Розрахунок надійності закритої зрошувальної мережі

Тип елемента	Функціональні характеристики елементів		Підпорядкованість елементів трактам транспортування води до гідрантів				Наванта-ження елемента системи і
	Назва елементів	Коефіцієнт готовності	Г.1	Г.2	Г.3	Г.4
1	2	3	4	5	6	7	8
“Т”− трубопровод	1 1-1 1-2 1-3 1-3-1 1-3-2	0,9950 0,9812 0,9812 0,9650 0,9812 0,9812	0,9950 0,9812 − − − −	0,9950 − 0,9812 − − −	0,9950 − − 0,9650 0,9812 −	0,9950 − − 0,9650 − 0,9812	1 0,25 0,25 0,50 0,25 0,25
“З”− засувка	З.1 З.2 З.3 З.4 З.5	0,9992 0,9992 0,9992 0,9992 0,9992	0,9992 0,9992 0,9992 − −	0,9992 0,9992 0,9992 − −	0,9992 0,9992 0,9992 0,9992 0,9992	0,9992 0,9992 0,9992 0,9992 0,9992	1 1 1 0,5 0,5
Надійність тракту водоподачі	−	−	0,9739	0,9739	0,9384	0,9384	−
Вага трактів водоподачі, і	−	−	0,25	0,25	0,25	0,25	−
Зважений коефіцієнт готовності тракту водоподачі	−	−	0,2435	0,2435	0,2346	0,2346	−
Надійність мережі	−	−	−	−	−	−	0,9562

Аналогічно розраховуємо надійність A_Г.2, A_Г.3, A_Г.4.

Аналіз роботи трактів транспортування води до гідрантів в мережі системи показує, що вода до гідрантів транспортується паралельно, в залежності від режиму поливу.

За формулою (6.4) визначаємо коефіцієнти ваги трактів водоподачі і записуємо їх у відповідний рядок табл. 6.1.

; .

Зважений коефіцієнт готовності тракту транспортування води до гідранта Г.1 дорівнює

A_зв = α_і ×A_Г.1 = 0,25×0,9739 = 0,2435.

Аналогічно розраховуємо зважені коефіцієнти готовності трактів Г.2, Г.3, та Г.4. Отримані значення зважених коефіцієнтів готовності трактів заносимо в строчку стовпчиків 4, 5, 6, та 7 таблиці 6.1.

Коефіцієнт готовності мережі в цілому дорівнює:

A_м = ∑A_зв = 0,2435+0,2435+0,2346+0,2346=0,9562.

Стовпчик 8 таблиці 6.1 заповнюється на основі аналізу навантаження на кожний із елементів мережі при проведенні транспортування води до гідрантів. Розрахунок навантаження на елементи мережі проводиться на основі врахування повторюваності елемента у трактах при розрахунках їх надійності та визначеного коефіцієнта ваги _і, (стовпчики 4-7). Наприклад, трубопровід Т. 1 враховується у всіх трактах транспортування води і має коефіцієнт ваги _еі = _і×4= 1,0, трубопровід Т. 1−3 має коефіцієнт _еі = 0,5, а інші − _еі = 0,25. Більші значення ваги в надійності системи мають засувки, як засоби надлишковості для підвищення надійності мережі.

Проведення розрахунку надійності мережі матричним методом дозволяє за отриманими результатами проводити додатковий аналіз, результати якого мають практичне значення.

Згідно нормативної документації допустима межа надійності становить [A] = 0,95. Якщо за результатами розрахунків А_і  0,95, то можна зробити висновок, що надійність окремих трактів водоподачі чи мережі в цілому відповідає нормативним вимогам. Якщо А_і < 0,95, то робиться висновок, що надійність окремих трактів водоподачі нижче за нормативну, і даються рекомендації щодо підвищення їхньої надійності.

За результатами розрахунків будуємо графік залежності A_і від довжини тракту водоподачі L (рис. 6.2,а). Довжина тракту водоподачі від насосної станції до конкретного гідранта (в км) визначається за схемою ЗЗМ (див. рис. 6.1,а).

Аналіз отриманих результатів показує, що надійність трактів з більшою довжиною А_Г.3 = А_Г.4 = 0,9384 є меншою за допустиме нормативне значення [A] = 0,95.

а) б)

Рис. 6.2. Графік залежності коефіцієнта готовності від довжини тракту водоподачі (а) та від середньої тривалості відновлення MTTR (б)[

Одним із заходів з підвищення надійності мережі є збільшення оперативності відновлення працездатного стану мережі (скорочення терміну ремонту). Для прикладу проведемо розрахунок надійності тракту водоподачі до найвіддаленішого гідранта, для середньої тривалості відновлення 10 год.(чистого часу ремонту), тобто МТТR^ﺍ = 10 год.

Визначаємо надійність A^ﺍ ділянок трубопроводу, які забезпечують подачу води до обраного гідранта (Г.3,Г.4):

Визначаємо надійність тракту транспортування води до гідранта (надійність засувок приймається незмінною):

За даними розрахунку будуємо графік залежності коефіцієнта готовності А від середньої тривалості відновлення MTTR (див. рис. 6.2,б).

На основі розрахунків встановлено, що для забезпечення показників надійності в межах допустимих значень необхідно забезпечити мінімальну тривалість відновлення мережі після відмови, тобто встановлений показник середньої тривалості відновлення має бути МТTR 90 год.

Визначимо долю надійності засувок в надійності мережі. Для цього визначимо надійність мережі для випадку, що мережа не обладнана засувками і трубопроводи не розділені на ремонтні ділянки. Враховуємо, що відмова одного з трубопроводів приводить до відмови системи в цілому і тому всі трубопроводи в мережі з’єднані між собою послідовно.

Коефіцієнт готовності мережі без засувок дорівнює:

А_{м (о)} = А_Т.1×А_Т.1-1×А_Т.1-2×А_Т.1-3×А_Т.1-3-1×А_Т.1-3-2=

=0,9950×0,9812×0,9812×0,9650×0,9812×0,9812=0,8900.

Порівняння отриманих результатів розрахунку надійності мережі із засувками та без засувок показує, що застосування засувок для зміни структури і розділення мережі на ремонтні ділянки є виправданим і ефективним заходом підвищення надійності.

А_{м (з)}= 0,9562 > А_{м (о)} = 0,8900.

Надійність мережі з засувками є більшою від мережі без засувок. Розділення закритої зрошувальної мережі на окремі ділянки дозволяє закриттям засувок виводити в ремонт окремі трубопроводи з відмовами і забезпечувати роботу інших. Крім того, відключення тупикових відгалужень мережі при непрацюючих дощувальних машинах дозволяє попереджувати відмови від підвищення тиску в тупику трубопроводів при зупинках машин на сусідніх ділянках (“ефект тупику”, коли хвиля гідравлічного удару при досягненні тупику подвоюється).

Контрольні запитання:

1. Які особливості розрахунку складних структур матричним методом?

2. Як встановлюється надійність елементів мережі?

3. Як визначається надійність тракту подавання води?

4. Як впливає уведення засувок на структуру з’єднання елементів в мережі,.

5. Як впливає надійність комплектуючих елементів на надійність системи?

6. мережі?

7. Як впливає тривалість відновлення на надійність мережі?

8. Як визначається вага надійності елемента в надійності мережі?

9. Описати матричний метод розрахунку надійності.