CC BY
64
Рыбаков Александр Сергеевич, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES THE PROCESS OF CREATING CURVILINEAR
WELL BY PUNCTURE IN LOAM
I.M. Kaverin, A.S. Rybakov
The process of puncturing the soil to create a curved borehole using asymmetric working tool diameters equal to the diameter of the tunnel-ru put. The assumption about the growth of the puncture force and power under such a scheme puncture. Empirical dependences of the working tool deflection from the straight axis of the well, depending on the size of the embedded portion of the tunnel is put at different speeds implementation.
Key words: puncture curved well, the HDD, the deviation of the working tool.
Kaverin Igor Mihailovich, candidate of technical sciences, docent, kim 2005 63 [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Rybakov Alexandr Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 628.1
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ КОММУНАЛЬНОГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Д.Б. Белов, Е.В. Масенков
Рассмотрены единичные показатели качества коммунального водоснабжения, определены методики их расчета и приведены этапы расчета комплексного показателя качества системы водоснабжения
Ключевые слова: водоснабжение, единичные показатели качества, комплексный показатель качества, методика расчета.
В настоящее время всё более актуальной становится проблема качества подаваемой потребителям воды в системе коммунального водоснабжения. Оценка качества питьевой воды необходима для получения объективной информации о состоянии какой-либо отдельно взятой системы коммунального водоснабжения, принятия конкретных мер для улучшения её качества и возможности сравнения квалиметрических показателей различных систем водоснабжения.
Для этого целесообразно определить комплексный показатель качества, для расчета которого необходимо [1]:
1) определить номенклатуру показателей качества и построить их структурную схему;
2) определить коэффициенты весомости показателей качества;
3) рассчитать относительные показатели качества;
4) выбрать функциональную зависимость;
5) вычислить комплексный показатель качества.
Таким образом, отсюда вытекает первоочередная задача - выбор единичных показателей качества (ЕПК), необходимых для определения комплексного показателя качества системы коммунального водоснабжения.
Выберем ряд основных единичных показателей качества:
- состав воды;
- бесперебойность подачи воды потребителю;
- обеспечение установленного давления воды;
- безопасность водоснабжения;
- экономические показатели.
Рассмотрим каждый из выбранных показателей качества системы коммунального водоснабжения подробнее.
Состав воды - один из наиболее важных показателей качества воды. Загрязнение воды может иметь серьёзные последствия для здоровья или же сделать воду непригодной для использования.
Для оценки загрязненности воды будем использовать методику, описанную в работе [5].
Эта оценка основывается на интервалах удельного комбинаторного индекса загрязненности воды в зависимости от количества критических показателей загрязнённости. Значение удельного комбинаторного индекса загрязненности воды определяется по частоте и кратности превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) по нескольким показателям и может изменяться в пределах от 0 до 16. При этом чистой воде соответствует значение 0, а наиболее загрязненной - значение 16.
Согласно методике [6] расчет значения индекса загрязненности и относительная оценка качества воды проводятся в два этапа: сначала по каждому изучаемому ингредиенту и показателю загрязненности воды, затем рассматривается одновременно весь комплекс загрязняющих веществ и выводится результирующая оценка.
Внутри ЕПК «Состав воды» можно согласно [2], [3] выделить ряд обязательных составляющих:
- органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность);
- обобщенные показатели (окисляемость, жесткость, рН, нефтепродукты, сухой остаток);
- неорганические вещества;
- органические вещества;
- радиоактивность;
- микробиологические и паразитологические показатели.
По каждой составляющей за расчетный период времени для выбранного объекта исследований рассчитываются характеристики, которые описаны ниже.
Повторяемость случаев загрязненности, т. е. частота обнаружения концентраций, превышающих ПДК. Оценочный балл рассчитывается как результат линейной интерполяции по диапазонам, приведенным в табл. 1 (при значениях повторяемости меньше 1% принимаем оценочный балл равным 0).
Таблица 1
Частный оценочный балл по повторяемости случаев загрязненности
Повторяемость, % Характеристика загрязненности воды Частный оценочный балл по повторяемости
[1; 10) Единичная [1,2)
[10; 30) Неустойчивая [2,3)
[30; 50) Устойчивая [3,4)
[50; 100] Характерная 4
Среднее значение кратности превышения ПДК рассчитывается только по результатам анализа проб, где такое превышение наблюдается. Результаты анализа проб, в которых концентрация загрязняющего вещества была ниже ПДК, в расчет не включают.
Оценочный балл рассчитывается как результат линейной интерполяции по следующим диапазонам, приведенным в табл. 2.
Таблица 2
Средняя кратность превышения ПДК для 1 - 2-го классов опасности загрязняющего вещества
Кратность превышения ПДК Характеристика уровня загрязненности Частный оценочный балл по кратности превышения
(1,2) Низкий [1,2)
[2,3) Средний [2,3)
[3,5) Высокий [3,4)
[5,®) Экстремально высокий 4
Балльная оценка по ЕПК «Состав воды» будет вычисляться следующим образом:
1 т ^повт ' ^кр.прев
01 = 1--I-^ ■ , (1)
т ■=1 16
где Fповт. - частный оценочный балл по повторяемости случаев загрязненности, определенной при контроле проб воды; FKpЛрев. - средняя
кратность превышения ПДК; т - число учитываемых показателей.
Бесперебойность подачи воды потребителю - круглосуточное бесперебойное обеспечение потребителя водой.
Бесперебойность подачи в значительной мере определяются надежностью работы насосной станции. Под надежностью понимается способность изделия (элемента, сооружения, системы) выполнять в определенных условиях эксплуатации все заданные функции, сохраняя рабочие параметры в пределах установленных допусков, в течение требуемого интервала времени [6].
Различные требования к бесперебойности подачи воды потребителю обуславливаются последствиями, которые могут возникнуть в результате прекращения подачи воды. Например, прекращение подачи воды для промышленного назначения может вызвать остановку технологических процессов производства, а также выход из строя оборудования. В то же время кратковременные перебои в поставках воды для бытового назначения не вызовет таких серьезных последствий.
Значение ЕПК «Бесперебойность подачи воды» напрямую зависит от времени, в течение которого потребителю подаётся вода. Значение этого показателя может варьироваться от 0 до 1, при этом он будет равен единице только в случае, если обеспечение потребителя водой круглосуточное и бесперебойное, в ином случае показатель будет меньше в соответствии с временем перерывов в подаче воды.
При этом ЕПК «Бесперебойность подачи воды» учитывает также и такие показатели, как время обнаружения аварии, время ремонта и время пуско-наладки системы. Так как все эти задержки времени составляют в сумме значение Тп - перерывы в подаче воды потребителю.
Таким образом, с учетом вышеприведенных показателей балльную оценку по ЕПК «Бесперебойность подачи воды» будем рассчитывать по формуле
02 = ^, (2)
где Т - время работы насосной станции; Т - время, в течение которого зафиксированы перерывы в подаче воды, произошедшие в результате аварий, повреждений и иных технологических нарушений на объектах централизованной системы водоснабжения.
Обеспечение установленного давления - обеспечение давления подаваемой потребителю воды (на вводе в дом) на соответствие нормам [4], где предусмотрено, что давление холодной воды на вводе, например, в девятиэтажный дом, должно составлять 4,2 кгс/кв см.
Обеспечение установленного давления воды позволит обеспечить оптимальные условия поставки воды всем категориям потребителей.
Следует учитывать следующие особенности системы водоснабжения:
- поставщик несет ответственность за доставку воды от повыси-тельной водонасосной станции до места ввода в дома потребителей, т.е. за количество поставляемой воды;
- объемы поставляемой воды, учитываемые при расчетах ЕПК, должны соответствовать показателям поставщика;
- падение давления воды в системе водоснабжения должно учитываться при его поставке от повысительной водонасосной станции к потребителям.
Следует отметить, что современные насосные станции, а также манометры, устанавливаемые на трубопроводах насосных станций, позволяют получать данные о давлении воды и использовать их для определения балльной оценки ЕПК.
Балльную оценку ЕПК «Обеспечение установленного давления воды» Q3 будем определять по принципу «чем меньше отклонение существующего значения давления воды от установленных норм, тем лучше». Из этого следует формула
Qз = 1 -£, (3)
Рн
где АР - отклонение существующего значения давления воды от установленных норм; Рн - нормативное значение давления.
Для оценки ЕПК «Безопасность водоснабжения» целесообразно использовать метод анализа видов и последствий потенциальных отказов (БМЕЛ) или разработанный на её основе отечественный стандарт ГОСТ Р 51814.2-2001 «Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов» [7], [8].
В соответствии с методикой [7] каждый дефект и причину дефекта оценивают экспертно по трем критериям:
- значимость;
- вероятность возникновения;
- вероятность обнаружения.
Соответственно приоритетное число риска (ПЧР) вычисляют по формуле
ПЧР = SOD, (4)
где S - балл значимости возможного последствия; О - балл вероятности возникновения несоответствия; D - балл вероятности обнаружения несоответствия.
Баллы S, О, D выбираются экспертами по таблицам, приведенным в ГОСТ Р 51814.2-2001.
При этом следует иметь в виду, что аналогом обрабатывающего оборудования (станки) в данном случае выполняют управляющие и контролирующие устройства в системе водоснабжения (задвижки, регуляторы давления и т.д.), а также насосы для повышения давления воды.
Для приоритетного числа риска должна быть заранее установлена критическая граница в пределах от 100 до 125 [7], она назначается разработчиками системы (в нашем случае это система водоснабжения). Общепринятой величиной является значение ПЧРгр = 125, но это значение может быть изменено в меньшую сторону при повышении требований к надёжности системы.
ПЧР позволяет оценить степень риска возникновения потенциальных несоответствий а. Учитывая, что максимально возможное число ПЧР соответствует наиболее критической ситуации, при которой Smax = Omax = Ощах = 10, степень риска а можно определить как отношение допустимого ПЧР к максимально возможному ПЧРП1ах:
ПЧРгр ПЧРгр ПЧРгр а =-— =---=-—. (5)
ПЧР . Г) . D 1 поп
11 11 max °шах ^max ^шах
При ПЧРгр = 125 степень риска а = 0,125, т.е. риск довольно высок, и эта величина требует обсуждения специалистов.
Полезно использовать при экспертизе системы газоснабжения формулу для определения допускаемых значений S, О и D при известном значении ПЧР^. Например, при ПЧРгр = 125 баллы S; О; D не должны превышать
2з,0,В=ЦЛЧРгр=У125=5.
Формирование балльной оценки Q5 производится следующим образом.
1. Определяется или назначается руководством организации значение критической границы ПЧРгр, например ПЧРгр =125.
2. Принимая условие, что «чем меньше расчетное значение ПЧР, определенное по формуле (4), тем лучше», формируем относительную балльную оценку Q4 как
ПЧР
11 11 max
При ПЧР > ПЧРгр величина Q4 не рассчитывается, а используется «правило Вето» и принимаются меры для уменьшения величины ПЧР. С учетом изложенного относительная балльная оценка должна удовлетворять неравенству
Q4 £ 1. (7)
Экономические показатели. При оценке качества системы водоснабжения экономические показатели являются также не маловажным критерием. От экономических показателей, в частности от рентабельности и экономической эффективности системы водоснабжения, зависит то, сколько потребителю придется платить за воду. Это снижает степень удовлетворенности потребителей, а следовательно, и качество, т.к. качество рассматривается как способность системы удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
Переменная часть эксплуатационных затрат, зависящая от режима работы сооружений, включает расход электроэнергии на насосных станциях, утечки и нерациональные расходы воды, расход химических реагентов.
Известно, что в городских водопроводах имеется значительный перерасход электроэнергии (до 10...15 %), обусловленный избыточными напорами воды, нерациональным распределением нагрузки между насосными станциями, а также работой насосных агрегатов при пониженных значениях КПД.
При оптимизации режимов работы водопроводов необходимо минимизировать не только потребление электроэнергии и потери воды, но также и недоотпуск воды вследствие недостаточных напоров в точках сети.
Поэтому в качестве критерия затрат 1затр следует рассматривать составную функцию [4]
Ьатр = ¡1 +13, (8)
где 11 - потери воды и перерасход электроэнергии, вызванные избыточными напорами в сети; 12 - штраф за недоотпуск воды потребителям при недостаточных напорах в ряде точек сети; 13 - затраты на управление (повышенный расход электроэнергии при переключениях насосов, потери энергии при дросселировании напора задвижками и др.).
Балльную оценку ЕПК «Экономические показатели» Q4 будем определять по принципу «чем меньше экономические потери, тем лучше». Из этого следует формула
Q5 = 1 - ^, (9)
1 д
где 1затр - экономические затраты на водоснабжение и различные экономические потери в сети коммунального водоснабжения; 1д - экономические доходы, полученные от коммунального водоснабжения.
Расчет комплексного показателя качества системы водоснабжения предлагается выполнять с использованием формулы среднего арифметического взвешенного [1]
n
Q = I g ■ Qi), (10)
i=i
где n - количество установленных единичных показателей качества; Qi -значение балльной оценки каждого ЕПК; gi - весовые коэффициенты каждого ЕПК; i - порядковый номер ЕПК, i = 1.. .n.
Список литературы
1. Басовский Л.Е., Протасьев В.Б. Управление качеством: учебник. М.: ИНФРА-М, 2007. 212 с.
2. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.
3. ГН 2.1.5.1315-03. ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
4. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения (утверждены Постановлением Госстроя СССР от 27.07.1984 года № 123).
5. РД 52.24.643-2002. Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.
6. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.
7. ГОСТ Р 51814.2-2001. Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов.
8. McDermott Robin Е., Mikulak Raymond J., Beauregard Michael R. The Basics of FMEA. 1996. 80 p.
Белов Дмитрий Борисович, канд. техн. наук, доц., imsbelov@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Масенков Евгений Вячеславович, асп., masenkov-evgeny@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PARAMETERS OF QUALITY OF MUNICIPAL WATER SUPPLY
D.B. Belov, E.V. Masenkov 103
The unit parameters of quality of public water supply, defined methodology for their calculation and shows the steps for calculating the complex index of the quality of the water supply system are considered.
Key words: water, unit parameters of quality, a comprehensive indicator of quality, the method of calculation.
Belov Dmitry Borisovich, candidate of technical sciences, docent, imsbelov@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Masenkov Evgeny Vyacheslavovich, postgraduate, masenkov-evgeny@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК669.017.3; 669.017.3:620.18
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ НА УРОВЕНЬ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА В АУСТЕНИТЕ И МАРТЕНСИТЕ ПРИ ЗАКАЛКЕ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Е.М. Гринберг, А.А. Алексеев, Е.Ю. Новикова, А.А. Яровицкая, А.Ф. Галкин
Изучено влияние скорости охлаждения при закалке науровень остаточных напряжений мартенсита после закалки сталей 40Х, 40Х13 и 40Н14. Показано, что факторы, способствующие увеличению возможного диффузионного пути углерода, приводят к формированию более неоднородного распределения углерода после закалки. Превалирующий вклад в перераспределение углерода в ходе закалочного охлаждения вносит сегрегация его на дефектах кристаллической решеткиаустенита в температурном интервале, предшествующем мартенситному превращению.
Ключевые слова: мартенситное превращение, скорость охлаждения, остаточные напряжения, перераспределение углерода, диффузионный путь, распад мартенсита.
В переохлажденном аустените в период охлаждения до точки Мн происходит перераспределение углерода в решетке аустенита с адсорбцией его на дефектах кристаллической структуры. Учитывая высокую подвижность углерода в аустените в интервале Тз -Мн, где Тз - температура нагрева стали под закалку, можно полагать, что подобное перераспределение должно приводить к заметному изменению первоначального распределения углерода.
С другой стороны, в мартенсите, образующемся в углеродистых сталях, процессы перераспределения углерода также получают заметное развитие. Результат этих процессов зависит от возможной протяженности
