УДК 626/627.001.57 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ

УДК 626/627.001.57
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ ВОДОПРОВОДЯЩИХ ТРАКТОВ
ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С УЧЕТОМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ ИХ РАБОТЫ
Н.В. Арефьев, Ш.Н. Мансуров
Санкт-Петербургский политехнический университет, Санкт-Петербург, Россия
С точки зрения обоснования параметров, сооружения водопроводящих трактов (ВТ)
водохозяйственных объектов образуют две группы:
1) водопроводящие сооружения (ВС), параметры которых определяются
экспериментальными методами при помощи физических моделей (водоприемник,
проточная часть насосного агрегата и т.п.);
2) водопроводящие сооружения, обоснование параметров которых осуществляется
расчетными методами, при помощи математических моделей (напорные водоводы,
каналы и т.п.).
Параметры водопроводящих трактов образуют систему, характеризующуюся как
внутренними связями, то есть связями между параметрами отдельных сооружений
данного водохозяйственного комплекса (ВХК), так и внешними связями с параметрами
других объектов, не входящих в рассматриваемый водохозяйственный комплекс. С
теоретических позиций необходимо осуществлять совместный выбор оптимальных
значений параметров, что является чрезвычайно сложной и трудоемкой задачей.
В настоящее время процесс обоснования параметров объектов ВХК разбивается на
ряд этапов или уровней. На каждом уровне решается своя задача оптимизации с учетом
информации, полученной на предыдущем уровне. В соответствии с расчетной схемой
образована иерархическая структура параметров ВХК, при этом на верхнем уровне
структуры
находятся
основные
параметры
водохозяйственного
комплекса,
обеспечивающие заданные эксплуатационные показатели. На более низком уровне
расположены параметры водопроводящих сооружений ВХК. Выбор их наивыгоднейших
значений осуществляется на втором этапе общей задачи после назначения основных
параметров.
В
общей
задаче
технико-экономического
обоснования
сооружений
водопроводящего тракта можно выделить три группы констант и переменных величин.
К первой группе относятся величины, определяющие водопроводящий тракт как
физический объект. Представим их в виде двух подгрупп:
1. Количественные характеристики.
2. Качественные характеристики.
К количественным характеристикам относятся:
А. Геометрические размеры водопроводящих сооружений (поперечные и
продольные размеры сооружений, уклоны дна и т.п.).
Б. Энергетические характеристики - величина потерь энергии в ВТ.
В. Инерционные характеристики элементов водопроводящего тракта - постоянная
инерции насосных агрегатов (Та), постоянная инерции водоводов (ТL).
Г. Экстремальные величины, характеризующие нестационарные гидравлические
процессы в водопроводящем тракте и электромеханические процессы в насосных
гидроагрегатах: максимальный расчетный расход воды Qрасчmax в сооружениях ВТ при
стационарном режиме работы насосных агрегатов, предшествующем потере привода
насоса.
Д. Прочностные характеристики элементов водопроводящего тракта.
Здесь необходимо отметить, что величины, входящие в Б, В и Г, кроме Qрасчmax и Та,
зависят от величин, входящих в А, которые принято называть параметрами
водопроводящего тракта.
Часто в группу параметров водопроводящего тракта включают Та и Тs для учета
влияния характеристик насосных агрегатов на характеристики нестационарных
гидравлических процессов в водопроводящих сооружениях.
Под качественными характеристиками сооружений водопроводящего тракта далее
понимаются: тип водоприемника; тип деривации (напорная, безнапорная); форма
поперечного сечения водовода; тип облицовки сооружений водопроводящего тракта.
Во вторую группу входят величины, которые можно назвать экономическими
показателями. К ним относятся:
А. Стоимостные показатели по возведению сооружений водопроводящего тракта
при заданном способе производства работ (единичные расценки, капитальные вложения и
т.п.);
Б. Стоимостные показатели по установке на заменяющем объекте дополнительной
мощности и по выработке дополнительной энергии, теряемой в водопроводящем тракте.
К третьей группе относятся величины, находящиеся на верхнем уровне
иерархической структуры параметров ВХК, - основные параметры ВХК.
В задаче технико-экономического обоснования водопроводящих сооружений
варьированию подвергаются параметры водопроводящего тракта, которые выступают в
роли параметров оптимизации. Величины вида Б, В, и Г первой группы обычно
назначаются заранее и в ряде случаев играют роль функциональных ограничений задачи
оптимизации параметров водопроводящего тракта.
Величины, относящиеся ко второй и третьей группам, являются исходными
данными.
В настоящее время исходные данные рассматриваются как детерминированные
величины. Однако правильнее часть исходной информации рассматривать в виде
неоднозначно определенных величин, которые предлагается представлять либо
диапазоном возможных значений, либо в виде закона распределения.
Следует отметить, что обоснование параметров в условиях частичной
неопределенности исходной информации связано с очень большой вычислительной
работой, так как необходимо получать решения при всевозможных сочетаниях исходных
данных (для формирования «платежной матрицы»).
Как показывает опыт эксплуатации водохозяйственных объектов со сложными
напорными водопроводящими трактами (ВТ), реальные параметры переходных
гидродинамических процессов в отдельных сооружениях отличаются от расчетных,
определенных на проектных стадиях.
Это обусловлено, прежде всего, сложностью совместного моделирования
гидравлических процессов на протяженных участках элементов ВТ с учетом
многочисленных местных сопротивлений, напорно-безнапорных режимов работы
длинных камер и т.п.
Нами предлагается комбинированная методика выбора параметров ВТ, включающая
расчетную модель на стадии проектирования ВХК для обоснования проектных
параметров ВТ и определения граничных значений размеров условно названных
«регулировочных» элементов ВТ, параметры которых должны быть окончательно
выбраны на второй стадии – в начале эксплуатации ВХК в пусковой период на
пониженных отметках уровней воды в водохранилище. Кроме того, на этой стадии
проводится уточнение ограничений и условий на режимы пуска и остановки насосов. По
предложенной методике проводится также корректировка исходной проектной модели и
выбираются окончательные параметры «регулировочных» элементов для обеспечения
надежной работы водопроводящих сооружениях в переходных режимах.