СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ СЕТЕЙ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
SYSTEM FOR DETERMINING PERFORMANCE RELIABILITY OF WATER SUPPLY NETWORKS

Описание изобретения
Изобретение относится к области городского водопровода и предназначено для определения показателей надежности сетей водоснабжения в соответствии с требованиями №416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении».
Известно устройство, снабженное блоком первичной обработки информации, блоком сбора и обработки информации о структурных повреждениях и блоком сбора и обработки информации о функциональных изменениях трубопроводов (см. патент РФ №2237784 (приоритет от 25.03.2003) «Устройство для анализа надежности трубопроводов городской водоотводящей сети»).
Данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку предназначено только для обработки первичной эксплуатационной информации, необходимой для оценки фактических показателей надежности, и поэтому с его применением невозможно спрогнозировать показатели надежности сетей, например, на стадии проектирования.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является «Система для определения показателей надежности и бесперебойности сетей водоснабжения и водоотведения». Заявка на изобретение №2013140120. Российская Федерация. МПК G06Q 50/06 (2012.01). Дата публикации заявки: 10.03.2015, бюл. №7. Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 25.05.2015 г.
Известная система включает в себя:
j
j
- блок первичной обработки информации, выполненный в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячеек ввода информации по количеству участков n, по длинам участков , диаметрам участков D, расходам участков q сети, где 0<j≤n, продолжительности расчетного периода показателям надежности колодцев, показателям надежности труб или материалов труб, выходы которых соединены с выходом блока;
- блок расчета показателей надежности элементов сети, выполненный 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;
- блок определения вероятностных показателей надежности сети, выполненный 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.
Имеются варианты развития, когда ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности отказов асбестоцементных труб сетей водоотведения по формуле
,
чугунных труб по формуле
,
керамических труб по формуле
,
железобетонных труб по формуле
,
пластмассовых труб по формуле
,
j
где  - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год·км); D - диаметр труб j-го участка, м.
Система для определения показателей надежности и бесперебойности сетей водоснабжения и водоотведения имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку ее применение не позволяет:
- оценить показатели аварийности труб водопроводных сетей, имеющих выделенные зоны, эксплуатируемые под различным давлением;
- оценить показатели ремонтопригодности участков водопроводных сетей в виде интенсивностей ремонта в зависимости от их материала и диаметра.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей системы.
j
Поставленная задача решена так, что в известной системе, включающей блок первичной обработки информации, выполненный в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячеек ввода информации по количеству участков n, диаметрам участков D, где 0<j≤n, материалов труб, выходы которых соединены с выходом блока, блок расчета показателей надежности элементов сети, выполненный в виде параллельно присоединенных к входу блока ячеек расчета показателей надежности труб, расчета интенсивностей ремонта участков, выходы которых присоединены к выходу блока, при этом выход блока первичной обработки информации соединен с входом блоков расчета показателей надежности элементов сети в соответствии с настоящим изобретением:
j
- система дополнительно снабжена присоединенной к входу блока первичной обработки информации ячейкой ввода информации по давлению P в трубах, выход которой соединен с выходом блока первичной обработки информации;
- ячейка расчета показателей надежности труб выполнена с возможностью определения интенсивности отказов чугунных труб по формуле
,
то же, для стальных труб по формуле
,
то же, для полиэтиленовых труб по формуле
,
j
j
где  - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год·км); D - диаметр труб j-го участка, мм, P - давление в трубах j-го участка, метры водяного столба/10 (м.в.с/10);
- ячейка расчета интенсивностей ремонта участков выполнена с возможностью определения интенсивности ремонта чугунных труб по формуле
,
то же, стальных труб по формуле
,
то же, полиэтиленовых труб по формуле
,
j
где µ - интенсивность ремонта труб j-го участка, 1/час.
Отличительными признаками заявляемой системы для определения показателей надежности сетей водоснабжения являются:
j
1. Дополнительное снабжение системы ячейкой ввода информации по давлению P в трубах.
j
2. Присоединение ячейки ввода информации по давлению P в трубах к входу блока первичной обработки информации.
j
3. Соединение выхода ячейки ввода информации по давлению P в трубах с выходом блока первичной обработки информации.
4. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов чугунных труб по формуле
5. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов стальных труб по формуле
6. Выполнение ячейки расчета показателей надежности труб с возможностью определения интенсивности отказов полиэтиленовых труб по формуле
7. Выполнение ячейки расчета интенсивностей ремонта участков с возможностью определения интенсивности ремонта чугунных труб по формуле
8. Выполнение ячейки расчета интенсивностей ремонта участков с возможностью определения интенсивности ремонта стальных труб по формуле
9. Выполнение ячейки расчета интенсивностей ремонта участков с возможностью определения интенсивности ремонта полиэтиленовых труб по формуле
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки №1-9 не известны, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, заключающийся в расширении функциональных возможностей системы, поскольку ее применение позволяет:
- оценить показатели аварийности труб водопроводных сетей, имеющих выделенные зоны, эксплуатируемые под различным давлением. Это стало возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 1-6;
- оценить показатели ремонтопригодности участков водопроводных сетей в виде интенсивностей ремонта в зависимости от их материала и диаметра. Это стало возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 7-9.
j
j
j
Таким образом, все отличительные признаки являются существенными. Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно. На фиг. 1 представлена схема предлагаемой «Системы для определения показателей надежности сетей водоснабжения», на фиг. 2 - зависимость интенсивности отказов чугунных труб сетей водоснабжения от их диаметра D и давления в них P, на фиг. 3 - то же, для стальных труб, на фиг. 4 - то же, для полиэтиленовых труб, на фиг. 5 - сравнение зависимостей интенсивностей ремонта труб из чугуна, стали и полиэтилена от их диаметров, на фиг. 6 в табличной форме представлен пример определения показателей надежности сети водоснабжения - приведены результаты расчетов показателей интенсивностей отказов труб  и интенсивности восстановления участков труб µ, для водопроводной сети, состоящей из n=16 участков.
Система содержит (см. фиг. 1):
- блок 1 первичной обработки информации;
- блок 2 расчета показателей надежности элементов сети;
j
j
- блок 1 первичной обработки информации, выполненный в виде параллельно присоединенных к входу блока, по меньшей мере, ячейки 3 ввода информации по количеству участков n, ячейки 4 ввода информации по диаметрам участков D, где 0<j≤n, ячейки 5 ввода информации по материалам труб, ячейки 6 ввода информации по давлению P в трубах, выходы которых соединены с выходом блока 1 первичной обработки информации;
- блок 2 расчета показателей надежности элементов сети, выполненный в виде параллельно присоединенных к входу блока ячейки 7 расчета показателей надежности труб, ячейки 8 расчета интенсивностей ремонта участков, выходы которых присоединены к выходу блока 2 расчета показателей надежности элементов сети.
При этом выход блока 1 первичной обработки информации присоединен к входу блока 2 расчета показателей надежности элементов сети.
Система работает следующим образом.
В блок 1 сбора первичной информации (фиг. 1) по каналам внешней связи (на чертежах не показаны) вводится следующая информация о сетях водоснабжения:
- по количеству участков n - в ячейку 3;
j
- по диаметрам участков D - в ячейку 4;
- по показателям материалов труб - в ячейку 5;
j
- по давлению в трубах P - в ячейку 6.
В блоке 2 расчета показателей надежности элементов сети производится расчет:
j
j
- показателей надежности труб - в ячейке 7, которая выполнена с возможностью определения интенсивностей отказов  труб сетей водоснабжения по зависимостям, приведенным в формуле изобретения в зависимости от их материала, диаметра D и давления P. В частности, для чугунных труб по формуле
,
то же, для стальных труб по формуле
,
то же, для полиэтиленовых труб по формуле
,
j
j
где  - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год·км); D - диаметр труб j-го участка, мм, P - давление в трубах, м.в.с/10.
j
Например, при диаметре чугунных труб j-го участка D=200 мм и давлении в трубе 32,5 метра водяного столба (м.в.с.) интенсивность отказа равна . Информация о материалах, диаметрах труб и давлении воды в них поступает из блока первичной обработки информации (ячейки 4, 5, и 6).
j
- интенсивностей ремонта участков - в ячейке 8, которая выполнена с возможностью определения интенсивности ремонта участков µ сети водоснабжения в зависимости от материала и диаметра. В частности, для чугунных труб по формуле
,
то же, стальных труб по формуле
,
то же, полиэтиленовых труб по формуле
,
j
где µ - интенсивность ремонта труб j-го участка, 1/час.
j
j
j
Например, при диаметре участка чугунных труб D=200 мм интенсивность ремонта участка будет равна µ=1/(0,0195·D+18,61)=1/(0,0195·200+18,61)=0,044, 1/час.
Достоверность применяемых зависимостей для определения интенсивностей отказов и ремонтов подтверждена обработкой первичной информации об авариях и ремонтах водопроводной сети Санкт-Петербурга протяженностью 5493,238 км за 5 лет. Результаты обработки приведены на фиг. 2-6. В частности:
j
j
j
j
j
j
j
j
- на фиг. 2 показано изменение интенсивности отказов чугунных труб в зависимости от их диаметра D при давлении P=17,5 м.в.с. (позиция 9), при давлении P=27,5 м.в.с. (позиция 10), P=32,5 м.в.с. (позиция 11), P=37,5 м.в.с. (позиция 12), P=42,5 м.в.с. (позиция 13), P=47,5 м.в.с. (позиция 14), P=62,5 м.в.с. (позиция 15);
j
j
j
j
j
j
j
j
- на фиг. 3 показано изменение интенсивности отказов стальных труб в зависимости от их диаметра D при давлении P=17,5 м.в.с. (позиция 16), при давлении P=27,5 м.в.с. (позиция 17), P=32,5 м.в.с. (позиция 18), P=37,5 м.в.с. (позиция 19), P=42,5 м.в.с. (позиция 20), P=47,5 м.в.с. (позиция 21), P=62,5 м.в.с. (позиция 22);
j
j
j
j
j
j
j
j
- на фиг. 4 показано изменение интенсивности отказов чугунных труб в зависимости от их диаметра D при давлении P=17,5 м.в.с. (позиция 23), при давлении P=27,5 м.в.с. (позиция 24), P=32,5 м.в.с. (позиция 25), P=37,5 м.в.с. (позиция 26), P=42,5 м.в.с. (позиция 27), P=47,5 м.в.с. (позиция 28), P=62,5 м.в.с. (позиция 29);
j
- на фиг. 5 показано изменение интенсивности ремонтов труб в зависимости от их диаметра D и материала: для чугунных (позиция 30); то же, стальных труб (позиция 31), то же, полиэтиленовых труб (позиция 32).
Обработка результатов, приведенных на фиг. 2-5, позволила получить следующие зависимости:
- для чугунных труб
- для стальных труб
- для полиэтиленовых труб
j
j
j
где  - интенсивность отказов труб j-го участка, 1/(год·км); D - диаметр труб j-го участка, мм; P - давление в трубах j-го участка, м. в. с/10; µ - интенсивность ремонта труб j-го участка, 1/час.
j
- на фиг. 6 в качестве примера определения показателей надежности сетей водоснабжения в табличной форме приведены результаты расчетов показателей интенсивностей отказов труб  и интенсивности восстановления участков труб µ для водопроводной сети, состоящей из n=16 участков.
Полученные показатели в зависимости от задач могут быть применены, например, при декларировании показателей надежности и бесперебойности систем водоснабжения, в соответствии с требованием ФЗ №416 «О водоснабжении и водоотведении №».
Таким образом, предлагаемая система соответствует критерию «промышленная применимость».