача, м3/с; Я - напор, м; Р - давление, Па; N„, N - полезная мощность и мощность (передаваемая от двигателя), Вт; N¡, ~входная (потребляемая двигателем) и выходная (выдаваемая двигателем) мощности, Вт; ij„, r¡np, щ,, r¡a -КПД насоса, передачи, двигателя, насосного агрегата в сборе.

Исходя из российской классификации, основанной на различиях в принципе действия, в группе динамических насосов выделим лопастные насосы, исполь-

зуемые на сооружениях водоснабжения и канализации. Напор лопастного насоса пропорционален частоте вращения п и диаметру И рабочего колеса. Для сравнения лопастных насосов используют коэффициент быстроходности п,:

. (2) Уточнена классификация насосов для повышения напора в водоснабжении. Даны ответы на ряд вопросов: какие новации повлияли на эксплуатационную практику, как удалось добиться роста КПД, какие виды насосов получили распространение для повышения напора в водоснабжении? Совершенствование гидравлических характеристик многоступенчатых центробежных «ин-лайн» насосов -сокращение утечек от перепада давлений в насосе, улучшение геометрии колеса, снижение п, - позволило повысить КПД на 10%. Возможность точного подбора в силу перекрытия диапазона подач и напоров, высокие КПД, надежность, частота пусков и более чем 10-летний опыт применения позволяют автору рекомендовать модель для повысительных установок на участках, приближенных к потребителю.

В открытых системах водоснабжения меняющийся объем жидкости транспортируется из одной точки в другие, требования системы постоянно меняются. Анализ методов регулирования рабочих параметров насоса для соответствия текущим потребностям показывает непроизводительные потери энергии при дроссельном регулировании (напор насоса больше потребного) и при регулировании байпасом (подача насоса больше потребной). Коррекция диаметра рабочего колеса неприменима из-за низкой оперативности. При подаче воды к потребителям эффективно применение ЧРП, изменяющего частоту вращения рабочего колеса (скорости насоса) с помощью преобразователя частоты тока (ПЧТ) и обеспечивающего уменьшением полезной, а также потребляемой мощности (рис. 1).

Регулирование скорости насоса с помощью ПЧТ - наиболее эффективный способ, эффективность обеспечивается уменьшением полезной и, соответственно, потребляемой мощности. Уравнения ка рис. действительны, если характеристика системы неизменна для ц и и2 - парабола с вершиной (0,0). Предполагается, что КПД насоса Т] - неизменный, т.е. /7, =т]г. На практике отклонение скорости насоса (частоты вращения) от номинала приводит к снижению кривой КПД насоса, максимум КПД насоса при снижении скорости до 50% от номинала может

определяться ^^-([-^^.{пх/п^. Рис. 1. Влияние скорости насоса (частоты вращения колеса) на его параметры Однако важно, что при отклонении частоты вращения от номинальной (на которой КПД оптимален) КПД насоса снижается. При ЧРП снижается КПД двигателя из-за внутренних потерь ПЧТ и потерь на гармониках в электродвигателе. «Конструктивные» потери КПД насосного агрегата при ЧРП, приводящие к росту удельного энергопотребления (на примере насоса ТРЕ 40-300/2-8) - снижение скорости до 60% от номинальной уменьшает г]а на 11 % относительно оптимального. Еще более значимо относительные энергозатраты и эффективность ЧРП зависят от условий эксплуатации (типа и характеристики системы, положения рабочих точек относительно максимума КПД), а также от критерия управления.

Регулирование скорости

В открытых системах вершина характеристики, как правило, не совпадает с началом координат из-за статической составляющей напора, поэтому при использовании ЧРП рабочие точки не находятся на параболе подобных режимов, проходящей через точки с максимальным КПД. Управление по характеристике системы снижает избыточные напоры, но определять потребный напор по текущему значению расхода затруднительно в силу изменчивости положений текущей диктующей точки (при изменении количества мест потребления, расположения в сети и расхода в них) и вершины характеристики системы на оси напора.

До массового применения средств КИПиА и передачи данных возможна лишь «аппроксимация» управления по характеристике на основе частных для сети предположений, задающих набор диктующих точек или ограничивающих сверху характеристику системы в зависимости от расхода. Поэтому в большинстве пространственных систем водоснабжения управление ведется по критерию постоянного давления, при котором снижение КПД по мере уменьшения скорости насоса усиливается (при условии максимума КПД в точке пересечения характеристики насоса при номинальной частоте вращения и линии установленного давления).

Определяя эффективность ЧРП для конкретной системы, следует рассматривать и другие методы сокращения мощности, в первую очередь, с помощью совместной работы ряда насосов. При повышении напора в оконечных участках сети встают вопросы сочетания последовательной работы групп насосов, параллельной работы в группе и совмещения параллельной работы насосов с ЧРП.

С учетом ограничений на объем капвложений маловероятно оперативное решение проблемы изношенности сетей. Вынужденное снижение напора в магистральных сетях для сокращения аварий и утечек приводит к поиску решений на периферии сети. Оптимальные параметры определяются при ограничениях входных напоров (подпоров) и неравномерности расхода. Целесообразно распределение напорных нагрузок между ПНС и насосными установками, которыми могут оснащаться дома повышенной этажности (ДПЭ). Подбор оптимального насосного оборудования предполагает сравнительную оценку выбираемого решения.

Во второй главе анализируется сложившаяся практика и тенденции применения насосного оборудования для обеспечения потребного напора на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей. Предъявлены результаты технической диагностики насосных систем с помощью разработанного МИК.

Вывод на потребные характеристики ПНС постройки 70-80-х годов (за-проектированых на большую производительность) достигается дросселированием, насосы работают с низким КПД. Для «компенсационного» повышения напора в оконечных участках сети необходима замена оборудования на менее энергоемкое, под потребные напоры и расходы. Обобщая практический опыт работ, предложены рекомендации по проведению реконструкции насосных станций (НС), а также систем в ДПЭ, с учетом возможности их предварительного обследования.

На Московской НС работы, включающие снижение выходного давления с установкой насосов в ДПЭ, обточку колес для «подгонки» рабочей зоны характеристики к оптимуму КПД и устройство ЧРП, обеспечили снижение расхода электроэнергии с 44246,9 тыс. кВт-ч (за 2000 г.) до 33526,1 тыс. кВт-ч (за 2005 г.).

На Пулковской НС (табл. 1) на основе данных о расходах воды взамен насосных агрегатов 8НДв-60 (излишний напор гасился задвижкой), подающих воду

И^цшр .¡раэврвае^&ш уйтаио^хой; м г

Ншкц! на вьифде

установки, м;—

Расход,;

Потребляемая мо1дног?ь, кВт

абонентам на Пулковских высотах, установлены насосы !ЧК 65-250 (Грундфос) комплектно с системой управления и контроля ЩУ 120.2.90.78 МР (Промэнерго), имеющей в составе ПЧТ. По завершении работ проведены измерения параметров подачи воды в соответствии с методикой, представленной в главе 5. Результаты измерений - на диаграмме рис. 2 (дневной и ночной режим, стабильность выходного давления, широкий диапазон расхода, снижение потребляемой мощности).

Таблица 1.

_Пулковская НС (СПб). Характеристики насосов 8НДв-60 и ]\К 65-250_

Марка насоса

£, м3/ч

N, кВт

Кол-во, шт.

Примечание

8НДв-60

720-540

89-94

Используемые ранее

>Ж 65-250

30-140

76-56

Новые

г «0Т.

Я «ЕП--

Е Ю

Установка Гидро Про 2 МК 65-250 МР (Промэнерго) на базе 2-х насосов ПК (Грундфос)

ф 8й 83 8£ 8* 11 II 11 1| 11 11 II II 85 8^ 1фемя!

в й" й~ ё" г г зь зй зь а6 з~ з" з~ измерении

Результаты измерений характеристик работы установки ГидроПро с помощью МИК

Рис. 2. Пулковская НС (СПб). Гидро Про 2 ЛК 65-250 МБ (Промэнерго) с ЧРП

За период 2005 - 2007 гг. проведены реконструкции ПНС №№ 41, 50, 51. Взамен насосов типа «К» применены установки Промэнерго на базе насосов С К Грундфос. В табл. 2 - данные по насосам до и после замены. Применение ЧРП также позволило дополнительно сократить энергозатраты: насос СЖ. 15-3 при расходе воды 13,2 м3/ч потребляет 2,3 кВт, а с ПЧТ - 1,43 кВт (на 38% меньше).

Таблица 2.

Насосы ПНС №№ 41,50, 51 до и после реконструкции

Насос Эл./двигат. Кол-во, шт. б, м3/ч Я, м N, кВт

п , об/мин

Характеристики насосов, эксплуатируемых до реконструкции

К 80 - 50

А02-62-2

К 90 - 55а

А02-52-2

К 90-55а

4А 16 052

Характеристики насосов в составе установок, эксплуатируемых после реконструкции

СЙ. 20-3

МО (011)

11-29

41-21

СЯ 10-5

МО (ОЯ)

50-33

СИ. 15-3

МО (ОЮ

40-25

Около 30% районных и квартальных сетей проложено из стальных труб, со временем подвергшихся коррозии и зарастанию отложениями. Чугунные трубы из-за длительного срока эксплуатации также требуют ремонта. Преодоление ограничений при повышении напора, накладываемых состоянием сетей, может достигаться «смещением» части напора к потребителю путем установки повыситель-ного насосного оборудования в ДПЭ с сокращением давления в наружных сетях.

В 2005-2007 гг. на Гаванской НС (СПб) напор на выходе снизили с 63 м до 52 м (дневные часы) и 47 м (ночные часы). Для компенсации дефицита напора было увеличено выходное давление на ряде ПНС, а в 36 домах, не подключенных к ПНС, были установлены 2-х насосные установки с ЧРП, обеспечивающие после себя постоянное давление независимо от допустимых колебаний входного напора и расхода. Например, в системе ХВС 15-этажного дома (ул. Нахимова, 3, корп. 3) для повышения напора с учетом выбранного Заказчиком решения (1 насос рабочий, 1 - резервный) смонтирована МАНС ГидроПро 2 СЯ 3-6 МБ (Промэнерго) со следующими диапазонами параметров насоса при номинальной частоте: подача от 1,2 до 4,5 м3/ч и напор от 38 до 13 м; потребляемая мощность 0,55 кВт.

Аналогичные задачи решались в 2007 г. по программе ГУП «Водоканал СПб» на массиве существующего фонда (Промэнерго обеспечило проектирование, производство, монтаж и наладку на 79 объектах - ДПЭ, основу составили МАНС с ЧРП на базе 2-х насосов СИ.). Реализации программы снизила остроту проблемы напоров и согласно расчетам обеспечила экономию электроэнергии на 308 тыс. кВт-ч/год, способствовала уменьшению потерь воды, снижению нагрузки на канализационные сети и ЦСА, сокращению затрат на аварийные работы. В настоящее время такие работы проводятся по заказам агентств и ТСЖ.

Подбор оптимального оборудования предполагает сравнительную оценку решений. На практике, для снижения первоначальных затрат, из рассмотрения часто исключаются решения с числом рабочих насосов более одного, эксплуатационные затраты мало влияют на выбор. В случае «1 - рабочий, 1 - резервный» весь диапазон подачи обеспечивается одним насосом.

Например, замеры расходов и напоров на вводе 15 этажного дома, проведенные до замены (рис. 3-1), показывают, что выбранный заказчиком насос абсолютно большую часть времени будет работать с подачей значительно меньше номинальной и, соответственно, при более низком КПД (рис. 3-2).

Рис. 3. СПб, ул. Нахимова, д. 7, корп. 3: 1) натурные замеры (МИК) расхода и напора; 2) параметры работы и характеристика МАНС МультиПро 2 С К 10-3 МР

Нередко для «перестраховки» выбирается насос, номинал подачи которого превышает реальный расход. Так, в жилом доме, по адресу СПб, Тихорецкий пр., 11, заказчик предпочел установку с рабочим насосом СЯ 5-8, что не соответствует данным измерений, при которых расход не превысил 2,8 м3/ч (рис. 4). Это приведет к перерасходу энергии из-за очень низкого КПД в диапазоне подач, снизит надежность и долговечность по причине подач ниже допустимых 10% номинала.

Рис. 4. Характеристики и режимы работы рабочих насосов в составе вариантов МАНС для нижней зоны (до 9 этажа) дома по адресу: СПб, Тихорецкий пр., д.11

Отсутствие заинтересованности в эксплуатационной эффективности установок подтверждается преобладанием 2-х насосных установок (1 - рабочий), особенно среди установок с ЧРП, используемых, как правило, в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения, и в первую очередь, жилых зданий (табл. 3).

Таблица 3.

Тип поставляемых повысительных установок - по числу насосов (производители установок) Количество (в разрезе схем управления) Всего установок

Противопожарная Ступенчатая (каскадная) Регулируем. (ступ.+ЧРП)

1-но насосные 0 (-/-) 0 (-/-) 1 (-/1) 1 (-/1)

2-х насосные 31 (4/27) 17 (4/13) 106 (15/91) 154 (23/131)

3-х насосные 21 (-/21) 8 (5/3) 32 (18/14) 61 (23/38)

4-х насосные 1 (-/1) 2 (1/1) 11 (3/8) 14 (4/10)

Итого (Грундфос/Промэнерго) 53 (4/49) 27 (10/17) 150 (36/114) 230 (50/180)

На основании обобщения опыта автором предложены рекомендации по организации работ в ДПЭ. Более высокая эффективность и надежность установок достигается за счет реального сочетания ступенчатого (каскадного) и плавного (частотного) регулирования. Для преодоления эмпирического характера подбора целесообразна разработка модели оптимизации параметров насосного оборудования периферийных участков сети, которая позволила бы анализировать возможные схемы сети с распределением параметра напора между насосными узлами и определением оптимального числа насосов в пределах оснащенных узлов.

Определяя концепцию периферийного моделирования подачи воды в контексте сокращения энергоемкости СПРВ в целом и стоимости жизненного цикла периферийного насосного оборудования, отметим, что поиск решений в оконечных участках сети представляется возможным в силу декомпозиции модели СПРВ на 2 принципиальных уровня:

- нижний (магистральный) уровень сети (НС П и последующих подъемов по критерию отсутствия прямых подключений конечных потребителей);

- верхний (периферийный) уровень сети (НС завершающих подъемов, а также внугридомовые подкачки).

Системы верхнего уровня являются подходящим объектом исследования в рамках теории гидравлических цепей (ТГЦ), основы ТГЦ изложены в работах

A.Г.Евдокимова, А.П.Меренкова, М.А.Сомова, С.В.Сумарокова, А.Д.Тевяшева,

B.Я.Хасилева, В.Р.Чупина и др. Опираясь на способы моделирования систем пространственной структуры с насосными станциями, определена общая постановка оптимизационной задачи верхнего (периферийного) уровня водопроводной сети.

Третья глава диссертации посвящена вопросам математического моделирования при решении задач рационального выбора насосного оборудования ПНС. В рамках теории гидравлических цепей (ТГЦ) удалось формализовать подход к построению математических моделей для решения задач параметрической оптимизации насосного оборудования на периферийном уровне СПРВ.

Согласно терминологии ТГЦ математические модели водопроводных сетей - нелинейные гидравлические цепи, структура которых моделируется конечными ориентированными связными графами, а потокораспределение определяется законами сохранения массы и энергии. В работе предложен унифицированный подход к построению математических моделей и разработан специальный алгоритм численного метода для решения задач оптимального синтеза, основанный на исследовании пространства возможных состояний гидравлической цепи и выявлении тех из них, которые оптимизируют значения целевого функционала.

Систему «районная ПНС - абонентская сеть» представим ориентированным графом (рис. 5). Пусть целевой функционал описывает энергетические затраты на транспортирование воды от узла, примыкающего к магистральной сети СПРВ, до конечных потребителей. Задача минимизации целевой функции в рамках ТГЦ может быть представлена в виде (3) - (11), см. рис. 5.

узел 1 - узел нодачя из.дилшегЧ'ЧвиГистралъясгс»)-------

уровнясетн, .....

таш 3. 4. 5.-Цгзды абонентского отбора первой зоны,, узлы 6.7. 8 - умы абонентского отбора второй зоны; участок 1-2 - участок. имнтируюивгй районнутоИНС; учаЬтки 2 3.2 Л. 2-5 -участки. "У/

нйнтирующие структуру внутри- ~_^

районной распределительной сети; *

унастки 3-6.4-7. 5-В -участки. ими ■Яфующне насосное оборудование ¿^дельных абонентских узлов.

бЧ

1-ый абонентский >

У*л Ч

Ь>-

Насосная станция А/ ** гасосное

°ч * г

С|»Т№ие стбс'ры ДЛЧ П4рЖ'ДЛ зосюяЕние. р?жпц- проекций. Т>йс;:год,ы на фпу-тньны:? учапк^:, периода псс.тоеткн и швегтчы

м'.арного стнжен_ияа-ндко

(и-1)-Ы11 аОопапаэш

(3)

15Й 1

Г-

<2><5=о, (4)

ВхЛ=0, (5)

К - » (6)

(7)

(8)

(9)

ц.фг'ЬеД, (10)

01)

Множества индексов участков (узлов).' Р — с активными сопроявлениями. Я — с насосным оборудованием; ^ - фиктивных; 2 - всех участков г я,; Р} -входящих в цепь. соедншоошую ^уэел суслом подачи; 7* - всех узлов г Д.; иатрнца главны* сечений граф а; В -цикломатяческая ыатрггца графа; $ -векторрасходов на участках; к - вектор гидравлических сопротивлений участков (/ь - фиктивнее гидравлическое сопротивление, моделирующее пьезометрический напор в узле магистральной сеты, примыкающей к сета района), г -геометрическая высота узла, р*" - допустимый свободный напор в узле, эдл^ - знаковая функция (возврат +1 для участков с активными сопротивлениями, к -1 для участков с фиктнввыми сопротивлениями), б1 активное гидравлическое соорогквлекие участка, а я А -к<»ф-гы лриведевнойхарактерветнкв насосного оборудования; ре""], [йЛ""] - интервалы изменений параметра а и А

Рис. 5. Районная ПНС - абонентская сеть. Модель параметрической оптимизации Задача минимизации целевой функции решается относительно определяемых наборов коэффициентов а и Ь насосного оборудования на ПНС и у абонентов. Последовательно продвигаясь от базовой постановки (3) - (11) к более адекватным реальности и сложным формулировкам, в работе рассмотрены несколько групп задач оптимального синтеза: минимизации энергетического функционала с

учетом полирежимного характера функционирования системы, в условиях применения ЧРП, при каскадном (КР) и каскадно-частотном регулировании (КЧР).

Полирежимный характер учитывается введением новой целевой функции, отражающей средневзвешенную мощность работающего в течение всего диапазона моделирования (например, суток) насосного оборудования

где Тк - продолжительность н> -го временного периода.

В итоговой модели для учета затрат потребляемой мощности в целевую функцию будут дополнительно введены параметры КПД работающих агрегатов.

При возможности регулировать параметры единственного нагнетателя на каждой НС за счет ЧРП для идентификации его рабочей характеристики предлагается специальный алгоритм, основанный на сопоставлении оптимальной режимной точке нагнетателя при номинальной частоте вращения серии гидродинамически подобных насосов. Для определения серии используется коэффициент быстроходности п,, по значению которого задается интервал изменения некоего параметра (?„, позволяющего идентифицировать коэффициенты а„ и Ь„.

где Оф - подача насоса при наибольшем КПД на номинальной скорости, соответствующая расходу с наибольшей повторяемостью (по результатам стратификации данных о соответствующем фактическом водопотреблении); Н„вр1 - определенная при минимизации функционала (3) величина оптимального напора для сетевого отбора, соответствующего 0,ор,, и при виде условия (8) к„=Н„ор, и условия (10) Нпор, £[о,й„"""], иеЛ; параметр (7„ определен интервально 1,05<(7<1,08 при

л,е[4030), 1,08<С<Ц5 при п,е[80150), Ц5<0<125 при л,е[150,250).

При идентификации коэффициентов ап и Ь„ следует обеспечить условие -нагнетатель должен развивать потребный напор на всем диапазоне возможных подач без увеличения частоты вращения рабочего колеса выше номинальной.

В условиях каскадного управления идентификации подлежит рабочая характеристика отдельного нагнетателя. Если каждая насосная установка - каскадно регулируемая (НУКР), и нагнетатели в составе отдельной НУКР эквивалентны, то при задании области допустимых решений (4) - (11) некоторую модификацию претерпевают лишь уравнения (8), которые для каждого V) -го периода потребления имеют вид: К„=ап-крпу1хЬпхдп^, лей.

Коэффициент крп„, учитывающий количество Ь„„ одновременно включенных в работу насосов для -го периода в составе п -ной НУКР, определяется как Арлн,=1/4„г, при этом > гДе номинальная подача одного насоса

0,=тах(д„у,уК,пеЯ, К - общее число рабочих насосов в составе одной НУКР, Г 1 — функция потолок (Кеннет Айверсон).

(12)

'п ор1 9

(13)

При использовании насосных установок с каскадно-частотным регулированием (НУКЧР) в условиях управления по поддержанию постоянного давления на выходе установки (при произвольной подаче) встает вопрос определения коэффициентов а„р1г и Ь„рег регулируемого насоса при текущей частоте вращения п„т„ . Для подобных режимов величина внутреннего гидравлического сопротивления насоса не меняется, характеристики при номинальной и уменьшенной частотах вращения параллельны друг другу, поэтому

n=a„-b„xQl, Ьяре!=Ъ„, п„ргг=и„ х^(Я+Ьпрегх(£р„)/а„ , anpt,=a^(n„pu/nrf , (14) где а„, Ь„ - коэффициенты приведенной характеристики насоса при номинальной скорости; п„ - номинальная частота вращения рабочего колеса насоса, Q, - подача насоса при номинальной скорости; Q- легко определяемая («недостающая»), приходящаяся на регулируемый насос подача, Я - напор насоса, обеспечивающий заданное давление.

В различные временные периоды (моменты) на насосных станциях функционирует (обеспечивает текущую подачу) различный состав нагнетателей с изменением частоты вращения рабочих колес отдельных из них. Важное практическое значение имеет задача определения оптимального числа рабочих агрегатов ПНС при использовании КЧР. Энергоэффективность растет с увеличением числа рабочих насосов К за счет повышения точности аппроксимации потребной нагрузки, однако в целом требуется минимизировать не энергетические затраты, а общую стоимость системы. Забегая вперед отметим, что в методическом плане подход основан на учете стоимости жизненного цикла оборудования - совокупных затрат на строительство (реконструкцию), эксплуатацию (в течение расчетного периода) и завершение использования.

Анализ стоимости жизненного цикла (в зарубежной практике принято сокращение LCC - Life Cycle Cost) помогает повысить эффективность систем. Для «затратных» инвестиционных проектов при выборе оборудования задача сводится к выбору варианта, минимизирующего совокупные дисконтированные затраты.

тегп-г , ^ CE(t)+Cg(t)+Cu(t)+Cs(t)+CENr(t) Сп

где LCCD - совокупные дисконтированные затраты за жизненный цикл оборудования; t — текущий шаг расчетного периода; Тсл - срок службы; г — расчетная норма дисконта; С,с - начальные затраты (цена); Сш - затраты на монтаж и ввод в эксплуатацию (включая обучение персонала); CE(t)+C0(t)+CM(t)+Cs(t)+CEW(t) - сумма эксплуатационных затрат в течение шага t, соответственно: на электроэнергию (привод, средства управления и устройства), операционные (оплата персонала, обеспечивающего текущее обслуживание), на сервисное обслуживание и ремонт (регулярный сервис и плановый ремонт), на непроизводственные потери (простои вне эксплуатации), на экологию (устранение последствий загрязнения от работы оборудования); CD - затраты на списание и утилизацию (включая восстановление окружающей среды, ликвидацию вспомогательного оборудования).

Наиболее значимый вклад в LCCD насосного оборудования вносят затраты на электроэнергию. Для ПНС в силу отсутствия постоянного обслуживания и

большой наработки насосов (более 2000 часов в год) распределение еще более сдвигается в сторону преобладания энергозатрат. Это позволяет произвести декомпозицию задачи исследования поискового пространства (модель на рис. 6):

- на внешнем цикле варьировать число рабочих насосов насосных станций К, определять стоимость жизненного цикла для каждого К (опираясь на полученное в рамках внутреннего цикла оптимальное решение), выбирая в итоге наилучшее из оптимальных решений, обеспечивающее минимальную стоимость;

- на внутреннем цикле искать набор {а, Ь}, минимизирующий осредненную за расчетный временной период потребную мощность системы для данного К.

ихй =КСО (у)^тт , О:

(16)

£Т.

(18)'(29)

-)вт, (17)

Ттпгшне поиедемие нелепом Функции в зависимости от числа |шГючн\ 1Г.И Щ1М:.

Кол-во рабочих насосов на

0.х?.=0;*ф23], (18)

В.хг.=0,-ге[(123], (19)

Ч-Явд^^^еН. (20)

^.^„-^х^х^/вегг-жфгэ],

(21) (22)

(23)

(24)

(25)

(26)

ОпишальномуК (на внешнем пнк'к') соответствует минимальное значение 1ССОн набор (а,Ь). С учетом гревалировання затрат па элмсгроэнфгню счшаем, что найден глобальный минимум 1ССП

Выбор насосного оборудования, соответствующего {а,Ь}, осуществляется после имитационного М ОД егШроВ 31ШЯ Ш реального сортамента.

<1„е[0,в;-];иеК, (27)

(28)

Ке[0,10]. (29)

Рис. 6. Задача об отыскании минимума стоимости жизненного цикла ЬССй (и двойственная задача определения оптимального числа рабочих насосов НС)

Каждому полученному при решении оптимизационной задачи (17) набору {а, Ь} соответствует некая сумма ЬССО. Оптимальному К, определяемому на внешнем цикле по критерию минимума ЬССО, соответствует свой набор {а, Ь}. С учетом превалированию энергозатрат можно считать, что в результате решения найден глобальный минимум стоимости жизненного цикла.

Предложенная модель - способ снижения стоимости жизненного цикла насосного оборудования периферийных участков за счет выявления «узких» мест действующих и проектируемых систем в части энергоемкости. Модельное решение теоретически обосновывает число нагнетателей в составе ПНС и насосных установок. Аналогично строится вычислительная схема решения оптимизационной задачи в условиях различных К для отдельных насосных станций. При исследовании функции стоимости жизненного цикла в зависимости от числа нагнетателей для действующих систем оптимальное число рабочих насосов в составе НС составляло, как правило, 3-4 единицы. Типичное поведение целевой функции в зависимости от числа рабочих насосов таких НС представлено на рис. 6.

Окончательное решение о выборе насосного оборудования, соответствующего полученному при решении оптимизационной задачи набору коэффициентов, принимается после имитационного моделирования с фактическими {а,Ь} из имеющегося сортамента (см. главу 5). Тогда же уточняются параметры энергопотребления системы, КПД ее составляющих и затраты за весь жизненный цикл.

В четвертой главе работы рассматриваются особенности реализации численных схем решения задач параметрической оптимизации насосного оборудования, а также методы получения информации о характере потребления абонентских узлов системы, необходимой для математического моделирования.

Методами статистического анализа показана ярко выраженная регулярность режима водопотребления отдельных зданий, что позволяет использовать для описания относительно небольшие периоды, корректируя при необходимости данные разными коэффициентами неравномерности с учетом времени измерений. Для описания исходных данных задач оптимизации насосного оборудования используются метод определения коэффициентов часовой неравномерности на основе модели мультипликативной сезонной декомпозиции или метод, основанный на частотном распределении расходов в исследуемом временном ряду (рис. 7).

Рис 7. Исследуемый временной ряд: 1) Базовая статистика. 2) Частотное распределение расходов. 3) Периодограмма

Рассмотрены методы построения аналитических выражений для описания характеристик нагнетателей. Рабочие характеристики насосов представлены в виде Н^а-ЬхО1, где Я - напор насоса при его подаче 0,, а и Ъ - некоторые параметры. Аппроксимация характеристик при разработке выполняется по методу наименьших квадратов (методу Гаусса). Для описания КПД двигателей используются многочлены вида г/=А+Ву()+Сх<22 , а для КПД насосов - вида ц=Ах(2+Вх(22, хорошо отражающие характеристики каталогов и удобные для использования. Отметим полуэмпирическую формулу связи КПД насоса при номинальной частоте щ и частоте регулирования п<п0:

'Н^А2/(4хВМп0/пГ\,о (1-(1+^У(4хД))х(Яо/д)0] -(п/п0)хА/(2хВ) ) * { ((п/щ)хЛ/(2хВ))2

>7„=*7„(йи)=2х1

,хе2

(30)

где б - подача насоса; А, В - коэффициенты в полиноме г]=Ахд+ВхО*, описывающем КПД насоса при номинальной частоте щ (на основе каталога).

В силу характера пространства возможных решений для исследования оптимальных конфигураций НС в составе периферийных участков потребовалась разработка специальных алгоритмов поиска экстремумов функций многих переменных, основанных на градиентных и случайных методах.

В работе на примере показано, что для решения простых задач параметрической оптимизации могут быть использованы градиентные методы поиска (метод штрафной функции). При ограничениях на решение Б(х1,хг,...,х„)->тт в виде неравенств ..,х„)<0, у'=1,...,т и уравнений /¡к(хь...л,)=0,£=1,...,(, образующих пространство возможных решений %, может быть введена функция вида:

где - функция знака (возврат -1, если значение параметра < 0, и +1, если значение параметра > 0), у>0 - некоторый положительный параметр.

Строение (31) таково, что при наличии у функции 5(х1,х2,...,х„) минимума в пространстве % такой же минимум будет иметь и функция Ф(хьхг...,хюу).

К сожалению, для реальных задач высокой размерности предложенную схему поиска минимума реализовать сложно - на границе допустимой области исследуемая функция имеет излом, затрудняющий поиск стандартными градиентными методами. Поэтому для поиска минимума целевой функции предложен специальный алгоритм (модифицированный план Холланда), сочетающий основные достоинства градиентных и случайных методов исследования пространства.

В пространстве возможных решений % выделим некоторое количество М наборов коэффициентов а и Ь (описывающих насосное оборудование). Один набор а и Ь определяет структуру А - экземпляр решения. Совокупность начальных экземпляров решения, (полученных с помощью генератора псевдослучайных чисел) будем называть начальным планом, обозначив его В(0).

Для каждого экземпляра из В(0) единственным образом определено значение целевой функции. Совокупность значений целевой функции всех экземпляров из В(0) определяет вектор ь>(0)=(/(1(0),...^л,(0)). Определим среднее значение

целевой функции экземпляров В(0) как /}(0)=£/л,(0)/А/. Для маркировки итера-

ций будем использовать переменную t (для начального плана f=0). Дальнейший алгоритм поиска оптимального плана циклично повторяет следующие шаги.

1. Выбор экземпляров для улучшения. Следующая итерация i=i+l. Определяется случайная переменная Rand, на множестве %м={\,...,М} с вероятностью любого /е£м пропорционально p(t-\)/pf(t-\). Испытание Rand, - результат v(f) определяет номер первого экземпляра из B(f-1) для улучшения, повторным испытанием определяется номер второго экземпляра V(t) из B(f-1) для улучшения.

(31)

2. Формирование улучшенного экземпляра. С вероятностью Рс - рекомбинация отдельных фрагментов экземпляров с номерами v(/) и V(t) из В(г-1). С вероятностью 0,5 выбирается один из рекомбинированных экземпляров и сохраняется как Л(/)'. С вероятностью - случайная замена отдельных элементов в наборах а и b данного экземпляра Л(/)'.

3. Отбор экземпляра для элиминирования и замена его улучшенным. С равной вероятностью 1 /М для всех / eÇu определяется случайным образом номер

o(t) экземпляра из B(t-l) для замены на А(/)'. Обновляется текущий план В(/)

путем переноса всех экземпляров из B(t-1) и замены A0(,/t) на A(tf.

4. Определение целевой функции нового экземпляра. Вычисляется целевая функция Да^)1). Обновление u{t)=(jj,(t),...^M{t)), /j(i)=£/4(i)/M ■ Переход к шагу 1.

При достижении требуемого значения целевой функции алгоритм завершает работу. Процедура оптимизации основана на циклической рекомбинации лучших экземпляров текущего плана. На рис. 8 приводятся пояснения относительно смысла процедуры рекомбинации двух лучших экземпляров. Там же показан характер изменения среднего значения целевой функции ¡At), где также выделен (описан) ряд характерных областей в ходе оптимизационного процесса.

НАЧАЛЬНЫМ ФОРМИГСШШШ УЛУЧШЕННОГО ПЛАНА УЛУЧШИ ~ '

Рис. 8. Модифицированный план Холланда. 1) Схема улучшения начального плана. 2) Типичное изменение среднего значения целевой функции

В пятой главе представлена разработанная методика исследования и оценки сравнительной эффективности повысительных компонентов на периферийных участках СПРВ, обеспечивающая принятие обоснованного решения по выбору варианта насосного оборудования как при проектировании новых, так и при реконструкции действующих ПНС, а также установок в ДПЭ.

Как уже отмечалось, подход основан на учете стоимости жизненного цикла оборудования и выборе варианта, минимизирующего совокупные дисконтированные затраты (15). Решение задачи оптимизации должно быть получено в рамках «внешней» задачи об отыскании минимальной стоимости жизненного цикла, сформулированной в главе 3 в форме (16) - (29). Согласно указанной задаче ЬССО=1уССО(у)->тт, при этом в качестве целевой функции, характеризующей

общую эффективность системы, в главе 5 была выбрана обобщенная форма (15).

Схема улучшения начального плана

Стоимость насосного оборудования может быть определена в зависимости от номинальной подачи насоса О,, (м3/ч) в составе установки (при максимуме КПД), напора Н0 (м.в.с.), соответствующего О,, и количества насосов Кг в составе установки. Дополнительные вложения, затраты на установку и пуск насосного оборудования сопоставимы с его стоимостью. Совокупная мощность (Л') находящихся в работе насосов позволяет оценить затраты на электроэнергию. Затраты на обслуживающий персонал, сервис и запасные части для периферийных повысительных компонентов согласно экспертным оценкам могут быть оценены на уровне 50% от энергозатрат. Предполагая ежегодное 8%-ное удорожание электроэнергии и других эксплуатационных затрат по годам расчетного периода (7=8 лет), пренебрегая затратами на простой и ликвидацию, считая один насос резервным, определим функцию экспресс-оценки совокупных дисконтированных затрат за жизненный цикл повысительного насосного оборудования (в евро):

1=1 (1+г)

где г„ - стоимость электроэнергии, евро за кВт/ч; г - расчетная норма дисконта, на уровне ставки ЦБ РФ (при 10 % г=0,10 ).

Более точно составляющие жизненного цикла можно оценить, располагая информацией об оборудовании и нагрузках в рассматриваемой части СПРВ. Моделирование системы на базе оптимизационных задач предполагает наличие информации о характере потребления абонентских узлов, значениях расходно-напорных и электрических параметров предполагаемого к замене оборудования.

С целью обеспечения сбора и начальной обработки данных разработан Мобильный Измерительный Комплекса (МИК). Внешний вид МИК и схема размещения его компонентов для работы представлены на рис. 9.

Рис. 9. МИК. 1) Внешний вид. 2) Схема установки компонентов для замеров

Часто необходимо оценить возможности реконструкции действующей ПНС с заменой оборудования на соответствующее фактическим параметрам и, как следствие, более эффективное. Для определения реального режима эксплуатации с помощью МИК проводится параметрический аудит насосов, в результате будут получены данные о значениях основных параметров (подачи, входного/выходного напора и потребляемой мощности) за достаточный период. Порядок

подготовки и проведения измерений (обследования действующих повысительных систем водоснабжения) с использованием МИК приведен в диссертации.

С учетом опыта измерений ПНС завершающих подъемов рекомендуется запись с поминутным осреднением. Полученный файл (массивы результатов измерений параметров) конвертируется в Excel-таблицу (и диаграмму); значению одного параметра (среднему за минуту) поставлены в соответствия значения других параметров (средние за ту же минуту). На основании получаемых МИК данных, после решения задачи оптимизации выбираемый вариант насосного оборудования оценивается в рамках имитационной модели LCCD. Для иллюстрации методики оптимизационного комплекса рассмотрим пример оценки реконструкции ПНС (с заменой насосного оборудования на новое, соответствующее фактическим параметрам эксплуатации, более энергоэффективное).

Возвращаясь к замене в 2007 г. насосов на Пулковской НС (табл. 1 и рис. 2), примем условно результаты замеров (параметрического аудита) с помощью МИК после реконструкции за базовую статистику, обрабатывая которую получим частотное распределение расходов (абонентских отборов), как на рис. 7. Рассмотрим результаты моделирования и сравним эффективность модельного решения и принятого ранее при реконструкции. Задача минимизации стоимости жизненного цикла НС согласно оптимизационной модели (16) - (29), при одной НС и абонентах без насосного оборудования, решается расчетной схемой градиентного метода на базе соотношения (31). В качестве инструмента используем Microsoft Excel и макрос «Solver» («Поиск решения»). При моделировании насосов Пулковских высот минимум LCCD достигается при 4 рабочих насосах, с одним ЧРП (рис. 10).

S н

...Стоимосты жизненно FO- циклиХСО)

12 3 4 5 6

Количество рабочих насосов

ill

s s

* 5

BODO; Bb.U'J

Стабили- Подач* одного заиия нсрсг/mipye-даплсния uoro nacoca а

насосом, установки,

68.03 66.00 60.03 вв.ОЭ; en.oji

вЯ.ПП: «8 03 08 о: 60.0Э

60, со «о,ou

Количество работающих аграгагов в

Зависимость стоимости жизиепного цикла | насосной группы Пулковских высот Ог:

от количества рабочих насосов:

Рис. 10. Пулковская НС. Оптимизационный поиск коэффициентов а и Ь

Анализируя результаты, отметим характер функции стоимости жизненного цикла ЬССВ при различных способах регулирования (слева на рис. 10). При КР максимум «выигрыша» для ЬССИ получен при переходе от одного рабочего насоса к двум, при КЧР - выраженный оптимум ЬССИ при 4 рабочих агрегатах.

«Идеальным» рабочим характеристикам моделирования удовлетворяют насосы СЯ 32-5-2 (Грундфос). На следующем этапе с помощью имитационной модели оценивается энергопотребление выбранного комплекта насосного оборудования (впрямую по значениям расхода согласно данным измерений, при заданном выходном напоре) и рассчитывается стоимость жизненного цикла. Результаты имитации для МАНС 5 СЛ 32-5-2 (4 рабочих, 1 резервный) - на рис. 11.

и (»ч; <дз=А1в-сж: '»го ч

Р«1УЯЬТ«Ч мод«яирочния

; 03.0? 07 И

03.09 о: аа

■ 03.09 07 Ш7

■ 03 09 07 Л 68

инипдаоинсг» и»л<

кия гидтпнч«*»"

Рис. 11. Пулковская НС. Имитация затрат, оценка ЬССО (МАНС 5 СЫ 32-5-2)

Сравнивая результат моделирования с нынешней ситуацией (2 №С 65-250, 1 рабочий, 1 резервный, с одним ЧРП), и опираясь на оценку стоимости жизненного цикла обоих вариантов, можно сделать вывод о более высокой эффективности оптимального проектного решения по сравнению с действующим (рис. 12). Если бы сравнение осуществлялось при принятии решения о реконструкции, то выбрать следовало бы МАНС 5 СЯ 32-5-2 несмотря на более высокую цену приобретения. Срок окупаемости дополнительных инвестиционных затрат, понесенных по сравнению с вариантом Гидро Про 2 МК 65-250 М1% составил бы около 4 лет. Такой результат получен несмотря на то, что максимальный КПД отдельного насоса КК 65-250 превышает аналогичный показатель насоса СИ 32-5-2.

Имитация рлс.ходно-напорных и МОЩ1ЮСТНЫХ параметров

(ла Ь:*-

■ ?гкжгяс линии (па обои г. мриднтад}

Патр>6лианаиноии<ости 1дайст1у«щана<ст«тя)

оздалоомзт озл5гооп«лс

Сравнение потребляемой мощности

для действующего и проектного Действующая система Проектируемая система Экономия

(модельного) вариантов ■ экономия, .«ро 0 0 33 036,65

л Эксплуатационные затраты, е&ро 175 971,53 132 778,62 0

■ Инвестиции, евро 21 700,00 31 856,26 0

Оценка стоимости

жизненною цикла

Рис. 12. Стоимость жизненного цикла действующего и модельного варианта Обобщая представленный материал имитации, можно сделать вывод -экспертная оценка возможности и вариантов реконструкции ПНС с заменой насосного оборудования на новое (более эффективное) может быть реально подкреплена применением оптимизационного и имитационного моделирования. Результаты моделирования на основе данных параметрического аудита позволяют существенно повысить обоснованность оценок и выбора оборудования.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Технические новации в области насосного оборудования создали условия для изменений, влияющих на эксплуатационную практику в части надежности и экономии энергии. С другой стороны, совокупность ряда факторов (состояние сетей и оборудования, территориальное и высотное развитие городов) привела к необходимости нового подхода к реконструкции и развитию систем подачи воды. Проведенный анализ публикаций и накопленный практический опыт стали основанием постановки задачи определения оптимальных параметров повысительного насосного оборудования.

2. Предложена концепция периферийного моделирования, как развитие идеи перераспределения нагрузки между магистральной и распределительной частями системы с целью минимизации непроизводственных потерь и энергозатрат. Стабилизация избыточных напоров на оконечных участках водопроводной сети обеспечит сокращение энергоемкости СПРВ.

3. Предложены оптимизационные модели для рационального выбора повысительного насосного оборудования периферийных участков сети с привлечением ТГЦ. Разработанная методология учитывает полирежимный характер функционирования, способы регулирования работы нагнетателей и их компоновку в составе НС, взаимодействия отдельных элементов системы с учетом обратной связи, а также разнообразие целевых функций, отражающих энергоэффективность системы или ее инвестиционную привлекательность.

4. Исследование оптимизационных моделей и верификация результатов моделирования действующих повысительных насосных систем позволили теоретически обосновать подход к выбору количества и параметров нагнетателей в составе ПНС (насосных установок) на основе принципа минимизации стоимости жизненного цикла (LCCD) насосного оборудования. Проведено исследование зависимости функции LCCD насосных установок от числа нагнетателей.

5. Разработаны специальные алгоритмы поиска экстремумов функций многих переменных для решения реальных задач оптимизации насосных станций на периферийных участках, сочетающие особенности градиентных и стохастических подходов исследования поисковых пространств. Алгоритм, основанный на модификации репродуктивного плана Холланда, позволяет решать рассматриваемые задачи без введения упрощающих предположений и замены дискретного характера пространства возможных решений на непрерывный.

6. Создан МИК для диагностики действующих повысительных насосных систем, запатентованный в полезной модели (№ 81817), обеспечивающий необходимую полноту и достоверность исходных данных для решения задач оптимального синтеза элементов СПРВ. Разработаны рекомендации по обследованию действующих повысительных систем водоснабжения с использованием МИК.

7. Разработана методика выбора оптимального варианта насосного оборудования ПНС на базе имитационного моделирования LCCD. Совокупность методических, математических и технических подходов работы позволяет осуществить поиск решения и выполнить сравнительную оценку действующих и новых нагнетателей с точки зрения их эффективности, рассчитать срок окупаемости инвестиций.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Штейнмиллер О. А. Проблемы в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения зданий. Установки повышения давления / О. А. Штейнмиллер // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. — СПб., 2004. — № 2 (14). — С. 2628.

2. Ким А. Н. Проблемы в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения зданий. Установки повышения давления / А. Н. Ким, П. Н. Горячев, О. А. Штейнмиллер // Материалы 7-го международного форума HEAT&VENT. — М., 2005. — С. 54-59.

3. Ким А. Н. Оптимизация насосных систем подачи воды при различных напорно-расходных параметрах водопотребления / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер // Сборник докладов 5-й международной НПК (в рамках выставки «Baltic Build — 2006»), — СПб., 2006. — С. 25- 27.

4. Ким А. Н. Оптимизация насосных систем подачи воды / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер // Доклады 64-й научной конференции. — СПб. : СПбГАСУ, 2007.—Ч. 2, —С. 44-48.

5. Патент на полезную модель № 81817, МПК G05B 15/00. Система контроля подачи воды / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер.; опубл. 2008, Бюлл. № 9.

6. Ким А. Н. Разработка мобильного измерительного комплекса (МИК) для оценки работы насосных систем / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер, А. С. Миронов // Материалы 4-х академических чтений РААСН. — СПб., 2009. — С. 46-50.

7. Ким А. Н. Мобильный измерительный комплекс (МИК) и его использование для оценки работы насосных систем / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер, А. С. Миронов // Доклады 66-й научной конференции. — СПб.: СПбГАСУ, 2009. — Ч. 2,—С. 66-70.

8. Штейнмиллер О. А. Задача оптимального синтеза повысительных систем подачи и распределения воды (СПРВ) микрорайона / О. А. Штейнмиллер, А. Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. — 2009. — № 1 (18). — С. 80-84. (из списка ВАК).

9. Штейнмиллер О. А. Статическая и полирежимная оптимизация параметров насосного оборудования системы «районная насосная станция — абонентская сеть» / О. А. Штейнмиллер, А. Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. — 2009. — № 2 (19). — С. 41-45. (из списка ВАК).

10. Штейнмиллер О. А. Численные методы решения задачи оптимального синтеза повысительных систем подачи и распределения воды микрорайона / О. А. Штейнмиллер // Вестник гражданских инженеров. — 2009. — № 4 (21) . — С. 81-87. (из списка ВАК).

11. Штейнмиллер О. А. Оптимизация систем водоотведения, водоснабжения и водоподготовки. Вопросы энергоэффективности / О. А. Штейнмиллер // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. Тематический выпуск «Реконструкция и эксплуатация». — СПб., 2009. — № 1 (39)-2 (42). — С. 38^1.

Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 31.05.10. Формат 60x84 1/16. Бумага для цифровой печати. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 120 экз. Заказ 13077.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 4.

Отпечатано в типографии «Принтисса»,

197342, Санкт-Петербург, Белоостровская ул., д. 22

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Штейнмиллер, Олег Адольфович

Введение.

1. Аналитический обзор основ насосной теории, нагнетательного оборудования и технологии решения задач создания и повышения напора в системах подачи и распределения воды (СПРВ).

1.1. Насосы. Классификация, основные параметры и понятия. Технический уровень современного насосного оборудования.

1.1.1. Основные параметры и классификация насосов.

1.1.2. Насосное оборудование для повышения напора в водоснабжении.,

1.1.3. Обзор новаций и усовершенствований насосов с точки зрения практики их применения.

1.2. Технология применения нагнетателей в СПРВ.

1.2.1. Насосные станции систем водоснабжения. Классификация.

1.2.2. Общие схемы и способы регулирования работы насосов при повышении напора.

1.2.3. Оптимизация работы нагнетателей: регулирования скорости и совместная работа.

1.3. Проблемы обеспечения напоров в наружных и внутренних водопроводных сетях.

1.4. Выводы но главе.

2. Обеспечение потребного напора в наружных и внутренних водопроводных сетях. Повысительные компоненты СПРВ на уровне районных, квартальных и внутренних сетей.

2.1. Общие направления развития в практике применения насосного оборудования для повышения напора в водопроводных сетях.

2.2. Задачи обеспечения потребных напоров в водопроводных сетях.

2.2.1. Краткая характеристика СПРВ (на примере СПб).

2.2.2. Опыт решения задач повышения напора на уровне районных и квартальных сетей.

2.2.3. Особенности задач повышения напора во внутренних сетях.

2.3. Постановка задачи оптимизации повысительных компонентов

СПРВ на уровне районных, квартальных и внутренних сетей.

2.4. Выводы по главе.

3. Математическая модель оптимизации насосного оборудования на периферийном уровне СПРВ.

3.1. Статическая оптимизация параметров насосного оборудования на уровне районных, квартальных и внутренних сетей.

3.1.1. Общее описание структуры районной водопроводной сети при решении задач оптимального синтеза.

3.1.2. Минимизация энергетических затрат на один режим водопотребления.

3.2. Оптимизация параметров насосного оборудования на периферийном уровне СПРВ при изменении режима водопотребления.

3.2.1. Полирежимное моделирование в задаче минимизации энергетических затрат (общие подходы).

3.2.2. Минимизация энергетических затрат при возможности регулирования скорости (частоты вращения колеса) нагнетателя.

3.2.3. Минимизация энергетических затрат в случае каскадно-частотного регулирования (управления).

3.3. Имитационная модель для оптимизации параметров насосного оборудования на периферийном уровне СПРВ.

3.4. Выводы по главе.

4'. Численные методы решения задач оптимизации параметров насосного оборудования.

4.1. Исходные данные для решения задач оптимального синтеза.

4.1.1. Изучение режима водопотребления методами анализа временных рядов.

4.1.2. Определение регулярностей временного ряда водопотребления.

4.1.3. Частотное распределение расходов и коэффициенты неравномерности водопотребления.

4.2. Аналитическое представление рабочих характеристик насосного оборудования.

4.2.1. Моделирование рабочих характеристик отдельных нагнетателей

4.2.2. Идентификация рабочих характеристик нагнетателей в составе насосных станций.

4.3. Поиск оптимума целевой функции.

4.3.1. Оптимальный поиск с использованием градиентных методов.

4.3.2. Модифицированный план Холланда.

4.3.3. Реализация оптимизационного алгоритма на ЭВМ.

4.4. Выводы по главе.

5. Сравнительная эффективность повысительных компонентов СПРВ на основе оценки стоимости жизненного цикла с применением МИК для измерения параметров).

5.1. Методология оценки сравнительной эффективности повысительных компонентов на периферийных участках СПРВ.

5.1.1. Стоимость жизненного цикла насосного оборудования.

5.1.2. Критерий минимизации совокупных дисконтированных затрат для оценки эффективности повысительных компонентов СПРВ.

5.1.3. Целевая функция экспресс-модели для оптимизации параметров насосного оборудования на периферийном уровне СПРВ.

5.2. Оптимизация повысительных компонентов на периферийных участках СПРВ при реконструкции и модернизации.

5.2.1. Система контроля подачи воды с использованием мобильного измерительного комплекса МИК.

5.2.2. Экспертная оценка результатов измерения параметров насосного оборудования ПНС с использованием МИК.

5.2.3. Имитационная модель стоимости жизненного цикла насосного оборудования ПНС на основе данных параметрического аудита.

5.3. Организационные вопросы реализации оптимизационных решений (заключительные положения).

5.4. Выводы по главе.

Введение 2010 год, диссертация по строительству, Штейнмиллер, Олег Адольфович

Система подачи и распределения воды (СПРВ) является главным ответственным комплексом сооружений водоснабжения, обеспечивающим транспортировку воды на территорию снабжаемых объектов, распределение по территории и доставку к местам отбора потребителями. Нагнетательные (повыси-тельные) насосные станции (НС, ПНС), как один из основных структурных элементов СПРВ, во многом задают эксплуатационные возможности и технический уровень системы водоснабжения в целом, а также существенно определяют экономические показатели ее работы.

Значимый вклад в разработку тематики внесли отечественные ученые: Н.Н.Абрамов, М.М.Андрияшев, А.Г.Евдокимов, Ю.А.Ильин, С.Н.Карамбиров, ВЛ.Карелин, А.М.Курганов, А.П.Меренков, Л.Ф.Мошнин, Е.А.Прегер, С.В.Сумароков, А.Д.Тевяшев, ВЛ.Хасилев, П.Д.Хорунжий, Ф.А.Шевелев и др.

Проблемы при обеспечении напоров в водопроводных сетях, стоящие перед российскими коммунальными предприятиями, как правило, однородны. Состояние магистральных сетей привело к необходимости снижения давления, вследствие чего возникла задача компенсировать соответствующее падение напора на уровне районных и квартальных сетей. Подбор насосов в составе ПНС зачастую производился с учетом перспектив развития, параметры производительности и напора завышались. Распространенным стал вывод насосов на потребные характеристики дросселированием с помощью задвижек, приводящий к перерасходу электроэнергии. Замена насосов вовремя не производится, большинство из них работает с низким КПД. Износ оборудования обострил необходимость реконструкции ПНС для повышения КПД и надежности работы.

С другой стороны, развитие городов и увеличение высотности домов, особенно при уплотнительной застройке, требуют обеспечения потребных напоров для новых потребителей, в том числе за счет оснащения нагнетателями домов повышенной этажности (ДПЭ). Создание напора, необходимого для различных потребителей, в оконечных участках водопроводной сети, может являться одним из наиболее реальных путей повышения эффективности СПРВ.

Совокупность указанных факторов является основанием постановки задачи определения оптимальных параметров ПНС при имеющихся ограничениях входных напоров, в условиях неопределенности и неравномерности фактических расходов. При решении задачи встают вопросы сочетания последовательной работы групп насосов и параллельной работы насосов, объединенных в пределах одной группы, а также оптимального совмещения работы параллельно соединенных насосов с частотным регулированием привода (ЧРП) и, в конечном счете, подбора оборудования, обеспечивающего потребные параметры конкретной системы водоснабжения. Следует учитывать значимые изменения последних лет в подходах к подбору насосного оборудования - как в плане исключения избыточности, так и в техническом уровне доступного оборудования.

Актуальность рассматриваемых в диссертации вопросов определяется возросшим значением, которое в современных условиях отечественные хозяйствующие субъекты и общество в целом придают проблеме энергоэффективности. Насущная необходимость решения этой проблемы закреплена в Федеральном Законе Российской Федерации от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации".

Эксплуатационные расходы СПРВ составляют определяющую часть затрат на водоснабжение, которая продолжает увеличиваться в связи с ростом тарифов на электроэнергию. С целью снижения энергоемкости большое значение придается оптимизации СПРВ. По авторитетным оценкам от 30% до 50 % энергозатрат насосных систем может быть сокращено за счет изменения насосного оборудования и способов управления.

Поэтому представляется актуальным совершенствование методологических подходов, разработка моделей и комплексного обеспечения принятия решений, позволяющих оптимизировать параметры нагнетательного оборудования периферийных участков сети, в том числе при подготовке проектов. Распределение потребного напора между насосными узлами, а также определение в пределах узлов, оптимального числа и типа насосных агрегатов с учетом расчетной подачи, обеспечат анализ вариантов периферийной сети. Полученные результаты могут быть интегрированы в задачу оптимизации СПРВ в целом.

Цель работы — исследование и разработка оптимальных решений при выборе повысительного насосного оборудования периферийных участков СПРВ в процессе подготовки реконструкции и строительства, включая методическое, математическое и техническое (диагностическое) обеспечение. Для достижения цели в работе решались следующие задачи: анализ практики в сфере повысительных насосных систем с учетом возможностей современных насосов и методов регулирования, сочетания последовательной и параллельной работы с ЧРП; определение методического подхода (концепции) оптимизации повысительного насосного оборудования СПРВ в условиях ограниченности ресурсов; разработка математических моделей, формализующих задачу выбора насосного оборудования периферийных участков водопроводной сети; анализ и разработка алгоритмов численных методов для исследования предложенных в диссертации математических моделей; разработка и практическая реализация механизма сбора исходных данных для решения задач реконструкции и проектирования новых ПНС; реализация имитационной модели формирования стоимости жизненного цикла по рассматриваемому варианту оборудования ПНС.

Научная новизна. Представлена концепция периферийного моделирования подачи воды в контексте сокращения энергоемкости СПРВ и снижения стоимости жизненного цикла "периферийного" насосного оборудования.

Разработаны специальные алгоритмы поиска экстремумов функций многих переменных, основанные на градиентных и случайных методах, для-исследования оптимальных конфигураций НС на периферийных участках.

Создан, мобильный измерительный комплекс (МИК) для диагностики действующих повысительных насосных систем, запатентованный в полезной модели № 81817 "Система контроля подачи воды".

Практическая значимость и реализация результатов работы. Даны рекомендации по выбору типа насосов для повысительных установок и ПНС на основе уточненной классификации современного насосного оборудования для повышения напора в системах водоснабжения с учетом таксонометрического деления, эксплуатационных, конструктивных и технологических признаков.

Математические модели ПНС периферийных участков СПРВ позволяют снизить стоимость жизненного цикла за счет выявления "резервов", в первую очередь в части энергоемкости. Предложены численные алгоритмы, позволяющие доводить до конкретных значений решение оптимизационных задач.

Подготовлены рекомендации по обследованию действующих повысительных систем водоснабжения с использованием МИК и подбору оборудования для ПНС (выбору проектного решения) на основе малогабаритных автоматических насосных станций (МАНС).

1: АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОСНОВ НАСОСНОЙ ТЕОРИИ, НАГНЕТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СОЗДАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ НАПОРА В СИСТЕМАХ ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ (СПРВ)

Самая сложная и дорогостоящая часть современных систем водоснабжения - СПРВ, которая состоит из множества элементов, находящихся в гидравлическом взаимодействии [1, 6, 20, 30, 87]. Поэтому естественно, что за последние четверть века в этой области сделаны значимые наработки и произошли важные изменения, как в< плане конструктивного совершенствования насосной техники, так и в плане развития технологии создания и повышения напора.

Заключение диссертация на тему "Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей"

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

3. Предложены оптимизационные модели для рационального выбора повысительного насосного оборудования периферийных участков сети с привлечением ТГЦ. Разработанная методология учитывает полирежимный характер функционирования, способы регулирования работы нагнетателей и их компоновку в составе НС, взаимодействия отдельных элементов системы с учетом обратной связи, а также разнообразие целевых функций, отражающих энерго эффективность системы или ее инвестиционную привлекательность.

4. Исследование оптимизационных моделей и верификация результатов моделирования действующих повысительных насосных систем позволили теоретически обосновать подход к выбору количества и параметров нагнетателей в составе ПНС (насосных установок) на основе принципа минимизации дисконтированной стоимости жизненного цикла (1ССО) насосного оборудования. Проведено исследование зависимости функции ЬССИ насосных установок от числа нагнетателей.

7. Разработана методика выбора оптимального варианта насосного оборудования ПНС на базе имитационного моделирования ЬССВ. Совокупность методических, математических и технических подходов работы позволяет осуществить поиск решения и выполнить сравнительную оценку действующих и новых нагнетателей с точки зрения их эффективности, рассчитать срок окупаемости инвестиций.

Библиография Штейнмиллер, Олег Адольфович, диссертация по теме Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

1. Абрамов Н. Н. Расчет водопроводных сетей / Н. Н. Абрамов, М. М. Поспелова, М. А. Сомов, В. Н. Варапаев и др. — М. : Стройиздат, 1983. — 278 с.

2. Абрамов Н. Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды / Н. Н. Абрамов. — М. : Стройиздат, 1972. — 288 с.

3. Айвазян С. А. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных / С. А. Айвазян, И. С. Енюков, Л. Д. Мешалкин. — М. : Финансы и статистика, 1983. — 471 с.

4. Алексеев М. И. Методические принципы прогнозирования расходов воды и надежности систем водоснабжения и водоотведения / М. И. Алексеев, Г. Г. Кривошеев // Вестник РААСН. — 1997. — Вып. 2.

5. Алыптуль А. Д. Гидравлика и аэродинамика : учеб. пособие для вузов /

6. A. Д. Алыптуль, П. Г. Кисилев. — Изд. 2-е. — М. : Стройиздат, 1975. — 323 с.

7. Андрияшев М. М. Гидравлические расчеты оборудования водоводов / М. М. Андрияшев. — М. : Стройиздат, 1979. — 104 с.

8. Баженов В. И. Экономический анализ насосных систем на базе показателя —■ затраты жизненного цикла / В. И. Баженов, С. Е. Березин, Н. Н. Зубовская // ВСТ. — 2006. — № 3, ч. 2. — С. 31- 35.

9. Беллман Р. Динамическое программирование / Р. Беллман. — М. : ИЛ, 1961. —400 с.

10. Березин С. Е. Насосные станции с погружными насосами : расчет и конструирование / С. Е. Березин. —М. : Стройиздат, 2008. — 160 с.

11. Большой энциклопедический словарь / гл. ред. А. М. Прохоров. — М. : Большая Российская Энциклопедия, 2002. — 1456 с.

12. Водоснабжение Санкт-Петербурга / под общ. ред. Ф. В. Кармазинова. — СПб. : Новый журнал. — 2003. — 688 с.

13. Гримитлин А. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры в инженерном оборудовании зданий : учеб. пособие / А. М. Гримитлин, О. П. Иванов,

14. B. А. Пухкал. — СПб. : АВОК Северо-Запад, 2006. — 214 с.

15. Гришин А. П. Закон регулирования преобразователя частоты при питании погружного электронасоса / А. П. Гришин // Сантехника. — 2007. — № 7. —1. C. 20-22.

16. Евдокимов А. Минимизация функций и ее приложение к задачам автоматизированного управления инженерными сетями / А. Евдокимов. — Харьков : В ища школа, 1985 — 288 с.

17. Евдокимов А. Г. Моделирование и оптимизация потокораспределения в инженерных сетях / А. Г. Евдокимов, А. Д. Тевяшев. — М. : Стройиздат, 1990. —368 с.

18. Евдокимов А. Оптимальные задачи на инженерных сетях / А. Евдокимов. — Харьков : Вища школа, 1976. — 153 с.

19. Зоркин Е. М. Сравнительный анализ устойчивости замкнутых по напору систем водоподачи с регулируемым насосным агрегатом / Е. М. Зоркин // Вода: технология и экология. — 2008. — № 3. — С. 32-39.

20. Ильин Ю. А. Методика выбора энергосберегающих устройств при реконструкции повысительных насосных станций / Ю. А. Ильин, С. Ю. Игнатчик, С. В. Саркисов и др. // Материалы 4-х академических чтений. — СПб., 2009. — С. 53-58.

21. Ильин Ю. А. Надежность водопроводных сооружений и оборудования / Ю. А. Ильин. — М. : Стройиздат, 1985. — 240 с.

22. Ильин Ю. А. О параллельной работе насосов и водоводов / Ю. А. Ильин, А. П. Авсюкевич // Межвузовский тематический сборник трудов ЛИСИ. — СПб., 1991. —С. 13-19.

23. Ильин Ю. А. Особенности методики поверочных расчетов при мониторинге водопроводных сетей / Ю. А. Ильин, В. С. Игнатчик, С. В. Саркисов // Материалы 2-х академических чтений. — СПб., 2004. -— С. 30-32.

24. Ильин Ю. А. Повышение надежности подачи воды при параллельно-последовательной схеме зонирования водопровода / Ю. А. Ильин, В. С. Игнатчик, С. Ю. Игнатчик и др. // Материалы 4-х академических чтений. — СПб., 2009. — С. 50-53.

25. Ильин Ю. А. Расчет надежности подачи воды / Ю. А. Ильин. — М. : Стройиздат, 1987. — 320 с.

26. Ильина Т. Н. Основы гидравлического расчета инженерных сетей : учеб. пособие / Т. Н. Ильина. — М. : Ассоциация строительных вузов, 2007. — 192 с.

27. Инженерные системы зданий. — М. : ООО "Грундфос", 2006. — 256 с.

28. Каждан А. А. Гидроаудит как возможность комплексного решения проблем водоснабжения и водоотведения / А. А. Каждан // Вода: технология и экология. — 2008. — № 3. — С. 70-72.

29. Канаев А. Н. К вопросу измерения расходов воды в трубопроводах больших диаметров / А. Н. Канаев, А. И. Поляков, М. Г. Новиков // Вода: технология и экология. — 2008. — № 3. — С. 40-47.

30. Карамбиров С. Н. Совершенствование методов расчета систем подачи и распределения воды в условиях многорежимности и неполной исходной информации : автореф. дис. . докт.техн.наук / С. Н. Карамбиров. — М., 2005. — 48 с.

31. Карелин В. Я. Насосы и насосные станции / В. Я. Карелин, А. В. Минаев. — М. : Стройиздат, 1986. — 320 с.

32. Кармазинов Ф. В. Инновационные подходы к решению проблем водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга / Ф. В. Кармазинов // ВСТ. — 2008. —№8. —С. 4-5.

33. Карттунен Э. Водоснабжение II : пер. с финского / Э. Карттунен ; Ассоциация инженеров-строителей Финляндии RIL г.у. — СПб. : Новый журнал, 2005 — 688 с.

34. Ким А. Н. Мобильный измерительный комплекс (МИК) и его использование для оценки работы насосных систем / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер, А. С. Миронов // Доклады 66-й научной конференции. — СПб., 2009. — Ч. 2. — С. 66-70.

35. Ким А. Н. Оптимизация насосных систем подачи воды / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер // Доклады 64-й научной конференции. — СПб., 2007. — Ч. 2. —С. 44-48.

36. Ким А. Н. Проблемы в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения зданий. Установки повышения давления / А. Н. Ким, П. Н. Горячев,

37. О. А. Штейнмиллер // Материалы 7-го международного форума НЕАТ&УЕЫТ. — М., 2005. — С. 54-59.

38. Ким А. Н. Разработка мобильного измерительного комплекса (МИК) для оценки работы насосных систем / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер, А. С. Миронов // Материалы 4-х академических чтений. — СПб., 2009. — С. 46-50.

39. Ким А. Н. Совершенствование напорных водоочистных сооружений : ав-тореф. дис. . докт. техн. наук / А. Н. Ким. — СПб. : ГАСУ, 1998. — 48 с.

40. Кинебас А. К. Оптимизация подачи воды в зоне влияния Урицкой насосной станции Санкт-Петербурга / А. К. Кинебас, М. Н. Ипатко, Ю. В. Руксин и др. // ВСТ. — 2009. — № 10, ч. 2. — С. 12-16.

41. Кинебас А. К. Реконструкция системы подачи воды на Южной водопроводной станции Санкт-Петербурга / А. К. Кинебас, М. Н. Ипатко, Ю. А. Ильин //ВСТ. —2009. —№ Ю, ч. 2. —С. 17-22.

42. Классификация основных средств, включаемых в амортизационные группы : утв. Постановл. Прав-ва РФ от 01.01.2002 № 1. — М. : Налог Инфо, 2007. — 88 с.

43. Кожинов И. В. Устранение потерь воды при эксплуатации систем водоснабжения / И. В. Кожинов, Р. Г. Добровольский. — М. : Стройиздат, 1988. — 348 с.

44. Копытин А. Н. Современные подходы в определении эффективности работы насосных агрегатов / А. Н. Копытин, О. Ю. Царинник // Сантехника, отопление, кондиционирование. — 2007. —№8. — С. 14-16.

45. Корн Г. Справочник по математике (для научных работников и инженеров : пер. с англ: / Г. Корн, Т. Корн ; под общ. ред. И. Г. Арамановича. — М. : Наука, 1973. — 832 с.

46. Костин В. И. Регулирование производительности нагнетателей при смешанной схеме совместной работы / В. И. Костин // Известия вузов. Строительство. — Новосибирск, 2006. — № 6. — С. 61-64.

47. Красильников А. Применение автоматизированных насосных установок с каскадным управлением в системах водоснабжения Электронный ресурс. /

48. A. Красильников // Строительная инженерия. — Электрон, дан. — М., 20052006. — Режим доступа: http://www.archive-online.ru/read/stroing/330.

49. Курганов А. М. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоот-ведения : справочник / А. М. Курганов, Н. В. Федоров. — Л. : Стройиздат, 1986. —440 с.

50. Курганов А. М. Справочник по гидравлическим расчетам систем водоснабжения и канализации / А. М. Курганов, Н. Ф. Федоров. — Л. : Стройиздат, 1973. —408 с.

51. Лапчик М. П. Численные методы : учеб. пособие / М. П. Лапчик, М. И. Ра-гулина, Е. К. Хеннер ; под ред. М. П. Лапчика. — М. : ИЦ "Академия", 2007 — 384 с.

52. Лезнов Б. С. Энергосбережения и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках / Б. С. Лезнов. — М. : Энергоатомиздат, 2006. — 360 с.

53. Лезнов Б.С. Современные проблемы использования регулируемого электропривода в насосных установках / Б. С. Лезнов // ВСТ. — 2006. — № 11, ч. 2. — С. 2-5.

54. Ленский В. А. Водоснабжение и канализация / В. А. Ленский,

55. B. И. Павлов. — М. : Высшая школа, 1964. — 387 с.

56. Меренков А. П. Теория гидравлических цепей / А. П. Меренков, В. Я. Хасилев. — М. : Наука, 1985. — 294 с.

57. Методика определения неучтенных расходов и потерь воды в системах коммунального водоснабжения : утв. Приказом МинПромЭнерго РФ от 20.12.2004 № 172. — М. : Росстрой России, 2005. — 57 с.

58. Морозов К. Е. Математическое моделирование в научном познании / К. Е. Морозов. — М. : Мысль, 1969. —212 с.

59. Мошнин Л. Ф. Методы технико-экономического расчета водопроводных сетей / Л. Ф. Мошнин. — М. : Стройиздат, 1950. — 144 с.

60. Николаев В. Анализ энергоэффективности различных способов управления насосными установками с регулируемым приводом / В. Николаев // В СТ. — 2006. — № 11, ч. 2. — С. 6-16.

61. Николаев В. Потенциал энергосбережения при переменной нагрузке лопастных нагнетателей / В. Николаев // Сантехника. — 2007. — № 6. — С. 68-73 ; 2008. —№ 1. —С. 72-79.

62. Оводов В. С. Примеры расчетов по сельскохозяйственному водоснабжению и канализации : учеб. пособие / В. С. Оводов, В. Г. Ильин. — М. : Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1955. — 304 с.

63. Патент 2230938 Российская Федерация, МПК 7 Б 04 Д 15/00. Способ регулировки работы системы лопастных нагнетателей при переменной нагрузке / В.Николаев.

64. Патент на полезную модель № 61736, МПК Е03В 11/16. Система управления насосным агрегатом / Ф. В. Кармазинов, Ю. А. Ильин, В. С. Игнатчик и др. ; опубл. 2007, Бюлл. № 7.

65. Патент на полезную модель № 65906, МПК ЕОЗВ 7/04. Многозонная система водоснабжения / Ф. В. Кармазинов, Ю. А. Ильин, В. С. Игнатчик и др. ; опубл. 2007, Бюлл. № 7.

66. Патент на полезную модель № 81817, МПК в05В 15/00. Система контроля подачи воды / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер. ; опубл. 2008, Бюлл. № 9.

67. Правила технической эксплуатации систем и сооружений коммунального водоснабжения и канализации : утв. Приказом Госстроя России от 30.12.1999. — М. : Госстрой России, 2000. — 123 с.

68. Прегер Е. А. Аналитический метод исследования совместной работы насосов и трубопроводов канализационных насосных станций : учеб. пособие / Е. А. Прегер. — Л.: ЛИСИ, 1974. — 61 с.

69. Прегер Е. А. Аналитическое определение в проектных условиях производительности центробежных насосов, параллельно работающих в сети / Е. А. Прегер // Научные труды ЛИСИ. — Л., 1952. — Вып. 12. — С. 137-149.

70. Промышленное насосное оборудование. — М. : ООО "Грундфос", 2006. — 176 с.

71. Промэнерго. Малогабаритные автоматические насосные станции ЗАО "Промэнерго". — Изд. 3-е, доп. — СПб., 2008. — 125 с.

72. Пфлейдерер К. Центробежные и пропеллерные насосы : пер. со 2-го немецкого издания / К. Пфлейдерер. — М.; Л. : ОНТИ, 1937. — 495 с.

73. Райзберг Б.А. Диссертация и ученая степень : пособие для соискателей / Б. А. Райзберг. — 3-е изд. — М. : ИНФРА-М, 2003. — 411 с.

74. Рекомендации по оценке экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжения : общие положения : утв. приказом Президента НП "АВОК" от 17.04.2006. — М. : ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС", 2006. —27 с.

75. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы / Д. Рутковская, М. Пилиньский, Л. Рутковский. — М. : Горячая линия — Телеком, 2004. — 452 с.

76. Селиванов А. С. Разработка моделей функциональной и структурной диагностики при оптимизации систем подачи и распределения воды : автореф. дис. . канд. техн. наук / А. С. Селиванов. — СПб, 2007. — 27 с.

77. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий. — М. : ГПЦПП, 1996.

78. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. — М. : ГПЦПП, 1996.

79. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. — М. : ГП ЦПП, 1996.

80. СНиП 3.05.04-85*. Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации. — М. : ГП ЦПП, 1996.

81. Сумароков С. В. Математическое моделирование систем водоснабжения / С. В. Сумароков. — Новосибирск : Наука, 1983. — 167 с.

82. Турк В. И. Насосы и насосные станции / В. И. Турк. — М. : Стройиздат, 1976. —304 с.

83. Фаддеев Д. К. Вычислительные методы линейной алгебры / Д. К. Фаддеев, В. Н. Фаддеева. — М. : Лань, 2002. — 736 с.

84. Феофанов Ю. А. Повышение надежности систем водоснабжения городов (на примере Санкт-Петербурга) / Ю. А. Феофанов // Российская архитектурно-строительная энциклопедия. — М., 2000. — Т. 6. — С. 90-91.

85. Феофанов Ю. А. Методика определения неучтенных расходов и потерь в системах водоснабжения Санкт-Петербурга / Ю. А. Феофанов, П. П. Махнев, М. М. Хямяляйнен, М. Ю. Юдин // ВСТ. — 2006. — № 9, ч. 1. — С. 33-36.

86. Форсайт Дж. Машинные методы математических вычислений / Дж. Форсайт, М. Малькольм, К. Моулер. — М. : Мир, 1980. — 177 с.

87. Хасилев В. Я. Элементы теории гидравлических цепей : автореф. дис. . докт. техн. наук./ В. Я. Хасилев. — Новосибирск, 1966. — 98 с.

88. Хорунжий П. Д. Расчет гидравлического взаимодействия водопроводных сооружений / П. Д. Хорунжий. — Львов : Вища школа, 1983. — 152 с.

89. Хямяляйнен М. М. Комплексные гидравлические расчеты системы подачи воды Санкт-Петербурга / М. М. Хямяляйнен, С. В. Смирнова, М. Ю. Юдин // ВСТ. — 2006. — № 9, ч. 1. — С. 22-24.

90. Чугаев Р. Р. Гидравлика / Р. Р. Чугаев. — Л. : Энергоиздат, 1982. — 670 с.

91. Шевелев Ф. А. Водоснабжение больших городов зарубежных стран / Ф. А. Шевелев, Г. А. Орлов. — М. : Стройиздат, 1987. — 347 с.

92. Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб / Ф. А. Шевелев, А. Ф. Шевелев. —М. : Стройиздат, 1984. — 352 с.

93. Штейнмиллер О. А. Задача оптимального синтеза повысительных систем подачи и распределения воды (СПРВ) микрорайона / О. А. Штейнмиллер, А. Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. — 2009. —- № 1 (18). — С. 80-84.

94. Штейнмиллер О. А. Коллективные системы водоснабжения / О. А. Штейнмиллер // Еврострой, Приложение "Дом". — СПб., 2003. — С. 5457.

95. Штейнмиллер О. А. Коллективные системы водоснабжения / О. А. Штейнмиллер // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. — СПб., 2005. — № 4 (20). — С. 22-24.

96. Штейнмиллер О. А. Проблемы в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения зданий. Установки повышения давления / О. А. Штейнмиллер // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. — СПб., 2004. — № 2 (14). — С. 26-28.

97. Штейнмиллер О. А. Скважинные водозаборы / О. А. Штейнмиллер // Сборник тезисов докладов научно-практической конференции. Серия "Подъем отечественной промышленности — подъем России" / под ред. А. М. Гримитли-на. — СПб., 2005. — С. 47-51.

98. Штейнмиллер О. А. Статическая и полирежимная оптимизация параметров насосного оборудования системы "районная насосная станция — абонентская сеть" / О. А. Штейнмиллер, А. Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. — 2009. — № 2 (19). — С. 41-45.

99. Штейнмиллер О. А. Численные методы решения задачи оптимального синтеза повысительных систем подачи и распределения воды микрорайона / О. А. Штейнмиллер // Вестник гражданских инженеров. — 2009. — № 4 (21) .1. С. 81-87.

100. Business News. World Pumps. — 2007. —November. — С. 10.

101. GRUNDFOS. Каталоги продукции. Проспекты Электронный ресурс. / GRUNDFOS // Техническая документация 2007. — Электрон, дан. — М. : ООО "Грундфос", 2007. — 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

102. Hydraulics in Civil and Environmental Engineering : Solutions manual. — Taylor & Francis, 2004. — 680 p.

103. ITT. Vogel Pumpen. Lowara. Общий каталог (поз. № 771820390 от 2/2008 russisch). — 2008. — 15 с.

104. Mohammad Karamouz. Water Resources Systems Analysis / Mohammad Karamouz, Ferenc Szidarovszky, Banafsheh Zahraie. — Lewis Publishers/CRC,2003. — 608 p.

105. Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems. Executive Summary / Hydraulic Institute, Europump, U.S. Department of Energy's Office of Industrial Technologies (OIT). — 2000. — 16 p.

106. Rama Prasad. Research Perspectives in Hydraulics and Water Resources Engineering / Rama Prasad, S. Vedula. — World Scientific Publishing Company, 2002.368 p.

107. Thomas M. Walski. Advanced water distribution modeling and management / Thomas M. Walski, Donald V. Chase, Dragan A. Savic. — Bentley Institute Press,2004. — 800 p.

Похожие работы

Строительство
05.23.00