Класифікація відмов елементів осушувальних систем. Причини виникнення характерних пошкоджень. Аналіз функціонування системи відведення надлишкової води. Розробка фізичних моделей та встановлення закону розподілу надійності роботи дренажного колодязя.
Аннотация к работе
Сучасний рівень розвитку водного господарства висуває на передній план питання забезпечення необхідного технічного рівня, якості, надійності та ефективності роботи меліоративних систем. Упродовж експлуатації осушувальної системи під впливом різних природних та штучних факторів відбуваються процеси деградації матеріалу і, як результат - старіння та пошкодження елементів системи. Необхідність вирішення питань цієї проблеми на основі теорії надійності зумовлена тим, що оцінка функціонування споруд замість інтуїтивно-емпіричного підходу дає можливість заздалегідь надавати елементам і матеріалам властивостей, потрібних для роботи обєкта в конкретних умовах і проміжках часу. Метою роботи є аналіз надійності елементів закритої регулюючої мережі осушувальної системи, що включає розробку методів оцінки надійності та удосконалення елементів осушувальних систем при експлуатації діючих систем та їх реконструкції. Предмет досліджень - властивості надійності та процеси, що впливають на зміну надійності осушувальної системи та її елементів при експлуатації.У першому розділі „Проблеми експлуатації осушувальних систем” розглядається становлення осушувальних меліорацій, типи осушувальних систем, їхні переваги та недоліки, аналіз конструкцій гідротехнічних споруд закритої регулювальної мережі, аналіз надійності гідромеліоративних систем, зокрема осушувальних. Місце і умови проведення досліджень” викладено методику аналізу і підвищення надійності елементів закритої регулювальної мережі осушувальної системи, що грунтується на якісному та кількісному аналізі надійності технічних систем із застосуванням системного підходу. Методика системного підходу щодо підвищення надійності та удосконалення елементів закритої осушувальної мережі полягала в комплексному дослідженні конструкції системи і її елементів, виділенні загальносистемних і цільових функцій на основі аналітичних, польових та технічно-документаційних досліджень. Аналіз надійності елементів закритої регулювальної мережі проводили з використанням методів аналізу характеру та наслідків відмов, аналізу за допомогою блок-схеми надійності та імовірнісно-фізичного аналізу надійності. У третьому розділі „Функціональний аналіз надійності елементів закритої регулювальної мережі” проведено аналіз функціонування осушувальної системи, що полягав у виявленні загальносистемних і цільових функцій, які виконують окремі елементи закритої мережі.Розвиток елементів закритої мережі осушувальних систем йде в напрямку ускладнення їхніх конструкцій, удосконалення способів технічного обслуговування, розширення діапазону дії введенням елементів надлишковості та резервування. В результаті дослідження впливу різних природних та штучних факторів на надійність елементів осушувальних систем та вивчення причин виникнення характерних пошкоджень та відмов встановлено, що конструкційні причини пошкоджень і відмов елементів осушувальних систем становлять 34%, виробничі - 26% та експлуатаційні - 40% від їх загального числа. Аналітичними дослідженнями елементів закритої осушувальної мережі з використанням елементно-структурного, функціонального, процесного та макроскопічного їхнього представлення виділено загальносистемні функції, що обєднують осушувальну систему в єдине ціле: пониження рівня води, збір, транспортування і відведення надлишкової води, а також цільові функції дренажного колодязя та гирлової споруди. Розроблена функціональна модель надійності закритого дренажу, яка представлена у вигляді гідравлічної моделі обєкта збирання, транспортування і відведення надлишкових вод - модуля проточного тракту, який включає: вхід в дрену - дренажну лінію - дренажний колодязь - гирлову споруду. Зниження надійності дренажного колодязя і його відмова виникає при замуленні колодязя дренажним стоком наносів, при засипанні колодязя грунтом зворотньої засипки після механічних пошкоджень елементів та втраті збереженості споруди (розукомплектації), а також при засміченні.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Розвиток елементів закритої мережі осушувальних систем йде в напрямку ускладнення їхніх конструкцій, удосконалення способів технічного обслуговування, розширення діапазону дії введенням елементів надлишковості та резервування. Однак питання висвітлення властивостей надійності, а саме безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності та збереженості не отримали свого розвитку і потребують досліджень.
2. На основі узагальненого досвіду експлуатації осушувальних систем і аналізу науково- технічної літератури удосконалені класифікація відмов елементів осушувальних систем та класифікація факторів, що впливають на надійність осушувальних систем. В результаті дослідження впливу різних природних та штучних факторів на надійність елементів осушувальних систем та вивчення причин виникнення характерних пошкоджень та відмов встановлено, що конструкційні причини пошкоджень і відмов елементів осушувальних систем становлять 34%, виробничі - 26% та експлуатаційні - 40% від їх загального числа.
3. Аналітичними дослідженнями елементів закритої осушувальної мережі з використанням елементно-структурного, функціонального, процесного та макроскопічного їхнього представлення виділено загальносистемні функції, що обєднують осушувальну систему в єдине ціле: пониження рівня води, збір, транспортування і відведення надлишкової води, а також цільові функції дренажного колодязя та гирлової споруди.
4. Розроблена функціональна модель надійності закритого дренажу, яка представлена у вигляді гідравлічної моделі обєкта збирання, транспортування і відведення надлишкових вод - модуля проточного тракту, який включає: вхід в дрену - дренажну лінію - дренажний колодязь - гирлову споруду. При цьому приймається, що елементи модуля проточного тракту зєднані послідовно, а приплив води до дрени - за паралельною схемою зєднання елементів.
Аналіз функціонування входу в дрену та дренажної лінії показав, що надійність дренажу залежить від відмови стику між трубками (відхилення у розмірах стику, пошкодження чи кольматаж фільтра, замулення засипки), а також від відмови дренажної лінії (замулення).
5. Зниження надійності дренажного колодязя і його відмова виникає при замуленні колодязя дренажним стоком наносів, при засипанні колодязя грунтом зворотньої засипки після механічних пошкоджень елементів та втраті збереженості споруди (розукомплектації), а також при засміченні. Встановлено, що середній наробіток відстійника на відмову внаслідок замулення дренажним стоком наносів становить 9 років.
6. Польові дослідження довговічності дренажних колодязів показали, що міцність бетону кілець коливається в межах 35 - 44 МПА і знизилася за 31 рік експлуатації всього на 10%. Запас міцності бетону кілець дозволяє подовжувати строк служби дренажного колодязя.
7. Зниження надійності гирлової споруди осушувальної системи викликане деформаціями укосу каналу в результаті розмиву грунту берми каналу поверхневими водами по сліду осідання грунту в траншеї колектора, суфозії грунту в укосі по контуру споруди (оголовка, труби), підмиву оголовка споруди водою в каналі, а також в результаті втрати збереженості споруди (втрати труби), заростання та замулення гирла в каналі.
8. Розроблена класифікаційна карта аварійних ситуацій (аварій) на обєктах закритої осушувальної мережі, в якій за масштабами можливих наслідків та за галузевими класифікаційними ознаками виділені локальний, обєктовий та місцевий рівні аварійних ситуацій (аварій) та встановлені їхні порогові значення.
9. Кількісний аналіз надійності елементів закритої мережі на основі фізичних моделей і польових досліджень дозволив встановити експоненціальний тип теоретичного закону розподілу надійності дренажного колодязя та гирлової споруди у часі.
10. Розроблено метод розрахунку надійності дренажного колодязя (імовірності безвідмовної роботи) внаслідок замулення та засипання відстійника на основі розрахунків обєму стоку наносів та імовірності засипання колодязя внаслідок його механічних пошкоджень.
11. В результаті системних досліджень розроблено нові технічні рішення, які направлені на удосконалення елементів закритої мережі і створення функціонально-технологічних умов удосконалення і підвищення надійності осушувальної системи: - улаштування в колодязі перед відвідним колектором відбивної плити для зниження інтенсивності замулення;
- переобладнання відкритого колодязя в закритий із засипанням його піском і періодичним обробленням поверхні грунту гербіцидами для створення плями оголеного грунту;
- улаштування спеціального кріплення труби гирлової споруди в місці підєднання до колектора або улаштування гирлової споруди із подовженою трубою і схованою опорою без вихідного оголовка для підвищення збереженості і стійкості споруди.
12. Для забезпечення надійності мережі осушувальної системи в справному стані необхідно регулярно проводити планово-попереджувальні ремонти. Проведеними розрахунками на основі встановленого експоненціального закону розподілу дренажного колодязя та гирлової споруди в процесі експлуатації доведено, що удосконалення конструкцій цих споруд дозволяє подовжити термін періодичності проведення капітального ремонту з 8 років до 21 року, зменшити щорічні експлуатаційні витрати, знизити інтенсивність відмови в 2,4 рази та подовжити строк служби споруд до строку служби гончарного дренажу.