I факторы, влияюшие на надежность сети

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.
В В Е Д Е Н ИЕ ................................................................................................................ 5

I. САМОНАПОРНЫЕ ЗАКРЫТЫЕ ОРОСИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И СУШЕСТВУЮШИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ НАДЕЖНОСТИ
I.I. Развитие самонапорной закрқтой оросительной сети............................................ 9
I.2. Надежность самонапорной закрқтой оросительной сети..................................... 24
I.3. Факторы, влияюшие на надежность сети ……………………………………….. 33
I.4. Морфологический анализ........................................................................................ 36
I.5. Патентная проработка ............................................................................................. 39
I.5.I. Анализ конструкций патрубков-водовқ пусков .......................................... 41
I.5.2. Анализ способов промқвки трубопроводов ................................................. 44
Выводы по главе …………………………………………………………………........ 47
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.I. Цель и задачи исследований …………………………………………………....... 49
2.2. Характеристика объекта ………………………………………………................. 50
2.3. Показатели надежности элементов сети ……………………………………….. 58
2.4. Методика проведения исследований…………………………………................. 66
3. ПАРАМЕТРЫ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ САМОНАПОРНОЙ ЗАКРЫТОЙ
ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
3.1. Повторяемость отказов элементов сети, их характер, причины
идинамика в процессе эксплуатации ………………………………………... 71
3.2. Определение показателей надежности самонапорной закрытой
оросительной сети ……………………………………………………………….. 90
3.2.I. Расчет параметра потока отказов и установление законов
распредения отказов ……………………………………………………….. 90
3.2.2. Ремонтопригодность сети ……………………………………………….. 105
Выводы по 3 главе ………………………………………………………………….. 114

Стр.
4. ОЧЕНКА НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА БОРОЗДКОВОГО ПОЛИВА ИЗ

САМАНАПОРНОЙ ЗАКРЫТОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
4.1. Саманопорная закрытая оросительная сети и оценка охем ее размещения ……. 115
4.2. Оценка качества бороздкового полива из самонапорной закрытой оросительной
сети …………………………………………………………………………………... 132
4.3. Оценка надежности и качества бороздкового полива из самонапорной
закрытой оросительной сети на Самгарском массиве ………………………….... 138
Выводы по главе 4 ………………………………………………………………………. 152
5. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ САМОНАПОРНОЙ ЗАКРЫТОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ
СЕТИ
5.1. Самонапорная оррсительная система ……………………………………………... 154
5.1.1. Конструкция система ………………………………………………………... 154
5.1.2. Принцип работы ……………………………………………………………... 156
5.2. Устройство для регулирования расхода воды в борозды ………………………... 158
5.2.1. Конструкция устройства ……………………………………………...……... 158
5.2.2. Принцип работы ……………………………………………………………… 159
5.2.3. Патрубок-водовыпуск ……………………………………………………….. 161
5.2.4. Принцип работы ……………………………………………………………… 162
5.3. Способ промывки поливных трубопроводов ……………………………………... 164
5.3.1. Конструкция системы промывки поливных трубопроводов ……………… 164
5.3.2. Технология промывки ……………………………………………………….. 165
5.4. Основные положения технического обслуживания и ремонта
самонапорной закрытой оросительной сети для поверхностного полива ………. 167
5.5. Экономическая эффективность предложенных мероприятий по повышению
надежности ………………………………………………………………………… 175
5.5.1. Экономическая оценка повышения надежности самонапорной закрытой
оросительной сети ………………………………………………………….. 175
5.5.2. Уточнение затрат на содержание самонапорной закрытой оросительной
сети с учетом надежности …………………………………………………. 181
Выводы по главе 5 ………………………………………………………………………. 186

Стр.
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ……………………………………………………………. 187

Л И Т Е Р А Т У Р А …………………………………………………………………...…… 190
П Р И Л О Ж Е Н И Я ………………………………………………………………………. 215

ВВЕДЕНИЕ
Нарастающий дефицит водных и энергетических ресурсов, экологические проблемы в Среднеазиатском регионе страны требуют разработки энерго-ресерсо-сберегающих технологий орошения. Внедряемая в предгорных районах Средней Азии самонапорная закрытая оросительная сеть (ЗОС) позволяет существенно повысить эффективность использования воды и поднять техническое состояние оросительных систем на новый уровень.

Однока недостаточный опыт проектирования, низкой качество строительно-монтажных работ, нарушение правил эксплуатации снижают преимущества таких систем; имеет место снижение урожайности сельскохозяйственных култур из-за отказов элементов сети и неравномерного увлажнения по длине борозды. Таким образом, вопросы обеспечения надежности таких систем приобретает важное экономическое значение.
Практика эксплуатации оросительных систем показывает, что разработка мероприятий по повышению надежности-комплексная задача и вести ее надо на этапах-проектирования, строительства и эксплуатации.
В связи с этим, весьма актуальна необходимость исследований по оценке надежности самонапорной ЗОС при бороздковом поливе и разработка мероприятий по обеспечеию безотказности, ремонто пригодности, сохраняемости и долговечности сети.
Цель работы-разработка методов оценки и повышение надежности самонапорной ЗОС при проектировании и эксплуатации.
В соответствии с намеченной целью поставлены и решены следующие задачи:
- изучение повторяемости, характера, причин, динамики отказов сети и ее работоспособности в процессе длительной эксплуатации, определение количественных показателей надежности самонапорной ЗОС при бороздковом поливе;
Исследование особенностей структуры и функционирования самонапорной ЗОС при бороздковом поливе;
-оценка надежности и качества бороздкового полива из самонапорной ЗОС, установление оптимального уровня надежности с учетом ущерба от отказов элементов сети и неравномерного увлажения по длине борозды;
- разработка новых технических решений по совершенствованию самонапорной ЗОС, мероприятий по поддержанию сети в работаспособном состоянии.
Методика исследований. Выполнение поставленных задач проводилось в 1986-90 гг. методом комплексных полевных исследований на типичной самонапорной ЗОС Самгаррской оросительной системы Таджикской ССР с планируемым производственным экспериментом, статистической обработкой полученных материалов и проверкой сходимости теоретических и опытных значений с помощью табличного метода и использования специальных программ ЭВМ.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-установлены закономерности проявления отказов, законы распределения времени между отказами элементов сети и интенсивности их восстановления; определены количественные показатели надежности;
-разработана методика оценки надежности и качества бороздкового полива из самонапорной ЗОС; установлены закономерности изменения надежности сети в зависимости от протяженности трубопроводов и оперативности восстановления отказов; проведена сравнительная оценка надежности различных схем;
-установлен и обоснован оптимальный уровень надежности сети с учетом ущерба от отказов элементов сети и неравномерного увлажнения по длине борозды;
-разработаны новые решения по поливу приканальных участков, совершенствованию технического состояния патрубков-водовыпусков, технология промывки трубопроводов, а также мероприятия по повышению надежности самонапорной ЗОС.
Практическая ценность работы-предложенная методика расчета показателей надежности и качества бороздкового полива позволяет проводить количественную оценку вариантов схем самонапорной ЗОС при проектировании и оценку работоспособного состояния при эксплуатации.
Полученные показатели надежности сети и качества полива могут служить исходным экспериментальным материалом при выработке нормативных требований к надежности самонапорной ЗОС. Они позволяют службе эксплуатации назначать оптимальные периоды ремонтно-профилактических мероприятий, разрабатывать нормативы запасных материалов, уточнять штатный состав эксплуатационного персонала и др.
Предложенные новые технические решения по совершенствованию самонапорной ЗОС позволяют регулировать расход поливной струи в борозды требуемых пределах, обеспечивают полив приканальных участков, повышают эффективность промывки поливных трубопроводов.
Разработанные рекомендации по техническому обслуживанию и ремонту самонапорной ЗОС при бороздковом поливе способствует повышению безотказности, ремонтопригодности, сохраняемости и долговечности сети.
Основные защищаемые положения:
-закономерности проявления отказов элементов самонапорной ЗОС при длительной эксплуатации;
-методика оценки надежности и качества бороздкового полива из самонапорной ЗОС;
-обоснование оптимального уровня надежности с учетом ущерба от отказов элементов сети и неравномерного увлажнения по длине борозды;
-мероприятия по повышению надежности самонапорной ЗОС при бороздковом поливе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: научно-практической конференции молодых ученых (москва, ВНИИГиМ, 1989г); научно-технической конференции МГМИ (Москва, МГМИ, 1988-91гг.); заседаниях кафедры эксплуатации гидромелиоративных систем (Москва, МГМИ, 1987-91 гг.); НТС Ленинабадского областного производственного ремонтно-эксплуатационного мелиоративного объединения (Ленинабад, 1990г.).
По результатам исследований опубликовано 11 работ, из них печатных 9, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание изложено на 131 странице машинописного текста, иллюстрирована 49 рисунками, 31 таблицей. Список литературы содержит 216 наименований.
1.САМОНАПОРНЫЕ ЗАКРЫТЫЕ ОРОСИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И СУШЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ НАДЕЖНОСТИ

1. 
   Развитие самонапорной закрытой оросительной сети
   

Предгорная зона Средней Азии имеет огромное народнохозяйственное значение. В настоящее время здесь, на уклонах более 0,008-0,01, орошаемая площадь составляет: в Таджикской ССР-396 тыс. га, в узбекской ССР-432 и в Киргизской ССР-532 тыс.га /183/.
Способ полива по бороздам (98%) площади-один из самых распространенных при поверхностном орошении в районах Средней Азии /206/. Дождевание здесь невыгодно из-за больших потерь на испарение, затрат энергии и материальных ресурсов. Другие способы орошения (капельное, внутрипочвенное и др.) изучаются на не больших опытных участках, и эти способы пока не могут быть рекомендованы для широкого внедрения.
В существующем виде поверхностный способ полива из открытой оросительной сети обладает следующими недостатками: низкой производительностью труда (2-4 га/см), большими потерями (39-64%) оросительной воды, значительными потерями (12-18%) площади земель под оросительной сетью/183/.
Полив по бороздам при правильном выборе техники полива, при надежной и оперативной подаче воды к поливной технике и регулировании поливным током струй в борозды позволяет достичь высокой производительности труда, хорошего качества полива без существенной эрозии почвы (не более 3-13 т/га в год) при небольшой его стоимости.
Таких показателей можно достичь в известной мере с помощью закрытой оросительной сети.
В нашей стране идеи применения ЗОС развили в своих работах А.Н.Костяков, Р.И.Пикалов, Н.И.Струков, В.А.Шаумян, Г.М.Зюликов и др.
В МГМИ, начиная с 60-х годов, велись работы по созданию техники для механизации бороздкового полива. Академиком И.А.Шаровым и Г.Ю.Шейнкиным разработан способ самотечного полива по бороздам из трубопроводов, сущность которого заключается в заборе воды из канала, подаче ее в транспортирующий трубопровод и далее в поливные трубопроводы с выпуском в борозды. В нижней части поливного участка поливной трубопровод стационарный, закрытый с водовыпускными отверстиями, а в верхней-гибкий переносной (шланг) рис.1.1).
На основании этого предложения на протяжении ряда лет сотрудниками кафедры ЭГМС МГМИ (Г.Ю Шейнкин, В.А.Сурин, Н.К.Нурматов и др.) были разработаны и внедрены в хозяйствах Ленинабадской области Таджикской ССР Различный продольные и поперечные схемы самотечного полива по бороздам из поливных трубопроводов и шлангов, применяемые в зависимости от уклонов поверхности, рельефа месности и типа почвы (рис.1. 2.). Эти разработки и внедрение изложены в научно-технических отчетах кафедры ЭГМС за 1960-1982 гг. и освещены в публикациях / 136-151, 181-183, 203,204 /.
Изучение вопросов автоматизации поливов на закрытой сети на малых уклонах с применением механической подкачки воды для создания необходимых напоров проведено под руководством М.Ф.Натальчука в совхозе «Энгельсский» Саратовской области.
Впервые Г.Ю.Шейнкин в конце 1963 года для полива виноградников использовал подземные трубопроводы /204/. Для выпуска воды в борозды они были оборудованы гравийными фильтрами и патрубками из газовых труб с краниками. В дальнейшем для полива садов и виноградников была разработана /181/ самонапорная ЗОС с подземными поливными трубопроводами, имеющими над водовыпускными отверстиями патрубки- водовыпуски в створе каждого ряда насаждений (рис. 1. 3). Патрубки-водовыпуски изготавливают из полиэтиленовых труб. В верхней части патрубка-водовыпуска устраивают боковые отверстия для слива воды в борозды.
Параметры сети и пределы ее применимости определяются уклоном местности. Нижний предел уклона -0,004 определяется возможностью создания в сети требуемого напора в 4-5 м; верхний предел уклона -0,2 определяется технической возможностью полива по бороздам /183/.
Оросительная система с подземными трубопроводами в предгорной зоне Средней Азии является наиболее дешевой /200/.
Исследования, проведенные а Таджикистане, Азербайджане, Узбекистане, Туркмении и Киргизии показали, что самонапорная ЗОС наиболее эффективна для полива на больших уклонах садов и виноградников.
В настоящее время самонапорная ЗОС внедрена на площади более 4 тыс.га для полива виноградника, а также включена в проекты ряда новых объектов, расположен Армянской и Украинской ССР на площади около 8 тыс.га /183/.
Широкое распространение получают системы с подземными трубопроводами и за рубежом. Так, в Болгарии стационарная ЗОС применяется для полива многолетних насаждений /43/. Под руководством И.Вырлева разработана автоматизированная система полива по бороздам, в которой информация о движении воды поступает из группы борозд /44/. Подача воды в борозды осуществляется здесь по вертикальным трубам-стоякам с регулируемыми отверстиями, получающим воду из подземного поливного трубопровода. Были испытаны также гибкие шланги, пластмассовые трубопроводам лишь на период поливов, часть-постоянно. Распространение получили также системы с выдвижными пластмассовыми гидрантами /46/.
В США на больших уклонах применяют ЗОС с гибкими стояками и с переносной сетью из аллюминиевых и пластмассовых трубопроводов с водовыпускными отверстиями в борозды /20/, с потайнымми стояками /211/, атакже с подземными гибкими надувными стояками /211/, а также с подземными гибкими надувными шлангами /215/.
В последние годы в Тайване получила распространение оросительная система орошения по бороздам с подземными распределительными трубопроводами, на которых жестко закреплены гидранты с подачей воды в каждую борозду /216/, аналогично применяемой в СССР. Вся трубчатая сеть в системе выполняется из пластмассовых полихлорвиниловых труб.
В НИИ технологии орошения и осушены, Бэнлса-Джурджу (Румыния), разработана система поверхностного орошения виноградников и яблоневых садов с шириной междурядий более 2 м из перфорированных поливных трубопроводов, обеспечивающих механизацию поливов по бороздам на почвах с впитывающей способностью 2-15 см /см. Стационарный модуль системы расчитан на площадь орошения 24 га /214/.
Главное преимущество самонапорной ЗОС в сравнении с временной оросительной сетью в земляном русле состоит в том, что ЗОС позволяет в 1, 5-1, 7 раза снизить оросительную норму, повысить производительность труда поливальщиков в 3-4 раза, на 6% улучшить полезное использование земли, выдерживать заданный поливной режим и повысить за счет этого урожайность сельскохозяйственных культур на 20-40% /182/.
Полив из самонапорной ЗОС позволяет осуществлять любую из прогрессивных технологий полива по сквозным бороздам: переменной струей, импульсной или дифференцированной подачей воды в любую точку участка по требованию водопользователя, несколько снизить требования к качеству планировки поверхности поливных участков.
При проектировании самонапорной ЗОС в настоящее время СНиП 2.06.03-85/ 172/ предусматривает тупиковые схемқ сети. Применение кольцевой сети должно быть обосновано. Распределительные трубопроводы разбиваются на ремонтные участки и разделяются ремонтными задвижками через 500-800 м. Для промывки и опорожнения трубопроводов на случай ремонта в конце их устраивают сбросные (промывные) задвижки.
Несмотря на обширность зон возможного применения самонапорной ЗОС присущи и недостатки, сдерживающие широкие масштабы ее строительства. Неудачи в применении самонапорной ЗОС на целом ряде массивоз с уклонами более 0,004 ыызваны недоучетом технологических требований нарезки поливных борозд и организации полива. В период освоения новых систем проведение поливов на больших уклонах из-за отсутствия опыта эксплуатации приводило к большим сбросам оросительной воды и, как следствие, к значительным размывам, эрозии. Кроме того, наблюдалась низкая степень равномерности увлажнения по площади поливной карты /73/.
Элементы самонапорной ЗОС (трубопроводы, запорно-регулирующая арматура, парубки-водовыпуски идр.) работаютпериодически, а их отказы приводят только к частичному нарушению работы всей системы. К полному отказу системы приводят отказ магистрального канала или трубопровода. Частые отказы элементов сетимогут приводить к длительным периодам неисправного состояния сети и невыполнению системой ее главной функции-обеспечения полива сельскохозяйственных культур в течение заданного времени.
Причины выхода из строя элементов самонапорной ЗОС при эксплуатации весьма различны. В соответствии с действующими функциональными связями, характерными для систем транспортирования воды, отказы последних могут быть разделены на внутренние и внешние /2/.
Внешние-это нарушения, вызывающие отказ системы под действием событий, происходящих вне системы. К ним могут быть отнесены, например: прекпащение подачи электроэнергии к насосным станциям, обеспечивающим оросительные системы водой из водоисточников; непредвиденное повышение или снижение уровней воды и расходов водоисточника и оросительного канала и.т.п.
Основными и наиболее частыми являются отказы составляющие основу самой системы, то есть отказы по внутренним причинам. Последствия этих отказов и рассматриваются в настоящей работе.
Отказом самонапорной ЗОС называется событие, заключающееся в нарушении работоспособности сети, то есть полное или частичное прекрашение ее работы. Отказы самонапорной ЗОС могут быть вызваны выходом из строя отдельных элементов (рис.1.2), составляющих ее тракт водоподачи, таких как: оросительный канал (ок), распределительный трубопровод (РТ), поливной трубопровод (ПТ) и патрубки-водовыпуски (ПВ). Надежность доставки воды растениям зависит от надежной работы этих элементов, структурная схема которой представлена на рис.1.4.

18-бетдаги чизмани чизиш

Самонапорная ЗОС с точки зрения надежности является сложной технической системой ветвящейся структуры с обязательным немедленным восстановлением работоспособности после отказа. Процесс функционирования восстанавливаемого элемента при ее эксплуатации можно описать как последовательность чередующихся интервалов работоспособности и простоя (отказа). Временная модель процесса функционирования элемента самонапорной ЗОС представлена на рис.1.5.

18-бетдаги 2-чизмани чизиш

Отказы самонапорной ЗОС в период эксплуатации весьма разнообразны. Классификация существующих видов отказов элементов самонапорной ЗОС по различным признакам приведена на рис.1.6.

19-бетдаги чизмани чизиш

Широкие исследования по изучению технического состояния и анализа причин повреждений и отказов проведены для высоконапорных закрытых оросительных систем /5, 37, 53, 61,62, 64, 107, 108, 163, 164, 191/. Основными причинами повреждений и отказов трубопровоов, как отмечают авторы, являются несовершенство ехнологии строительства и монтажа, нарушение правил перевозки труб, технологические ошибки при изготовлении соединительной арматуры и.т.п.
Авторы всех работ едины в том, что основной причиной повреждений и отказов во время эксплутации высоконапорных оросительных систем является гидравлический удар при остановке дождевальных машин и пуска насосных агрегатов.
По сравнению с высоконапорными оросительными системами исследование технического состояния и причин отказов (повреждений) элементов самонапорной ЗОС проведено очень мало. Так, в работе /79/ представлены результаты обследования закрытых трубопроводов оросительных систем яванской долины Таджикской ССР, где основные виды повреждений элементов ЗОС классифицированы по двум группам: безнапорные течи-течи из гидрантов; напорные течи-из муфт, и как следствие-разрывы труб. Установлены следующие причины таких повреждений: некачественный монтаж трубопроводов, просачивание воды у гидрантов и затопление трассы оросителей по недосмотру обслуживающего персонала, а также из-за гидравлического удара при эксплуатации. Появление течи в муфтах и трубах рассматривается в зависимости от расхода и напора в элементах сети и классифицированы по разрядам.
Отдельные недостатки в работе самонапорной ЗОС такие, как засорение поливных отверстий и сороудерживающих сеток плавающим мусором, разработка поливных отверстий, выход из строя запорнорегулирующей арматуры, поломка асбестоцементных труб и полиэтиленовых патрубков и т.п. отмечены в работе /181/. Причиной выхода из строя задвижек, по мнению авторов, является замерзание оставшейся в трубопроводах воды зимой и сработка «плечиков» клина из-за больших напоров. Причина поломок труб- наличие волосяных трещин, а также нарушение технологии строительства трубопроводов. Поломка патрубков-водовыпусков происходит в основном при механизированных работах.
Исследованию гидравлического удара в оросительной сети самотечно-напорных трубопроводов посвящена работа/36/. Автор установил, что при больших статистических напорах в сети (до 1Мпа) рабочие напоры, потребные для поверхностного полива, не превышают 0,03-0,04 Мпа. В то же время повышение давления в результате гидравлического удара может достичь 0,2-0,3 МПи. Предлагается: толщину стенки труб закрытых оросительных систем назначать по ударному давлению. Было исследовано влияние кольцевания отводов на гашение гидравлических ударов, которое в ряде случаев дает такой же эффект, как и установка специальных гасителей удара-поршневых клапанов и воздушно-гидравлических колпаков.
Анализ работы самонапорной ЗОС в хозяйствах Таджикской ССР протяженностью 1003,6 км приведен в работе /47 /. Установлено, что основными дефектами сети являются: утечка воды через стыковые уплотнения муфт, забивка концевых участков наносами, размыв почвы в местах выпуска воды из гидрантов. Выходят из строя соединительные части, тарели гидрантов из-за гидравлических ударов, вызываемых большими напорами в сети. По этой же причине происходит утечка воды через гидранты и концевые сбросы. Потери воды из-за утечек составляют в среднем 4% головного расхода.

22-бетдан бошланди

Для текущего ремонта гидрантов и сети ежегодно затрачивается 60-130 руб/га. На 30-40% площади требуется капитальный ремонт, на 20-30% -частичный ремонт и замена арматуры. Для решения указанных недостатков, авторы предлагают распределительно-поливной трубопровод с П-образными участками в местах раздачи воды, а также трубопроводы с дроссельными устройствами /134/.
В работе /182/ отмечаются трудности полива из поливных трубопроводов верхних ярусов (приканальных участков), так как напор в поливных трубопроводах самонапорной ЗОС меньше допустимого.
Для обеспечения необходимого напора автор рекомендует:
-воду для поливных трубопроводов верхних ярусов подавать из распределительных трубопроводов, находящихся в вышерасположенной зоне орошамого массива;
-воду в вехрхний ярус подавать из проложенного вдоль зонального канала напорному трубопроводу с использованием передвижной насосной станции;
-создавать подпоры воды в канале с помощью подпорных сооружений.
Однако, как показал анализ работы сети, эти рекомендации не нашли широкого применения по следующим причинам /134,152/:
-подключение концевой части распределительных трубопроводов вышерасположенной зоны к поливным трубопроводам ниже расположенной зоны создает организационные трудности при проведении полива, так как эти трубопроводы относятся к разным бригадам; затрудняется увязка поливов с последующей междурядной обработкой;
-подача воды с помощью передвижной насосной станции приводит к дополнительным затратам энергии на создание напора,
Что повышает стоимость полива и ежегодные на эксплутацию сети;
-создание подпора воды в канале с помошью подпорных сооружений затрудняет деление воды между бригадами. Расположенными вдоль канала, увеличивает заиление канала и затрудняет его очистку.
Из-за несовершенства конструкций патрубков-водовыпусков после разработки водовыпускных отверстий происходит неравномерное распределение воды в борозды по всей длине поливного трубопровода.
Как отмечает Г.Ю.Шейнкин /207/ наибольшие потери воды при бороздковом поливе наблюдаются на поле в связи с неравномерностью распределения воды между бороздами, разной степенью их уплотненности и неодновременностью добегания воды до конца борозд, сбросом воды с концевых частей оросителей при водораспределении, с вынужденным сокращением подачи воды в ночное время для предотвращения аварийных ситуаций.
Следует подчеркнуть, что применение самонапорной ЗОС требует повышения уровня квалификации как самих поливальщиков, так и специальных ремонтно-экспрлуатационных бригат /195/. При эксплуатации сеть требует постоянного ухода и специальных навыков эксплуатации, на что в настоящее время не уделяется должного внимания.
Следует также отметить, что в рассмотренных литературных источниках нет сведений о важном показателе качества эксплуатации-продолжительности устранения отказов ( повреждений), состава ремонтных бригад и обеспеченности их необходимыми запасными частями, механизмами и материалами.
По данным авторов работ /53, 164/ при нарушении агротехнических сроков полива в результате аварий и несвоевременного их устранения на высоконапорной ЗОС урожайность может снизиться на 20-40%, а фактические убытки из-за недополучения сельскохозяйственной продукции доходят до 98-138 руб/га орошаемой площади. Кроме того, из-за неравномерности увлажнения по длине борозды при бороздковом поливе, урожайность значительно снижается. Так, при коэффициенте равномерности увлажнения Кр=0,5 урожайность винограда в конце поливной борозды в 1,8 раза, при К_р=0,75-в 1,55 раза ниже, чем в начальном участке /45,76,77/.
В связи с этим, больщую актуальность приобретают вопросы учета надежности и качества поливов при проектировании, строительстве и эксплуатации самонапорных ЗОС, а это в свою очередь требует достоверных сведений о причинах, снижающих эффективность функционирования, определения критериев оценки нпдежности и качества, разработки и назначения мероприятий по планово-предупредительному техническому обслуживанию и ремонту (ППТОиР) сети.

1.2. Надежность самонапорной закрытой орсительной сети

По мере развития современных оросительныхи систем-усложнения структуры, удлинения трубопроводов и введения различных устройств (введение избыточности), внедрения новой техники и технологии поливов, оредств автоматизации и телемеханизации с возросшими требованиями к бесперебойной и безаварийной их работе, проблема обеспечения надежности приобретает особую актуальность, поскольку качество работы системы непосредственно отражается на конечном результате-урожайности сельскохозяйтвенных культур.
Под надежностью самонапорной ЗОС, как и любой технической системы, в соответствии с ГОСТ 27.002-83 понимается свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонов, хранения и транспортирования /59/. Под объектом понимаются как отдельным элементы, так и сеть в целом.
Основной задачей самонапорной ЗОС является безотказное обеспечение растений в течение заданного времени требуемым количеством воды в пределах допустимых отклонений, сохранение и приумножение при этом плодородия почв без отрицательных экологических последствий.
Анализ литературных источников и нормативных документов показал, что проектирование, строительство и эксплуатация самонапорных ЗОС до настоящего времени ведется без учета количественной оценки их надежности, что вызвано полным отсутствием численных ЗОС до настоящего времени ведется без учета количественной оценки их надежности, что вызвано полным отсутствием численных показателей надежности элементов подобных систем, а также соответствующих нормативных рекомендаций по методам расчета и разработки мероприятий по повышению надежности.
Однако, это не значит, что в области мелиорации не ведутся работы по этой проблеме. Исследования проблемы надежности гидромелиоративных систем были начаты в начале 60-х годов в ГрузНИИГиМ под руководством Ц.Е.Мирцхулавы. в его фундаментальных работах /112-122/ впервые изложены основные положения применения методов теории надежности применительно к мелиоративным системам. В дальнейшем, появлются работы М.Ф.Ннатальчука /126,127/, С.Ш.Зюбенко /78-86/, В.А.Солнышкова /173-177/, А.И.Горюнова /57/, С.С.Савватеева /166-169/, В.В.Иванова /89-95/, В.А.Гурина /62-68/, И.И.Науменко /128-130/, В.Н.Померанца /156,157/, А.Л.Цырульникова /197,198/ идр., которые посвящены исследованиям надежности отдельных элементов гидромелиоративных систем и мерам по ее повышению.
Значительное внимание вопросам надежности и эффективности закрытых оросительных систем уделеноь в работах /61,64,80,83,84,92,198/.
Определенный интерес представляют исследования, проводимые в области надежности водо-, тепло и газоснабжения, так как применяемые в этих отраслях трубопроводные системы топологически подобны самонапорной ЗОС.
Наиболее полное исследование систем водоснабжения, методик оценки и обеспечения показателей надежности на этапе проектирования проведены Н.Н.Абрамовым /1,2/, Ю.А.Ильиным /96,97/, В.Г.Новохатным /132/, О.Г.Приминым /159/ и др.
В работах А.А.Ионина /101,102/, А.М.Дубинского /72/ и др. рассматриваются проблемы и основные понятия надежности систем газо – и теплоснабжения. Приведены методика расчета нерезервированных и резервированных сетей, система критериев надежности таких систем.
Однако специфические особенности самонакпорной ЗОС не цают возможности непосредственного и прямого использования результатов расчетов по обеспечению надежности вышеприведенных инженерных систем.
Одна из первых работ по разработке методики оценки надежности ЗОС принадлежит С.Ш.Зюбенко /79-83/, где автор рассматривая процесс эксплуатации ЗОС как поток случайных событий, предлагает следующие критерии надежности: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
В.В.Иванов /89-93/ разработал методы исследования надежности напорных ЗОС при автоматизации полива по бороздам с учетом режима и условий эксплуатации.
В.В.Авилов для оценки технического состояния внутрихозяйственных ЗОС предлагает показатели: коэффициент обеспеченности полива, вероятность безотказной работы и приводит ряд критериев оценки надежности сети и ее элементов /З/.
Большой интерес представляет работа А.А.Горюнова / 57/, в которой автор предлагает при оценке надежности ЗОС учитывать неравноценность ее элементов и за количественный показатель принимать комплексный показатель – вероятность безотказной подачи воды на полив.
Пледлагаемая методика оценки надежности элементов систем орошения О.Г.Балуна /35/основана на вероятностном подходе к оценке взаимодействия между внешними условиями и внутренними свойствами объекта. Основными критериями при выборе оптимального варианта водообеспечивающего узла, по ее мнению, служит средняя за оросительный сезон вероятность безотказной работы и коэффициент готовности.
В наибольшей степени разработана методика расчета надежности высоконапорных ЗОС в работах В.А.Гурина /62-65,67/, доведенная до инженерных расчетов. Он предлагает за показатель надежности ЗОС принимать коэффициент готовности. В разработанной им методике расчета надежности для определения тяжести отрказа при расчете коэффициента готовности тупикового линейного элемента вводится весовая функция, равная доле площади полива одной дождевальной машины в системе. Коэффициент готовности транзитного элемента определяется из условия последовательного соединения линейной транзитной части и узла водораспределения высшего ранга.
Однако непосредственно применить указанную методику для расчетов самонапорной ЗОС не представляется возможным, так как важным показателем работоспособного состояния самонапорной ЗОС является не только ее готовность подавать заданное количество воды, но и обеспечение равномерного распределения воды между бороздами по всему участку орошаемого массива.
Поэтому для оценки качества и надежности самонапорной ЗОС необходимо, кроме вышеназванных показателей разработать показатели, присущи этим системам, а именно учитывающие равномерность увлажнения по длине борозды, равномерность распределения расходов воды в патрубках-водовыпусках, зависящих от изменения напора в поливном трубопроводе, состояния водовыпускных отверстий и качества изготовления патрубков-водовыпусков.
Эти показатели входят в число основных критериев уровня и качества самонапорной ЗОС, поскольку именно они в значительной степени определяют эффективность применения сети при бороздковом поливе.
Необходимо отметить, что при внедрении самонапорной ЗОС важным является не только ее технические возможности, но и обеспечение выполнения заданных функций (готовность сети к подаче воды и равномерное ее распределение по длине поливного трубопровода) при длительной эксплуатации, то есть обеспечение требуемого уровня надежности сети.
Как известно реализация требований по обеспечению уровня надежности оросительных систем достигается на всех этапах – проектирования, строительства и эксплуатации / 70, 112, 115, 194/.
На этапе проектирования уровень надежности зависит от расчета и выбора рациональных схем и конструкций самонапорной ЗОС, подбора техники полива и т.п.
Важным этапом в обеспечении уровня надежности является строительство, зависящее от качества применяемых материалов и выполняемых работ, а также от способа и технологии производства и монтажа.
При эксплуатации уровень надежности определяется условиями эксплуатации самонапорной ЗОС, периодичностью технического обслуживания и ремонта, объемом ремонтных работ и т.п.
Уровень надежности, заложенный при проектировании и строительстве, характеризует начальный уровень надежности (H_нач) сети в момент приема ее в эксплуатацию, который постепенно со временем будет снижаться (рис.1.7, кривая) /4,115,162,194/.
При известном минимально допустимом уровне надежности (H_мин) необходимо, чтобқ начальнқй уровень надежности не снижался до этого значения за период Т_р, то есть
H_нач > H _мин (1.1)
Это условие можно вқполнить за счет удорожания сети, то есть вкладқвая дополнительнқе затратқ при проектировании и строительстве, при которқх начальнқй уровень надежности (Н_нач) имеет такое значение (Н.), снижение которого за время Т_р обеспечивает условие (1.1) (рис.1.7, кривая 2).
Так как самонапорная ЗОС относится к восстанавливаемқм объектам, то для поддержания ее в работоспособном состоянии необходимое проведение технического обслуживания и ремонта, которқе могут повқшать надежность сети до оптимального уровня (Н_опр ) и таким оброзом, предотвраўать снижение уровня надежности ниже Н_мин (рис.1.7, кривая 3). Значит уровень надежности можно поддерживать без удорожания сети, но с такой последовательностью ремонтнқх работ, которқе обеспечивали бқ надежность на уровне
30-бетда чизма чизиш керак
Не ниже Н_мин на всех этапах эксплуатации.
Таким образом, требования надежности и экономичности находятся в противоречии: повқшение надежности на стадиях проектирования и строительства связано с удоржанием сети, но требует минимальнқе затратқ при эксплуатации и наоборот удешевление сети приводит к снижению уровня мнадежности, для поддержания которой требуется большие эксплуатационнқе затратқ. В связи с этим возникает вопрос об оптимальном уровне надежности ( Н_опт ), которқй определяется путем сопоставления расходов на повқшении надежности и величинқ уўерба от ее снижения (рис. 1.8) /6, 51, 115/. Значит целью поисков должна бқть не максимально возможная надежность, а нахождение оптимального уровня надежности при минимизации суммарнқх приведеннқх затрат /113,115,162/.
Допустимқй минимальнқй уровень надежности Н_мин можно установить путем сравнения затрат (З(t) ) на техническое обслуживание и ремонт с уўербом (Y(t) )), причиняемқм снижением уровня водить ремонтно-восстановительнқе работқ, а если Y(t) <3(t) то проведение ремонтнқх работ нецелесообразно (рис.1.8).
Особенно важно в период эксплуатации сети, во время поливов поддерживать уровень надежности не ниже минимального уровня Н_мин.
Внезапнқе перерқвқ подачи водқ (простой сети) в поливной период приводят к значительнқм уўербам, характеризуюўимся снижением урожая и качества сельскохозяйственной продукции (рис.1.9, кривая 1).чтобқ уменьшить эти уўербқ необходимо нести затратқ на своевременное техническое обслуживание и ремонт (рис.1.9, кривая 2). Значит необходимо стремиться снизить потери за счет минимизации суммқ /51/.
F(t)=(Y(t)+3(t) ) (1.2)
Где: F(t)-суммарнқе потери;
Y(t)-ущерб, вследствие внезапных перерывов подачи воды;
З(t)-затратқ на техническое обслуживание и ремонт.
Уровень надежности, соответствуюўий величине F(t) _мин , можно считать оптимальнқм уровнем надежности Н _опт.
Таким образом, анализ современного состояния исследований по проблеме надежности закрқтқх оростельнқх систем показқвает, что до настояўего времени отсутствуют работқ по оценке, анализу и методам обеспечения надежности самонапорной ЗОСм, из-за специфических отличий ее от других закрқтқх оросительнқх систем.

1.3. факторқ, влияюўие на надежность сети

Анализ работоспособности самонапорной ЗОС показал, что в процессе эксплуатации на сеть и ее элементқ воздействуют факторқ, снижаюўие ее надежность. Классификация факторов, поясняўая отрицательное их действие на надежность элементов сети позволяет наметить пути повқшения надежности и улучшения ее эксплуатации.
Представленная на рис.1. классификация составлена с учетом работ авторов, посвяўеннқх этой проблеме /89, 130, 186, 187/.
Факторқ, влияюўие на надежность самонапорной ЗОС можно разделить на объективнқе и субъективнқе.
К объективным факторам следует отнести: воздействие окрузающей среды (климатические факторы) и некоторые особенности эксплуатационных режимов работы сети.
К климатическим факторам, отрицательно действующим на элементы сети, относим: температуру, влажность, атмосферное давление, солнечную радиацию и др. Здесь следует выделить особенности резко континентального климата района орошения Средней Азии, отрицательно влияющего на долговечность самонапорной мЗОС и ее элементов –большие перепады температур, солнечная радиация, влажность.
Колебания температуры, всочетании с интенсивной солнечной радиацияей увеличивают хрупкость пластмассовых патрубков-водовмдусков и тем самым снижают их прочность, уменьшают эластичность резиновых прокладок запорно-регулирующей арматуры.
Влажность окружающей среды, особенно в нерабочий осеннезимний период. Вызывает коррозию металлических частей элементов сети. Самонапорная ЗОС работает в цикличном переменном режиме, который включает в себя режим работы (поливной период) и режим ожидания (период консервации и хранение) –в так называемом плоном цикле. Кроме того, режим работы сети- ожидание полива наблюдается при выполнении вегетационных поливов. Цикличность эксплуатации в сочетании с температурными перепадами при различных уровнях влажности способствуют старению элементов сети, обрастанию внутренних поверхностей водоводов водорослями, дрейссеной и пр., отвердению отложившихся наносов.
Субъективные факторы, обусловленные действиями человека, могут проявляться на этапах создания сети (конструкторско-проектные, производственные) и обеспечения ее работы (эксплуатация).
К конструкторско-проектным факторам относятся: недостатки проектных схем (наличие больших поливных плоўадей способствует увеличению неравномерности полива), применение ненадежнқх конструкций, несовершенство патрубков-водовқпусков, отсутствие методов расчета надежности самонапорной ЗОС.
Производственнқе факторқ обусловливаются нарушениями правил отроительства, применением строительнқх материалов и изделий, которқе не соответствуют техническим условиям, нарушениями правил транспортирования и др.
К эксплуатационнқм факторам относятся: несовершенство правил эксплуатации и их несоблюдение (невқполнение промқвки трубопроводов), неедостаточнқй уровень квалификации облуживаюшего персонала, отсутствие пособий по техническому обслуживанию и ремонту самонапорной ЗОС, отсутствие ремонтной базқ и т.д.
Снажение отрицательнқх воздействий вқделеннқх факторов, повмшение надежности и управления сетью проводят в трех направдениях /127/: обеспечение действия всех звеньев по плану (расчету); долговременная, надежная работа всех звеньев (обслуживание, наладки, ремонтқ), совершенствование звеньев системы с учетом опыта эксплуатации.
1.4. Морфологический анализ
Научно-технический прогресс в ведущих отраслях техники расширяет возможности применения его достижений в мелиорации. Открываются новые возможности в применении новых элементов конструкций из резино-пластмассовых, профильных, литых цельно изготовленных и собираемых труб новых модификаций.
Кроме того, необходимо отметить, что по указанной проблеме исследования закономерностей внутреннего строения (морфологии) самонапорной ЗОС не проводилось. Для восполнения этого пробела выполнен этот раздел.
Цель метода-выявить все возможные варианты бороздкового полива и наметить пути его совершенствования.
Реализация метода предусматривает следуюшие этапы /179/:
1-точная формулировка проблемы (задачи), подлежащей решению;
2-раскрытие всех важных характеристик объекта, его параметров, от которых зависит решение проблемы;
3-раскрытие возможных вариантов по каждой характеристике путем составления матрицы;
4-определение функциональных ценностей полученных решения. Оценка характеристик вариантов должна проводится на универсальной и по возможности упрощенной основе;
5-выбор наиболее рациональных решений усовершенствования объекта для пректического внедрения.
При заполнении морфологической матрицы систем орошения бороздкового полива вначале вносим информацию о прототипе создаваемого объекта и его вариантов. Используем информацию, полученную при опросе специалистов, из справочников, международных классификаторов изобретений, патентных описаний, каталогов выставок, из технических журналов.
Оценку вариантов оросительных систем при бороздковом поливе применительно к предгорной зоне Средней Азии производим по следующим критериям:
-наименьшие потери воды;
-высокий коэффициент земельного использования;
-минимальная стоимость;
-высокая надежность.
В качестве основных характеристик систем орошения бороздкового полива можно принять (допускаются и другие характеристики):
А)подача воды;
Б)схема сети;
В)характеристика сети;
Г)форма сети;
Д)материал сети;
Е)режим подачи воды;
Х)выпуск воды;
З)характеристика включений в воде.
Устанавливаем возможные варианты по каждой из характеристих:
А)подача воды: самотечная, механическая, комбинированная;
Б)схема сети: тупиковая, кольцевая, комбинированная;
В)характеристика сети: открытая, закрытая, комбинированная;
Г)форма сети: канал, лоток, трубопровод;
Д)материал сети: асбестоцемент, сталь, пластмасса, резина, чугун, железобетон;
Е)режим подачи воды: постоянный, переменный;
Ж)выпуск воды: регулируемый, автоматический;
З)характеристика включений в воде: взвешенные, влекомые, плавающие, растворенные)
Возможное количество вариантов (сочетаний) в зависимости от количества установленных характеристик по нашим расчетам равно 6480 шт.
Анализ и оценка возможных вариантов системы орошения при бороздковом поливе показал, что часть вариантов необходимо отбросить, так как они не могут быть реализованы. Часть вариантов, которые выходят за пределы ограничений, также необходимо исключить из анализа.
Наиболее перспективными из выявленных являются: по нашему мнению, такие варианты сочетаний характеристик:
1-самотечно-тупиковая, закрытая, трубопроводная из асбестоцементных труб с переменным режимом подачи воды-с регулируемым выпуском воды;
2-самотечная-тупиковая, комбинированная, трубопроводная из пластмассовых труб с переменным режимом подачи воды с регулируемым выпуском воды;
3-самотечная-кольцевая, закрытая, трубопроводная из асбестоцементных или пластмассовых труб-с переменным режимом подачи воды-с регулируемым выпуском воды.
Выявленные в результате морфологического анализа варианты совершенствования самонапорной ЗОС целесообразно проверить на патентную чистоту.
1.5. патентная проработка
Патентный поиск производился по фондам описания изобретений, патентам и авторским свидетельствам в библиотеках и патентном отделе МГМИ, библиотеке ВПТБ. Ретроспективная глубина изученных патентных материалов за 1960-1990 гг. приведена в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Название устройств Просмотренные классы Классификация
1 2 3
Орошение садов и полей А 01 С 25/00
Оросительные системы, водо- выпуски, гид- Автоматические оросительные устройства А 01 С 27/00 ранты, поливные Оросительная система для распределения А 01 С 23/04 трубопроводы жидких удобрений

Продолжение табл.1.1.

1	2	3
Способы промывки	Управление или регулирование расхода в потоке текучей среды Быстроразъемные соединения труб и шлангов Циркуляционные гидравлические или пневматические муфты состоящих из регулируемых подающих и сливных отверстий Осушение земель Ирригационные канавы Очистка и поддержание в надлежащем состоянии открытых водоемов и водовыпусков Установка для спуска воды Устройства для очистки канализационных труб Промывные устройства специальной конструкции Промывные устройства, приво- димые в действие давлением	С 05 Д 7/00 Г 16 37/10 Г 16 33/10 Е 02 В 11/00 Е 02 В 13/00 Е 02 В 15/00 Е 03 В 9/00 Е 03 Г 9/00 Е 03 Д 5/00 5/12 Е 03 Д 3/00 3/12

Были изучены материалы по патентам и авторским свидетельствам реферативных журналов “Мелиорация”, “Механика”, “Изобретения за рубежом”, журналқ “Гидротехника и мелиорация”, “ Мелиорация и водное хозяйство” за 1960-1990 гг.

Патентнқй поиск по оросительнқм системам позволил вқявить ряд стран, таких как СССР, США, Болгария, Австралия, ФРГ, занимаюўихся разработкой различнқх схем, устройств с целью совершенствования самонапорной ЗОС при бороздковом поливе.
Разработкой и испқтанием различнқх схем и конструкции ЗОС занимается ряд научно-исследовательских, учебнқх и проектнқх институтов: ВНИИГиМ, МГМИ, ГрузНИИГиМ, НИМИ, УИИВХ, САНИИРИ, Тадж. СХИ и др.
Анализируя проработаннқе материалқ можно вқделить обўую тенденцию разработок-создание на базе научно-технического прогресса ЗОС с автоматизированным управлением, применением современных полимерных материалов, равномерным распределением воды по площади полива, сохранением окружающей среды.
Ниже приведен анализ наиболее характерных разработок по совершенствованию элементов самонапорной ЗОС при бороздковом поливе, способы промывки трубопроводов.
1.5.1. анализ конструкций патрубков-водовыпусков
Составным элементом самонапорной ЗОС является патрубок-водовыпуск, от надежной работы которого зависит равномерное распределение воды по всему поливному участку.
Как было сказано выше, для полива садов и виноградников из закрытого поливного трубопровода над водовыпускными отверстиями устраиваются жесткие водовыпуски. Были разработаны различные конструкции водовыпусков для подачи воды в поливные борозды.
В Болгарии наиболее широкое распространение получили системы с выдвижными пластмассовыми гидрантами, разработанные И.Вырлевым /46/. В неполивное время их верхний конец находится на глубине около 50 см от поверхности земли, что обеспечивает беспрепятственную работу сельскохозяйственных машин. При подаче воды под напором гидрант поднимается на поверхность земли.
Отнако не все гидранты выходят на поверхность. Их поливальщик откапывает. Это и является основным недостатком таких гидрантов. Неоднократный подъем и опускание гидрантов вызывает дополнительные неудобства при эксплуатации.
Совершенствованием и развитием конструкций выдвижных гидрантов занимались и другие исследователи /12,14,15,18,22,24,30,31/. Они разработали ряд новых конструкций, целью которых было уменьшение воронок размыва и исключение их слияния /15-18/, повышение надежности работы и упрощение эксплуатации выдвижных гидрантов /12,14,22,24,30,31/.
Но до сих пор ни одна из конструкций не нашла широкого применения в производственных условиях из-за неравномерности выхода выдвижных гидрантов, сложной конструкции отдельных водовыпусков.
Г.Б.Шейкиным совместно с В.А.Суриным и Н.К.Нурматовым были разработаны различные конструкции стояков-водовыпусков, которые описаны в /181,204/. Простой, дешевой и надежной в эксплуатации показала себя конструкция водовыпусков, состояших из полиэтилентовых патрубков диаметром 100-125 мм, высотой 75-95 см, устанавливаемых на трубопроводе. Для слива воды в борозды в верхней части патрубков-водовыпусков вырезают одно-четыре (по числу борозд в междурядье) боковых отверстий (рис.1.3).
Недостатком этих патрубков-водовыпусков является невозможность регулирования расхода поливной струи.
Для обеспечения регулирования расхода поливной струи Г.Ю.Шейнкин /204/ предложил патрубки-водовыпуски с крышкой на резьбе и с круглыми или целевыми отверстиями в стенке стояка. Но при небольших напорах в поливных трубопроводах и малых расходах поливных струй круглые или щелевые отверстия засоряются водорослями, тем самым нарушается равномерное распределение воды по длине поливного трубопровода.
Известны и другие конструкции патрубков-водовыпусков для применения на самонапорной ЗОС /13,20,21,23,25-27,29,42/. Если анализировать все известные конструкции, то их можно подразделить на две группы: первая группа-конструкции, которые упрощают эффективность очистки водовыпускных отверстий. Наиболее характерной из этой группы можно считать конструкцию, которая состоит из корпуса, установленного внутри него струеобразующего насадка, сетки и охватывающего его стакана, последний выполнен с центральным патрубком, на который надета сетка конической формы, причем стакан, патрубок и корпус имеют в боковых стенках прямоугольные отверстия, а в торцовых-секторные /13/.
Конструкция водовыпуска, включающая корпус, входной и выходной патрубки с установленным в корпусе между ними запорным элементом в виде пробки с возможностью ее поворота по крайней мере на 180^о и с выполненным в ней проходным каналом, причем входной патрубок выполнен из двух частей, установленных с возможностью взаимного перемещения и связанных одна с другой камерой переменного объема, герметично сопряженной с обеими частями входного патрубка, предназначена для повышения эффективности очистки путем создания гидравлического удара /21/.
Недостатком описанных водовыпусков является сложность конструкции и невозможность регулирования расхода поливной струи в борозды.
Вторая группа-конструкции, которые расширяют диапазоны регулирования расхода поливной струи /20,23,25,27,29,42/.
Заслуживает внимание стояк-водовыпуск, состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками и снабженный внутри корпуса регулирующим элементом, выполненным из эластичного материала и имеющим U-образную форму, отверстия, симметрично расположенного на нем относительно продольной оси, и держателя, выполненного в виде кулачкового механизма с переменным радиусом, снабженного переключателем диапазонов /23/. Эта конструкция проста в эксплуатации и обеспечивает расчетный постоянный расход в поливные борозды путем изменения суммарных площадей отверстий в регулирующем элементе, независимо от изменения статического напора в закрытом трубопроводе.
Недостатком является сложность конструкции и трудность очистки засорившихся отверстий.
Такие же преимущества и недостатки имеют водовыпуск “Зарафшан” /27/.
Оригинальную конструкцию имеет водовқпуск, содержаўий стояк с установленнқм на нем тройником, с регулируюўим устройством и двумя отводяўими патрубками, в свою очередь последние, снабженнқе перегородками, установленнқми с перекрқтием, обраненқ отверстия, обеспечивают регулированние расхода водқ, гашение энергии напора водқ и постоянную промқвку тройника /26/. Эта конструкция отличается простотой, легкостью в изготовлении.
Проведеннқй анализ конструкций патрубков-водовыпусков ставит задачу совершенствовать их с целью более равномерного распределения воды по площади полива.

1.5.2. анализ способов промқвки трубопроводов

Самонапорная ЗОС предъявляет особые требования к качеству поливной воды в отношении наличия в ней взвешенных наносов и плавающего мусора. Небольшое поперечное сечение, сужение при смене диаметров, повороты закрытых трубопроводов требуют определенных пределов в количестве и качестве как наносов, так и плавающего мусора. Для уменьшения поступления наносов и мусора в трубопроводы устраивают специальные сооружения (отстойник и, сороудерживающие устройства и т.д). рекомендуется при мутности воды более З г/л закрытые поливные трубопроводы промывать 2-3 раза в течение одного полива /204/. Но, в производственных условиях, как показал анализ работы самонапорной ЗОС Самгарского массива, это требование не выполняется. Поливные трубопроводы не только после каждого полива, а даже после пливного сезона ни разу не промывали /144, 147/. А это привело к тому, что большинство поливных трубопроводов в настоящее время требует капитальной промывки или замены их, так как коецевые части многих из них частично или полностью заилены на длине 5-20 м. Заиление из поливных трубопроводов; потери напора при этом на 20-30% больше /106/.
Поэтому своевременные промывки поливных трубопроводов имеют особое значение. Наилучшим способом удаления наносов является гидравлическая промывка, осуществляемая специаьно созданной дроссельной промывкой задвижкой. Но этот способ неэффективен при промывке тех поливных трубопроводов, которые не промывались в течение одного или нескольких сезонов, вследствие которого наносы уплотнены. Для промывки этих трубопроводов требуются специальные промывные устройства. Имеются различные устройства и способы промывки /8-11,16,19,28,32, 109/.
Как показал анализ большинство из этих устройств предназначено для промывки дренажного трубопровода /8-11,19,28,109/. Но эти устройства можно применять и для промывки поливных трубопроводов.
Наиболее характерными из них для промывки поливных трубопроводов являются способы промывки /8,9,11/ путем введения в трубопровод напорного шланга с реактивной насадкой и подачи по нему воды, которая способствует разрыхлению наносов и транспортирует их потоком воды или воздуха через полость дреным (трубопровода ) к выходу.
Недостатком таких устройств явлются малая производитель ность и низкая эффективность промывки.
К.Юматов предложил промывать поливной трубопровод водой, забираемой из соседнего поливного трубопровода /16/. Сущность способа заключается в том, что промывка осуществляется в конечной стадии полива. Воду нагнетают с помощью насоса в конец работающего поливного трубопровода извне, то есть из конца соседнего поливного трубопровода. Этим увеличивают расход и скорость истечения воды из поливного трубопровода. Потоки воды внутри поливных трубопроводов имеют встречные направления и , турбулизуясь, интенсивно размешивают наносы, и выносят их на поливной участок. Данный способ позволяет экономить воду, сократить воды, то есть увеличить коэффициент земельного использования.
Недостатком этого способа промывки является неэффективность прочности по всей длине поливного трубопровода.
Для интенсификации процесса очистки предлагается использовать поливной трубопровод, состоящий из верхнего и нижнего полуцилиндров, включающих водовыпуски и гибкую перегородку, разделяющую его на части, выполненную секционно, и каждая из секций закреплена в трубопроводе с образованием замкнутой камеры для подачи рабочей среды, при этом камеры чередуются со свободными участками трубопровода и снабжены патрубками для подачи и выпуска рабочей среды /32/.
Недостатком является сложность конструкции и необходимость в сжатом воздухе.
Приведенный анализ способов промывки ставит задачу разработать способ промывки, повышающий эффективность промывки по всей длине поливного трубопровода.
Выводы по главе

1. 
   Первичная информация о состоянии самонапорной ЗОС и ее элементов в настоящее время разрознена по различным источникам и, как правило, характеризует отдельныне годы эксплуатации. Отсутствуют достоверные сведения о динамике повреждений и отказов элементов. Необходимы также сведения о повторяемости отказов и повреждений, их классификация, продолжительность устранения аварий на сети для разработки стратегии ремонтно-восстановительных работ.
   
2. 
   До настоящегог времени не проводились исследования, направленные на сбор и статистическую обработку информации о техническом состоянии действующих самонапорных ЗОС при бороздковом поливе, с целью получения показателей надежности их элементов, для выработки критериев оценки качества и надежности.
   
3. 
   Наряду с имеющимися методами расчетов отдельных элементов и систем с позиции теории надежности, освещения вопросов безотказности, долговечности и ремонтопригодности самонапорной ЗОС еще нет.
   
4. 
   Отсутствие работ по оценке, анализу и методам обеспечения надежности самонапорных ЗОС, имеющих специфические отличия от высоконапорных ЗОС, приводят к недоучету факторов надежности при проектировании, строительстве и эксплуатации подобных сетей.
   
5. 
   Проведенный анализ патентных материалов (патрубки-водовыпуски, способы промывки) требует разработки новых технических решений по совершенствованию самонапорной ЗОС для повышения их эксплуатационной надежности.
   

Все эти вопросы и определили основные направления научных исследований настоящей работы.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Цель и задачи исследований

Приведенный анализ состояния самонапорной ЗОС свидетельствует о необходимости изучения и существенного повывшения эффективности эксплуатации таких сетей, а это в свою очередь требует учета требований надежности на всех этапах создания систем-проектирования, строительства и эксплуатации.

Целью настоящей работы является разработка методов оценки и повышения надежности самонапорной ЗОС при проектировании и эксплуатации.
Для достижения посторяемости, цели сделана попытка решения следующих задач:
-изучение повторяемости, характера, причин, динамики отказов элементов и работоспособности сети в процессе длительной эксплуатации, определение количественных показателей надежности самонапорной ЗОС при бороздковом поливе;
-исследование особенностей структуры и функционирования самонапорной ЗОС при бороздковом поливе;
-оценка надежности и качества бороздкового полива из самонапорной ЗОС, установление оптимального уровня надежности с учетом ущерба от отказов и нарушения равномерности увлажнения по длине борозды;
-разработка новых технических решений по совершенствованию ЗОС, мероприятий по поддержанию сети в работоспсобном состоянии.
Надежность самонпорной ЗОС формируется из оценки технического состояния элементов сети и базируется на закономерностях распределения отклонений фактических и проектных параметров.
Для изучения отказов (повреждений), как основного фактора, определяющего снижение эффективности и надежности сети, применена структурная схема проведения исследований В.А.Гурина /64/ применительно к самонапорной ЗОС при бороздковом поливе (рис.2.1).
Для оценки надежности мамонапорной ЗОС при эксплутации следует установить связь между отказами, режимом работы сети и уровнем ее технического обслуживания, которая в свою очередь требует изучения организации и условий проведения ремонта сети, как фактора восстановления ее работоспособного состояния.
Анализируя и обобщая результаты исследований разрабатывают рекомендации по улучшению эксплуатации существующих самонапорных ЗОС и мероприятия по повышению надежности сети вновь проектируемых и строящихся систем с точки зрения экономической эффективности и оптимальности вариантов.

2.2. характеристика объекта исследований

Решение поставленных задач потребовало проведения опытнопроизводственных исследований. В качестве объекта исследований была выбрана внутрихозяйственная самонапорная ЗОС, построенная на Самгарском массиве Ходжентского района Ленинабадской области Таджикской ССР.
Полевые исследования проводились на сети совхозов “Самгар” и им. Хамзалиева, входящих в состав Самгарской оросительной системы, начиная с 1986 по 1990 гг. Орошаемый массив расположен на правом берегу р. Сырдарьи и вытянут с востока на запад на 20 км. Средняя ширина массива -5-6 км. По проекту Самгарский массив имеет общую площадь 10 тыс.га. орошаются-8913 га /133/. На Самгарском массиве расположены следующие хозяйства (рис.2.2.):
1-колхоз “Кзыл Юлдуз”-освоенная площадь 2150 га, основная сельскохозяйственная культура-хлопчатник;
2-совхоз им.Хамзаалиева-освоенная площадь 1913 га. Виноградники и сады составляют основную сельскохозяйственную культуру. На площади 300 га культуры поливаются из самонапорной ЗОС;
3-совхоз “Самгар”-освоенная площадь 1750 га. Основная сельскохозяйственная культура-виноградники и сады. На площади 800 га поливаются из самонапорной ЗОС.
Климат Самгарского массива резко континентальный, засушливый. По данным метеорологической станции “ленинабад”, расположенной в 12 км от опытного участка, перепад между максимальной (42, 3^о С) и минимальной (11,1^о С) температурами достигает 54^о С.
Осадки в зоне орошаемого массива выпадают преимущественно в зимне-весенний период, в основном в виде дождя, с интенсивностью до 10-15 мм в сутки. Весенние и ранне-летние осадки зачастую выпадают в виде кратковременных ливней с интенсивностью 0,5-3мм/мин. Большие суточные максимумы осадков наблюдаются в весенние месяцы (апрель, май). В зимний период образуется маломощный (3-5см ) снеговой покров, который при первой оттепелитает.
Отличительной климатической особенностью района орошения являются сильные, со скоростью 24 м/с и продолжительные ветры, дующие в юго-западном и северо-восточном направлениях.
Коэффициент увлажнения осадками низкий и равен (отношение количества осадков к величине испаряемости) всего 0,09.
Для Самгарского массива характерно отсутствие осадков в вегетационный весенне-летний период. Поскольку наибольшая потребность растений в оросительной воде падает на указанный период. Поскольку наибольшая потребность растений в оросительной воде падает на указанный период (июнь-август), то очевидно, что возделывание ценных сельскохозяйственных культур на массиве возможно только при орошении.
Геология и геоморфология. Самгарский массив ограничивают Кураминские горы на севере, Могол-Тау на севере-Западе, Ак-Чоп и р. Сыр-Дарья на юге. Массив представляет предгорную наклонную равнину слившихся конусов выноса южногог склона Кураминского хребта, имеющую волнистый характер. Уклоны равнины в восточной части 0,01-0,015, в верхней зоне северной части-0,025-0,03. Абсолютные отметки меняются от 325-340 м в нижней части до 460-470-в верхней зоне орошаемого массива.
Пролювиальные отложения, слагаюшие наклонную (подгорную) равнину, представлены гравелисто-галичниковыми породами, с поверхности рыхлыми, а на глубине 1,0-1,5-плотными конгломератами /133/. Мощность рыхлообломочных отложений достигает 500 м и более, ниже их залегает двухкилометровая толща кайнозойских отложений.
Почвы Самгарского массива представляют серо-бурые пустынные каменистые сероземы с разновидностями по содержанию камней и мелкозема. Почвенные исследования, проведенные экспедицией Гипроводхоза СССР, выявили большую пестроту почвенного покрова, вызванную изрезанностью руслами временных водотоков и вследствие этого неоднородным механическим составом и различной степенью щебенчатости почвы. Мощность мелкоземистой толщи колеблется от 0 до 50 см. Около 54% всей площади массива составляют пустынные сероземы с мощностью мелкоземистого слоя менее 20 см. Объемный вес почвы колеблется в пределах 1,56 -1,77 г/см³ .
Грунтовые воды приурочены к пролювиально-аллювиальным отложениям и формируются в предгорных частях конусов выноса. При движении вниз они пополняются за счет фильтрации из каналов и инфильтрации оросительной воды. Вследствие интенсивного орошения завышенными нормами (2000-2500 м^3га) при малой влагоемкости почвы, оросительные воды имеют главенствующее значение в питании грунтового потока.
Направление грунтового потока соответствуют общему уклону поверхности. Глубина грунтовых вод на массиве колеблется в больших пределах от 0,5-1,0 м в юго-восточной части (в районе совхоза “Паласс”) до 70-100 м в северной части. На опытных участках глубина грунтовых вод более 15 м.
Источник орошения. Основным источником орошения земель Самгарского массива является р.Сыр-Дарья (Кайраккумское водохранилище). Вода из Кайраккумского водохранилища полдается плавучей насосной станцией в магистральный канал Самгарской оросительной системы протяженностью 3,75 км, с двумя, последующими перекачками во вторую и третью зоны (рис.2.2).
Средневзвешенная высота подъема одного кубометра воды на массив составляет 73,3 м, установленная суммарная мощность трех Самгарских насосных станций-13405 квт. Общая характеристика представлена в табл.2.1.
Магистральный канал и зональные распределители облицованы сборными жеезобетонными плитами и монолитным бетоном.
Внутрихозяйственная самонапорная ЗОС построенная в совхозах “Самгар” и им. Хамзаалиева имеет следующую запорно-регулирующую арматуру и сооружения.
При заборе воды из открытых каналов в начале распределительных трубопроводов устроено водозаборное сооружение, оборудованное сороудерживающими сетками и задвижками. Распределительные
Таблица 2.1
Техническая характеристика Самгарской оросительной системы

Наименование показателей	Един.измерения	Наименование насосных станций
		1 подъема	2 подъема	3 подъема
Орошаемая площадь по зональным каналам Длина зональных каналов Расчетный расход Высота подъема	Га Км М^3/с м	4899 14,58 13,2 55,0	2415 17,12 6,5 46,0	2205 20,45 3,0 35,2

Трубопроводы разделены на участки одновременного полива ,(длиной 500-800 м) запорно-регулирующими задвижками в колодцах переключения, с помощью которых можно регулировать напор и отключать нижние участки трубопровода. От распределительных трубопроводов через каждые 100-200 м отходят поливные трубопроводы. В начале поливных трубопроводов устраивают регулирующие задвижки. В поливном трубопроводе, в каждом створе шпалера или ряда виноградника, просверлены водовыпускные отверстия, над которыми установлены жесткие полиэтиленовые патрубки-водовыпуски с просверленными боковыми отверстиями для слива воды в борозды. В конце распределительных трубопроводов предусмотрены промывные задвижки с успокоительным колодцем и отводящим каналом для отвода промывной воды. В конце поливных трубопроводов имеются концевые задвижки. Глубина траншеи для укладки труб распределительных трубопроводов принята 1,0 м, а поливных-0,7 м.

Распределительные и поливные трубопроводы выполнены из асбестоцементных труб марки ВТ-9, ВТ-6, ВТ-3 диаметрами 368, 279, 235, 189, 141 мм, общей длиной 91,1 км, из них поливных-63,1 км,
Распределительных-28,0 км (табл.2.2). Диаметры трубороводов по расчету приняты телескопическими.
Самонапорная ЗОС совхоза «Самгар» оборудована задвижками типа «Лудло» , а в совхозе им. Хамзаалиева, из-за их отсутствиягидрантами клапанного типа.
Орошение участков осуществляется поверхностным способомбороздковым поливом.
Самонапорная ЗОС Самгарского массива выполнена по тупиковой схеме и в значительной степени разветвленная.
В совхозе им. Хамзаалиева самонапорная ЗОС построена по проольной схеме, а в совхозе «Самгар» как и продольной, так и по поперечной схеме (рис.2.3.).
2.3.Показатели надежности элементов самонапорной ЗОС
При оценки эксплуатационной надежности среди множества единичных и комплексных показателей выбираем в соответствии с нормативными документами /58-60/ и с учетом специфики функционирования масонапорной ЗОС, те показатели, которые характеризовали бы общую оценку эффиктивности функционорования сети.
Рассмотрим более подробно выбранные количественные характеристики надежности самонапорной ЗОС, их определение.
1. Вероятность безотказной работы P (t)-вероятность того, что в пределах заданной наработки, отказ обьекта не возникает.
Вероятность безотказной работы есть функция от времени и при илпользовании статистических данных об отказах она определяется выражением
P(t)=1-F(t)=1-……..
Где F(t)-функция распределения наработки до отказа
(при t……..=1
На практике пользуются формулой
P(t)=……..
Где: N(t)- число типовых элементов сети, за которыми велось наблюдение в течение времени t;
N(t)- число отказавших элементов за время t.
Так как самонапорная ЗОС состоит из последовательно соединенных элементов, то вероятность безотказной работы ее определяется по формуле.
P…………..
Где P………. –вероятности безотказной работы оросительного канала, распределительного трубопровода, поливного трубопровода, патрубка-водовыпуске.
2. Интенсивность отказов ….-словная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого обьекта, определяемая для этного момента отказ не возник, о есть
Формула
Статистически интенсивность отказов определяется так:
Формула
Где: n-число отказавших элементов в интервале
N-среднее число элементов, исправно работаюших в интервале формула
…….-числа исправно работаюших элементов в начале и конце интервала времени…….
3. Поток отказов характеризуется параметром потока отказов w(t), который по /59/ определяет отношение средного числа отказов восстанавливаемого обьекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки. В качестве характеристики потока отказов используют « ведущую функцию» (t) данного потока- маематическое ожидание числа отказов за время
Формула
Где:M-символ математического ожидания;
r(t)-число отказов за время t .
Параметр отказов w(t) является средним числом отказов, ожидаемых в малом интервале времени:
Формула
Параметр потока отказов связан с ведущей функцией соотношением
Формула
На практике параметр потока отказов определяется по формуле:
Формула
Где n(t)- число отказавших элементов в интервале t;
N(t)-числа наблюдаемых элементов в интервале времени t(оно в процесса испытаний остается постоянным, так как все отказавшие элементы подлежат замене или ремонту);
t-интервал времени наблюдения за элементами, год. Для протяженной сети параметр потока отказов обычно относят к единице длины трубопровода /2,64,83,96,102/, тогда формула
где –L- суммерная длина трубопроводов.
4. Средняя наработки на отказ Т ср –отношение наработки восстанавливаемого обьекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Формула
Где: n-число отказов за время наблюдения,
ti-время исправной работы элементов сети между (i-I) и i-м отказами.
5.Вероятность восстанавленияработоспособного состояния F(t)-вероятность того, что время восстанавления работоспособного состояния обьекта не превысит заданного.
Формула
Где ….-плотность распределения времени восстанавления.
На практике значение вероятности восстановления определяется по формуле:
Формула
Где…..-число отремонтированных элементов сети за время t;
N-количество однотипных элементов сети, подлежащих ремонту в течение времени t;
6.Интенсивность восстановления …..-условная вероятность восстановления элементов сети в интервале времени ……..при условии, что до момента t элементы ремонтировалис, то есть
Формула
Статистическое значение …… определяется зависимостью формула
Где: …..-число восстановленных элементов сети в интервале t;
…….-среднее число ремонтируемых лементов сети в интервале времени формула
……..-число ремонтируемых элементов сети в начале и конце интервала…….
7.Среднее время восстанавления Т-представляет собой математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния:
Формула
На практике для определения Т по результатам статистических данных используют зависимость
Формула
Где t-продолжительность восстановления i-его отказа.
8.Коеффициент готовности К-вероятност того, что обьект окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых перидов, в течение которых применение обекьта по назначению не предусматривается. Стационарное значение К определяют по формуле:
Формула
Где Т-средняя наработка на отказ,
Т-среднее время восстановления.
Наряду с коеффициентом готовности часто используется и другая характеристике, которую называют коеффициентом простоя
Формула
Количественное определение надежности связано с природной возникновения отказа, которая является результатом случайного совпадения ряда неблагоприятных факторов. Это положение приводит к заключению, что отказ является случайным событием. Случайность отказа состоит в случайностиего наступления, то есть во времени его возникновения и место расположения события. Поэтому при расчете надежности элементов самонапорной ЗОС используются некоторые ограничения. В частности, при расчетах с учетом внезапных отказов поток их в системе предпологается простейшим, так как случайные отказы элементов сети относят к простейшему потоку случайных событий или однородному процессу Пуассона/2,39,55,96, 102/. Такие процессы характеризуются свойствами ординарности, отсутсвием последствий и стационарности. В эти понятия вкладывается такой смысл:
-ординарность потока отказов означает, что появление в один и тот же момент времени более одного отказа в системе невозможно;
-отсутствие последствия характеризует такое состояние сети, при котором вероятность появления отказов в промежутке времени не зависит от числа отказов и их распределения до этого промежутка времени.Это значит, что отказы в системе возникают независимо друг от друга;
-стационарности отвечает такой поток случайных событий, в котором вереятность возникновения отказов зависит олько от времени и не зависит от сдвига по оси времени.
Потоксобытий, удовлетворяюший эти трем условиям, называется простейшим/55/.
В теории вероятностей доказывается, что вероятность отказов за время t в простейшем потоке событий имеет распределение Пуассона/39/ :
Формула
Где…….-параметр закона Пуассона или среднее число отказов за время t.
В частности, вероятностьтого, что за время t не произойдет ни одного отказа, равна
Формула
Из этого следует, что наработка между соседними отказами имеет экспоненциальное распределение.
Закон Пуассона действует независимо от вероятности события в тех случаях , когда интенсивность отказов
Формула
Для потока отказов ординарных и не имеюших последствий понятия интенсивность отказов единицу времени, совпадает с параметром потока отказов восстанавливаемого обьекта w (t), то ест
Формула
При экспоненциальном распределении времени между отказами, параметр потока отказов w (t) связан с наработкой на отказ Т (среднем временем безотказной работы) следуюшим соотношением
Формула
Следует отметить, что при рассмотрении конкретного типа систем для характеристики их надежности ГОСТ/59,60/ предусматривает разработку и исполъзование своих показателей, характеризующих только эти системы.
Самонапорная ЗОС относится к технологичиским системам, поэтому их надежность следует еще оценивать показателем качества функционирования. Поэтому рассматривая самонапорную ЗОС,кроме обших вышеназванных показателей, следует ввести показатели технологической равномерности расприделения воды, учитывающие равномерность увлажнения по длине борозды, равномерность распределения расходов воды з патрубках-водовыпусках, зависяшийот изменения напора в поливном трубопроводе и качества изготовления патрубков-водовыпусков. Эти показатели подробно будут рассмотреныв гл.4.
Поскольку время возникновения тказов и продолжительность ремонтом элемеонтов самонапорной ЗОС являтся случайными величинами, то показатели надежности имеют вероятностный характер, хотя такое вероятностное определение надежности не дает ответа на вапрос действительно ли данная самонапорная ЗОС будет исправно работать в данных условиях в течение данного времени, тем не менее, они позволяют рацоинальнее конструировать сеть и с наибольшей эффиктивностью ее эксплуатировать.
2.4.Методика проведения исследований
Изучение реальных условий эксплуатации включалоучет количества отказов ( повреждений), выявление и анализ их характера и причин, изучение физических процессов, протекающих внутри трубопроводов, установление влияния отказа на надежность самонапорной ЗОС.
Учет отказов (повреждений) самонапорной ЗОС вели по уточненной методике/66/, в форме, в которой учитывалось наименование хозяйства и бригады, номер трубопровода и место отказа , дата, характер, причина отказа, а также характер проеденного ремонта и дата его устранения /100,152/.
Специальные наблюдения и учет отказов (повреждений) на выбранных хозяйствах проводился нами в период 1986-1990 гг. Были изучены материалы службы эксплуатации упомянутых хозяйств, акты устранения тказов ПМК-6 Ленинабадского СПРЕМО. Источниками сбора статистических данных явились также отчеты НИС МГМИ за 1970-1985 гг. по теме 12-13, в которых приводились материалы о работе самонапорной ЗОС Самгарского массива с начала ее ввода в эксплуатацию. Дополнительные данные о характере повреждений и отказах элементов сети устанавливали путем опроса эксплуатационного персонала, непосредственно проводившего ремонтные работы.
Хронометраж о продолжительности ремонтных работ по устранению характерных отказов велся в оросительные периоды 1986-1990 гг. в основном сети совхоза «Самгар» . В журналах хронометража учитывалась общая продолжительность ремонтных работ с их пооперационным составом.
Для каждого характерного отказа хронометраж проводился 5-10 раз. Всего прохронометрировано 58 случаев ремонта отказов элементов самонапорной ЗОС.
Путем периодического визуального обследования и вскрытия отдельных характерных участков трубопроводов уточнялось техническое состояние сети в целом и каждого элемента в отдельности как в оросительный период, так и период ее зимней консервации.
Исследование степни заиления трубопроводов проводилось в период зимней консервации или во время ремонта лопнувших труб путем осмотра, замера и фотографирования.
Для изучения влияния мутности воды на работоспособность сети проводили измерение ее в источнике орошения.
Измерение расходов воды, сливаюшейся из отверстия патрубков-водовыпусков, выполняли обьемным способом с использованием мерных цилиндров с обьемами 10 и 25 л.
Обработка результатов полевых исследований проводилась по методике /38,71,94,120,121,193/.
Определение численных показателей надежности самонапорной ЗОС проводилось с помошью методов теории вероятностей математической статистики с использованием ЭВМ.
Обработка статистической информации проведенв в следующем порядке/38,186/:
-составлялась сводка исходных данных;
-строилось эмпирическое распределение и проводилась статистическая оценка его параметров;
-проводилась аппроксимация эмпирического распределения теоретическим;
Оценивалась точность значений полученных характеристик.
Проверку согласования экспериментальной и теоретической кризых в зависимости от распределения провели, используя критерии Пирсона (Х-квадрат), Колмогорова, Фишера и др.
Доверительный интервал полученных при обработке значений определяли по коеффициенту Стьюдента t.Математическое моделирование проводили с целью отображения функциональной зависимости трубопроводов в сети сложной ветвяшейся структуры. При этом, использовался показатель-весовой коеффициент, отображаюший долю плошади, поливаемой из каждого поливного трубопровода, от обшей плошади /64/.
Планированием наблюдений определяется требуемый оббьем наблюдений для получения оценок показателей надежности с заданной точностью и достоверностью.
В соответствии с/60/ предусмотрены следуюшие основные планы наблюдений:
(NUN), (NUT), (NUR), (NRT), (NRr), (NMr), (NMT),
где: N-обшее количествоэлементов, поставленных под наблюдение.
U- невосстанавливаемые и незаменяемые элементы.
R- невосстанавливаемые, не заменяемые при наблюдении элементы в случае их отказа.
M-восстанавливаемые при наблюдении в случае отказа элементы.
Т-наработкаэлемента.
r- число отказов элементов.
Как уже отмечалось самонапорная ЗОС является сложной технической системой с обязательным немедленным восстановлением работоспособности после отказа и поэтому наблюдения за ней в процессе эксплуатации лучше всего вести по плану NMT. Это означает что по наблюдение поставлено N элементов, отказавшие элементы восстанавливают, наблюдения прекрашают, по истечении времени исследований Т.
При исследовании на надежность самонапорной ЗОС возникает вопрос о минимальной продолжительности наблюдений с целью получения критериев надежности с определенной степенью достоверности.
Исходными данными для расчета минимального обьема наблюдения рассматриваемых планов служает:
-доверительная вероятность ….,
- закон распределения случайной величины,
- предельная относительная ошибка б.
Минимальную продолжительность наблдений Т вычесляем по формуле:
Формула
где: Т-предполагаемое значение средней наработки, определяется по предварительным данным наблюдений для асбестоцементных труб наработка на отказ 1 км равно
Т=1080ч/74/;
N-обшая протяженность сети;
Х-величина, определяемая по табл. 10 ГОСТ/60/в предположение экспоненциального распределения.
Принимая доверительную вероятность …0.9,б=0.15, N=91.1км, Т=1080,установим минимальную продолжительность наблюдений
Формула
Так как фактическая продолжительность наблюдения в течение пяти лет составило 21600ч, то можно сказат, что время наблюдений удовлетворяет требованиям указанной методики.
3. Параметры надежности элементов самонапорной закрытой оросительной сети
3.1. Повторяемост отказов элементов сети, их характер, причины и динамика в прцессе эксплуатации
Как уже отмечалось, нарушения работы самонапорной ЗОС , препятствующие нормальному ее функцоинированию и снижаюшие надежность, обусловливаются различными случайными событиями –отказами. Единственным обьективным путем оценки возможности появления таких событий, закономерностей их возникновения и повторения является сбор, статистическая обработка и анализ данных о работе существующих систем.
Анализ собранных данных работы сети Самгарского массива показал, что в период эксплуатации наблюдались следующие виды повреждений-течи из стыковых соединений труб из-за дефекта резиновых манжет, течи через фланцевые соединений и сальники за порно-регулирующей арматуры (задвижек, гидрантов), а также нарушения работоспособности из-за отказов-разрыв труб, муфт, корпуса задвижек, поломка деталей привода, износ запорного органа задвижки.
Обобшенные данные отказов элементов сети по годам эксплуатации приведены в табл 3.1.
Важным фактором при определении показателей надежности является исследование причин отказов. Систематизация и обработка исходной информации позволили классифицировать отказы по видам, обобшенные данные которых приведены в табл.3.2. сети совхоза «Самгар» и в табл.3.3.-совхоза им Хамзаалиева.
Следует отметить, что здесь учтены только те отказы которые приводят к нарушению работоспособности сети, то есть приводяшие к прекращению подачи воды.
Особенно важно знать распределение отказов во времени.
Принято различать три интервала времени начала функционирования сети до наступления его предельного состояния /105,112,186/ (рис.3.1.):а) период приработки, ……период нормальной эксплуатации, ….. период износа и старения,…..
Анализ данных таблиц показал, что аналогично отказам в технике, в период приработки самонапорной ЗОС (период ввода) происходит значительное количество отказов. Характерными отказами сети являются: разрыв асбестоцементных труб и муфт, выдавливание резиновых манжет, слабая подтяжка сальников и резиновой прокладки с последуюшим их выдавливанием, износ рабочих органов запорно-регулирующей арматуры. Так, в совхозе «Самгар» разрыв асбестоцементных труб составил 20 случаев или 33,3 % от общего числа отказов в данный период, разрыв муфт 25 случаев или 41,7 %. В совхозе им. Хамазаалиева в этот же период разрыв асбестоцементных труб составил 20 случаев или 30%, разрыв муфт 29 случаев или 43%.
Все приведенные характерные отказы приводят к утечкам воды и деформациям основания вследствие их увлажнения, а также могут быт причиной размыва основания вытекающими струями воды под напором из разрыва. Просачивание воды у задвижек или гидрантов приводит к локальным замочкам на трассе трубопровода, что вызывает неравномерную деформацию его основания и приводит к затоплению части трассы в пониженных участках рельефа.
Эти отказы характеризуют нарушения технологии производства работ-некачественный монтаж труб, использование дефектных материалов (труб, муфт, резиновых манжет и т.п.), отклонение трассы траншеи от проектной линии, укладка труб на неподготовленное основание,нарушение соосности труб в их соединениях и др. Все эти отказы классифицированы как производственные.
В последуюшие годы, начиная с 2-го года эксплуатации (непериод нормальной эксплуатации), характер отказов несколько меняется. Разрыв асбестоцементных труб всего в совхозе «Самгар» составил 9случаев или 1,5%, муфт-2 случая или 0,4%. В совхозе им. Хамзаалиева разрыв труб составил э случаев или 3,6 %а разрыва муфт не наблюдалось.
Эти данные наблюдений свидетельствуют о больших возможностях применения асбестоцементных труб для самонапорной ЗОС.
В период нормальной эксплуатации в основном наблюдаются отказы запорно-регулирующей арматуры. К характерным отказам арматуры относятся: неплотность фланцевых соединений приводяшая к значительной утечке воды, выдавливанию сальника, выпадению дисков, тарелок задвижек, образование трешин в корпусе, поломке деталей привода управления ( шпинделя, ходовой гайки, шестерни) и др.
Кроме этих отказов в период нормальной эксплуатации наблюдатся поломки патрубков-водовыпусков и заиление поливных трубопроводов.
Наиболее частой причиной отказов задвижек является выработка и износ запорного органа (выпадение тарелки, клина, диска). Так, в совхозе «Самгар» в этот период произошло таких 393 тказа, или 64,5 %, в совхозе им Хамзаалиева-120 или 47,8%.Чаще всего эти отказы наблюдались на тех участках , где напоры были большими, особенно в концевых участках распределительного трубопровода. Эти отказы характеризуют износ отдельных частей сети и классифицируются как эксплуатационные.
Поломка корпуса задвижки в совхозе «Самгар» составила 70 случаев или 11,5 %, в совхозе им Хамзаалиева -43 случая или 17,1 %. Причиной поломок (разрывов) корпусов задвижек в основном является замерзание воды, оставленной в трубопроводах после поливов, вследствие халатного отношения эксплуатационного персонала к своим обязанностям. Обычно такие отказы наблюдаются в пониженных участках сети и выявляются в период весеннего заполнения сети. Отсутствия опыта эксплуатции играет в этом тоже немаловажную роль. Эти отказы также классифицируются как эксплуатационные.
Отказ деталей привода управления арматуры в совхозе «Самгар» составило 35 случаев или 22,1%, в совхозе им Хамзаалиева-79 случаев или 31,5 %. К этим отказам приводят большие напоры в трубопроводах и небрежное отношение к деталям привода управления. Такие отказы отнесены к эксплуатационным.
Поломка патрубков-водовыпусков происходит в основном при механизированной обработке почвы и виноградника тракторами и иногда при проезда автомашин, выозяших урожай, а также при вывозе остатков виноградной лозы. Отказы по этой причине классифицируются также как эксплуатационные. Ломаются чаще те патрубки, которые установлены на расстоянии более 0,2-0,4 м от шпалерных столбов, а также на тех участках, где наужена разворотная полоса (3-4м, вместо 8-10м). Такие отказы классифицированы как производственные (строительно-монтажные).
Патрубки-водовыпуски относятся к невосстанавливаемым элементам сети, то есть поврежденные патрубки-водовыпуски не ремонтируются. В отдельные годы эксплуатации сведения о поврежденных патрубках-водовыпусках отсутствуют. Несмотря на это, из выбранных данных видно, что количество поврежденных патрубков-водовыпусков с каждым годом увеличиается и в настоящее время они требуют полной замены.
Заиление поливных трубопроводов отнесено к постепенным параметрическим отказам. Отсутствие полных сведений о заилении трубопроводов по годам эксплуатации не дает возможности сделать необходимый анализ динамики нарастания отказов этого вида. Обследованиями , проведенными в последние годы эксплуатации, установлено, что в настоящее время концевые части поливных трубопроводов частично или полностью заилены на длине от 5 до 20 м и это составляет до 10 % от обшей протяженности поливных трубопроводов.
Заиление полизных рубопровдов происходит-из за полива мутной водой и нерегулярной их промывки. Попадание в трубопроводы водорослей и мусора через неисправные сороудерживаюшие сетки водозаборного сооружения и грунта через поливные отверстия поливных трубопроводов из-за поломки патрубков-водовыпусков ускоряет процесс заиления. Больше всего заилены трубопроводы ,уложенные с обратным уклоном и работающие при малых скоростях движения воды. Такие отказы трубопроводов классифицированы как эксплуатационные.
С целью установления распределения отказов по месяцам года эксплуатации в оросительный период были проанализированы данные по сети совхоза «Самгар» за 1987-1990 гг. Анализ показал, что больше всего отказов наблюдалоь в первой полозине оросительного сезона (рис.3.2.) За период интенсивного полива виноградника-май-июль призошло 76% количества отказов. Частично это можно обьяснить некачественным ремонтом элементов сети. Частые замены поливальщиков и низкая квалификация их тоже влияют на работу сети.
По обработанным статистическимданным о технисечком состоянии самонапорной ЗОС Самгарского массива с учетом причин возникновения отказов элементов и долевого их участия з отказах сети, установлено распределение отказов для периодов приработки и нормальной эксплуатации сети.
В целом при эксплуатации сети Самгарского массива отказы распределялись слудуюшим образом: конструкционные-11,0%, производственные ( страительно-монтажные)-37%, эксплуатационные 52% (рис.3.5.).
Анализ показывает, что отказы по эксплуатационным причинам составили 52 % от общего количества и в основном вызваны несоблюдением правил эксплуатации .Однако анализируя эту группу отказов следует сказать, что по нашему мнению, не все эксплуатационные отказы являются таковыми, поскольку некоторые недаработки и ошибки при проектировании и строительстве способствуют увеличению количества отказов и повреждений.
Повторяемость или частость отказов самонапорной ЗОС оценилипоакзателем удельного количества отказов по зависимости /62,64,190/
Формула
где: n-удельное количество отказов на 1 км длины трубопровода;
n- количество отказов, шт.;
L-протяженности сети, ки
Удельное количество отказов трубопроводов ети вышеупомянутых обьектов определены нами по годам эксплуатации. В расчетах произведена оценка повторяемости отказов распределительных и поливных трубопроводов , а также запорно-регулирующей арматуры. Оценка отказов патрубков-водовыпусков и заиления поливных трубопроводов приведены отдельно (п.4.2.).
Результаты расчетов удельного количества отказов по двум совхозам приведены з табл.3.4. и на рис.3.6.
Методом наименьших квадратов получена эмпирическая зависимость удельного количества отказов самонапорной ЗОС от продолжительности эксплуатации.
Формула
где Т-продолжительность эксплуатации, годы.
Из рис.3.6.видно , что имприческая кривая удовлетворительно описывает характер изменения удельного количества отказов трубопроводов и запорно-регулируюшей арматуры сети Самгарского массива.
Максимальное отклонение очек наблюдений от теоретической кривой составляет 0,6, абсолютная погрешность колеблется в пределах 0,004-0,6 относительная погрешность составляет 0,45, а средне квадратическое отклонение-0,24.
Анализируя полученные значения удельного количества отказов сети можно отметить, что приработка заканчивается в основном в первый год эксплуатации.
Период нормальной эксплуатации сети наступает со 2 года.Увеличение удельного количества отказов с увеличением возраста сети вполне закономерно набюдается начиная с 11 года эксплуатцэии. Этому способствует, наряду с другими причинами износ и старение элементов сети, особенно запорно-регулируюшей арматуры ( задвижки, гидранты и промывные задвижки).
Для улучшения работы в поливной период и продления срока службы элементов сети необходимо совершенствовать стратегию планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта, улучшить качество ремонтно-восстановительных работ и разработать мероприятия по оперативному их выполнению, которым посвяшена л.5.4.настояшей работы.
3.2. Определение единичных показателей надежности самонапорной ЗОС.
Выявленные виды отказов самонапорной ЗОС позволяют составить лишь качественное представление об ее аварийности.Количественная оценка надежности аботы самонапорной ЗОС возможне, когда известны вероятностные показатели надежности элементов сети, коториые позволяют:
-формулировать количественно требования к надежности отдельных элементов и сети целом:
-сравнивать уровень надежности различных вариантов схем сети:
-устанавливать плановое задание по уходу за сетью ,ее ремонту, состав запасных инструментов и материалов, сроки осмотров и оснащенность ремонтных бригадслужбы эксплуатации:
-выявлять наименее надежные элементы, устанавливать оптимальный уровень надежности:
-оценивать эффиктивность намеченных путей строительства и реконструкции сети, а также инженерных мер по достижению трибуемого уровня надежности самонапорной ЗОС при эксплуатации.
Характеристики выбранных показателей надежности и их определение билы рассмотрены выше .
3.2.1.Расчет параметров потока отказов и установление законов расприделения отказов.
Величина потока отказов являетсянаиболее важным показателем надежности. По значениям параметра потока откаов могут быть найден численные выражения функции расприделения времени между отказами F(t) и вероятности безотказной работы P(t) а также средней наработки (математического ожидания времени)между отказами Т ср /2/.
Расчет параметров потока отказов проведен отдельно ком для трубопроводов, так и для запорно-регулируемой арматуры самонапорной ЗОС.
Значение параметра потока отказов определяли для трубопроводов и запорно-регулируюшей арматуры по формулам и соответственно.
Поскольку оросительная система работает сезонно, нами для определения расчетного времени работы сети в режиме подачи воды априори введенкоеффициент использования сети в оросительный период Ки=0,7.
t= 6*30*24*0,7=2900час =0,33 года
Необходимые данные для определения параметра потока отказов выбраны из статистической информации б отказах сети Самгарского массива. Численные значения параметра потока отказов по элементам сети приведены в табл.3.5.и 36.
Параметр потока отказов запорно-регилируюшей арматуры совхоза им. Хамзаалиева намного выше, чем в совхозе «Самгар». Это обьясняется тем, что в совхозе им. Хамзаалиева арматура разнотипная и имеет разные сроки службы.
Полученные результаты расчетов показывают, что в первый год эксплуатации (период приработки) средний по массиву поток отказов трубопроводов значительно больше чем в последуюшие годы и составляет 1,34 1/год.км.
В период нормальной эксплуатации поток отказов колеблется незначитльно: для трубопроводов с 2 по 20 годы эксплуатации w(t) составляет -0,027-0,0761/год км, запорно-регулируюшей арматуры с 2 по 15 годы эксплуатации -0,152-0,297 1/год. На 15 и 20 годы эксплуатации запорно-регилируюшей арматуры совхоза «Самгар» наблюдается повышение потока отказов до 0,433 1/год, что свидетельствует о наступлении периода ее старения.
Анализ технического состояния сети показал, что отказы в период приработки и старения не характерны для обшей закономерности их распределения в период нормальной эксплуатации. Поэтому отказы этих периодов при дальнейших расчетах не учитывались в обшей выборке.
Рассмотрим возможность использования для оценки надежности трубопроводов самонапорной ЗОС совхоза «Самгар» гипотезу о простейшем потоке отказов с параметром…….. в период нормальной эксплуатации. Рсачеты приведены в табл.3.7. и на рис. 3.7. Ряд наблюдений для расчетов разбивали на интервалы к таким образом, чтобы в каждом интервале были отказы.
Количественно достоверность гипотезы о простейшем потоке отказов трубопроводов с параметром Wср =0,0283 И/год.км проверена критерием согласия Пирсона по следуюшей методике/39,96/.
Сначала определялась мера расхождения значений Х2 по формуле.
Формула
где: ni-число отказов в –том интервале;
m-обшее количество элементов, за которыми ведется наблюдение в i –том интервале. При расчете принимаем для трубопроводов m=L тр, для арматуры m=Nзадв;
Pi- теоретическая вероятность попадания случайной величины (отказа).
По принятой гипотезе характеристика потока отказов при W=const имеет линейную функцию P=W cp t.
Распределение Х2 зависит от числа степеней свободы распределения r. Значения r равно числу интервалов к за минусом числа независимых связей S( в нашем примера S=2):
R=k-s
По значениям r и х2 определялась вероятность того, что величина, имеющая распределения х2 с r степенями свободы, превзойдет данное значение х2. Если эта вероятгость мала, гипотеза о распределении отбрасывается как неправдоподобная. Если же эта вероятность относительно велика, гипотеза признается как не противоречашая опытным данным.
На практике если вероятность Р оказывается меньшей чем 0,1, рекомендуется проверить эксперимент/39,135/.
Для рассматриваемого примера значения х2 r равны
Х2=1,73 ; r=4
По табл.4 приложения /82/ при Х2=1,73 , r=4 искомая вероятность равна Р=0,78. Эта вероятность малой не является, поэтому гипотеза о простейшем потоке отказов с параметром Wср=0,0283 ш1/год.км считается вполне правдоподобной.
Математическое ожидание m при простейшем потоке отказов равно среднему значению параметра потока отказов трубопроводов
Формулалар
Определим предельные величины средного значения параметра потока отказов соответственно равны:
Формула
где tв –коэффициент доверительнойвероятности (коэффициентСтьюдента).
Значение tp определены в зависимости от доверительной вероятности Р. При расчете принято Р=0,95.Тогда коэффициент доверительной вероятности авен /39/: tp=1,96.
Таким образом, с вероятностью Р=0,95 можно утверждать, что значения параметра потока отказов трубопроводов самонапорной ЗОС совхоза «Самгар» лежит в переделах
Формула
Полученные осредненные значения величины W ср позволяют вычислить значения других зависимых показателей надежности, а именно среднюю наработку на отказ ( среднее время безотказной работы) Тср, численные выражения функции распределения времени между отказами (вероятность отказа) F(t), вероятность безотказной работы Р (t),и др.
Средняя наработка на отказ 1 км трубопровода равна:
Формула
Как было доказано выше (п.2.3) при w=conct функция распределения времени наработки между отказами имеет экспоненциальное распределение
Формула
С плотностью распределения времени между отказами
Формула
Таким же образом рассматривались отказы задвижек самонапорной ЗОС совхоза «Самгар» (период нормальной эксплуатации составляет15 лет) Расчеты показали ( табл.3.8 и рис .3.8), что достоверность принятой гипотезы о простейшем потоке отказов по подтверждается критерием согласия Пирсона с вероятностью Р(х2)=0,65.
Аналогично выполненным расчетам была проедена статистическая обработка исходных данных об отказах элементов сети совхоза им Хамзаалиева .Расчеты показали справедливость принятой гипотезы о простейшем потокеотказов, достоверность которой подтверждена критерием согласия Пирсона с вероятностью для трубопроводов -Р(х2)=0,65, для задвижек- Р(х2)=0,5.
Результаты расчетов показателей надежности элементов самонапорной ЗОС в целом по Самгарскому массиву приведены в табл. 3.10.
Для дальнейших расчетов за расчетное значение параметра потока отказов трубопроводов принято среднее значение из показателей самонапорной ЗОС двух совхозов. Расчетное значение параметра потока отказов задвижек принято по значению этого показателя данных совхоза «Самгар» по вышеупомнутым приченам
Таким образом, поток отказов равен:
Для трубопроводов: Wср=0,0283 1/год.км, Tср=35,3 лет,
Для задвижек: Wср=,244 1/год, Т ср=4,09 лет.
3.2.2.Ремонтопоигодность сети.
Как уже отмечалось самонапорная ЗОС является восстанавливаемым обьектом, то есть возникшие при эксплуатации повреждения и отказы могут ыть устранены средствамиремонта. Необходимо меть в виду, что обслуживание и ремонт сети, осуществляемое в профилактическом или аврийном порядке, сопровождаются простоем сети, и как правило, значительными экономическими потерями. По этому важным является повышение ремонтопригодности сети, так как от ее уровня зависят показатели надежности в период нормального и повышенного износа/115/.
Согласно ГОСТ 27.002-83/59/, ремонтопригодность-свойство обьекта, заключаюшееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин отказов , повреждений, поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.
Процесс восстановления работоспособности сети зависит от организации ремонтной службы, технической вооруженности ремонтных бригад, их исла, совершенства связи и.т.д. На длительность восстановления существенно влияет ряд случайных факторов: местоавария, характер аварии и условия для производства восстановительных работ и др. Количественные характеристики показателей ремонтопригодности являются случайными величинами. На практике в качестве показателя работоспособности принято применять среднее время восстановления, вероятность восстановления в заданное время, трудоемкость восстановительных работ, интенсивность восстановленияи стоимостные показатели /75,78,84,85,88,93,94/.
В качестве показателей ремонтопригодности сети были приняты среднее время восстановления работоспособного состояния F(t) интенсивность восстановления М(F(t) (п.2.3).
Время восстановления работоспособного состояния сети охватывает период от момента наступления отказа до его устранения. Поэтому общее время восстановления Тв представляет собой сумму отрезков всех работ, выполняемых после наступления отказа
Тв= t об+ t приб+ t р,
где: = t об-время на обнаружение отказа и передачу информации;
t приб-время на прибытие ремонтной бригады;
t р-время на ремонт и опробозание.
Наблюдениями установлено, что время обнаружения отказа и передачи информации колеблятся в пределах от 8 до 27 часов и в основном зависит от оснащенности средствами передачи информации. В совхозе «Самгар» после установления стабильной телефонной связи в 1988 году время затрачиваемое на передачи информации сократилось до 2-4 часов.
Время на прибытие ремонтной бригады с момента получения информации до прибытия ремонтной бригады к месту вари, включая поиск материалов колеблется в пределах от 1 до 44 часов. Значительная продолжительность обьясняется тем, что ремонтная бригада не имеет автомашины для оперативного передвижения , а также не обеспечена необходимыми механизмами, инструментом и материалами. Отсуттвие запасных материалов усугубляет положение и сводит на нет все усилия по сокрашению этого времени.
Время затраиваемое на собственно ремонт составляет от 3 до 96 часов и зависитот характера ремонта, технической вооруженности ремонтной бригады, их числа и квалификации.
Установлено, что наиболее трудоемким является ремонт запорных органов задвижек и замена разорванных труб. Несвоевременное проведение технического обслуживания элементов сети затрудняет разборку задвижек т гидрантов. Отсутствие специальных мастерских, сварочного агрегата также увеличивает время простая сети.
По результатом исследований установлено, что общее время на восстановление работоспособного состояния колеблется в пределах от 14 до 152 часов.
Статистическая обработка данных о продолжительности восстановления работаспособности самонапорной ЗОС заключалачь в построении эмпирической функции распределения параметра. Тв, оценке ее характеристики и апироксиации полученной функции одним из теоретических законов распределения случайных величин.
По собранным статистическим данным восстановления работаспособности элементов сети совхоза «Самгар» были составлены варационные ряды времени Тв .При этом интервал возможных значений времени Тв разбивлся на ряд подинтервалов длительностю h=24.
Расчеты (табл.3.12.) и построение графиков статистической плотности ( рис.3.11.) и статистической функции распределения ( рис.3.12) показали, что теоретическая экспоненциальная функция удовлетворительно аппроксимирует ряды наблюдений. В последуюшем ряд наблюдений будет увеичен.
Степень согласованности теоретического и статистического распределения оценивали критерием Колмогорова/105/, где в качестве меры расхождения выступает максимальное по абсолютной величине расхождение между теоретической и статистической значениями фкнкций:
Формула
Допустимое значение отклонения при доверительной вероятности Р=0,95 равно
Формула
где: А-критическое значение функции распределения Колмогорова, определяется из табл.п.8.15/105/ Аҳ1,36;
n-обьем выборки или количество случаев восстановления. Гипотеза о соответствии статистического распределения теретическому экспоненциальному распределению подтверждается, поскольку
формула
Критерий Пирсона при мере расхождения
Формула
И числе степеней свободы распределения r=n-s=7-2=5, с вероятностью P([2)=0,3 подтверждает достоверность принятой гипотезы о экспоненциальном законе расприделения времени восстанавлении работаспособности сети.
Оценки параметров полученных функций распределения времени восстановления элементов самонапорной ЗОС совхозе «Самгар» показала, что обобщенной среднее время восстановления сети и целом по совхозу составляет: Тв=57,93 час.
Интенсивность восстановления при эспоненциальной законе обратно пропорционально среднему времени восстановления
Формула
Плотность экспоненциального распределения равна
Формула
Функция экспоненциального распределения
Формула
Пределы изменения среднего времени восстановления одного отказа при довирительной вероятности Р=0,95 равны /186/
44,6ч В последуюшем статистическая обработка исходного материала была выполнена на ЭВМ ЕС-1022 по программе. Разработанной в УИИВХ, для всех составляюшихотрезков ремени работ по восстановлению сети, то есть
Тв, tоб, t приб, tр. Результаты расчетов и графики статистической и теоретической плотности и функции распределения, а также показатели ремонтопригодности приведены в табл. 3.13.и на рис.3.13.
Значимость и практической использование полученной функции распределения времени восстановления определяется возможностью оценки вероятности восстановления элементов самонапорной ЗОС за интересуюший ас интервал времени.
Полученные резултаты характеризуют распределение затрат времени и эксплуатационных затрат на ликвидацию отказов самонапорной ЗОС и могут быть использованы службой эксплуатации при планировании ремонтно-восстановительных работ.
Анализ результатов обработки показал, что основная трата времени уходит на прибытие ремонтной бригады на место аварии, включая время на поиск маетериалов приб=28,3 час и на ремонт рем=18,2 ас.Это говорит о неудовлетворительном снабжении основными материалами, о низком уровне организации ремонтных работ и низком уровне квалификации членов ремонтной бригады совхоза «Самгар» .А это в свою очередь требует разработки организационных и других мероприятий по сокрашению продолжительности времени приб и рем, назначения оптимальных роков проведения главново-предупредительного технического обслуживания и ремонта (ППТОИР), обеспечения необходимого количества резервных материалов.
Выводы по главе З.
Проеденные исследования самонапорной ЗОС позволяют сделать следуюшие выводы:
1. Приработка самонапорной ЗОС заканчивается в основном в первый год эксплуатации, в последующие годы проявляются больше всего эксплуатационные отказы, основную часть которых составляют поломки запорно-регуллирующей арматуры, из-за несоблюденияправил ксплуатации.
В целом, в период нормальной эксплуатации, появляются следующие отказы сети: конструкционные -11%, производственные-37%, эксплуатацинные-52 %.
2. В результате расчетов получен параметр потока отказов как для трубопроводов, так и для запорно-регулирующей арматуры для периода нормальной эксплуатации, среднее значение которых, соответственно равно: Wтр=0,0283 1/год.км: W3=0,244 1/год. Доказано, что в период нормальой эксплуатации функция времени между отказами имеет экспоненциальный закон распределения. Средняя наработка на отказ 1 км трубопровода составляет Т=35,3 лет, запорно-регулирующейарматуры (задвижки) Тср=4,09 лет.
3. В результате статистической обработки определены законы распределения всех составляющих отрезков времени работ по восстановлению и общей продолжитеьности восстановления самонапорной ЗОС. Средняя продолжительность восстановления одного отказа составляет Тв=58ч; основная трата времени уходит на прибытие ремонтной бригады, включая поиск материалов t приб и на собственно ремонт tp.