автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Совершенствование методов гидравлического расчета систем подачи и распределения воды

Введете.

Глава I» Анализ существующих методов расчета систем подачи в распределения воды* Основные направления их совершенствования.♦.

1Л. Методы гидравлического расчета систем подачи и распределения воды.

1.2. Методы технико-экономического расчета.

Глава 2. Основные задачи гидравлического к технико-экономического расчета при вариантном проектировании систем подачи и распределения воды.

2.1. Общие закономерности, определяощие эффективность работы систем подачи и распределения

2ЛЛ. Структурная схема сети и ее элементе.

2.1.2. Параметры расчетных форцул для определения потерь напора в трубах.

2.1.3. Моделирование характеристик насосов, резервуаров, нефиксированных отборов воды, дросселей, технологического оборудования.

2.2. Гидравлический распек систем подачи и распределения веды.

2.2.1. Структурная и расчетные схемы систем! подачи к распределения воды.

2.2.2. Режимы водопотребления и водоподачи.

2.2.3. Использование станций регулирования для повышения эффективности работы систем подачи и распределения воды

2.2.4. Требования к работе систем подачи и распреде-, ления воды при повреждениях ее отдельных элементов

2.3. Технико-экономический расчет систем подачи и распределения води.

2.3.1. Технико-экономический расчет при проектировании вновь строящихся СПРВ.

2.3.2. Применение методы фиктивных расходов при проектировании реконструкции и развития водопроводных сетей.*.

Глава 3. Разработка метода гидравлического ж технико-экономического расчета систем подачи и распределения води реяенжем системы линей« ных уравнений.

3.1. Формирование исходных уравнений

3.1.1. Гидравлическая *увяака" кольцевых сетей.

3.1.2. Учет требований по поддержанию необходимого давления в заданных узлахсети. моделирование работы обратних клапанов ж задвижек

3.1.3. Учет характеристик насосного оборудования ^ ж нефиксированных отборов воды

3.1.4. Построение итерационного процесса реаения систеш уравнений модели установившегося потокораспределенжя

3.2. Алгоритм гидравлического расчета систем подачи ж распределения воды. ПО

3.2.1. Общие дашшв об алгоритме . 1X

3.2.2» Автоматическое описание контуров расчетной схемы сети ж ходов" до контролируемое точек.

3.2.3. Опредемиже ковффмциентов уравнений

3.2.4. Ревение систем линейных уравнений ж внесение корректив в исходные уравнения

Глава 4. 11римененне при вариантном проектировании метода гидравлического расчета систем подачи и распределения воды решением системы линейных уравнений.

4.1. Выбор расчетных вариантов ж очередность их рассмотрения.*.

4.2. Исходные данные для проведения расчетов.

4.2.1. Состав основной исходной информации ж формы ее представления

4.2.2. Корректировка основной исходной информации при учете особенностей рассматриваемого режима работы системы

4*3. Анализ результатов расчетов.

4.3.1. Объем и содержанке информации по расчетам

4*3*2» Критерии оценки сопоставляемых вариантов и выбор оптимального проектного реиения вывода.~

Список литератур.*.*.

Актуальность проблемы. В решениях ХХУ1 съезда КПСС особое внимание уделено улучшению использования материальных и энергетических ресурсов. Стоимость строительства систем 1 подачи и распределения воды составляет большую часть стоимости строительства систем водоснабжения в целом. Оплата энергии, расходуемой на подачу воды, является основной частью затрат по эксплуатации этих систем. Строительство водоводов и водопроводных сетей требует большого расхода металла.

Эффективность систем подачи и распределения воды в значительной мере зависит от технико-экономического обоснова-* ния принимаемых решений по зонированию этих систем, выбору материала и диаметров труб, использованию регулирующих ем-г, костей и станций регулирования.

Эти решения должны базироваться на всестороннем анализе условий работы системы на различных стадиях развития и при различных режимах водопотребления.Для такого анализа необходимо выполнение сложных и трудоемких гидравлических и технико-экономических расчетов систем подачи и распределения воды.

Несмотря на успехи современной вычислительной техники, трудоемкость этих расчетов остается настолько высокой,что они не выполняются в том объеме, который необходим для выбора оптимальных решений. Поэтому необходимо коренное совершенствование методов этих расчетов, создание условий для их широкого использования в практике проектирования и строительства систем подачи и распределения воды.

Целью диссертации является разработка метода гидравлического расчета систем подачи и распределения воды решением системы линейных уравнений, учитыважщих как закономерности, определяющие потокораспределение при совместной работе сети, насосных станций и регулирующих емкостей, так и требования по поддержанию в диктующих точках сети заданных свободных напоров; разработка рекомендаций по использованию указанного метода при вариантном проектировании строительства новых и развития существующих систем водоснабжения, проверка эффективности этих рекомендаций при реальном проектировании.

Методика работы. Основные положения метода обоснованы известными теоретическими положениями и их развитием применительно к особенностям систем:, подачи и распределения воды включещик станции регулирования. Разработка метода производилась применительно к использованию современной вычислительной техники.

Научная новизна. В работе впервые рассматриваются особен ности расчета систем подачи и распределения воды методом решения системы линейных уравнений при учете действия насосных станций, регулирующих емкостей и станций регулирования Определены ограничения, обеспечивающие однозначность получаемых решений. Разработана методика выключения из расчетной схемы линий сети путем использования "фиктивных насосных станций". Развит метод технико-экономического расчета водопроводных сетей применительно к использованию его при проектировании реконструкции и развития систем водоснабжения.

Практическая ценность. Метод гидравлического расчета сис тем подачи и распределения воды решением системы линейных уравнений использован при разработке программ выполнения этих расчетов на ЭВМ серии ЕС, обеспечивающих возможность -вариантного проектирования крупных систем водоснабжения.

Реализация результатов работы. Программа выполнения на ЭВМ ЕС 1022 и ЕС 1033 гидравлического расчета систем подачи и распределения воды методом решения системы линейных уравнений использована ВНИИ В0ДГЕ0, Ташфилиалом ВНИИ В0ДГЕ0 и Казводоканалпроектом для многовариантных расчетов ряда крупных систем водоснабжения.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на семинаре "Интенсификация и повышение надежности работы систем транспортирования воды" (Москва, 1979 г.) и семинаре "Эксплуатация водопроводных сетей и сооружений на них" (Москва, 1980 г.).

Публикация. Основное содержание диссертации изложено в трех опубликованных рабобгах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, списка использовалной литературы ( 39 наименований). Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 9 рисунков.

ВЫВОДЫ

1.Включение уравнений, учитывающих действие станций регулирования, в общую систему уравнений, описывающих работу системы подачи и распределения воды ( СПРВ), определяет целесообразность перехода от расчета СПРВ по методу Лобачева-Крос-са к расчету методом решения системы линейных уравнений.

2.Автоматизация процесса описания контуров расчетной схемы и ходов до диктующих точек, в которых станции регулирования поддерживают заданные пьезометры, позволяет в полной мере использовать основное преимущество метода уравнивания потерь напора по контурам по сравнению с методом уравнивания узловых расходов - примерно двукратное уменьшение числа уравнений.

При вариантном проектировании СПРВ целесообразно также автоматизировать формирование системы линейных уравнений и корректировку их коэффициентов в ходе итеративного процесса.

3. При подготовке по структурной схеме расчетных схем соответствующих различным стадиям развития СПРВ, а также схем соответствующих одной и той же стадии развития, но существенно различающихся по топологии выключение линий расчетной схемы сети следует производить "геометрически". Это влечет за собой переописание контуров и ходов, но позволяет уменьшить число уравнений. При рассмотрении вариантов различающихся по топологии не существенно, целесообразно производить "гидравлическое" выключение линий, при котором прекращение подачи по какой-либо линии сети достигается установкой на ней фиктивной насосной станции. Это не дает уменьшения числа уравнений, но устраняет необходимость переописания контуров и ходов.

4» Новые результаты, полученные развитием метода "фиктивных расходов", и применение их для технико-экономического расчета СПРВ при значительном количестве существующих линий и линий, для которых диаметры труб уже зафиксированы, позволяет оценивать роль каждой из линий в работе СПРВ на стадиях ее развития, выявлять как перегруженные, так и недогруженные водоводы и магистрали и на этой основе повышать эффективность работы СПРВ как единого целого»

1. Гениев Н.Н. Водоснабжение городов и промышленных предприятий. ГИТИ, М., 1931, 788 с.

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

3. Cross Н. Analisis of flow in networks of conduits or conductors. Bgll. H-286, Eng.Exp.Station of Univ.of Illinois, 1936, vol.?4„ p. 22-32.

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

5. Camp Т.К., Hazen H.L. Hydraulic analysis of water distribution systems by means of an eiectrical network analyser. Hew.Engl.Wat,W.Assoc., 1934, 48, N p.383-407.

6. Карлинская М.й., Эгильский И.С. Счетно-решающее устройство для расчета и анализа систем водоснабжения. "Водоснабжение и санитарная техника", 1962, № I* с.8-12.

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

8. Щулепова И.Д. Расчет водопроводных сетей методом гидравлических аналогий. Автореферат диссертации. М., НИИЖТ, 1954.

9. Э.Вишневский Е.П. Механизация расчета кольцевых водопро-во^ных^сетей. "Водоснабжение и санитарная техника", 1961, $4,

10. Меренков А.П, Дифференциация методов расчета гидравлических цепей. "Журнал вычислительной математики и математической физики", 1973,, том 13, $ 5, с.1237-1248.

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

12. Мошнин Л.Ф. Применение ЭШ для технико-экономического расчета водопроводных сетей по методу фиктивных расходов. "Водоснабжение и санитарная техника"» 19?5( у 5* с.8-13.

13. Мошнин Л.Ф., Сомов М»А., Храмцева Г.Л.,Чепцева A.C. Технико-экономический расчет водопроводных сетей. "Водоснабжение и санитарная техника", 1969, № 7, с.1-6.

14. Некрасова О.Л., Хасилев В.Я. Оптимальное дерево трубопроводной системы* "Экономика и математические методы"« Изд. АН СССР, У1, Вып.З, 1970, с.427-432.

15. Кикачейшвили Г.Е. Технико-экономический расчет разветвленных водопроводных сетей методом линейного программирования. "Водоснабжение и санитарная техника", 1969, $ 6,0.6-1

16. Serek М. Matriz conception of complex water supply systems. Sbornik Vysokeho Uceni Technicke. Brno, 1968, p. 323346.

17. Абрамов H.H. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды. М., Стройиздат, 1971, 287с.

18. Разработать методы гидравлического и технико-экономического расчета систем подачи и распределения воды. Мошнин Л.Ф. Архив ВНИИ ВОДГЕО. Научно-технич.отчет. М., 1973.

19. Инструкция по выполнению на ЭШ ЕС 1020 и ЕС 1022 гидравлического расчета систем подачи и распределения воды.

20. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1980, 178 с.

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

22. Турк В.И., Минаев A.B., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции. М., Стройиздат, 1977, 334 с.

23. Евдокимов А.Г., Дубровский B.B.f Тевяшев А.Р. Потоко-распределение в инженерных сетях. М., Стройиздат, 1979, 199 с

24. Ильин В.Г. Расчет совместной работы насосов, водопроводных сетей и резервуаров. Киев, ГосстроЙиздатДССР, 1963, 136 с. (

25. Шопенский Л.Я. Определение аккумулирующих емкостей при разных режимах подачи и потребления воды. Сб.трудов НИИСТ, Вып.29, M., 1969, с.24-48.

26. Хасилев В.Я,, Сумарснев C.B., Такайшвили М.И. Расчет аварийных гидравлических режимов в системах водоснабжения. "Водоснабжение и санитарная техника", 1975, № 10, с.7-1

27. Кирсанов М.В. Экономический расчет водопроводных сетей. М., Изд. МКХ РСФСР, 1949, 147 с.

28. Сидорова В.А. Ускорение процесса увязки контуровпри гидравлическом расчете кольцевых сетей. Труды ВНИИ ВОДГЕО. Вып. 67, M., 1977, с.94-104.

29. Ерр й., Fowler A. Efficient code for steady-state flows in networks. Journal of the Hydraulic Division, ASCE, 1970, vol.96, NHYl,p43-56.

30. Сводный отчет по теме "Разработка математического обеспечения гидравлического расчета для пускового комплекса задач АСУП г.Тбилиси. Мошнин Л.Ф., Каримов Р.Х.,Тимофеева Е.Т., Сидорова В.А., Лойцкер О.Д., Долидзе Д.Т. Архив ВНИИ ВОДГЕО, 1979,77 с.

31. Мошнин Л.Ф,, Сидорова В.А. Гидравлический расчет систем подачи и распределения воды при вариантном проектировании. Труды ВНИИ ВОДГЕО", Вып. 67, часть I, М., 1977.

32. Каримов Р.Х. Определение параметров станций регулирования систем подачи и распределения воды. Сб."Эксплуатация водопроводных сетей и сооружений на них" (материалы семинара). ВДНТП, М., 1980, с.77-80.

33. Каримов Р.Х., Тимофеева Е.Т, Схемы использования станций регулирования в системах подачи и распределения воды. Сб. "Эксплуатация водопроводных сетей и сооружений на них" (материалы семинара). ЬЩНТП, М., 1980, с.80-85.

34. Каримов Р.Х, Методика расчета систем подачи и распределения воды при использовании станций регулирования. Сб. Интенсификация и повышение надежности работы систем транспортирования воды", (материалы семинара), ЦДНТП, М., 1979, с.46-49.

35. Тьюарсон ?. Разреженные матрицы. "Мир", М., 197?;, 187 с.