автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Совершенствование методов гидравлического и технико-экономического расчета системы подачи и распределения воды

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. Развитие методов гидравлического и технико-экономического расчета систем подачи и распределения воды.

1.1.Основные зависимости, определяющие взаимодействие элементов систем подачи и распределения воды

1.2. Этапы развития методов гидравлического расчета кольцевых сетей.

1.3.Современные методы гидравлического расчета СПРВ при использовании ЭВМ. Основные направления их совершенствования

1.4.Методы технико-экономического расчета СПРВ при использовании ЭВМ и основные направления их развития.

Глава 2. Гидравлический расчет систем подачи и распределения воды увязкой сети по узлам.

2.1.Постановка задачи.

2.2.Структурная и расчетная схемы СПРВ.••••

2.3.Алгоритм формирования уравнений совместной работы сети, регулирующих емкостей, насосных станций и станций регулирования.

2.4.Алгоритм решения системы линейных уравнений

2.5.Уравнение итерационным процессом решения системы исходных уравнений

Глава 3. Технико-экономический расчет систем подачи и распределения воды методом фиктивных расходов с увязкой сети по узлам

3.1. Постановка задачи.

3.2.Расчетная схема СПРВ при определении фиктивных расходов увязкой по узлам.

3.3. Элементы схемы СПРВ и их расчетные модели.

3.4. Алгоритм формирования и решения системы уравнений при определении фиктивных расходов увязкой сети по узлам .••••

3.5.Управление итерационным процессом решения системы исходных уравнений, определяющих величины фиктивных расходов

3.6. Переход от оптимальных диаметров труб к стандартным и использование имеющихся линий

3.7. Учет многорежимности работы СПРВ.Ю

ГЛАВА 4. Использование результатов гидравлического и технико-экономического расчета СПРВ при их вариантном проектировании.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Структурная и расчетная схемы СПРВ . Ю

4.3. Стадии проведения расчетов и критерии оптимальности сопоставляемых вариантов.

Выводы

Актуальность проблемы.

В решениях ХХУ1 съезда 1ШСС и последующих пленумов Центрального Комитета большое внимание уделено задачам ускорения научно-технического прогресса, повышения эффективности работы и рационального использования материальных и энергетических ресурсов. Эти задачи находятся также в центре внимания Центрального Комитета Коммунистической партии и Правительства Кубы.

Применительно к системам водного хозяйства проблема повышения эффективности работы и рационального использования ресурсов в первую очередь должна решаться при проектировании, строительстве и эксплуатации систем подачи и распределения воды.

Строительство этих систем требует больших капитальных вложений и сопряжено со значительными затратами материальных ресурсов, в первую очередь труб. Затраты на строительство водоводов и водопроводных сетей, а также насосных станций и регулирующих емкостей составляют основную часть затрат на строительство систем водоснабжения в целом.

При эксплуатации систем водоснабжения основную часть затрат составляют, в большинстве случаев, затраты по оплате электроэнергии, расходуемой на подачу воды. Поэтому при проектировании систем водоснаб?кения необходимо не только свести к возможному минимуму затраты на строительство водоводов и магистралей, но и обеспечить их последующую эффективную эксплуатацию при возможно меньших затратах электроэнергии.

Для выбора оптимальных вариантов строительства новых и реконструкции существующих систем подачи и распределения воды, при которых обеспечивается их надежная работа при минимальных приведенных затратах, необходимо проведение сложных и весьма трудоемких гидравлических расчетов. Выполнение этих расчетов в том объеме, который необходим для объективной оценки сопоставляемых вариантов и выбора на этой основе оптимального решения, без применения современной вычислительной техники практически невозможно. Однако успехи в развитии современной вычислительной техники не могут сами по себе решить задачи, связанные с выбором оптимальных проектных решений в любой отрасли строительства, в частности, и при строительстве систем подачи и распределения воды. Необходимо совершенствование и самих методов гидравлического и технико-экономического расчета с тем,чтобы оказалось возможным эффективно использовать современную вычислительную технику. Поэтому дальнейшее совершенствование методов гидравлического и технико-экономического расчета систем подачи и распределения воды является необходимым условием снижения стоимости их строительства, экономии металла, расходуемого на прокладку водоводов и водопроводных сетей, и снижения затрат электроэнергии на подачу воды.

Целью настоящей работы является совершенствоание методов гидравлического и технико-экономического расчета систем подачи и распределения воды, основанных на увязке сетей по узлам.

В настоящее время как в СССР и на Кубе, так и в других странах нет метода гидравлического расчета систем подачи и распределения воды увязкой сети по узлам, позволяющего эффективно учитывать действие станций регулирования.

- б

Метод фиктивных расходов, обеспечивающий возможность выбора оптимальных диаметров водоводов и линий водопроводных сетей, применительно к увязке сети по узлам, не разрабатывался, хотя при выполнении расчетов по этому методу увязка сети имеет ряд преимуществ по сравнению с увязкой по контурам.

При разработке метода фиктивных расходов увязкой сети по узлам была поставлена задача отработки методики "округления" оптимальных диаметров до стандартных и учета при проектировании существующих водоводов и магистралей.

Научная новизна диссертационной работы определяется тем,что впервые разработан метод гидравлического расчета систем подачи и распределения воды увязкой сети по узлам решением системы уравнений, включающих уравнения, учитывающие действие станций регулирования, используемых для обеспечения заданных условий работы систем подачи п распределения воды.

Этот метод развит и распространен на решение системы уравнений, определяющих оптимальные диаметры водоводов и линий водопроводных сетей. Показано,что при расчете сетей на пропуск фиктивных расходов метод увязки сети по узлам имеет существенные преимущества по сравнению с методом увязки по контурам.

Метод гидравлического и технико-экономического расчета с увязкой сети по узлам использован для "округления" оптимальных диаметров труб до стандартных и для обеспечения рационального использования существующих линий реконструируемых систем подачи и распределения воды.

Практическая ценность.Метод гидравлического и технико-экономического расчета увязкой сети по узлам использован при разработке комплекса пробных программ. Опыт проведения расчетов по этим программам на ЭВМ серии ЕС показал эффективность разработанного метода.

Внедрение результатов диссертационных исследований.Комплекс пробных программ выполнения гидравлических и технико-экономических расчетов систем подачи и распределения воды принят в опытную эксплуатацию институтом ВНИПИ НЕФТЬ и с использованием этого комплекса ведется проектирование систем водоснабжения объектов нефтеперерабатывающей промышленности.

Основное содержание диссертации изложено в четырех опубликованных статьях и в одной статье, принятой для депонирования журналом "Водоснабжение и санитарная техника".

На защиту выносится:

- новый метод гидравлического расчета систем подачи и распределения воды увязкой сети по узлам, предусматривающий решение системы уравнений, включающей уравнения, учитывающие действие станций регулирования, обеспечивающих заданный режим работы систем подачи и распределения воды;

- новый метод технико-экономического расчета разветвленных и кольцевых сетей, предусматривающий увязку по узлам распределения по линиям сети фиктивных расходов, учитывающих роль каждой линии в работе системы в целом.

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ВЕЛИЧИН

- пьезометрический напор в узле 1 сети.

- отбор (подача) воды в узле 1 .

С^к - расход воды по линии IК сети.

- потеря напора на линии "(,к "

2 ¿к ~ гидравлическое сопротивление линии "¿к "

- напор, развиваемый или гасимый станцией регулирования. р*] - количество узлов сети. дН-1 - поправочный напор узла " I д5Н(к - поправочный напор станции регулирования.

СЦ^ - коэффициент матрицы линейной системы уравнений. дСк - невязка расходов в узле " {, Нт- - требуемый напор в диктующей точке. | - длительность работы системы при рассматриваемом режиме. р - площадь зеркала воды в резервуаре. 1 - количество станций регулирования. X - фиктивный расход.

3 -экономический фактор.

- длина линии " ^ ".

Т€К - срок окупаемости, в годах. ¡5 - сумма амортизационных отчислений и отчислений на текущий ремонт.

6" - стоимость I кВт.ч электроэнергии. ^ - коэффициент неравномерности затрат энергии.

- коэффициент полезного действия насосного агрегата.

Цтт~ оптимальный диаметр труб.

Сп - стандартный (сортаментный) диаметр труб.

ВЫВОДЫ

I«Включение уравнений, учитывающих действие станций регулированиям общую систему уравнений, определяющих условия совместной работы всех элементов систем подачи и распределения воды, исключает необходимость использования двух (внешнего и внутреннего) циклов итеративного процесса при расчете сети методом увязки по узлам. Это приводит к существенному снижению затрат машинного времени при проведении расчетов на ЭВМ.

2.Для обеспечения быстрой сходимости итерационного процесса обычную процедуру увязки сети по узлам необходимо дополнить процедурой, предусматривающей одновременную корректировку параметров станций регулирования и расходов воды в узлах, ограничивающих линии, на которых расположены станции регулирования.

3.Для решения системы линейных уравнений, определяющих в первом приближении условия совместной работы сети, насосных станций, регулирующих емкостей и станций регулирования, следует использовать новый алгоритм, предусматривающий выделение в отдельную группу уравнений, определяющих изменение напоров в узлах.

Использование этого алгоритма резко сокращает затраты машинного времени и создает практическую возможность выполнения гидравлических и технико-экономических расчетов систем подачи и распределения воды в объеме, требуемом при вариантном проектировании этих систем в соответствии с требованиями СНиП 2,04.02.84.

- ИЗ

Применение этого алгоритма позволяет широко использовать замену фиксированных отборов нефиксированными для учета влияния изменений свободного напора в сети на возрастание или снижение расходов воды.

4. Распространение метода увязки сети по узлам на выполнение расчетов, определяющих величины фиктивных расходов, учитывающих взаимодействие отдельных элементов системы, обеспечивает практическую возможность проведения комплексного гидравлического и технико-экономического расчета систем подачи и распределения воды с автоматизированным округлением оптимальных диаметров до стандартных и обеспечением эффективного использования существующих линий при проектировании их развития и реконструкции.

1. Гениев H.H. Водоснабжение городов и промышленных предприятий. М., ГНТИ, 1931, 788 с.

2. Гениев H.H. Водоснабжение железнодорожных станций. М., Транспечать НКПС, 1931, 615 с.

3. Лобачев В.Г. Вопросы рационализации расчетов водопроводных сетей. М., ОНТИ, 1936, 150 с.

4. GROS S и. ANALyS/ff OP FLOW IN NE TW OR HQ OP СОЫ-DU/TS Of! CO hid UCTDJ^S. BULL. N~ 886, EN&. £XP. STATION OP UNiy. OF ILLINOIS, /936, VOL. 34, £2-32 P.

5. Campt./j. y им en H.L. HyvRAULic Analysis op mrzq я/дт/fjauTjüAf systems means op an elect#/¿al net wo в и

6. ANAL удД/?. N£\jJ. EN HL. WAT- W> A3 9 ОС. i934, 4-8, 333-4^7/?б.Карлинская М.И., Эгильский И.С. Счетно-решающее устройство для расчета и анализа систем водоснабжения."Водоснабжение и санитарная техника", 1962, № I, 8-12 с.

7. Игнатенко С.И. Новый метод гидравлического моделирования при расчете водопроводных сетей. Автореферат диссертации, В0ДГЕ0,.1951.

8. Шулепова И.Д. Расчет водопроводных сетей методом гидравлических аналогий. Автореферат диссертации. М., НЙИЖТ, 1954.

9. Мошнин Л.Ф. Методы технико-экономического расчета водопроводных сетей. М., Стройиздат, 1950. 144 с.

10. Руководство по использованию расчета систем подачи и распределения воды с применением ЭЦВМ для выбора оптимальных решении при вариантном проектировании. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1970.

11. Инструкция по выполнению на ЭЦВМ "Урал-2" гидравлического расчета систем подачи воды. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1976.

12. SHAMJfi и. 5 НО МАЛИ с. WA7£e Ъ'ЗТЯ! ßtfT/B М ЗУ$Т£М ANAL<j$JS. JOURNAL OF ТИ£ HqVRAüLIC UV/$tON> A8C& > J96S 5 У DL. 94 > ZW/у / , 219- 234 Р.

13. MAHLOW 7:, НАГ\Ъ!$0/у в. > JACOBSON И. > BiGDß б.iMPftavzd neaiQN QF FLU in A/£TWOSHS WJTH еомритав.

14. JQUßNAL OF TH6 HyüHAULlC dll/JS/Ctli, A9C& /96e>./OL 921. NHy4 43-Ы P.

15. Хасилев В.Я., Меренков А.П. Методы и алгоритмы расчета теплоЕых сетей. М., "Энергия", 1978, 176 с.

16. Разработать методы гидравлического и технико-экономического расчета систем подачи и распределения воды. Мошнин Архив ВШИ ВОДГЕО. Научно-технический отчет. М., 1973.

17. Каримов Р.Х. Совершенствование методов гидравлического расчета систем подачи и распределения воды. Диссертация к.т.н., ВШИ ВОДГЕО, 1981.

18. MAHTlNyT)- W & V£T£#, & ТНв AVPUCATtOM OF

19. Инструкция по выполнению на ЭВМ EG 1020 и ЕС 1022 гидравлического расчета систем подачи и распределения воды. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1980, 178 с.

20. Гальперин Е.М. Гидравлический расчет систем водоснабжения с использованием ЭВМ. Автореферат диссертации. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1967.

21. Сидорова В.А. Ускорение процесса увязки контуров при гидравлическом расчете кольцевых сетей. Труды ВНИИ ВОДГЕО Вып. 67, М., 1977, с. 94-104.

22. Хасилев В.Я. О применении математических методов при проектировании и эксплуатации трубопроводных систем. М,, Известия АН СССР. "Энергетика и транспорт", 1971, № 2, с.18-27.

23. Мошнин Л.Ф., Сомов М.А., Храмцева Г.Л.,Чепцев А.С. Технико-экономический расчет водопроводных сетей. Водоснабжение и санитарная техника", 1969, № 7, с. 1-6.

24. Мошнин ЛД>. Технико-экономический расчет водораспределительных сетей с учетом изменения режима их работы. "Водоснабжение и санитарная техника", 1976, № 2.

25. Каримов Р.Х., Мошнин Л.Ф. Применение метода фиктивных расходов при проектировании реконструкции водопроводных сетей. "Водоснабжение и санитарная техника", 1982, Jí° 2.

26. Мошнин Л.Ш., Гомес С.Ч., Гузынин А.И., Каримов Р.Х., Райхер A.M., Тихонов Н.А. Современные методы расчета системподачи и распределения воды. "Водоснабжение и санитарная техника"» 1984, IP 10.

27. Меренков А.П. Дифференциация методов расчета гидравлических цепей. "Журнал вычислительной математики и математической физики", 1973„ j;> 5, с. 1237-1248.

28. Кикачейпгоили Г.Е. Технико-экономический расчет разветвленных водопроводных сотей методом линейного программирования. "Водоснабжение и санитарная техника", 1969, $ 6, с. 6-7.

29. OftOBZ M. OPTIMAL HESlÙNiNÙ Of ?.Ы ЦЕТ^ОвЧй &У *N ТЕ G ùn ММ! IS G . AtTA ТЕ IHN/CA АСАНЕ Ml А ¿ 3Cl£N Т/А -ßt/M ríi/MAñO-lСАё > ТомиВ 9о (З-4) • PA Z9/-5of , 19Ъо.

30. Gome? з. fundamento тео/цсо zbl método empleado

31. EN EL PQOG/ZA MA VE СОМРОТАС/ОА/ "ArtAUJt/£ DE $£V£S VE 2/S-ТЛ/виб/OAl DE 4tUA" 1Л/6£М/£Я/А â/y/L /Vе. I 49?$ Р. /?}~189

32. GOME i в. Fu/WAMENro теоа/éo Ptio^ñAMA зе гом-PU7AC/0/Y ANAL)ÉZ y ñEVUTA 1Л/ß/y/L S,1. HABANA- âl/ÔA

33. GOMEZ S "diseño ÛPT/mo HE Hems ЪЕ Djsrq/auc/ON

34. SE A fit/A PO/f EL METODO BE ¿0$ t,A$TOÍ ij EL &ALAA/EE

35. Ел/ LOS MOJOOS. I№EN/£4/A áfWL /V* 3} 1983 A2S/-269.37. СНиП 2.04.02-84