СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ И БЕСПЕРЕБОЙНОСТИ СЕТЕЙ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ

Система для определения и обеспечения показателей надежности и бесперебойности сетей водоснабжения и водоотведения

Описание изобретения

Изобретение относится к области городского водопровода и канализации и предназначено для определения и обеспечения показателей надежности и бесперебойности сетей водоснабжения и водоотведения в соответствии с требованиями №416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении».

Известен метод декомпозиции и эквивалентирования канализационной сети, разработанный для определения относительного объема неочищенной сточной воды, сбрасываемой на поверхность вследствие случайных выходов из строя отдельных участков. Методика сводится к формальной замене сети одним фиктивным эквивалентным каналом, параметры надежности которого рассчитываются по известным интенсивностям отказов и восстановлений участков (см. Ермолин Ю.А., Алексеев М.И. Метод декомпозиции и эквивалентирования канализационной сети // Водоснабжение и сан. техника. 2012. №11).

Метод декомпозиции и эквивалентирования имеет следующие недостатки:

1. Ограниченная область применения, т.к. он:

- позволяет рассчитать только один показатель - обеспеченность расхода, отводимого сетью. При этом не позволяет определять вероятностные показатели надежности, такие как бесперебойность, которые в соответствии с Федеральным законом от 07.12.2011 N 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении» относятся к целевым показателям деятельности организаций;

- не позволяет провести оценку эффективности устройства перемычек между отдельными участками, т.к. разработан для расчета обеспеченности сети только «древовидной» конфигурации. Вместе с тем, этот метод повышения надежности известен и широко применяется на практике, например, закольцовка тоннельного коллектора вдоль реки Фонтанки в Санкт-Петербурге;

- не позволяет рассчитать обеспеченность расхода, отводимого сетью в частично-работоспособных состояниях, т.е. при отказе отдельных участков сети.

2. Высокая погрешность, т.к. в нем, с целью упрощения введен ряд допущений, существенно занижающих точность расчетов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является «Устройство для анализа надежности трубопроводов городской водоотводящей сети», взятое в качестве прототипа, снабженное блоком первичной обработки информации, блоком сбора и обработки информации о структурных повреждениях и блоком сбора и обработки информации о функциональных изменениях трубопроводов, входами подключенных к выходам блока фильтрации параметров для выбора потенциальных объектов санации, а выходами - ко входам блока ранжирования потенциальных объектов санации, блоки фильтрации параметров надежности, фильтрации параметров для выбора потенциальных объектов санации, ранжирования потенциальных объектов санации последовательно соединены между собой, а блоки ранжирования по критериям аварийности, анализа и фильтрации первичной информации и запросов по эксплуатации, выбора потенциальных объектов санации входами подключены параллельно к выходам блока первичной обработки информации, а выходами к входам блока фильтрации параметров надежности, к входу которого также подключены выходы блока сбора и накопления информации об аварийности трубопроводов и блока сбора информации по инвентаризации. При этом блок сбора и обработки информации о структурных повреждениях трубопроводов выполнен в виде параллельно подключенных к входу блока ячеек сбора и обработки информации по трещинам, по типам разрушений, по наличию коррозийных отложений и абразивного износа, выходы которых подсоединены к выходу блока. Также блок функциональных измененийтрубопроводов выполнен в виде параллельно подключенных к входу блока ячеек сбора и обработки информации о наличии смещения труб, о просадках лотка, о нарушениях первоначальной формы труб, о наличии наносов и биообразований, выходами подсоединенных к выходу блока (см. патент РФ №2237784 (приоритет от 25.03.2003) «Устройство для анализа надежности трубопроводов городской водоотводящей сети»).

Устройство для анализа надежности трубопроводов городской водоотводящей сети обладает ограниченной областью применения, поскольку предназначена только для сбора и анализа показателей надежности (интенсивностей отказов) трубопроводов (т.е. отдельных элементов водоотводящих сетей) и не может быть применена для оценки надежности всей сети, т.к. не позволяет определять вероятностные показатели надежности в виде вероятности нахождения всей сети во время t в работоспособном состоянии при отсутствии отказов ее участков, вероятности нахождения сети в частично-работоспособных состояниях (не являющихся отказом сети) при нахождении j-го участка во время t в состоянии отказа, и др.

Кроме того, без определения вероятностных показателей надежности не представляется возможным определить технологические показатели в виде:

- объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии и др.;

- в виде объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка и др.;

- в виде аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии в условиях, когда конфигурация сети позволяет изменять потокораспределение из-за аварий и засорений j-го участка.

По этой причине применением устройства для определения одного из целевых показателей деятельности организаций, осуществляющих водоотведение (надежности и бесперебойности водоотведения, в соответствии с требованием статьи 39 N 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении») не представляется возможным, поскольку она позволяет определять только единичные показатели надежности (показатели аварийности в виде интенсивности отказов) труб и участков, а не показатели надежности и бесперебойности всей системы в целом. Принципиальной разницей между результатами оценки надежности участков сети и всей сети в целом является:

- отсутствие прямой взаимосвязи между отказом одного или нескольких участков (частично-работоспособные состояния) с отказом всей сети, т.к. отказ одного или нескольких участков не всегда приводят к отказу всей сети за счет ее конфигурации, наличия перемычек, регулирующих объемов и т.п.;

- различные критерии оценки, т.к. надежность участков сети оценивается интенсивностями отказов, а надежность всей сети - вероятностными и технологическими показателями надежности.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения устройства, при котором его можно будет применять не только для оценки показателей аварийности отдельных участков сетей, но и вероятностных показателей надежности всей сети в целом.

Поставленная задача решена так, что в известном устройстве, включающем блок первичной обработки информации, в соответствии с настоящим изобретением, блок первичной обработки информации выполнен в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячеек ввода информации по количеству участков n, по длинам участков lj, диаметрам участков D_j, расходам участков q_j сети, где 0<j≤n, продолжительности расчетного периода t, показателям надежности колодцев, показателям надежности труб или материалов труб, выходы которых соединены с выходом блока.

Кроме того, система дополнительно снабжена:

- блоком расчета показателей надежности элементов сети, выполненным в виде параллельно присоединенных к входу блока ячеек расчета показателей надежности труб, расчета интенсивностей отключения участков, расчета интенсивностей ремонта участков, расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков, выходы которых присоединены к выходу блока, при этом выход ячейки расчета показателей надежности труб соединен с входом ячейки расчета интенсивностей отключения участков, а выходы ячейки расчета интенсивностей ремонта участков и ячейки расчета интенсивностей отключения участков соединены с входом ячейки расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков;

- блоком определения вероятностных показателей надежности сети, выполненным в виде параллельно присоединенных к входу блока ячеек расчета вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа, расчета вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии, расчета вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии, выходы которых соединены с выходом блока.

При этом выход блока первичной обработки информации соединен с входом блоков расчета показателей надежности элементов сети, выход блока расчета показателей надежности элементов сети присоединен к входу блока определения вероятностных показателей надежности сети.

Имеются варианты развития, когда:

1. Система дополнительно снабжена блоком определения технологических показателей надежности сети водоотведения, выполненным в виде параллельно присоединенных к входу блока ячеек расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии, расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t, выходы которых соединены с выходом блока, при этом выход блока первичной обработки информации соединен с входом блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения, выход блока определения вероятностных показателей надежности сети присоединен к входу блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения.

2. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности отказов асбестоцементных труб сетей водоотведения по формуле

;

где λ_{отказ j} - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год•км); D_j - диаметр труб j-го участка, м;

3. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности отказов чугунных труб сетей водоотведения по формуле

;

4. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности отказов керамических труб сетей водоотведения по формуле

;

5. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности отказов железобетонных сетей водоотведения труб по формуле

;

6. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности отказов пластмассовых труб сетей водоотведения по формуле

;

7. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности засорения асбестоцементных труб сетей водоотведения по формуле

;

где λ_{засор j} - интенсивность засорения труб j-го участка, 1/(год•км);

8. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности засорения чугунных труб сетей водоотведения по формуле

;

9. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности засорения керамических труб сетей водоотведения по формуле

;

10. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности засорения железобетонных труб сетей водоотведения по формуле

;

11. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности засорения пластмассовых труб сетей водоотведения по формуле

;

12. Ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения продолжительности ремонта труб по формуле

;

где t_{peм j} - продолжительность ремонта труб j-го участка, час; D_j - диаметр труб j-го участка, мм;

13. Ячейка расчета интенсивностей отключения участков выполнена с возможностью определения интенсивности отключения участков по формуле

,

где λ_{yч j}(t) - интенсивность отключения j-го участка сети, 1/год; λ_{отказ j} - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год•км); l_j - длина j-го участка, км; λ_к - интенсивность отказов колодцев, 1/год; k₁, a₁ - калибровочные коэффициенты; t - время, час;

14. Ячейка расчета интенсивностей отключения участков выполнена с возможностью определения интенсивности отключения участков сетей водоотведения по формуле

,

где k₂, a₂ - калибровочные коэффициенты; t - время, час;

15. Ячейка расчета интенсивностей отключения участков выполнена с возможностью определения интенсивности отключения участков сетей водоотведения по формуле

,

где k₃, a₃ - калибровочные коэффициенты; t - время, час;

16. Ячейка расчета интенсивностей отключения участков выполнена с возможностью определения интенсивности отключения участков по формуле

;

17. Ячейка расчета интенсивностей ремонта участков выполнена с возможностью определения интенсивности ремонта участков по формуле:

,

где µ_{уч j} - интенсивность ремонта j-го участка сети, 1/год; D_j - диаметр труб j-го участка, мм;

18. Ячейка расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков выполнена с возможностью определения комплексных показателей ремонтопригодности участков по формуле

;

19. Ячейка расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков выполнена с возможностью определения комплексных показателей ремонтопригодности участков по формуле

;

20. Ячейка расчета вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа выполнена с возможностью определения вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа по формуле

?

где K_{aв j}(t) - вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа; ;

21. Ячейка расчета вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии выполнена с возможностью определения вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии по формуле

,

где - вероятности нахождения j-го участка во время t в работоспособном состоянии;

22. Ячейка расчета вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии выполнена с возможностью определения вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии по формуле

5

где K_{чн с}(t) - вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии;

23. Ячейка расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка выполнена с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка сетей водоотведения по формуле

,

где v_{c6p j}(t) - аварийный сброс неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, м³; q_j - расход j-го участка сети, м³/с;

24. Блок определения технологических показателей надежности сети водоотведения дополнительно снабжен ячейкой моделирования сети, выполненной с возможностью определения расхода аварийного сброса q_{j mod} сетей водоотведения при отключении j-го участка сети, присоединенной к входу блока, выход которой соединен с входами ячейки расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии.

25. Ячейка расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка выполнена с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка сетей водоотведения по формуле

,

где v_{c6p j}(t) - аварийный сброс неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, м³; q_{j mod} - расход аварийного сброса при отключении j-го участка сети, определенный в ячейке моделирования сети, м³/с; γ_{уч j} (t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети.

26. Ячейка расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии выполнена с возможностью определения объема воды, отводимого сетью водоотведения за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии по формуле

,

где V_c(t) - объем, отводимый сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии, м³; q_c - расход сети, м³/с; q_c=q_n;

27. Ячейка расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии, выполнена с возможностью определения объема воды, отводимого сетью водоотведения за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии по формуле

,

где V_{чн j}(t) - объем, отводимый сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии, м³; q_{c j} - расход, отводимый сетью при отключении j-го участка сети, q_cj=q_c - q_jmod, м³/с;

28. Ячейка расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t выполнена с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений на сети водоотведения за расчетный период эксплуатации t по формуле

,

где V_c6p(t) - сброс неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t, м³; q_j - расход j-го участка сети, м³/с;

Отличительными признаками заявляемой системы для определения и обеспечения показателей надежности и бесперебойности сети являются:

1. Выполнение блока первичной обработки информации в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячеек ввода информации по количеству участков n, по длинам участков l_j, диаметрам участков D_j, расходам участков q_j сети, где 0<j≤n, продолжительности расчетного периода t, показателям надежности колодцев, показателям надежности труб и/или материалов труб;

2. Соединение выходов, по меньшей мере, ячеек ввода информации по количеству участков n, по длинам участков l_i, диаметрам участков D_j расходам участков q_j сети, где 0<j≤n, продолжительности расчетного периода t, показателям надежности колодцев, показателям надежности труб или материалов труб с выходом блока первичной обработки информации;

3. Дополнительное снабжение системы блоком расчета показателей надежности элементов сети;

4. Дополнительное снабжение системы блоком определения вероятностных показателей надежности сети;

5. Дополнительное снабжение системы блоком определения технологических показателей надежности сети водоотведения;

6. Соединение выхода блока первичной обработки информации с входами блоков расчета показателей надежности элементов сети и определения технологических показателей надежности сети водоотведения;

7. Соединение выхода блока расчета показателей надежности элементов сети с входом блока определения вероятностных показателей надежности сети;

8. Соединение выхода блока определения вероятностных показателей надежности сети с входом блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения;

9. Выполнение блока расчета показателей надежности элементов сети в виде в виде параллельно присоединенных к входу блока ячеек расчета показателей надежности труб, расчета интенсивностей отключения участков, расчета интенсивностей ремонта участков, расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков;

10. Соединение выходов ячеек расчета показателей надежности труб, расчета интенсивностей отключения участков, расчета интенсивностей ремонта участков, расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков с выходом блока расчета показателей надежности элементов сети;

11. Соединение выхода ячейки расчета показателей надежности труб с входом ячейки расчета интенсивностей отключения участков;

12. Соединение выходов ячейки расчета интенсивностей ремонта участков и ячейки расчета интенсивностей отключения участков с входом ячейки расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков;

13. Выполнение блока определения вероятностных показателей надежности сети в виде параллельно присоединенных к входу блока ячеек расчета вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа, расчета вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии, расчета вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии;

14. Соединение выходов ячеек расчета вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа, расчета вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии, расчета вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии с выходом блока определения вероятностных показателей надежности сети;

15. Выполнение блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения в виде параллельно присоединенных к входу блока ячеек расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии, расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t;

16. Соединение выходов ячеек расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии, расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t с выходом блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения;

17. Соединение выхода блока первичной обработки информации с входом блоков расчета показателей надежности элементов сети и определения технологических показателей надежности сети водоотведения;

18. Соединение выхода блока расчета показателей надежности элементов сети с входом блока определения вероятностных показателей надежности сети;

19. Соединение выхода блока определения вероятностных показателей надежности сети с входом блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения;

20. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов асбестоцементных труб сетей водоотведения по формуле

,

где λ_{отказ j} - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год•км); D_j - диаметр труб j-го участка, м;

21. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов чугунных труб сетей водоотведения по формуле

;

22. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов керамических труб сетей водоотведения по формуле

;

23. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов железобетонных труб сетей водоотведения по формуле

;

24. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов пластмассовых труб сетей водоотведения по формуле

;

25. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности засорения асбестоцементных труб сетей водоотведения по формуле

,

где λ_{засор j} - интенсивность засорения труб j-го участка, 1/(год•км);

26. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности засорения чугунных труб сетей водоотведения по формуле

;

27. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности засорения керамических труб сетей водоотведения по формуле

;

28. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности засорения железобетонных труб сетей водоотведения по формуле

;

29. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности засорения пластмассовых труб сетей водоотведения по формуле

;

30. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения продолжительности ремонта труб по формуле

,

где t_{рем j} - продолжительность ремонта труб j-го участка, час; D_j - диаметр труб j-го участка, мм;

31. Выполнение ячейки расчета интенсивностей отключения участков с возможностью определения интенсивности отключения участков по формуле

,

где интенсивность отключения j-го участка сети, 1/год; λ_{отказ j} - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год•км); l_j - длина j-го участка, км; λ_к - интенсивность отказов колодцев, 1/год; k₁, a₁ - калибровочные коэффициенты; t - время, час;

32. Выполнение ячейки расчета интенсивностей отключения участков с возможностью определения интенсивности отключения участков сетей водоотведения по формуле

,

где k₂, а₂ - калибровочные коэффициенты; t - время, час;

33. Выполнение ячейки расчета интенсивностей отключения участков с возможностью определения интенсивности отключения участков сетей водоотведения по формуле

,

где k₃, а₃ - калибровочные коэффициенты; t - время, час;

34. Выполнение ячейки расчета интенсивностей отключения участков с возможностью определения интенсивности отключения участков по формуле

,

35. Выполнение ячейки расчета интенсивностей ремонта участков с возможностью определения интенсивности ремонта участков по формуле

,

где µ_{уч j} - интенсивность ремонта j-го участка сети, 1/год; D_j - диаметр труб j-го участка, мм;

36. Выполнение ячейки расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков с возможностью определения комплексных показателей ремонтопригодности участков по формуле

,

где γ_{уч j} (t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети;

37. Выполнение ячейки расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков с возможностью определения комплексных показателей ремонтопригодности участков по формуле

;

38. Выполнение ячейки расчета вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа с возможностью определения вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа по формуле

,

где K_{aв j}(t) - вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа; γ_уч._j(t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети;

;

39. Выполнение ячейки расчета вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии с возможностью определения вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии по формуле

,

где - вероятности нахождения j-го участка во время t в работоспособном состоянии;

40. Выполнение ячейки расчета вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии с возможностью определения вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии по формуле

,

где K_{чн с}(t) - вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии;

41. Выполнение ячейки расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка сетей водоотведения по формуле

,

где V_{c6p j}(t) - аварийный сброс неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, м³; q_j - расход j-го участка сети, м³/с; γ_{уч j}(t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети;

42. Дополнительное снабжение блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения ячейкой моделирования сети, выполненной с возможностью определения расхода аварийного сброса q_{j mod} сетей водоотведения при отключении j-го участка сети;

43. Присоединение ячейки моделирования сети к входу блока определения технологических показателей надежности сети водоотведения;

44. Соединение выхода ячейки моделирования сети с входами ячейки расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии;

45. Выполнение ячейки расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка сетей водоотведения по формуле

,

где V_{c6p j}(t) - аварийный сброс неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, м³; q_{j mod} - расход аварийного сброса при отключении j-го участка сети, определенный в ячейке моделирования сети, м³/с; γ_{уч j}(t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети;

46. Выполнение ячейки расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии с возможностью определения объема воды, отводимого сетью водоотведения за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии по формуле

,

где V_c(t) - объем, отводимый сетью за расчетный период эксплуатации / при нахождении ее в работоспособном состоянии, м³; q_c - расход сети, м³/с; γ_{уч j}(t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети; q_c=q_n;

47. Выполнение ячейки расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии с возможностью определения объема воды, отводимого сетью водоотведения за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии по формуле

,

где V_{чн j}(t) - объем, отводимый сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии, м³; q_c._j - расход, отводимый сетью при отключении j-го участка сети, q_{c j}=q_c-q_{j mod}, м³/с; γ_{уч j}(t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети;

48. Выполнение ячейки расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений на сети водоотведения за расчетный период эксплуатации t по формуле

,

где V_c6p(t) - сброс неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t, м³;

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки №34, 37 в технической литературе известны, а остальные - не известны, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект - расширение области применения, заключающийся в том, что появляется возможность применять систему для определения не только единичных показателей надежности (показатели аварийности в виде интенсивности отказов) труб и участков, но и показателей надежности и бесперебойности всей системы в целом в виде вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии, вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии. Это стало возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 1-5, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 20-31, 19, 18, 17, 1-2, 4, 6-7, 9-14, 17-40.

Кроме того, возможность определения вероятностных показателей надежности позволит определить технологические показатели в виде:

- объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии и др. Это становится возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 1-5, 8, 15-37, 46-47;

- в виде объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка и др. Это становится возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 1-3, 5, 8, 15-37, 41, 48;

- в виде аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии в условиях, когда конфигурация сети позволяет изменять потокораспределение из-за аварий и засорений j-го участка. Это становится возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 1-3, 5, 8, 15-37, 42-45.

Таким образом, все отличительные признаки являются существенными.

Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно. На фиг. 1 представлена схема предлагаемой «Системы для определения и обеспечения показателей надежности и бесперебойности сетей водоснабжения и водоотведения», на фиг. 2 - результаты оценки вероятностных и технологических показателей надежности с применением предлагаемой системы на примере реальной водоотводящей сети из 13 участков асбестоцементных труб, когда при аварии и засорении j-го участка расход аварийного сброса неочищенных сточных вод равен q_j, на фиг. 3 - то же, когда при аварии и засорении j-го участка расход аварийного сброса неочищенных сточных вод равен q_{j mod}, определенному в ячейке моделирования водоотводящей сети, на фиг. 4 - то же, когда применены пластмассовые трубы.

Система содержит (см. фиг. 1):

- блок 1 первичной обработки информации;

- блок 2 расчета показателей надежности элементов сети;

- блок 3 определения вероятностных показателей надежности сети;

- блок 4 определения технологических показателей надежности сети водоотведения.

При этом, выход блока первичной обработки информации 1 присоединен к входу блока 2 расчета показателей надежности элементов сети и блока 4 определения технологических показателей надежности сети водоотведения. Кроме того, выход блока 2 расчета показателей надежности элементов сети присоединен к входу блока 3 определения вероятностных показателей надежности сети, выход которого присоединен к входу блока 4 определения технологических показателей надежности сети водоотведения.

Блок 1 первичной обработки информации выполнен в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячейки 5 ввода информации по количеству участков n, ячейки 6 ввода информации по длинам участков l_j, ячейки 7 ввода информации по диаметрам участков D_j, ячейки 8 ввода информации по расходам участков q_j сети, где 0<j≤n, ячейки 9 ввода информации по продолжительности расчетного периода t, ячейки 10 ввода информации по показателям надежности колодцев, ячейки 11 ввода информации по показателям надежности труб и/или материалов труб, выходы которых присоединены к выходу блока 1.

Блок 2 расчета показателей надежности элементов сети выполнен в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячейки 12 расчета показателей надежности труб, ячейки 13 расчета интенсивностей отключения участков, ячейки 14 расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков, ячейки 15 расчета интенсивностей ремонта участков, выходы которых подсоединены к выходу блока 1. При этом, выход ячейки 12 расчета показателей надежности труб соединен с входом ячейки 13 расчета интенсивностей отключения участков, а выходы ячейки 15 расчета интенсивностей ремонта участков и ячейки 13 расчета интенсивностей отключения участков соединены с входом ячейки 14 расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков.

Блок 3 определения вероятностных показателей надежности сети выполнен в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячейки 16 расчета вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа, ячейки 17 расчета вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии, ячейки 18 расчета вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии, выходы которых подсоединены к выходу блока 3.

Блок 4 определения технологических показателей надежности сети водоотведения выполнен в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячейки 19 расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, ячейки 20 расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии, ячейки 21 расчета объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии, ячейки 22 расчета объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t, выходы которых подсоединены к выходу блока 4.

Возможен вариант развития, когда необходимо определить технологические показатели надежности сети, оборудованной перемычками между отдельными участками. В этом случае конфигурация сети отличается от «древовидной» и при аварии и засорении j-го участка расход аварийного сброса неочищенных сточных вод не будет равен расходу этого участка. Для его определения необходимо смоделировать аварию на данном участке. В этом случае блок 4 определения технологических показателей надежности сети водоотведения дополнительно снабжен ячейкой моделирования сети 23.

Система работает следующим образом.

В блок 1 сбора первичной информации (фиг. 1) по каналам внешней связи (на чертеже не показаны) вводится следующая информация о водоотводящих сетях:

- по количеству участков n - в ячейку 5;

- по длинам участков l_j - в ячейку 6;

- по диаметрам участков D_j - в ячейку 7;

- по расходам участков q_j - в ячейку 8, где 0<j≤n;

- по продолжительности расчетного периода t - в ячейку 9;

- по показателям надежности колодцев - в ячейку 10;

- по показателям надежности труб или материалов труб - в ячейку 11.

В блоке 2 расчета показателей надежности элементов сети производится расчет:

- показателей надежности труб - в ячейке 12, которая выполнена с возможностью определения интенсивностей отказов λ_{отказ j} и засорений λ_{засор j} сетей водоотведения по зависимостям, приведенным в формуле изобретения в зависимости от материала и их диаметра D_j. Например, при диаметре асбестоцементных труб j-го участка D_j=0.2 м интенсивности отказов и засорений соответственно равны λ_отказj = 0,048·D_j ^-0.8 = 0,048·0,2^-0.8 = 0,174 (1/(год·км))

и λ_засорj = 0,16·D_j ^-1.2 = 0,16·0,2^-1.2 = 1.104 (1/(год·км)) , см. результаты оценки для участка 12-13 на фиг. 2. Кроме интенсивностей отказов в ячейке 12 определяется продолжительность ремонта труб по формуле:

где t_{рем j} - продолжительность ремонта труб j-го участка, час; D_j - диаметр труб j-го участка, мм. Например, при D_j=200 мм t_{рем j}=(8760/(8760/(485·0,001·200-504·(0,001·200)²-27))=49,84 ч. Информация о материалах и диаметрах труб поступает из блока 1 первичной обработки информации (ячейки 7 и 11). Настоящим изобретением не исключается не расчет, а ввод готовой информации показателей надежности труб через ячейку 11 блока 1. В этом случае в ячейке 12 происходит присвоение введенных значений;

- интенсивностей отключения участков - в ячейке 13, которая выполнена с возможностью определения интенсивности отключения участков λ_{уч j}(t) по зависимостям, приведенным в формуле изобретения в зависимости от длины участков l_j, продолжительности расчетного периода t, показателей надежности колодцев λ_к (информация поступает из ячеек 6, 9, 10) и показателей надежности труб λ_{засор j} и/или λ_{отказ j} (информация поступает из ячейки 12 или из ячейки 11). Например, при длине участка сети водоотведения из асбестоцементных труб l_j=0.05 км, интенсивности отказов колодцев λ_к=0,028 1/год, продолжительности эксплуатации 1 год t=8760 ч, интенсивность его отключения в зависимости от учитываемых факторов равна . Если участок имеет длину, например, l_j=0,08 км и дополни тельный смотровой колодец, то λ_{уч j}(t)=(λ_{отказ j}+k₁·t^a1)·l_j+2*λ_k=λ_{уч j}(8760)=(0,17+5·10^-9·8760^1.63)·0,08+2*0,028=0,0707 (1/год). При продолжительности эксплуатации меньше нормативного срока службы, длине участка асбестоцементных труб l_j=0.05 км, интенсивности отказов колодцев λ_к=0,028 1/год интенсивность его отключения в зависимости от учитываемых факторов равна

(1/год). Аналогичным образом выполняются расчеты с учетом λ_{засор j} и λ_{засор j}+λ_{отказ j.} Например, на фиг. 2 (участок 12-13) для асбестоцементных труб l_12-13=0,1134 км, λ_{отказ12-13}=0,174 1/(год•км), λ_{засор12-13}=1,104 1/(год•км),

- интенсивностей ремонта участков - в ячейке 15, которая выполнена с возможностью определения интенсивности ремонта участков по формуле µ_{уч j}=8760/(485·0,001·D_j-504·(0,001·D_j)²-27)=175,76. Например, при диаметре участка асбестоцементных труб D_j=200 мм интенсивность ремонта участка будет равна µ_{уч j}=8760/(485·0,001·D_j-504·(0,001·D_j)²-27)=8760/(485·0,001·200-504·(0,001·200)²-27)=175,76, где µ_{уч j} - интенсивность ремонта j-го участка сети, 1/год; D_j - диаметр труб j-го участка, мм;

- комплексных показателей ремонтопригодности участков - в ячейке 14, которая выполнена с возможностью расчета комплексных показателей ремонтопригодности участков по формуле γ_{уч j}(t)=λ_{уч j}(t)/µ_{уч j} или по формуле γ_{уч j}=λ_{уч j}/µ_{уч j} - Например, при λ_уч12-13(8765)=0,229 (1/год) и µ_12-13=175,76 γ_уч12-13(8760)=λ_уч12-13(8760)/µ_уч12-13=0,231/175,76=0,001314 (см. участок 12-13 на фиг. 2).

В блоке 3 определения вероятностных показателей надежности сети производится расчет:

- вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа - в ячейке 16, которая выполнена с возможностью определения вероятности нахождения j-го участка во время t в состоянии отказа по формуле:

.

Результаты расчета проиллюстрированы в таблице на фиг. 2, см. колонку 10;

- вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии - в ячейке 17, которая выполнена с возможностью определения вероятности нахождения сети во время t в работоспособном состоянии по формуле:

.

Результаты расчета проиллюстрированы в таблице на фиг. 2, см. колонку 11;

- вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии - в ячейке 18, которая выполнена с возможностью определения вероятности нахождения сети во время t в частично-работоспособном состоянии по формуле:

.

Результаты расчета проиллюстрированы в таблице на фиг. 2, см. колонку 12. В целом, из результатов, представленных на фигуре 2, видно.

Имеется вариант развития, когда дополнительно определяются технологические показатели надежности. Поэтому, в блоке 4 определения технологических показателей надежности сети водоотведения производится расчет:

- объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка - в ячейке 19, которая выполнена с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка сетей водоотведения по формуле:

.

Результаты расчета проиллюстрированы в таблице на фиг. 2, см. колонку 13;

- объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии - в ячейке 20, которая выполнена с возможностью определения объема воды, отводимого сетью водоотведения за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в работоспособном состоянии по формуле:

.

Результаты расчета проиллюстрированы в таблице на фиг. 2, см. колонку 14;

- объема воды, отводимого сетью за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии - в ячейке 21, которая выполнена с возможностью определения объема воды, отводимого сетью водоотведения за расчетный период эксплуатации t при нахождении ее в частично-работоспособном состоянии по формуле:

.

Результаты расчета проиллюстрированы в таблице на фиг. 2, см. колонку 15;

- объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений за расчетный период эксплуатации t - в ячейке 22, которая выполнена с возможностью определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений на сети водоотведения за расчетный период эксплуатации t по формуле:

.

Результаты расчета проиллюстрированы в таблице на фиг. 2, см. колонку 16.

Аналогичные результаты расчета, когда при аварии и засорении j-го участка расход аварийного сброса неочищенных сточных вод равен q_jmod, определенному в ячейке 23 моделирования сети, проиллюстрированы в таблице на фиг. 3. В этом варианте при моделировании учитывается, что некоторые конфигурации сети позволяют изменять потокораспределение из-за аварий и засорений j-го участка.

В дополнение к этому, на фиг. 4 представлены результаты расчета, когда применены пластмассовые трубы.

Как проиллюстрировано приведенными примерами, использование предлагаемой «Системы для определения и обеспечения показателей надежности и бесперебойности сетей водоснабжения и водоотведения» по сравнению с прототипом позволяет расширить область ее применения, поскольку появляется возможность применять ее для оценки надежности всей сети, т.к. она позволяет определять вероятностные показатели надежности в виде вероятности нахождения всей сети во время t в работоспособном состоянии при отсутствии отказов ее участков, вероятности нахождения сети в частично - работоспособных состояниях (не являющихся отказом сети) при нахождении j-го участка во время t в состоянии отказа и др.

Таким образом, предлагаемая система соответствует критерию «промышленная применимость».