CC BY
3
Жамалова Ф.А.
кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии Самаркандский государственный медицинский университет
Юсупов Б.А. студент
Самаркандский государственный медицинский университет
АНТИБИОТИКОРЕЗИСТЕНТНОСТЬ ЗОЛОТИСТОГО СТАФИЛОКОККА СРЕДИ ПОЖИЛЫХ, ЕГО ВЛИЯНИЕ НА
ОРГАНИЗМ
Аннотация. В данной статье рассматриваются общее воздействие инфекций S. aureus и значимость резистентности к антистафилококковым b-лактамным антибиотикам у пожилых людей. Будут кратко обсуждены новые вопросы, такие как возникновение резистентности у внебольничных штаммов стафилококка и проблема устойчивости к антибиотикам.
Ключевие слова: S. aureus, Атипичное течение, Streptococcus pneumoniae, Метил-резистентным, антибиотикотерапия
Zhamalova F.A.
Department of Microbiology, Virology and Immunology
Samarkand State Medical University Yusupov B.A. (student) Samarkand State Medical University
ANTIBIOTIC RESISTANCE OF STAPHYLOCOCCUS AUREUS AMONG THE ELDERLY, ITS IMPACT ON THE BODY
Abstract. This article discusses the general impact of S. aureus infections and the importance of resistance to antistaphylococcal b-lactam antibiotics in the elderly. New issues such as the emergence of resistance in community-acquired staphylococcal strains and the problem of antibiotic resistance will be briefly discussed.
Keywords: S. aureus, Atypical course, Streptococcus pneumoniae, Methyl-resistant, antibiotic therapy
Ввдение. Оценка риска воздействия золотистого стафилококка среди пожилых людей - непростая задача. Пожилые люди представляют собой гетерогенную популяцию. Существует большое разнообразие в бремени сопутствующих заболеваний, требованиях к медицинскому обслуживанию (которые варьируются от помощи в основных видах повседневной жизни до потребности в квалифицированном уходе, оказываемом медсестрой) и других факторах риска инфицирования среди взрослых [2].
Стафилококковая инфекция не подлежит регистрации заболеваний, таким образом, общая распространенность среди пожилых людей неизвестна. Однако, стафилококковые инфекции вызывая аутоиммунные болезни, являются распространенными причинами бактериемии, эндокардита, пневмонии, септического артрита и остеомиелита позвоночника у пожилых людей [3].
В то же время существует большой интерес к проблеме устойчивого к антибиотикам золотистого стафилококка, особенно среди ослабленных пожилых людей [1].
Риск заражения стафилококковой инфекцией у пожилых людей.
В последние время показатели госпитализации по поводу инфекционных заболеваний возросли в первую очередь среди пожилого населения, и заражение ятрогенной инфекцией чаще встречается среди пациентов старшего возраста. [4]. Несмотря на успехи, достигнутые в сфере медицинской помощи, немало случаев смерти от инфекционных заболеваний среди этого населения. Пожилые люди не только страдают от инфекционных заболеваний, но и имеют более высокий процент смертности от них [6].
S.aureus широко распространен во внешней среде и является четвертым по распространенности внутрибольничным заболеванием, после Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и энтерококков, и составляет 27% всех внутрибольничных инфекций. Кроме того, это вторая по распространенности причина инфицирования места операции, на долю которой приходится 33 % случаев этого типа инфекции [2]. В учреждениях длительного ухода показатели инфицирования аналогичны тем, которые наблюдаются в больницах [5], но общая частота заражения S. aureus не известна. Много информации об эпидемиологии заражения золотистым стафилококком среди не госпитализированных пожилых людей происходит из сообщений о специфических клинических синдромах или из сообщений о вспышках инфекции штаммами, устойчивыми к антибиотикам. Большая часть информации об эпидемиологии инфекции S. aureus среди не госпитализированных пожилых людей почерпнута из сообщений о конкретных клинических синдромах или из сообщений о вспышках инфекции штаммами устойчивыми к антибиотикам [7].
Синдромы заболеваний вызываемых стафилококками, у пожилых людей
Бактериемия - инфекция кровотока, одна из основных причин смерти у пожилых людей [10]. Сообщается, что показатели смертности, связанные с бактериемией S. aureus, у пожилых людей в несколько раз выше, чем у молодых людей. В домах престарелых и общинах уровень смертности от бактериемии S. Aureus наиболее высок [14]. Увеличение показателей смертности среди пожилых людей было связано с более широким использованием таких устройств, как протезы сердечных клапанов или
кардиостимуляторов, с сахарным диабетом и с респираторным источником инфекции [7-10]. Повышенные показатели смертности от стафилококковой инфекции может быть результатом отсутствия явных клинических признаков у этой популяции [9]. ^афилококковая инфекция у пожилых людей может сопровождается и другими инфекциями. Атипичное течение заболевания приводит к тому, что диагноз вовремя не выявляется и лечение затягивается, что приводит к тяжелым осложнениям [8].
Бактериемия в основном встречается у пожилых госпитализированных пациентов. В больницах в конце XX века на долю золотистого стафилококка приходилось 21 % всех инфекций, распространенных среди больничных инфекций, вызывающих заболевания у пожилых людей [12]. Более поздние исследования показали, что инфекции стафилококков были вторыми по распространенности патогеном (после кишечной палочки), среди пожилых пациентов, госпитализированных с бактериемией, приобретенной по месту жительства или в больнице [11].
В домах престарелых и общественных учреждениях инфекции кровотока проявляется реже, чем в больницах. Урогенитальные грамотрицательные инфекции являются наиболее частой причиной бактериемии у пожилых людей, проживающих в домах престарелых. Однако, когда бактериемия действительно возникает у пациентов учреждений длительного ухода, S. aureus является единственным наиболее распространенным организмом [9]. В условиях дома престарелых S. aureus является первой или второй по частоте причиной пневмонии и наиболее распространенным возбудителем, связанным с инфекцией кровотока, также с кожей и мягкими тканями. S. aureus является второй по распространенности причиной бактериемии в популяции после E. coli, Klebsiella и Streptococcus pneumoniae [15].
Инфекция дыхательных путей.
Известно, что пневмония, вызванная S. aureus, имеет неблагоприятный прогноз, особенно у пожилых людей. Пневмония, вызванная S. aureus, преимущественно возникает у пожилых людей с сопутствующими заболеваниями и хроническими заболеваниями легких. Нередко долевые поражения наблюдаются в нижних отделах легких с осложнениями абсцесса и эмпиемы [12].
После P aeruginosa золотистый стафилококк является второй по распространенности причиной нозокомиальной пневмонии у пожилых людей, на его долю приходится 18 % случаев инфицирования [15]. Исследования, специально посвященные пневмонии, вызванной S. aureus, сообщают, что большинство эпизодов выявляется у госпитализированных пожилых пациентов со значительными сопутствующими заболеваниями [13,14].
Заболеваемость стафилококковой пневмонией в реабилитационных учреждениях составляет в среднем 9%, но диапазон может составлять от 0%
до 33%. Диагностика пневмонии в этой популяции осложняется снижением температуры, отсутствием кашля и жалобами на одышку [15]. Наличие тахипноэ (125 вдохов/мин) может быть одним из самых ранних диагностических показателей пневмонии в этих условиях [1]. Изменения в результатах обследования легких могут вводить в заблуждение пациентов с хроническим сердечно-легочным заболеванием. Бактериологическое исследование мокроты, анализы крови и рентгенография легких не всегда проводятся перед первичной терапией [7].
Если у пожилых людей при анализе мокроты результаты посева положительные, это указывает на наличие условно-патогенных кокков в горле. В связи с частым возникновением ОРИ среди лиц пожилого возраста высока заболеваемость бактериальной пневмонией. При ОРИ пневмония вызывается вторичной инфекцией. S. Pneumoniae и S. aureus в большинстве случаев вызывает пневмонию. Было высказано предположение, что S. aureus редко вызывает внебольничную пневмонию у здоровых взрослых, за исключением случаев, когда они переболели ОРИ [2]. Таким образом, во время сезона ОРИ следует проводить скрининг на S. aureus у здоровых пожилых людей в домах престарелых и вне больниц [8].
Нарушения сердечно-сосудистой системы.
По данным литературы, стафилококк чаще вызывает эндокардит у лиц старше 60 лет [14]. Эндокардит, вызванный S. aureus, представляет собой все более распознаваемое осложнение госпитализации, использования внутрисосудистых устройств и нозокомиальной бактериемии. [1,9]. 25% пациентов с нозокомиальной приобретенной стафилококковой бактериемией имеют эхо-кардиографические признаки эндокардита, и у этих пациентов, возникает, осложнение - стафилококковый эндокардит [12].
У пожилых людей эндокардит может проявляться атипично. Представленные симптомы могут быть неопределенными; такие заболевания, как узлы Ослина и спленомегалия, поражение яичников, обычно не имеют классических симптомов, а шумы в сердце часто можно обнаружить у пожилых людей. Кроме того, у большинства больных при эндокардите отсутствуют повышения температуры тела и лейкоцитоз, это может привести к поздней постановке диагноза из-за поздней диагностики заболевания и отсутствия своевременного лечения у пожилых людей уровень смертности выше, чем у более молодых пациентов [15].
Мягкие ткани и костно-суставная система.
Стафилококк является распространенной инфекцией и вызывает заболевания костей и суставов у пожилых людей. Стойкое стафилококковое поражение кожи может привести к остеомиелиту и септическому артриту. По мере прогрессирования инфекции увеличивается частота заболеваний суставов, что также вызывает бактериемию у 50% больных [2].
Возрастные изменения кожи и состояния, такие как заболевания периферических сосудов, диабет и возрастное снижение подвижности,
повышают риск кожных инфекций у пожилых людей. Это может вызывать истончение кожи, снижение эластичности, невропатию, снижение кровотока, давления, трещины и язвы кожи. Вторичное инфицирование кожной раны, фурункул, карбункул является одним из наиболее частых осложнений стафилококковой инфекции [1, 2].
Увеличение заболеваемости артрозом и ревматоидным артритом у пожилых людей связано с увеличением частоты септического артрита. В большинстве случаев септический артрит обусловлен не инфицированием из внешней среды, а диссеминацией инфекции гематогенным путем в аномалии сустава [1,5].
У многих пожилых пациентов со стафилококковой септическим артритом не наблюдается лихорадки или лейкоцитоза. Повышенная скорость оседания эритроцитов в анализе крови у пожилого пациента может свидетельствовать, что боль в суставе вызвана патогенными инфекциями. У пожилых людей 40 % смертей при остеомиелите и 20 % при сепсисе обусловлены осложнениями заболевания [15].
Широкое применение операций по протезированию суставов у пожилых людей может привести к стафилококковой инфекции сустава. В некоторых исследованиях S. aureus является второй наиболее распространенной причиной инфекций протезированных суставов у пожилых людей, на долю которой приходится почти треть эпизодов [10]. Инфекции S. aureus равномерно распределяются между ранними и поздними послеоперационными инфекциями.
Мочевыделительная система.
Стафилококковая бактериурия встречается редко и составляет 2% инфекций мочевыводящих путей. В основном это происходит у пожилых госпитализированных пациентов после операции, катетеризации или других инвазивных процедур. Злокачественные новообразования и другие причины обструктивной уропатии ассоциируются со стафилококковой бактериурией. У многих пожилых пациентов наблюдается значительная пиурия, но она может протекать бессимптомно. Бактериемия после стафилококковой бактериурии развивается у 5% больных. Стафилококковая бактериурия чаще возникает как следствие бактериемии или эндокардита.
При выявлении симптомов или признаков заболевания у пожилых пациентов диагноз следует ставить как можно раньше, поскольку лечение бактериурии вызванной S.aureus, пероральными антибиотиками нецелесообразно и неэффективно при инфекциях кровотока[9,13].
Стафилококковое носительство.
Повышенная частота заражения S. aureus среди пожилых людей не может быть объяснена специфическим приобретенным дефектом иммунных реакций, наблюдаемым с увеличением возраста. Фактически, воспалительная реакция у пожилых на S. aureus может быть нормальной или даже ускоренной по сравнению с таковой у молодых [8].
Предшествующее носительство S. aureus является значительным фактором риска развития последующей инфекции колонизирующим штаммом [4]. Около 30% населения являются носителями S.aureus.Устойчиво и сильно колонизированные носители, по-видимому, подвергаются наибольшему риску развития инфекции S. aureus [3]. Повышенная частота колонизации не объясняет повышенных показателей инфицирования у пожилых людей - на самом деле, пожилые люди менее склонны к переносу S. aureus, чем дети и молодые. [5,11].
Стафилококковая инфекция усиливается при состояниях, связанных с нарушением кожных или слизистых барьеров, таких как те, которые возникают в связи с ранами, дерматологическими заболеваниями, использованием игл, а также хирургическими процедурами [2,4]. Заболевания, требующие длительного использования игл, включая сахарный диабет и хронический диализ, связаны с повышенными показателями колонизации S. aureus и риском заражения. Диабет и его осложнения усиливаются с возрастом и могут способствовать распространенности инфекции S. aureus среди пожилого населения [7]. Стафилококковая бактериемия S. aureus наблюдалась у 25% пациентов больницы диабетом, 18% жителей учреждений длительного ухода и 30% пожилых людей, проживающих по месту жительства [3,10]. Однако в другом исследовании, в котором участвовали пациенты в возрасте 75 лет, поступившие в отделение интенсивной терапии, сахарный диабет не был значимым фактором риска развития пневмонии S. aureus [15]. У пожилых людей стафилококковая пневмония чаще всего возникает у ослабленных пациентов, уход за которыми зависит от других [13]. Увеличение продолжительности пребывания в больницах и домах престарелых было связано с повышенным риском заражения золотистым стафилококком, в частности, штаммами с множественной лекарственной устойчивостью [9].
Таким образом, существует мало доказательств того, что старение само по себе приводит к увеличению риска заражения S. aureus. Инфицирование золотистым стафилококком представляет собой сложное взаимодействие множества факторов, включая воздействие патогенных штаммов, тяжесть основного заболевания, сопутствующие заболевания и функциональную зависимость.
Антибиотикорезистентность золотистого стафилококка
Поражение Метил-резистентным стафилококком может привести к тяжелым случаям. Смертность при метициллин-резистентной стафилококковой бактериемии примерно в 3 раза выше [6]. Влияние возраста на исход внутрибольничной пневмонии, вызванной MRSA, напрямую не сравнивалось с пневмонией, вызванной MSSA. Однако пациенты с MRSA, по-видимому, старше и имеют больше хронических заболеваний, и в анамнезе у них часто имеются недавние госпитализации.
Эти факторы, вероятно, объясняют более высокие показатели смертности
[7].
Риск заражения MRSA-инфекцией возрастает с обострением заболевания. В ходе обследований, проведенных в нескольких больницах, доля MRSA среди инфицированных S. aureus была выше в стационаре длительного лечения (47%), чем в амбулаторных условиях (23%) [3,7]. Среди госпитализированных пациентов MRSA чаще всего выявлялся у пациентов с ожоговыми ранами [4]. Распространенность инфекций MRSA среди госпитализированных пациентов пожилого возраста неизвестна. Однако, большинство пациентов с внутрибольничной приобретенной MRSA старше и более ослаблены, и у большинства из них более тяжелое основное заболевание [2,6].
Жители домов престарелых, которые зависят от ухода других людей, у кого есть раны, с большей вероятностью могут заразится MRSA.
Некоторые исследования показывают, что большинство пациентов домов престарелых приобретают носительство MRSA в больнице, а не в доме престарелых. Высокие показатели инфицирования в домах престарелых, вероятно, отражают хроническое носительство, которое может сохраняться от нескольких месяцев до нескольких лет. Таким образом, высокие показатели носительства MRSA в домах престарелых, вероятно, отражают большое количество лиц, которые чаще всего заражались в больнице и остаются постоянно инфицированными в течение длительных периодов времени. Повышенные показатели смертности среди жителей, инфицированных MRSA, вероятно, отражают их плохой функциональный статус и бремя сопутствующих заболеваний, а не смерть в результате MRSA [6,13].
Пожилых людей, инфицированных S. aureus, следует лечить с учетом нескольких факторов. Лечение должно быть организовано с учетом информации о клинических симптомах, тяжести заболевания, условиях проживания, наличии сопутствующих заболеваний стационарном лечении и истории болезни. Существует риск заражения внутрибольничной инфекцией S. aureus у пожилых людей, госпитализированных и перенесших хирургическое вмешательство [1,3]. Если у пациента нет инфекции мочевыводящих путей или других бактериальных заболеваний, надо провести бактериологическое обследование перед началом лечения антибиотиками. Учитывая высокую частоту заражения S. aureus, в зависимости от тяжести заболевания рекомендуется применение бактерицидных антибиотиков. Если будет получен положительный бактериологический результат, необходимо будет найти источник инфекции
[2,4].
Трансторакальную эхокардиографию следует проводить пациентам со стафилококковой бактериемией даже при отсутствии признаков эндокардита. При появлении болей в позвоночнике следует провести
тщательный осмотр и рентгенологическое исследование остеомиелита позвонков. Исследуются наличия или отсутствия подвижности суставов, боли, отёки, повышения температуры и эритемы. Для обнаружения абсцессов селезенки, почек или других мягких тканей, которые могут потребовать хирургического вмешательства, должена быть проведена компьютерная томография. Любого пожилого пациента, нуждающегося в госпитализации по поводу инфекций опорно-двигательной системы и мягких тканей, следует лечить антибиотиками, независимо от места жительства и факторов риска [5,8].
Заключение.
Если пациент проживает в географическом районе, где распространен MRSA, и недавно проходил лечение от этого заболевания, тогда определяется чувствительность к антибиотикам и антибиотик выбирается исходя из тяжести заболевания.
Пероральная терапия является разумным вариантом лечения инфекций мягких тканей и костно суставной системы, не требующих госпитализации.
Первоначально подобранная антибиотикотерапия проводится исходя из места проживания пациентов, степени тяжести заболевания.
При появлении аллергической реакции на ß-лактамные антибиотики целесообразно проводить лечение пациентов с MRSA-инфекцией сульфаниламидными антибиотиками.
Испльзованные источники:
1. Mamarasulova N.I. JARROHLIK BO'LIMIDAGI TIBBIY XODIMLARIDAN AJRATILGAN STAFILOKOKKLARNING TARQALISHI VA BIOLOGIK XUSUSIYATLARI // Экономика и социум. 2024. №1 (116). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/jarrohlik-bo-limidagi-tibbiy-xodimlaridan-ajratilgan-stafilokokklarning-tarqalishi-va-biologik-xususiyatlari
2. Одилова Г. М. и др. ХАРАКТЕРИСТИКА СТАФИЛОКОККОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ОТ ДЕТЕЙ С ГНОЙНО СЕПТИЧЕСКИМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ //«МИКРОБИОЛОГИЯ НИНГ ДОЛЗАРБ МУАММОЛАРИ» МАВЗУСИДАГИ РЕСПУБЛИКА ИЛМИЙ-АМАЛИЙ АНЖУМАНИ. - 2023. - С. 68.
3. Мавлюдова К. С., Жамалова Ф. А. АНТИБИОТИКОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СТАФИЛОКОККОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ПРИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ВАГИНИТАХ //Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО КГМУ Минздрава России. - 2022. - С. 36.
4. Одилова Г. М., Жамалова Ф. А. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГИПЕРТОНИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ В МОЛОДОМ ВОЗРАСТЕ // Экономика и социум. 2024. №5-2 (120). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-techeniya-gipertonicheskoy-bolezni-v-molodom-vozraste-2
5. Komil B. Changes of ordinary dynamics of ordinary kyzylmiya phytonematods depending on the seasons //European Scholar Journal. - 2021. -Т. 2. - №. 5. - С. 135-137.
6. Даминов Ж. Н. и др. Сравнительное Изучение Биологических Свойств Стафилококков, Выделенных От Здоровых Носителей И При Различных Клинических Формах Инфекций //Central Asian Journal of Medical and Natural Science. - 2022. - Т. 3. - №. 3. - С. 148-150.
7. Abdikhakimovich K. D. ANTIMICROBIAL SUBSTANCES OF LACTIC BACTERIA AND PRACTICAL ASPECTS OF THEIR USE //ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ. - 2023. - Т. 33. - №. 1. -С. 32-37.
8. Mamarasulova N. I. et al. BERBERIS INTEGERRIMA BUNGENING IKKILAMCHI METABOLITLARINING DORIVORLIK XUSUSIYATLARI VA BIOTEXNOLOGIK AHAMIYATI //GOLDEN BRAIN. - 2023. - Т. 1. - №. 10. - С. 33-43.
9. Dildora S. et al. BACILLUS PUMILIS BAKTERIYALARI MIKROBIOLOGIK TAHLILI VA BIOTEXNOLOGIYADAGI AHAMIYATI //ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ. - 2023.
- Т. 22. - №. 2. - С. 154-161.
10. Болтаев К. С., Одилова Г. М. ВЗАИМОДЕЙСТВИИ R-ЭПИСОМНЫХ ФАКТОРОВ С ХРОМОСОМНЫМИ ГЕНАМИ АНТИБИОТИКОУСТОЙЧИВОСТИ У КИШЕЧНЫХ ПАЛОЧЕК И ШИГЕЛЛ ЗОННЕ //Экономика и социум. - 2024. - №. 2-1 (117). - С. 922926.
11. Мамедов, А., & Одилова, Г. (2022). Частота обнаружения дрожжеподобные гриби рода candida с ассоциаций
стафилококков. Евразийский журнал академических исследований, 2(11), 1098-1102.
12. Abdikhakimovich X. D. PATHOGENESIS OF CHANGES IN THE MOUTH WITH SUGAR DIABETES //TADQIQOTLAR. UZ. - 2023. - Т. 25. - №. 1. -С. 138-144.
13. Giyosovna S. D. et al. BACILLUS AVLODIGA MANSUB BAKTERIYALARNING BIOTEXNOLOGIK POTENSIALI //Innovations in Technology and Science Education. - 2023. - Т. 2. - №. 7. - С. 1154-1162.
14. Одилова, ГМ 2024. Изменения свойств энтерококков при кишечных инфекциях у детей. Мир медицины: Журнал биомедицинских наук . 1, 9 (сентябрь 2024 г.), 56-60.
15. Бобокандова М.Ф., Одилова Г.М. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СТАФИЛОКОККОВОЙ ИНФЕКЦИИ СРЕДИ ВЗРОСЛЫХ И ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ// Проблемы биологии и медицины. - 2023. №3.1. Том. 145.
- С. 60-65. DOI: http://doi.org/
DOI 10.5281/zenodo.14250273
Жолдасбайев М. С.
Каракалпакский государственный университет им. Бердаха
г.Нукус
НАЧАЛЬНОЕ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В КОЛЬЦЕВЫХ
СЕТЯХ
Аннотация: Водоснабжение является ключевым фактором устойчивого развития городов, особенно когда речь идет о населенных пунктах, объединенных в кольцевую линию. Кольцевая система подразумевает плотное взаимосвязанное расположение городов по периметру одной или нескольких транспортных артерий, что создает уникальные вызовы и возможности для водоснабжения. Анализ кольцевых сети и потокораспределение, обеспечивающее наиболее рациональное решение задачи определения диаметров труб ее участков.
Ключевые слова: сеть, диаметр, потокораспределение, водообеспечения.
Joldasbayev M.
Karakalpak State University named after Berdakha
Nukus
INITIAL FLOW DISTRIBUTION IN RING NETWORKS
Abstract: Water supply is a key factor in the sustainable development of cities, especially when it comes to settlements united in a ring line. The ring system implies a dense interconnected location of cities along the perimeter of one or more transport arteries, which creates unique challenges and opportunities for water supply. Analysis of the ring network and flow distribution, which provides the most rational solution to the problem of determining the pipe diameters of its sections.
Keywords: network, diameter, flow distribution, water supply.
Введение: Кольцевые сети водоснабжения играют важную роль в современных системах водоснабжения. Они представляют собой замкнутую систему трубопроводов, где вода циркулирует по кольцевым маршрутам, что обеспечивает более равномерное распределение потока и уменьшает вероятность сбоев в случае аварий. Важной задачей при проектировании и эксплуатации таких систем является начальное потокораспределение,
которое определяет, как вода будет распределяться по различным участкам сети для удовлетворения потребностей потребителей.
Особенности кольцевых сетей водоснабжения
Кольцевые сети водоснабжения отличаются от традиционных разветвленных (линейных) сетей тем, что они обеспечивают возможность многовариантной подачи воды к каждому узлу системы. Это создает условия для более равномерного распределения давления, повышения надежности и предотвращения застойных зон. В случае аварии на одном из участков кольцевой сети, подача воды может быть быстро восстановлена за счет альтернативных маршрутов. Однако, такой тип сетей требует более сложного подхода к процессу потокораспределения, особенно на начальном этапе.
Основные преимущества кольцевых сетей:
1. Надежность: Возможность резервного водоснабжения при аварии на одном из участков.
2. Устойчивость давления: Равномерное распределение давления во всей сети.
3. Эффективное использование ресурсов: Возможность оптимизации использования насосов и трубопроводов.
Основы начального потокораспределения
Начальное потокораспределение — это процесс определения направлений и величин потоков воды в разных участках сети при заданных условиях работы (например, потребностях потребителей, мощности насосных станций и давлениях на входах и выходах). При проектировании сети и ее запуске важно правильно рассчитать, как будет распределяться поток воды между различными узлами, чтобы обеспечить необходимое давление и объем воды на каждом участке сети.
Основными факторами, влияющими на начальное потокораспределение, являются:
Гидравлические параметры сети: длина труб, их диаметр, шероховатость внутренних стенок.
Мощность и расположение насосных станций.
Потребности потребителей: объем воды, который необходим каждому потребителю в различных точках сети.
Расположение водозаборных сооружений и резервуаров.
Методы расчета потокораспределения
Для определения начального потокораспределения в кольцевых сетях водоснабжения используются различные математические и численные методы, основанные на уравнениях гидравлики и принципах сохранения энергии и массы. Наиболее распространенные методы:
1. Метод узловых расходов: В этом методе рассматриваются узлы сети, в которых происходит перераспределение потоков. Для каждого узла составляется система уравнений, где учитываются входящие и исходящие
потоки воды. Суммарный входящий поток должен быть равен исходящему, что обеспечивает выполнение принципа сохранения массы. Этот метод особенно эффективен для больших и сложных сетей.
2. Метод балансировки потоков: Применяется для поиска оптимального распределения потоков с учетом сопротивления трубопроводов и текущих потребностей узлов сети. Этот метод использует итеративные алгоритмы, которые корректируют потоки на каждом шаге до достижения оптимального решения. Одним из наиболее известных методов является метод Хардди-Кросса.
3. Метод минимизации энергии: Основан на принципе минимизации затрат энергии при движении потока воды по сети. Для каждого участка сети рассчитываются потери энергии (в первую очередь из-за трения и сопротивления труб), и потоки перераспределяются таким образом, чтобы минимизировать эти потери.
4. Компьютерное моделирование: Современные программные пакеты, такие как EPANET, WaterGEMS и другие, позволяют проводить детализированные гидравлические расчеты сетей водоснабжения с учетом большого числа параметров. Эти инструменты позволяют моделировать как статическое распределение потоков, так и динамические процессы изменения давления и потоков в сети.
Первой подготовительной операцией, предшествующей расчету кольцевой сети, является начальное распределение потоков воды по ее линиям. В кольцевой сети, в отличие от разветвленной, заданные отборы воды в узлах могут быть обеспечены неограниченным числом вариантов распределения потоков воды по ее участкам.
Одним из основных условий, предъявляемых к начальному потокораспределению, является удовлетворение требований надежности. Под надежностью сети понимается ее свойство при любых случайных событиях, требующих выключения из работы отдельных участков, подавать потребителям воду в количествах не ниже установленных пределов. Надежность сети обеспечивается наличием в ней не менее двух параллельных транзитных магистралей, транспортирующих воду от точек подачи ее к сети до наиболее удаленных участков. Эти магистрали должны быть взаимозаменяемыми при аварии, т. е. иметь примерно равную пропускную способность. Кроме того, перемычки между магистралями должны иметь достаточную пропускную способность для возможности переброски воды с одной магистрали на другие (параллельные) в случае аварий на одной из них. Эффективным способом увеличения надежности водообеспечения является кольцевание сетей.
Метод исследования и результаты
Начальное потокораспределение, служащее основой для определения диаметров труб сети, должно быть намечено одновременно для всех расчетных случаев, которые могут существенно влиять на расходы участков
и напоры в них. Для каждого из таких расчетных случаев предварительно намечают по совмещенным графикам подачи и потребления воды предполагаемые величины подач водопитателей и нефиксированных отборов.
Характер потокораспределения в сети в большой степени зависит от ее конфигурации, расположения водопитателей и напорных емкостей. Начальное распределение потоков для каждого расчетного аварии случая производят с удовлетворением (точно или приближенно) баланса расходов в узлах сети (первый закон Кирхгофа).
Схемы начального потокораспределения для выбранных расчетных случаев позволяют установить значения расчетных расходов отдельных участков и определить по ним диаметры труб. Разумеется, для различных расчетных случаев расходы на одних и тех же участках будут различными.
Обычно один из основных расчетных случаев работы сети определяет для всех или большинства участков сети диктующие расходы. Иногда для отдельных участков перед определением диаметров приходится вносить в расчетные расходы коррективы исходя из вероятной нагрузки этих участков при других расчетных случаях.
Рисунок 1.
Здесь: 1-перемычки; 2-магистрали; 3-место аварии.
Для назначения диаметров перемычек, которые при нормальной работе системы (рис. 1,а) нагружены весьма слабо или совсем не работают, следует принимать расход qa, перебрасываемый по перемычке в случае аварии (рис. 1, б). Этот расход будет меньше идущего по магистрали ^ = ац), так как он передается на несколько соседних магистралей. Диаметры перемычек можно назначать по конструктивным соображениям после определения наивыгоднейших диаметров магистралей. Обычно диаметр перемычки принимают на один порядок ниже (по соответствующему стандарту используемых труб).
Как уже отмечалось, характер движения воды по участкам кольцевой сети в значительной степени зависит от ее конфигурации и расположения точек подачи воды к сети и крупных (фиксированных и нефиксированных) отборов воды.
Рисунок 2. Движения воды по участкам кольцевой сети.
Рассмотрим прежде всего системы с одним водопитателем (насос и башня в начале сети) без нефиксированных отборов.
На схеме, приведенной на рис 2,а, представлена сеть такой конфигурации, при которой четко разграничена роль отдельных линий сети. Линии а — это постоянно нагруженные транзитные магистрали. Линии б— распределительные «гребенки», тоже постоянно нагруженные; они раздают воду по магистралям. Наконец, линии в — перемычки, работающие при авариях на магистралях.
На схеме рис. 2,б представлена сеть, в которой расположение водопитателеи обусловливает отсутствие четкого различия между транзитными магистралями и перемычками. Все линии сети постоянно
нагружены (в той или иной степени). При аварии на одном из участков параллельные участки работают с большей нагрузкой.
Сеть, показанная на рис. 2,в, при одном источнике питания имеет две конечные точки не схода. Центральная линия б от водопитателя играет роль распределительной «гребенки», работающей на оба направления, а по каждому из двух направлений проходят линии параллельных магистралей а с соответствующими перемычками в. Конечных точек схода может быть несколько.
а)
б)
Рисунок 3. Системы с общим числом водопитателеи и нефиксированных отборов.
Рассмотрим далее системы с общим числом водопитателеи и нефиксированных отборов, равным двум. Распространенной системой такого типа является система с контррезервуаром. В этой системе в часы наибольшего водопотребления вода поступает в сеть от насосов и от башни, которая в указанный период служит вторым водопитателем (рис. 3,а). В периоды превышения подачи воды насосами над водопотреблением избыток подаваемой воды проходит транзитом через сеть и поступает в башню, которая в этот период работает как нефиксированный отбор (рис. 3, б).
Начальное потокораспределение в таких сетях должно быть намечено одновременно для двух расчетных случаев — на работу в часы наибольшего водопотребления и на работу в часы наибольшего транзита воды в башню. Если предусмотрена равномерная работа насосов в течение суток, то расходы в головных участках сети в обоих расчетных случаях будут мало изменяться. В участках сети, примыкающих к точке присоединения башни, расчетные расходы будут менять знак при этих расчетных случаях, но значения их обычно не будут сильно различаться. Значительно меняется нагрузка в часы наибольшего водопотребления и в часы транзита в участках
сети, примыкающих (и близких) к границе зон питания сети от насосов и от башни. Расходы в часы транзита здесь часто оказываются большими.
За основной расчетный случай для определения диаметров труб магистральной сети следует принимать работу часы наибольшего транзита воды в башню.
Характер движения воды в сети с контррезервуаром будет зависеть от ее конфигурации и взаимного расположения точек присоединения водоводов от насосов и от башни. Это оказывает соответствующее влияние на назначение диаметров отдельных линий.
К категории сетей, имеющих общее число водопитателей и нефиксированных отборов, равное двум, относятся также сети, питаемые от двух насосных станций или от одной насосной станции и одного напорного резервуара, постоянно подающего воду в сеть. Такая система тоже может иметь одну, две и более точек схода. Как и в сетях с одним водопитателем, в рассматриваемых сетях при начальном потокораспределении должны быть предусмотрены и соблюдены требования надежности.
В системах с несколькими (более двух) водопитателями и нефиксированными отборами распределение потоков воды в отдельные периоды работы (как и выбор расчетных расходов) может оказаться весьма сложным.
Таким образом, на основании принятого начального распределения потоков воды в сети (любого типа) для основных расчетных случаев могут быть получены значения расходов, по которым определяются диаметры труб с соблюдением требований экономичности и надежности.
Следует отметить, что нахождение значений наивыгоднейших диаметров осуществимо только при заданном потокораспределении, т. е. при некоторых принятых значениях расходов в участках сети.
Нахождение наивыгоднейшего распределения расходов в кольцевой сети приводит к превращению ее в разветвленную (для удовлетворения тех же заданных узловых отборов).
Факторы, влияющие на потокораспределение
1. Диаметр трубопроводов: Чем больше диаметр трубы, тем меньше сопротивление потоку, и больше воды может быть передано через этот участок. Распределение диаметров по сети играет ключевую роль в обеспечении нужного потока воды к каждому потребителю.
2. Длина трубопроводов: Более длинные трубопроводы имеют большее гидравлическое сопротивление, что требует большего давления для прокачки воды.
3. Высота рельефа: Разница в высотах различных частей сети может значительно повлиять на распределение давления, и, как следствие, на распределение потоков.
4. Потребности в воде: Пиковые нагрузки, потребности разных потребителей на разных участках сети требуют гибкого подхода к потокораспределению, особенно в часы наибольшего потребления. Проблемы и задачи начального потокораспределения Одной из основных проблем при расчете начального потокораспределения является учет изменчивости потребностей в воде. В условиях реальной эксплуатации потребление воды может варьироваться в зависимости от времени суток, сезона и многих других факторов. Это требует разработки моделей, способных учитывать динамические изменения в сети.
Еще одной важной задачей является балансировка давления в сети. Для предотвращения возникновения зон с низким или чрезмерно высоким давлением необходимо тщательно настраивать работу насосов и корректировать диаметр труб на различных участках сети.
Заключение: Начальное потокораспределение в кольцевых сетях водоснабжения — это ключевой этап проектирования и эксплуатации таких сетей, который напрямую влияет на их эффективность и надежность. Правильное распределение потоков позволяет минимизировать затраты энергии, обеспечить равномерное давление во всей сети и избежать перегрузок на отдельных участках. Современные методы математического моделирования и компьютерные технологии позволяют значительно упростить и ускорить процесс расчета начального потокораспределения, обеспечивая высокую точность и адаптивность к изменяющимся условиям.
Использованные источники:
1. Н.Н Абрамов Абрамов, М. М. Поспелова, М. А. Сомов, В. Н. Варапаев, Д. X. Керимова Расчет водопроводных сетей. - М.: Стройиздат, 1983. - 30 с.
2. Сомов М.А.Журба М.Г Водоснабжение, Том 1 2010 год
3. Дерюшев Л.Г. Надежность сооружений систем водоснабжения Учебное пособие. — М.: МГСУ, 2015. — 280 с
4. К.Байманов., Г.Шаниязов., Р.Байманов., А.Сейтимбетов "Проектирования сетей водоснабжения" Ташкент - 2022.
