Орлов Владимир Александрович. Системный анализ состояния и тактика реновации водопроводных и водоотводящих сетей

Краткое описание

Орлов Владимир Александрович. Системный анализ состояния и тактика реновации водопроводных и водоотводящих сетей : диссертация ... доктора технических наук : 05.23.04 / Орлов Владимир Александрович; [Место защиты: Моск. гос. строит. ун-т].- Москва, 2009.- 350 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/138

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
05200951031
Орлов Владимир Александрович
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ТАКТИКА РЕНОВАЦИИ
ВОДОПРОВОДНЫХ И ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ
05.23.04 - Водоснабжение, канализация,
строительные системы охраны водных ресурсов
Диссертации на соискание учёной степени
доктора технических наук
Москва 2009 г.
Оглавление
Стр.
Введение 6
Глава 1. Обзорная информация и комплексная аналитическая оценка технического состояния трубопроводов водопроводных и водоотводящих сетей на предмет интенсификации их реновации 16
1.1. Состояние напорных водопроводных и водоотводящих сетей . 16
1.2. Состояние безнапорных водоотводящих сетей 32
1.3. Анализ концептуальных подходов к стратегии реновации
трубопроводов 39
1.4. Обоснование тактики реновации трубопроводных сетей и
формулирование предмета проводимых исследований 45¬
1.5. Краткие выводы по главе 1 47
Глава 2. Классификация дефектов трубопроводов, анализ статистики повреждений и типов внутренних защитных покрытий для их устранения 49
2.1. Сущность и значение теледиагностики для выявления и
анализа дефектов трубопроводов 49
2.2. Типичные повреждения напорных и безнапорных
трубопроводов. Классификация дефектов трубопроводов 51
2.3. Анализ статистики повреждений, установление причинно-следственных связей и функциональных зависимостей между ними ... 61
2.4. Внутренние защитные покрытия трубопроводов как
эффективное средство устранения дефектов водопроводных и водоотводящих сетей 69
2.5. Внутренние покрытия как косвенный фактор санитарной
надежности системы подачи и распределения воды 73
2.6. Краткие выводы по главе 2 75
з
Глава 3. Классификация и ранжирование факторов, дестабилизирующих работу трубопроводов. Паспортизация участков трубопроводных сетей и автоматизация поиска объектов реновации' 77
3.1. Общий подход к определению критериев и рейтинговой
значимости дестабилизирующих факторов, воздействующих на трубопроводную систему 77
3.2. Определение функциональных зависимостей между
дестабилизирующими факторами 79
3.3. Внутреннее ранжирование элементов состояния факторов по¬балльной (рейтинговой) системе значимости 89
3.4. Паспортизация участков напорной и безнапорной сети 129
3.5 Разработка алгоритмов и* автоматизированных программ
поиска потенциальных объектов реновации 133
3.6. Краткие выводы по главе 3 139*
Глава 4. Разработка методик прочностного расчета трубных конструкций по оценке состояния участков трубопроводов на предмет
реновации 141
4.1. Оценка прочности действующих напорных трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения 14Г
4.1.1. Обоснование иерархических уровней принятия решения
по проведению реновации стальных трубопроводов 141
4.1.2. Подходы к прочностному расчету действующих
стальных трубопроводов 143
4.1.3. Обоснование иерархических уровней принятия решения '
по проведению реновации трубопроводов из других материалов 147
4.1.4. Подходы к прочностному расчету напорных двухслой¬
ных конструкций «действующий трубопроводов + защитное покрытие» 148
4.2. Оценка прочности действующих безнапорных сетей,
выполненных из различных материалов 154
4*2.1. Обоснование иерархических уровней принятия решения
по проведению реновации безнапорных сетей 154
4.2.2. Подходы к прочностному расчету безнапорных двух¬слойных конструкций «действующий трубопроводов + защит¬ное покрытие» 155
4.3. Краткие выводы по главе 4 161
Глава 5. Определение гидравлических характеристик внутренних защитных покрытий и» оценка их совместимости с материалами- исходных трубопроводов в период реновации 163
5.1. Понятие гидравлической совместимости^ труб из различных
материалов,- цели изадачи'гидравлических исследований 163
5.2. Проведение гидравлических экспериментов на опытно¬
производственном стенде для напорных и безнапорных сетей, интерпретация результатов и их практическое использование 165
5.2.1. Гидравлические эксперименты на напорных^
трубопроводах 165
5.2.2. Гидравлические эксперименты-на безнапорных
j
трубопроводах 179
5.3: Натурные и аналитические исследования транспортирующей способности потока сточной4 жидкости в местах стыков труб, интерпретация результатов на предмет гидравлической совместимости
восстановленных и невосстановленных участков сети 199
5.3.1. Обоснование необходимости учёта факторов транспортирующей способности и гидравлической совместимости участков водоотводящих сетей, выполненных из различных-материалов и диаметров 199
5.3.2. Натурные исследования, анализ экспериментальных и
расчётных данных по гидравлической совместимости участков безнапорных водоотводящих сетей 204
5.4. Натурные эксперименты на напорных водоотводящих сетях,
подвергнутых реновации полимерным покрытием 215
5.5. Краткие выводы по главе 5 217
Глава 6. Принципы технико-экономической оптимизации выбора
метода бестраншейной реновации и формулировка тактических задач реновации трубопроводов 219
6.1. Критерии оптимизации при выборе технологии реновации 219
6.2. Разработка автоматизированных программ выбора
оптимального метода реновации трубопроводных сетей 226
6.3. Формулировка тактических задач реновации трубопроводов ... 231
6.4. Краткие выводы по главе 6 237
Глава 7. Разработка учебно-тренировочных комплексов по вопросам реновации подземных трубопроводов с помощью защитных покрытий .. 238
7.1. Разработка практикума по решению задач оптимизации для
обучающихся 238
7.2. Разработка автоматизированных программ выбора
параметров санации защитными покрытиями для трубопроводов,
выполненных из различных материалов 240
7.3. Краткие выводы по главе 7 251
Общие выводы 252
Список литературы 255
Приложения 271

Список литературы

Общие выводы
1) . На основании результатов системного обследования и анализа работы наружных трубопроводных сетей водоснабжения и водоотведения установлено, что на сегодняшний день их техническое состояние в целом можно оценить как неудовлетворительное и требующее оперативных тактических мероприятий по реновации и модернизации, что согласуется с программными положениями концепции водной стратегии России, а также Москвы на 2009-2012 и перспективу до 2020 года.
2) . В результате проведенных натурных теледиагностических обследований объектов систем городского водопровода и канализации и обработки архивной информации по дефектам безнапорных трубопроводов составлен классификатор повреждений трубопроводов с укрупнением показателей по 4- ем категориям для оптимизации и автоматизации выбора соответствующего бестраншейного метода восстановления трубопроводов.
3) . Установлены динамические функциональные зависимости между дестабилизирующими факторами и на основе графового-матричного метода разработаны математические модели ранжирования! дестабилизирующих факторов, что позволило составить детальные макеты паспортов участков^ напорных и безнапорных трубопроводов.
4) . Разработан методический подход к прочностному расчету стальных трубопроводов по остаточному ресурсу (из условий устойчивости; допустимых растяжений и деформаций), а также напорных чугунных, железобетонных и асбестоцементных и безнапорных керамических, кирпичных, чугунных, железобетонных и асбестоцементных в условиях их реновации защитными полимерными покрытиями при различных эксплуатационных состояниях (нарушении и ненарушении несущей способности восстанавливаемых участков трубопроводов).
5) . Впервые разработан системный подход к реновации водопроводных и водоотводящих сетей защитными покрытиями в единой системе учета
прочностных характеристик двухслойных конструкций и
гидравлической совместимости защитных покрытий и материала трубопровода;
6) . На основании гидравлических экспериментов на опытно-производственных стендах и в натуре получены расчетные зависимости для четырех типов покрытий, использующихся при реновации напорных трубопроводов; разработаны методики гидравлического подобия по определению удельного сопротивления (напорные сети) и коэффициента Шези (безнапорные сети); получены значения относительного прироста шероховатости для напорных водоотводящих сетей, восстановленных полимерным покрытием и расчетные значения относительной шероховатости для защитных покрытий безнапорных сетей; построены унифицированные таблицы гидравлического расчета для трубопроводов с полимерным покрытием, с цементно-песчаным покрытием и полиэтиленовых труб.
7) . Получена полуэмпирическая зависимость по определения зоны дестабилизации скоростей за ремонтными участками и разработана автоматизированнаяч программа гидравлического расчета и проверки на гидравлическую совместимость невосстановленных и восстановленных участков сети из разных материалов.
8) . Разработаны положения' тактики реновации водопроводных и
водоотводящих сетей, которые включают выполнение следующих базовых операций: мобильный контроль изменений в паспортах участков
трубопроводов и регулярное обновление адресных списков потенциальных объектов^ реновации по балльной системе технической ущербности с учетом поправочных коэффициентов (для стальных трубопроводов); проведение диагностики первоочередных объектов реновации по списку с фиксацией и классификацией^ дефектов трубопровода; выявление степени остаточной несущей способности; выбор оптимального метода реновации; проверка на прочность восстановленных защитными покрытиями участков трубопроводной системы и на гидравлическую совместимость их с невосстановленными участками.
9) . Определены критерии технико-экономической оптимизации
реновации, в качестве которых использованы относительно равнозначные показатели методов реновации: стоимостной, технологический,
эксплуатационный и технический; представлены результаты работы компьютерной программы по автоматизированному выбору объекта реновации.
10) . Положения по ранжированию дестабилизирующих работу трубопроводной сети факторов и составлению паспортов участков явились предметом 4-х изобретений: патента на полезную модель № 31137 свидетельств на полезные модели № 41748 и № 21295, патента на изобретение № 2237784.
11) . Впервые научно и практически обоснованы и внедрены в учебный процесс результаты теоретических и экспериментальных разработок в виде учебно-тренировочных (в том числе компьютерных) комплексов для студентов технических вузов строительного профиля и слушателей курсов повышения квалификации по всему спектру технических, технологических и оптимизационных вопросов реновации водопроводных и водоотводящих сетей, что отражено в 4 монографиях и 7 учебных пособиях (учебниках).
. Результаты диссертации внедрены в практику планирования ремонтно-восстановительных работ МГУП «Мосводоканал», на производственных объектах, в; учебном процессе Московского государственного строительного университета и ряда высших учебных заведений строительного профиля