Содержание

Показатели оценки надежности системы водоснабжения
Показатели оценки надежности системы водоснабжения
Оценка надежности систем водоснабжения

Показатели оценки надежности системы водоснабжения

Надежность системы водоснабжения характеризуется безотказностью — сохранением непрерывного состояния работоспособности в определенных условиях водообеспечения потребителей, ремонтопригодностью — приспособленностью системы водоснабжения к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов; долговечностью — продолжительностью сохранения состояния работоспособности с возможными перерывами на ремонт.

Рассчитать надежность противопожарного водоснабжения- это значит определить количественные показатели, характеризующие уровень качества бесперебойного водоснабжения потребителя системой. Для оценки надежности используют следующие показатели:

— вероятность безотказной работы (безотказного водоснабжения) за время τ — R_τ,

— интенсивность отказов λ,

— интенсивность восстановления μ (показатель не учтен ГОСТом),

— наработку на отказ Т (средняя продолжительность безотказного водоснабжения),

— среднюю продолжительность восстановления τ_в,

— параметр потока отказов ω,

а также коэффициенты готовности K_г, простоя К_п (показатель не учтен ГОСТом), технического использования К_и, неисправности p=λ/μ (показатель не учтен ГОСТом) и некоторые другие.

Таким образом, показатели надежности различны: одни из них характеризуют состояние системы в определенный момент времени (вероятности безотказной работы), другие- в интервале времени (среднее число отказов за ресурс), одни — размерные (наработка на отказ), другие — безразмерные (коэффициент готовности).

Задачи надежности в зависимости от поставленных целей бывают двух типов. Первый тип задач — определение количественных характеристик надежности на основе технических показателей элементов систем и функциональных связей между ними, а также требований потребителей к качеству бесперебойного водообеспечения. Задачи этого тина ставят при оценке надежности на различных этапах проектирования, при сравнительной оценке вариантов систем или проверке обеспечения требуемого уровня надежности.

Второй тип задач представляет собой анализ надежности, который проводят для установления количественных показателей, оценивающих влияние отдельных факторов на комплексный показатель надежности системы. Исходные данные для расчета включают помимо данных, используемых в решении задач первого типа данные о приоритете водообеспечения отдельных объектов и показатели ущерба из-за ненадежности системы. В результате решения этой задачи возможна проверка обеспечения требуемого уровня надежности или обоснование его экономической целесообразности, а также выявление возможности оптимизации системы с учетом ее развития или изменения уровня бесперебойного водообеспечения.

Надежность системы определяют не только показатели надежности входящих в нее элементов и схема их соединения, но и наличие резерва функционирования. Важным вопросом при решении задач надежности является правильность деления системы на элементы с точки зрения соответствия тем функциям, которые они должны выполнять. Надежность системы водоснабжения определяется надежностью входящих в нее элементов, схемой их соединения, наличием резервных элементов, качеством строительства и эксплуатации системы. Применение высококачественных материалов и оборудования, качественное строительство и соответствие характеристик построенных сооружений характеристикам проектной документации обеспечивают надежность на стадии строительства.

В процессе эксплуатации надежность достигается своевременным текущим контролем за работой системы, правильным уходом за оборудованием, своевременным обнаружением, ликвидацией неисправностей и т. д. Для этого используют оптимальные методы технического обслуживания и ремонта, разработанные на основе анализа и обработки данных о надежности изделий по результатам эксплуатации. В процессе эксплуатации выявляют также ошибки и просчеты, допущенные во время проектирования и реализации проекта.

При проектировании систем необходимо проверять показатели надежности, для определения которых важно сформулировать требования, выбрать параметры и установить нормы заданного уровня качества бесперебойного водообеспечения. Работоспособность — состояние системы, при котором она способна обеспечивать заданный уровень качества бесперебойного водоснабжения потребителей, установленный требованиями или критическими условиями водообеспечения расчетных моделей.

Требования СНиП не устанавливают показателей надежности и не используют понятия и характеристики (выходные параметры) систем, дающие возможность перейти на показатели надежности. В то же время косвенными характеристиками для определения показателей надежного водообеспечения потребителей служат: нормы водообеспечения, суммарная производительность водопитателя, требования к бесперебойности подачи воды по водоводам и водопроводным сетям, требования к дублированию источников энергоснабжения насосных агрегатов, резервирование элементов сооружений, срок службы системы и т. п.

Говоря о «надежности противопожарного водообеспечения», имеют в виду не какую-то абстрактную надежность, а надежность водоснабжения потребителей во время пожара. В результате можно дать следующее определение надежности системы водоснабжения, представляющей собой комплекс водопроводных сооружений — это способность (вероятность) обеспечения бесперебойной подачи требуемого количества воды потребителю (близкого к оптимальному) с заданным напором в течение заданного срока службы. Надежность следует понимать в двух аспектах: качественном — свойство системы, включающей сооружения и потребителей (характер водообеспечения), и количественном — мера суждения об определенном состоянии системы водоснабжения (характеристика этой меры — показатель надежности).

Под «заданными функциями» в общем случае понимают регламентированные требования потребителей к бесперебойности водообеспечения. Когда эти функции выполняются системой по отношению к конкретному потребителю i, считается, что система находится в работоспособном состоянии (состоянии работы) по отношению к i. Следует отметить, что службы эксплуатации не осуществляют строгого контроля за соблюдением норм отбора воды для тушения пожаров, на которые рассчитана система. В результате чрезмерного отбора воды на противопожарные нужды отмечаются нарушения водоснабжения других потребителей или разрушение водопроводных труб из-за недопустимого повышения давления при гидравлических ударах, возникающих в результате повышенной водоотдачи водопроводной сети во время работы пожарных автонасосов. Таким образом, система в одном и том же состоянии может быть работоспособной по отношению к потребителю i и неработоспособной по отношению к потребителю j (состояние отказа по отношению к потребителю j). Недостаточная надежность системы в этом случае приводит к ухудшению или нарушению нормального хозяйственно-питьевого водообеспечения, необходимого для естественного потребления воды и создания комфортных условий для населения. При рассмотрении вопросов надежности важным является понятие «состояние отказа», определяющего уровень качества бесперебойного водообеспечения и выход его за допустимый предел.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Показатели оценки надежности системы водоснабжения

— вероятность безотказной работы (безотказного водоснабжения) за время τ — R_τ,

— интенсивность отказов λ,

— интенсивность восстановления μ (показатель не учтен ГОСТом),

— наработку на отказ Т (средняя продолжительность безотказного водоснабжения),

— среднюю продолжительность восстановления τ_в,

— параметр потока отказов ω,

Оценка надежности систем водоснабжения

Надежность систем в общем случае определяется как сложное свойство системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

В теории надежности используются следующие основные понятия.

Работоспособное состояние — состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Неработоспособное состояние — состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Предельное состояние — состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Повреждение — событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Все объекты принято делить на два больших класса: восстанавливаемые и невостанавливаемые. К восстанавливаемым относятся такие, которые в случае возникновения отказа могут быть восстановлены. Невосстанавливаемыми считаются те объекты и изделия, которые в случае возникновения отказа не могут быть восстановлены или не подлежат восстановлению.

Наработка до отказа — продолжительность нормальной работы объекта от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа.

Наработка между отказами — продолжительность нормальной работы объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа.

Время восстановления работоспособного состояния — продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта.

Надежность в зависимости от характера использования объекта состоит из более простых свойств, как:

безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки;
ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов;
долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов;
сохраняемость — свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Каждое свойство надежности характеризуется определенным набором показателей, из которых основными являются:

вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет.

Экспериментально этот показатель определяется следующим образом. На испытания ставится N₀ однотипных изделий, которые испытываются в одинаковых условиях в течение времени t. К моменту окончания испытаний число работоспособных изделий равно N , а число отказавших — n, т.е. N₀= N + n . Отношение N/ N₀ представляет собой вероятность безотказной работы изделия (устройства, блока) в течение времени t (если в начальный момент времени t = 0 оно было работоспособным):

средняя наработка до отказа — отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки;
параметр потока отказов — отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки.

назначенный ресурс — суммарная наработка объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено;
средний срок службы — математическое ожидание срока службы.

вероятность восстановления работоспособного состояния — вероятность того что, время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного T₃;
среднее время восстановления работоспособного состояния — математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния.

средний срок сохраняемости — математическое ожидание срока сохраняемости.

Кроме перечисленных единичных показателей надежности, характеризующих только одно свойство надежности, имеются комплексные показатели , которые определяют одновременно несколько свойств надежности.

К числу основных из них относятся следующие:

где Т₀ и Т_в — соответственно наработка на отказ и время восстановления, ч.

Коэффициент К_г характеризует вероятность работоспособности системы (или отдельного ее блока) и произвольный момент времени, кроме периодов проведении платиново-профилактических работ.

Коэффициент сохранения эффективности:

Где W_ф и W_{пр —} соответственно объем фактически подаваемой потребителям воды и требуемый по проекту; характеризует степень влияния отказов отдельных элементов системы на его эффективность использования.

Коэффициент вынужденного простоя :

Характеризует отношение времени восстановления к сумме времени восстановления и безотказной работы за один и тот же календарный срок.

Где Z_i и Z_cp — соответственно число восстановленных и среднее число неработающих элементов системы в интервале времени d t.

Коэффициент технического использования:

Т_Р — время затраченное на проведение технического обслуживания;

характеризует отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за определенный период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени пребывания системы в работоспособном состоянии, времени простоев, вызванных техническим обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации.

Различают системы водоснабжения и их нерезервированные и резервированные э лементы.

П ростейшим примером нерезервированного элемента системы подачи воды является водовод, обеспечивающий подачу воды с расходом Q и состоящий из нескольких (n ) последовательно включенных элементов.

Такая система может находиться в работоспособном состоянии только при одновременной исправности всех ее элементов и их совместной работе. Отказ любого из элементов вызывает отказ всей системы.

Вероятность безотказной работы нерезервированной системы определяется по формуле:

где Pn — вероятность безотказной работы всей системы из n элементов; p _i вероятность безотказной работы i-го элемента.

Для n однотипных элементов:

Вероятность отказа нерезервированной системы:

В соответствии с ГОСТ 27.002-83 резервирование трактуется как применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Резервирование является основным универсальным методом обеспечения требуемой надежности систем водоснабжения, как и большинства других инженерных сооружений.

Различают общее и раздельное резервирование: общим называют метод повышения надежности, при котором резервируется объект (система) в целом, раздельным метод резервирования отдельных элементов для системы.

Различают элементы основные и резервные. Основной элемент необходим для выполнения объектом требуемых функций при отсутствии отказов его элементов. Резервный элемент предназначен для выполнения функции основного элемента в случае отказа последнего. Примеры резервных элементов: установка резервных насосных агрегатов на насосных станциях, устройство резервных скважин на водозаборах подземных вод и т.д.

Для характеристики резервирования применяется такое понятие, как кратность резервирования : отношение числа резервных агрегатов к числу резервируемых (основных).

Кратность резервирования может быть целой и дробной. При резервировании с целой кратностью то есть целое число, с дробной то есть дробное несокращаемое число, Например, m = 4/2 означает наличие четырех резервных агрегатов и двух рабочих. При сокращении m = 2 означает, что резервирование уже является целой кратностью, при которой число резервных элементов равно двум, а общее число элементов равно трем.

Основные виды резервирования приведены в ГОСТ 27.002-83, некоторые из них даны в таблице

Резервирование с применением резервных элементов структуры объекта

Резервирование с применением резервов времени

Резервирование без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элемента

Резервирование с перестройкой структуры объекта при возникновении отказа его элемента

Динамическое резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента

Резервирование замещением, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе

Резервирование с кратностью резерва один к одному

Н адежность и эффективность работы систем водоснабжения во многом определяет уровень жизни и благоустройства населенных мест, комфортность проживания, развитие промышленности и инфраструктуры города.