книги из ГПНТБ / Мирцхулава, Ц. Е. Надежность гидромелиоративных сооружений

Г л а в а VIII

НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ

Огромные средства, направляемые на мелиорацию земель, можно использовать рационально и с максимальной эффективно­ стью только при условии, если будут построены технически со­ вершенные оросительные и осушительные системы и организо­ вана их правильная эксплуатация [2]. Выполнение ответствен­ ной трудоемкой работы по эксплуатации и поддержанию в исправном состоянии межхозяйственной оросительной, осушитель­ ной и коллекторно-дренажной сети, водохранилищ, насосных стан­ ций гидроузлов, систем вертикального дренажа, водозаборных и других сооружений межхозяйственного значения, своевременная и бесперебойная подача воды в соответствии с планом водополь­ зования потребителям требуют осуществления этих объектов на нужном уровне надежности и ремонтопригодности, проведения мероприятий по повышению надежности. Эти мероприятия могут быть конструктивные, технологические, эксплуатационные и ор­ ганизационно-технические.

Любое сооружение подвержено воздействиям различных фак­ торов, постепенно снижающих их работоспособность и эксплуата­ ционную надежность. На долговечность объектов гидромелиора­ ции действуют геологические, климатические, эксплуатационные и другие факторы. Всегда следует помнить, что самая современ­ ная оросительная или осушительная система, в которой учтены все новейшие достижения науки и техники, самая рациональная схема компоновки может оказаться малоэффективной, если си­ стема не будет эксплуатироваться на достаточно высоком уров­ не. Только рациональная эксплуатация позволит максимально использовать все возможности, заложенные в проекте, обеспечить высокую производительность и рентабельность.

Нас теперь не может удовлетворить любое орошение, которое порей наряду с увлажнением вызывает эрозию, переувлажнение почв, засоление. Необходимо, чтобы система работала надежно в течение всего срока эксплуатации по тем показателям, которые заложены в проекте.

Анализ многочисленных литературных данных по надежности в смежных гидромелиорации областях, а также анализ наиболее характерных дефектов и повреждений объектов гидромелиора­ ции позволяет высказать ряд соображений по повышению на­ дежности и долговечности сооружений гидромелиорации.

223

Учитывая многообразие объектов гидромелиорации, начиная от простых оросительных борозд и кончая сложными автомати­ зированными системами, дать полный перечень рекомендаций для всех объектов невозможно. Приведем лишь основные, которые представляются общими для большинства объектов. Эти рекомен­ дации не претендуют (и не могут претендовать при таком много­ образии объектов гидромелиорации) на полноту, но послужат некоторой основой для проектирования, строительства и эксплуа­ тации объектов, обладающих достаточной надежностью.

Под влиянием различных факторов, значительное количество из которых случайны, в сооружениях со временем возникают и пЪстепенно накапливаются различные дефекты и повреждения. Это снижает как работоспособность и эксплуатационную надеж­ ность их, так и срок службы.

При проектировании (выборе конструкции) и расчете объек­ тов гидромелиорации, их отдельных узлов и элементов, как и в других областях, идеализируют те условия, в которых протекает их работа. Часто ошибки в существующих методах расчета и несоответствие работы той схеме, которая заложена в проекте, недоброкачественность применяемых материалов, влияние раз­ личных вредных факторов рассматриваются как нежелательные отклонения, не обязательные явления. Современная математика и наука об управлении рекомендуют рассматривать любые ошиб­ ки и неточности как естественное свойство реальной системы. Рекомендуется рассматривать источники и причины вредных дей­ ствий. Таким образом, следует выбирать такие схемы, которые могли бы успешно выполнять заданные функции в различных естествённых условиях эксплуатации. Очевидно, объект нельзя рассматривать изолированно от той среды и условий, в которых ему придется работать.

При проектировании прежде всего необходимо разработать научно обоснованную расчетную схему и методику расчета с воз­ можно полным учетом факторов, обусловливающих явление. При этом следует стремиться выявить реальные условия, действую­ щие в различных узлах.

Принимая во внимание важное значение выбора долговечно­ сти будущей системы, в начале проектирования необходимо пра­ вильно выбрать ее с учетом технико-экономических расчетов и перспективы научно-технического прогресса. Оптимальная долго­ вечность определяется экономически наиболее выгодным сроком службы сооружения, системы, обусловленным как техническим, так и моральным износом. При расчете оптимальной долговеч­ ности и экономической эффективности необходимо стремиться, чтобы срок службы составляющих элементов не был больше сро­ ка работы самой системы. Иначе к концу срока службы системы эти элементы окажутся не амортизированными. Многие элемен­ ты объектов гидромелиорации имеют неодинаковую прочность, износостойкость, сопротивляемость нагрузкам. По срокам служ-

224

бы они значительно отличаются. Это вызывает многочисленные ремонты, повышение стоимости эксплуатации. Необходимо до­ биваться увеличения количества одновременно заменяемых, легкозаменяемых элементов, одновременно ремонтируемых частей.

Наиболее характерными признаками невыгодности дальней­ шей эксплуатации объекта служат: повышение интенсивности выхода из строя отдельных узлов, элементов, резкий рост рас­ ходов на эксплуатацию объекта и потерь в результате простоев.

Оптимальным сроком службы считается тот, при котором эксплуатирующее хозяйство будет нести минимальные затраты и потери, отнесенные на единицу продукции.

Для борьбы с моральным износом может быть использована модернизация объекта при ремонте.

При проектировании объектов желательно, чтобы схема бы­ ла по возможности простой как для изготовления, так и для об­ служивания, принцип действия ее достаточно опробирован, а на­ дежность проверена в производственных условиях. Хотя специа­ листы по теории информации считают, что усложненные схемы более надежны, однако практика эксплуатации объектов гидро­ мелиорации на данном этапе свидетельствует о преимуществах более простых схем.

Важнейшим фактором повышения качества следует считать внедрение при изготовлении изделий, узлов, сооружений объек­ тов гидромелиорации базовых конструкций и проведение новых разработок лишь на их основе. В результате удастся не только сократить сроки разработок и значительно повысить качество

инадежность создаваемых изделий, конструкции сооружений, но

иунифицировать детали, узлы, резко сократить сроки освоения нового оборудования, объектов.

Для элементов, выход из строя которых крайне нежелателен, нередко лучше иметь надежно работающую старую испытанную систему, чем новую, улучшенную, но с неизвестными показате­ лями надежности, так как новая система не может дать гаран­ тии того, что она будет работать именно тогда, когда это нужно. Новая система всегда страдает «детской болезнью» и требуется время, чтобы довести ее до кондиции.

Во всех вопросах сохранения надежности время и средства для предотвращения выходов из строя следует сопоставлять с важ­ ностью поддержания работы объекта без отказа.

При конструировании объектов важно изучить физику отка­ зов. Знание причин и физики отказов позволит выбрать тот ма­ териал, который наиболее рационален для данной конструкции при заданных условиях среды и нагрузок, заложить необходи­ мую надежность элементов, предусмотреть необходимые конст­ руктивные меры для уменьшения превышения нагрузок над до­ пускаемыми с учетом влияния среды; предусмотреть необходи­ мые защитные меры от влияния внешних факторов (защитные покрытия, термоизоляция и т. п.), необходимые контрольные ор-

ганы и приборы, фиксирующие и устраняющие неполадки; учи­ тывать влияние режимов и условий работы.

Большое значение имеет сокращение количества типоразме­ ров. Это облегчает как строительство, так и эксплуатацию.

Один из основных путей повышения надежности — введение легкосменяемых элементов. При создании объектов гидромелио­ рации (в том числе мелиоративных машин, механизмов) необхо­ димо создавать комплексы соответствующих друг другу по тех­ ническим параметрам унифицированных между собой элементов.

Очень важно повысить срок службы тех частей сооружения, которые часто выходят из строя, например облицовок (истирание и износы которых часто выводят каналы из строя), исключить условия попадания абразивов, принять меры против деформации.

Борьба с зарастаемостыо весьма трудоемкая работа. Эксплуа­ тационные хозяйства затрачивают на это большие средства, но нередко добиваются весьма малого эффекта, поэтому зачастую эту работу они не выполняют.

При проектировании с учетом критериев надежности уровень надежности должен быть указан в технических условиях заказ­ чика. При составлении технических требований стоимость созда­ ния системы с проектируемым уровнем надежности сопоставля­ ется со стоимостью последствий неисправности при эксплуатации.

Технологический процесс должен быть надежным. Он не дол­ жен допускать отклонения таких показателей, которые могут повлиять на качество объекта в целом. Наблюдаемый большой процент простоев, выход из строя объектов связан с недоста­ точной надежностью технологического процесса при изготовле­ нии, строительстве и монтаже деталей, узлов и объекта в целом, а также с методами изготовления и системой приемки объектов, которые не удовлетворяют требованиям надежности. Так как по­ казатели качества объекта, которые предусмотрены при проекти­ ровании, обеспечиваются в процессе его строительства и монта­ жа, в процессе изготовления элемента, то технологическому про­ цессу должно уделяться особое внимание. Низкое качество построенных объектов в значительной степени зависит и от нерит­ мичной работы строительных организаций.

Следует иметь в виду, что низкое качество строительства вы­ зывает преждевременный выход из строя сооружений, что влечет за собой существенное увеличение ремонтных и эксплуатацион­ ных расходов. При оценке экономической эффективности объек­ та должны быть учтены затраты, необходимые для возведения объекта, а также затраты на весь период его эксплуатации.

Уменьшение сметной стоимости сооружений за счет снижения уровня надежности часто влечет за собой увеличение эксплуа­ тационных расходов вскоре после окончания строительства.

Надежность сооружения в значительной степени зависит от соответствия действительных механических характеристик мате-, риалов расчетным, поэтому существующие системы контроля

226

Улучшение технической эксплуатации должно идти по пути перестройки управления ремонтными работами (ремонтных служб), так как именно на ремонтно-восстановительных работах объектов гидромелиорации в настоящее время занято значитель­ ное количество людей. Целесообразно ремонтную службу выде­ лить из эксплуатационных хозяйств, создать специализированные подрядные управления по производству ремонтных работ. Ос­ новное мероприятие, повышающее возможность этих хозяйств,— оснащение их механизмами и передвижными средствами для ре­ монта рассредоточенных объектов.

Укрупнение, специализация и индустриализация ремонтных работ — мощный фактор повышения надежности и долговечности объектов. При этих условиях создаются возможности для внед­ рения современной технологии ремонта, комплексной механиза­ ции и даже автоматизации процессов. Указанные мероприятия позволяют повысить производительность труда, повысить каче­ ство и снизить себестоимость ремонтных работ.'

Современный этап развития мелиорации характеризуется стремлением к комплексной автоматизации оросительных и осу­ шительных систем [2], что приводит к сокращению обслуживаю­ щего персонала, но в то же время усложняет обслуживание ме­ лиоративной техники. Это предъявляет более жесткие требова­ ния к квалификации эксплуатационного персонала.

К увеличению числа отказов и неисправностей может приве­ сти недостаточная подготовка персонала, эксплуатирующего и обслуживающего системы. Этот фактор невозможно учесть при расчете надежности системы, поэтому следует стремиться проек­ тировать такие системы, которые сводят до минимума неисправ­ ности, вызываемые небрежностью.

При разработке проекта следует стремиться к максимальному упрощению, так как уход за объектом осуществляется не про­ ектировщиками и не в кабинетных условиях, когда имеется боль­ шой запас времени для принятия решений.

Нередко ошибки обслуживающего персонала возникают изза несоблюдения правил технической эксплуатации, низкого ее качества, а иногда и потому, что при проектировании не были учтены психо-физиологические возможности человека. Наряду с техническим отказом может возникнуть и биологический отказ человека. В оргалах человека может возникнуть болезненное из­ менение, которое приводит к потере их работоспособности.

Для достижения необходимой надежности объекта важно на­ личие обратной связи между проектировщиками, разработчика­ ми и эксплуатационниками, представляющими информацию о работе объектов в производственных условиях. Эти данные долж­ ны быть обобщены для совместного использования.

Усовершенствование конструкции объектов гидромелиорации связано с увеличением их первоначальной стоимости, однако это обеспечит снижение затрат на техническую эксплуатацию, повы­

228

сит производительность труда и позволит высвободить значи­ тельное количество рабочих для других отраслей народного хо­ зяйства.

Уровень надежности в значительной мере зависит от неувяз­ ки между возможностями производства и технологией изготов­ ления и требованиями эксплуатации.

На качество и надежность влияет замена дефицитных мате­ риалов другими, имеющимися в наличии, а также недопустимые упрощения. В практике часто стальные трубы заменяют асбесто­ цементными, что нередко резко сокращает срок службы и на­ дежность. Эти «рационализации» дорого обходятся народному хо­ зяйству.'

Существенным фактором повышения надежности является оп­ тимизация процессов технического обслуживания, включающая в себя систему профилактических осмотров, ремонтов и снабжение запасными элементами.

Снизить количество отказов можно, организовав систематиче­ скую техническую учебу эксплуатационного персонала ремонт­

Всегда следует иметь в виду пользу данных наблюдений, по­ этому, - где это возможно, следует во время монтажа устанавли­ вать измерительные приборы в различные узлы объекта. Эти встроенные приборы будут показывать относительное функцио­ нирование элементов и способствовать сбору данных.

Для повышения надежности системы в целом необходимо знать влияние отдельных факторов, обусловливающих общую надежность. Например, чтобы повысить надежность, увеличить к.п.д. каналов, уменьшить потери на фильтрацию, необходимо знать фильтрационные потери через облицовку и через швы. На практике нередко для того, чтобы уменьшить потери в облицо­ ванных каналах, повышают противофильтрационные свойства облицовок и мало заботятся о совершенствовании швов. Между тем, как показали исследования ГрузНИИГиМ, значительное ко­ личество всех потерь воды происходит не через облицовки, а через швы. Следовательно, при общей противофильтрационной оценке облицованных каналов основной характеристикой, обус­ ловливающей общую надежность, будет надежность герметич­ ности Ш В О В .'

Чтобы увеличить надежность работы открытых железобетон­ ных лотков, следует повысить надежность стыков. Качество уп­ лотнения стыков должно обеспечивать бесперебойную работу от­ крытых каналов, поэтому необходимо применять хорошо заре­ комендовавшие себя мастики. Особое внимание нужно обратить на стыки у опор, течи из которых вызывают более интенсивные осадки, выход из строя фундаментов опор и лотковой сети..

Повышение качества и надежности требует изменения в ряде случаев устарелых необоснованных технологических нормалей и

2 2 9

допусков, являющихся отступлением от норм высокого качества, введенных в период недостатка капиталовложений. Необходимо принять меры для пересмотра этих нормативов, при этом следует руководствоваться показателями объектов лучшего качества, до­ стигнутыми у нас и за рубежом.

В связи с быстрым развитием научно-технического прогресса необходимо вести планомерную разработку новых конструкций, новых приемов техники и режимов полива в экономически обос­ нованной последовательности проектирования, осуществления и испытания новых конструкций, модернизацию существующих. Основой такой организации может служить система сетевого пла­ нирования и управления хозяйством, охватывающая все стадии разработок системы (новой конструкции) от проектирования до испытания и сдачи в эксплуатацию.

Наибольший эффект в области гидромелиорации может быть достигнут при применении автоматизации отдельных процессов. Проблема автоматизации возникла лишь в последние годы и на­ ходится в начальной стадии решения. В будущем автоматизиро­ ванные схемы будут работать без участия человека. На его долю останутся наблюдение, обслуживание и контроль. Автоматическая система должна обеспечить надежность, безаварийность при со­ блюдении всех условий' безопасности для людей. Разработку и внедрение систем автоматизации управления водохозяйственной и мелиоративной системой следует рассматривать как одно из важных средств повышения производительности труда и качест­ ва проводимых работ. Поэтому эти вопросы должны быть в цент­ ре внимания исследовательских и проектных организаций. Но нельзя упускать из виду, что комплексная автоматизация при­ ведет к резкому сокращению численности работников эксплуата­ ции. Одновременно с этим усложнится обслуживание.

Надежность, долговечность и экономичность гидромелиоратив­ ных объектов во многом зависят от вида конструкций, от мето­ дов расчета этих конструкций, элементов объекта и в ряде слу­ чаев целого объекта. Обычно для облегчения расчетов прини­ мают допущения, упрощающие расчетные схемы, действующие нагрузки и условия работы. Использование вычислительных ма­ шин для расчетов дает возможность отказаться от ряда упро­ щений и выполнять их по более современным схемам при значи­ тельно меньшей идеализации условий работы объекта. Часто стремление приблизиться к действительным условиям работы за счет сокращения условностей в расчете приводит к необходи­ мости использования учета статистических условий работы объ­ екта (статистическая теория прочности конструкции и т. д.).

Каналы, трубопроводы и искусственные сооружения состав­ ляют свыше половины стоимости основного фонда мелиоратив­ ных объектов; доля эксплуатационных расходов по этим эле­ ментам немалая и -по примерным подсчетам равна ■20—25% общих эксплуатационных расходов мелиоративных и водохозяйст­

230

венных систем. Необходимость сокращения расходов требует по­ вышения надежности работы каналов, трубопроводов и искус­ ственных сооружений, что достигается назначением оптимальной скорости течения в каналах, повышением качества облицовок, исключением укладки трубопроводов без антикоррозионной за­ щиты, повышением стойкости и работоспособности труб. Стой­ кость и надежность труб можно повысить применением следую­ щих мероприятий: повышения качества трубного металла, улуч­ шения технологии их изготовления, применения упрочняющей термообработки и т. п.

Необходимо признать, что изложенные здесь, а также опуб­ ликованные другие материалы не дают возможности проектиров­ щикам во всех случаях разработки учитывать надежность и долговечность создаваемых ими конструкций. Однако это не слу­ жит основанием того, чтобы при проектировании не учитывать эти показатели. В настоящее время уже накоплены статистиче­ ские материалы по надежности и долговечности различных кон­ струкций. По этим данным трудно, но все же возможно в стадии проектирования прогнозировать, чего можно ожидать от создавае­ мой конструкции с точки зрения ее надежности.

Для учета опыта эксплуатации при проектировании необхо­ димо создать четкую систему сбора и обработки статистических материалов по надежности мелиоративных объектов, связываю­ щую воедино строительные, проектирующие и ремонтные орга­ низации и хозяйства, эксплуатирующие объекты. Эта систе­ ма должна помочь создать объекты, не уступающие по своей надежности лучшим отечественным и зарубежным. В данном зве­ не наиболее заинтересованными являются эксплуатирующие ор­ ганизации, и они должны играть главную роль в этом во­ просе. К сожалению, нередко эксплуатационный персонал эту задачу считает второстепенной. Это, по-видимому, результат недо­ понимания важности указанной работы для повышения надеж­ ности, долговечности и снижения трудоемкости эксплуатации объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Широкое развитие мелиорации в нашей стране, проводимая техническая революция настоятельно требуют того, чтобы пост­ роенные объекты обладали научно обоснованной надежностью и долговечностью. Для этого необходимо проведение комплекса мероприятий:

уточнение расчетной схемы; достаточно полный учет при проектировании как факторов,

обусловливающих явление, так и вероятности возникновения вне­ запных повреждений, отказов;

расчет системы с технически и экономически обоснованным риском;

231