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:

Показатели безотказности:

• 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):

P(t)=N/N₀ ;

• 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.

Показатели долговечности:

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

Показатели ремонтопригодности:

• 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.

Показатели сохраняемости:

• 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:

Коэффициент готовности:

К_г=Т₀/(T₀+T_в);

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:

К_э=W_ф/W_пр ;

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:

К_в.п.= Тв/(Tв+T₀)

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

Коэффициент восстановления:

Кв= Z_i/Z_cp * dt

Где Z_i и Z_cp - соответственно число восстановленных и среднее число неработающих элементов системы в интервале времени dt.

Коэффициент технического использования:

К_т.п. =Т₀/(T₀+ Т_в+ Т_Р),

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 элементы.

Простейшим 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:

P_n=p_iⁿ ;

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 тоесть 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

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

Вернуться к списку