Оптимизация основных параметров машинного водоподъема оросительных систем Саратовского Заволжья

Ермакова, Ирина Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Оптимизация основных параметров машинного водоподъема оросительных систем Саратовского Заволжья
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация основных параметров машинного водоподъема оросительных систем Саратовского Заволжья"

На правах рукописи

ЕРМАКОВА ИРИНА МИХАЙЛОВНА

ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИННОГО ВОДОПОДЪЕМА ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ САРАТОВСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и

охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САРАТОВ 2004

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Крылов Евгений Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Дементьев Александр Иванович

кандидат технических наук, Столбушкин Владимир Александрович

Ведущая организация - Государственное научное учреждение «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации»

Защита диссертации состоится «29» июня 2004 г. в 12 00 на заседании диссертационного совета К 220.061.01 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан мая 2004 г.

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Переход к рыночным отношениям и происшедшие за последнее десятилетие экономические преобразования резко повысили реальную стоимость материалов, оборудования, строительно-монтажных работ и энергоресурсов, что привело к коренным изменениям в отношении к проблеме минимизации затрат на проектирование, строительство и эксплуатацию оросительных систем, в первую очередь такой их капитало- и энергоемкой части, как гидротехнический узел сооружений машинного водоподъема (ГУСМВОС).

Одним из путей повышения эффективности капиталовложений и энергосбережения является комплексная оптимизация взаимозависящих основных параметров элементов ГУСМВОС на основе традиционного критерия - минимума приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию.

В настоящее время работники проектных организаций при технико-экономическом обосновании проектного решения по тому, или иному элементу ГУСМВОС пользуются трудоемким, морально устаревшим методом вариантных расчетов, которые громоздки, занимают много времени и сопровождаются трудностями, связанными с применением ЭВМ, в силу необходимости составления дополнительных подпрограмм.

Поэтому исследование аналитических методов при комплексном, системном подходе к проектированию гидроузлов с оптимальными параметрами их основных элементов в условиях рыночной экономики являются актуальными на современном этапе развития гидромелиоративной сферы АПК, так как необоснованные технико-экономически проектные параметры различных элементов ГУСМВОС приводят к значительному перерасходу денежных затрат на их сооружение и эксплуатацию.

Анализ существующих проектов гидроузлов машинного водоподъема, выполненных проектными организациями РФ показал, что зачастую принимаемые ими технические решения далеки от оптимальных. Таким образом, результаты исследований позволят после их внедрения в практику проектирования оросительных насосных станций получить реальный экономический эффект.

Цель работы - повышение эффективности подачи воды на орошение головными насосными станциями в составе гидротехнического узла сооружений машинного- водоподъема оросительных систем путем оптимизации определяющих параметров их основных элементов, расположенных на трассе водопо-дачи, на основе разработки научно обоснованных аналитических зависимостей для их расчета.

Задачи исследований

1. Теоретически обосновать определение расчетного расхода воды, как основного фактора, влияющего на выбор оптимальных параметров машинного водоподъема оросительных систем.

2. Установить аналитические зависимости для расчета оптимальных значений диаметра, количества ниток напорных трубопроводов и скорости воды в них в условиях многофакторного воздействия на оптимизируемые параметры.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

3. Обосновать и разработать рекомендации по расчету оптимального соотношения длин подводящего канала и трассы водоподачи при сложившемся паритете цен на материалы, строительно-монтажные работы и электроэнергию.

4. Установить влияние различных факторов на величину оптимизируемых параметров машинного водоподъема оросительных систем, провести обследование существующих объектов и дать их экономическую оценку. Научная новизна диссертации заключается в системном подходе к решению проблемы повышения эффективности машинного водоподъема оросительной системы путем комплексной оптимизации элементов гидроузла по трассе водоподачи с получением аналитических зависимостей для расчета их основных параметров, а также анализе и обобщении теоретических положений и закономерностей, в результате которых впервые:

- установлены характер и влияние конфигурации графиков водопотребле-ния орошаемой территории на величину расчетного расхода воды и коэффициента использования максимума водоподачи головной насосной станции;

- осуществлено теоретическое обобщение, даны методические основы и обоснованы, аналитические зависимости для определения оптимальных диаметров и количества ниток напорных трубопроводов различных конструкций с учетом конъюнктуры цен на материалы, СМР и электроэнергию;

- решена задача определения основного фактора трассы водоподачи - оп-. тимального удаления насосной станции от водоисточника (длины подводящего канала) с учетом влияния условий рыночной экономики;

- установлено влияние отклонения основных параметров ГУСМВОС от оптимальных значений в аспекте экономической эффективности результатов исследований, приведенных в диссертации.

Объект исследований: головные насосные станции с комплексом гидротехнических сооружений, расположенных на трассе водоподачи оросительных систем.

Методика исследований. Предлагаемый в настоящей работе метод оптимизации основан на научном обосновании аналитических зависимостей для определения оптимальных параметров. При этом используется системный, комплексный подход к оптимизации связанных между собой параметров элементов машинного водоподъема.

Практическая ценность работы. Проведена системная комплексная технико-экономическая оптимизация основных параметров элементов ГУСМВ по трассе водоподачи оросительных систем, позволяющая рекомендовать полученные оптимальные параметры при проектировании в области гидромелиорации.

Определены основные факторы, влияющие на эффективность ГУСМВОС. Даны практические рекомендации в виде расчетных формул и графиков, которые могут быть успешно использованы проектировщиками. Установлено влия-

ние экономических факторов на эффективность систем машинного водоподъема с оптимальными параметрами их основных элементов.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Теоретические предпосылки определения и научного обоснования расчетного расхода воды в напорных трубопроводах гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема оросительных систем (ГУСМВОС).

2. Аналитические зависимости для выбора оптимальных значений диаметра напорных трубопроводов, места расположения головной насосной станции на трассе водоподачи от водоисточника до водовыпускного сооружения, количества ниток напорных трубопроводов с учетом влияния основных факторов, определяющих материальные и энергетические затраты.

3. Результаты исследований экономической эффективности оптимизации элементов ГУСМВОС.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием методологии технико-экономических исследований на базе основного критерия оптимизации - минимума приведенных затрат, применением фундаментальных законов гидродинамики и достоверных, широко апробированных методов теоретических исследований в области гидромелиорации, а также апробацией результатов работы в рамках их сходимости с результатами исследований других авторов в данном направлении науки и техники.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет» в 2002-2004 гг., на научно-технической конференции Саратовского государственного технического университета в 2003 г., на Межрегиональном совете по науке и технологиям Российской академии наук (отделение проблем машиностроения и процессов управления, Уральское отделение ВАК РФ), г. Екатеринбург, 2003 г.

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 статьи в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 153 страницах и состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников 119 (наименований), имеет 30 рисунков, 12 таблиц, 5 приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «Введении» дана краткая формулировка проблемы повышения эффективности элементов ГУСМВОС, обосновано направление исследований на основе системного комплексного подхода, поставлена цель работы, обозначены основные задачи исследований, отражена научная новизна полученных результатов, их достоверность и практическая ценность, а также апробация работы.

В первой главе «Общая характеристика работы» дано обоснование актуальности исследований, рассмотрены вопросы выбора методов исследований, проведен анализ существующих методов проектирования и строительства ГУСМВОС. Анализ применяемых в настоящее время методов оптимизации параметров элементов ГУСМВОС показал, что она базируется на проведении

громоздкях, трудоемких вариантных расчетах, которые не отвечают современным требованиям в условиях необходимости массового использования для этих целей ЭВМ

Актуальность проблемы диктует необходимость разработки новой методики оптимизации указанных параметров на основе аналитических зависимостей, учитывающих многофакторное воздействие на оптимизируемые величины в условиях современной рыночной экономики (рис. 1). При этом теоретическим инструментом оптимизации является традиционный метод исследований, базирующийся на минимизации приведенных затрат.

Рис. 1. Схема многофакторного воздействия на оптимизацию параметров основных элементов ГУСМВОС

Значительный вклад в развитие теоретических основ ГУСМВОС внесли отечественные ученые и специалисты В.В. Рычагов, В.Ф. Чебаевский, КЛ. Вишневский, В.В. Кондратьев, И.Н. Накладов, А.А. Третьяков и др., а также зарубежные - Е. Фухлокер, Н. Шулъц, Л.В. Ескритт, Ф. Форсайт, А. Паркер.

В области совершенствования проектных решений гидроузлов машинного водоподъема следует отметить труды О.Я. Гловацкого, М.И. Мамажонова, У. Ботирова, В.М. Ярошенко, В.Б.Кареева. К работам, имеющим научное значение в аспекте аналитической оптимизации параметров можно отнести труды Б.И. Боровского, А.В. Хохлова, Г.Е. Мускевича, Н.Д. Культиасова, В.Ф. Чеба-евского.

Вместе с тем выполненный анализ работ по выбору оптимальных параметров ГУСМВОС свидетельствует о том, что предлагаемые методы оптимизации

основаны на решении большей частью частных, дискретных задач, они исключают системный, комплексный подход к решению проблемы. Отсутствие конкретных научно обоснованных рекомендаций, базирующихся на аналитических зависимостях, комплексного исследования влияния экономических показателей на ГУСМВОС, как сложной многофакторной системы зачастую приводят к ошибочным проектным решениям, приводящим к перерасходу приведенных затрат.

Во второй главе «Теоретические исследования расчетного расхода воды в напорных трубопроводах ГУСМВОС» разработан аналитический метод определения расчетного расхода воды, основанный на замене ступенчатого графика водопотребления на график в виде плавной кривой, описываемой одним из уравнений:

- для конфигурации графика умеренно выпуклой формы (} = А,т2 +В,т + С, (1)

- выпуклой формы С}2 = А2т2 + В2т + С2 (2)

- вогнутой формы 0 = (а3т1 + В.т + с,)"1 (3)

- прямолинейной формы С? = А4х + В4 (4)

Таблица 1

Уравнения для вычисления коэффициентов, входящих в формулы (1-4)

Коэффициенты Расчетные уравнения

А Аьм3/с-сут Аг, ы'/с2-сутг Аз, с-сут^/м3 Ач, м3/с-суг А*, м3/с-сут

(1/0_-1/0.)-В,т„ 0-,-в. т. т.-т.

В Вь м3/с-сут В2,м6/с2-сут Вз, с/сут-м3 В«, м3/с в* м /с-сут

т. в.-оО-Ат, % Он Ож-Аъ

С Сь м"7с Сг-м'/с11 С3, с/м-1 - —

Ой О2. о:' - —

где т-продолжительность работы насосной станции от 0 до времени, соответствующему м3/с в с уА|'чА4,1В)-В4, - эмпирические коэффициенты, которые при условии (Зшах^!; О^ЛЗт«« Он -относительная водоподача в начальном периоде (ти=0); (},; -относительная водоподача в конечном периоде при сут, определяются по формулам, сведенным в

таблицу. 1.

Графики водопотребления подразделены на три основных вида: 1)

(дн/дт,ч=0,4;дг/дтал=0,2);(дн/Огпал=0,6;О1/дтах=0,2);(д1/дта)<=0,66;О,/дтах=0>33)

(5)

-с преимущественным водопотреблением в весенне-летний период; 2) (д^шах=о,2;д^тах=о,4)5(0^=0,2;дудтах=о1б);(дн/дгаах==озз;д1с/дтах=о)бб) -с Преимущественным' водопотреблением в летне-осенний период; 3) (0^0-»КЩ„=0,6; О.4! 0,3; 0,2)- с одинаковым водопотреблением в весенне-летний и летне-осенний периоды. Графики водопотребления различной конфигурации показаны на рис.2.

Расчетный расход воды для ступенчатых графиков водопотребления традиционным методом находится как среднекубическая величина -0 ¡£(0,4.)

' = У I*.

Нами предлагается формула др^дщах, где ^-коэффициент использования максимума нагрузки, определяемый по выражению

]0йх у = -8- >

В результате интегрирования получим

»,-^ф + с.. (6)

Уу^х+С, е^щ^^щ^с, | А | ф (7)

' х 4Аг ЯАгО^Л^Г+ВгХ+С,'

Л = 4А2С2—В1. причем при А:>0

{' , 61 .. — = -71=1п^А(Агх'+В.х + Сг) + 2Агхгч-В,]. ^

°^Агх: + Вгх + Сг т/А2

приА2>0; Д>0 ] I (9)

'■^А2т2 + В,Х + С, л/А7 &

при Аг<0; Д=0 } Чх ' цц^в (Ю)

°уА,х2 +В2х+С, л/А7

приА2<0; Д<0 , ' (И)

оуАгх2 + В2х+С, -^-Д

Аг<0; Д <0, для которого

(2А.Х +В?)^/А,ха + В;х + Сэ Д 1 . 2А.Т + В, П2^

у, ----+---==агс51п—\_ •,

4А2 ^ л/71

при Д = 4А- В* )0 ¥ 2 агсе^Ц!®!, (13)

Хт/Д < А

при ДО 2 ь^ч-В.-У^-А (14)

' тТ^Гй 2А,х + В,+л/Гд'

Значения у, рассчитанные по формулам (6-15), даны в табл. 2. Сравнение полученных данных со среднекубическим расходом показал, что расхождение находится в пределах от -7,6 до 16,7 %.

Рис.2. Графики водопотребления различной конфигурации <?Л?,пм=Я[т): а - умеренно выпуклой формы; б - выпуклой формы; в - вогнутой формы; г - прямолинейной формы- 1-<2н=0,4; <ЗкЮД; 2<}н=0,6; Ок=0Д; 3-Он=0,66; (}к=0,33; 4-С>н=0,2; 0к=0,4; 5-(}н=0,2; 0к=0,6; 6-С}н=0,33; <2к=0,66; 7-<Зн=0,2; Ок=0Д 8-<}к=0,33; (}к=0,33 (для графиков а, б, г); 1-<3н=0,б; Рк=0,6; 2-<5к=0,5; <2к=0,5; 3-С>н=0,4; С?к=0,4; 4-(}н=0,3; Ок=03; 5-<Зн=0,2; (}к=0,2 (для графика в).

Таблица 2

Коэффициент использования максимума нагрузки для различных вариантов графика водоподачи оросительной насосной станции_

Вид графика водоподачи оросительной насосной станции С преимущественным во-допотреблением в весенне-летний период С преимущественным водо-потреблением в летне-осенний период С одинаковым водопо-треблением в весенне-летний и летне-осенний периоды

№ варианта 1 2 3 I 4 5 6 7 8

ДОЛЯ Он/Ои,, 0,4 0,6 0,66 | 0,2 оа 0,33 0,2 0,33

Доля <},,/<}„„ 0,2 од 0,33 | 0,4 0,6 0,66 ОД 0,33

Уравнение Коэффициент использования максимума нагрузки, Ч?

1 0,766 0,800 0,832 0,7667 0,800 0,822 0,733 0,777

2 0,814 0,834 0,853 0,817 0,833 0.846 0,811 0,802

3 0,680 0,801 0,800 0,680 0,801 0,778 0,554 0,673

4 0,650 0,700 0,748 0,650 0,700 0,733 0,600 0,665

Среднее значение 0,728 0,784 0,808 0,729 0,783 0,795 0,674 0,730

В третьей главе «Обоснование оптимальных параметров элементов ГУСМВОС» разработана методика и проведены теоретические исследования по оптимизации диаметра и количества ниток напорных трубопроводов, скорости воды в них и места расположения оросительной насосной станции на трассе водоподачи.

В качестве критерия оптимизации принят традиционный метод, основанный на минимуме приведенных затрат

3„=Е,К + 3Я=37,РУ6/ГВД 06)

где К - единовременные капиталовложения, руб; 3Э=3ЭТ+А - издержки производства - переменная часть эксплуатационных расходов на электроэнергию и амортизационные отчисления Ар^К, руб/год; Е„ =0,12 Угод - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; ц, = общая норма амортизации, % в год, которую с достаточной для расчетов точностью можно принять в пределах ц/100= 1,5%.

Тогда выражение (16) примет вид

3„«ЕвК + Зя, руб/год (17)

где Е0 = (ЕН +ц/Ю0) = 0,135 1/год

При исследовании оптимального диаметра напорных трубопроводов предложена формула для капиталовложений в сооружение 1 м трубопровода

К=Ш' , руб (18)

где Ь, a - эмпирические коэффициенты, зависящие от материала стенок трубопровода, его конструктивных особенностей и способа прокладки, значения которых, соответствующие средним значениям напора (50-80 м) приведены в табл.3. Коэффициенты а и Ь могут изменяться вследствие нестабильности паритета' цен на тубы и СМР в условиях российской рыночной экономики, в табл.3 они даны по состоянию на 2004 г.

Таблица 3

Значения эмпирических коэффициентов а и Ь для различных трубопроводов

Тип трубопровода Рекомендуемый диапазон изменения диаметра О, мм а Ъ

Стальной засыпной 300-1600 1.57 3000

1700-4000 1,31 6600

Железобетонный сборный 300-1600 1,69 5200

Стальной на Катковых опорах- 1400-4000 ' 1,91 5050

Железобетонный монолитный 1500-4000 1.88 3050

Асбоцементный 100-500 1,13 3350

Переменная часть приведенных затрат на строительство и эксплуатацию 1 м напорного трубопровода определяется по выражению

3„-Е.Ы>- /'°81^У-С'ТР-',РУ6/ГХ>Д, (19)

ц-п1

дифференцирование которого при условии с13Пр/(Ю=0 дает формулу

- I п5лаЬЕ0 ,

(20)

где X - коэффициент гидравлического трения; С, - тариф на электроэнергию,- руб/кВт ч; Т - суммарная продолжительность всех оросительных периодов, ч; п - количество ниток напорных трубопроводов; г) - КПД насосной установки

При обосновании оптимального количества ниток напорных трубопроводов в качестве исходного - предложено уравнение

з^ = Е,ЬВ> + 9'81Ь^-С>Т, руб/шд, (21)

Т1П

О^- удельные потери напора на 1 м трубопровода, м;) в результате дифференцирования которого при условии с13пр/с1п=0 получена формула

0,034-Г

10-«

(1-3»а)Е, -Ь

■с;—

(22)

где а=(а+5)*'.

Из формулы (22) следует, что оптимальное число ниток определяется не только конструктивными особенностями трубопроводов (а, Ь, X), но главным образом производительностью насосной станции и тарифом на электроэнергию.

Комплексная оптимизация основных параметров напорных трубопроводов завершается определением оптимальной скорости воды в них

та

где о, =(а-])/(а + 5); р = 2/(а + 5); а . М3/с.

Расчеты показывают, что при Т=4000 ч; С,=1...2 руб/кВтч; Пор,=2; \р=0,7: Ртал=5...30 м3/с значения оптимальной скорости воды в напорных трубопроводов различных конструкций изменяются в достаточно широких пределах - от 1,2 до 2,3 м/с.

При выборе оптимального места расположения оросительной насосной станции на трассе водоподачи используется следующее выражение для приведенных затрат

= £.(К„ + кл + + К,) + 3„, руб/год, (24)

где кя =С„(0,5ш1г1'х1 +о.бЗО^и'х3 +9000|1х), руб. - капиталовложения в земляные работы на сооружение подводящего канала и пристанционной площадки; ш- коэффициент заложения откосов подводящего канала; 1 — осреднен-ный уклон местности трассы водоподачи (см.рис.З.); х = СД; длина канала,

С- общая длина трассы от водоисточника до водовыпускного сооружения, м); С«* - стоимость земляных работ, руб/м}; КЛ = Сй,(|+ (1>7(3!£+2*Н„)7! + т1[5-/-х - капитальные затраты, руб., на железобетонную облицовку откосов и дна канала; ДНу, - амплитуда колебания максимального и минимального уровней воды в водоисточнике (ДНу8=Т махУВ- Т минУВ), м; С^ - стоимость 1м3 облицовки, руб; 5 - толщина облицовочного слоя, м; = 2С„1х- капитальные затраты,

руб., на строительство дорог по бермам канала от водоисточника до насосной станции; Сдс,р - стоимость строительства 1 м дороги, руб; к, = ьо;,п1(1 - х)- капиталовложения в сооружение напорных трубопроводов, руб.; з -(_ переменная часть эксплуатационных расходов на элек-

троэнергию, затрачиваемую на преодоление потерь напора в трубопроводе, руб/год.

. А-А

Рис.3. Продольный профиль и план трассы водоподачи:

1 - водоисточник; 2 - подводящий канал; 3 - аванкамера; 4 - насосная станция; 5 - реальный профиль трассы; 6 - условный профиль трассы (¡^сопй); 7 - пристанционная площадка; 8 - напорные трубопроводы, 9 - водовыпускное сооружение; 10-отводящий канал. Отметки: ТшахУВНБ,ТшшУВНБ- максимального и минимального уровней воды в водоисточнике; ТПМЗ- пола машинного зала; ТДПК- дна подводящего канала; ТУВВБ- уровня воды в голове отводящего канала.

Для условия минимума приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию подводяшего канала с!3пр/(1х=0 с учетом выражения (24) оптимальное место расположения насосной станции на трассе водоподачи определяется по формуле

( ОМО"*

где Ф - функционально-стоимостной параметр, рассчитываемый по выражению

ф. _

Одним из основных определяющих параметров при нахождении х^,* является уклон местности -ь Минимальный критический уклон при котором практически всю трассу занимает подводящий канал, а насосная станция находится непосредственно около водовыпускного сооружения. Максимальный критический уклон при котором подводящий канал практически отсутствует - насосная станция расположена на берегу около уреза воды, а всю трассу занимают длинные напорные трубопроводы, причем

н?

♦ч-! - - (27)

гдерГп!пЛ+2П; ч = ПЧ;п = о:240^;П2=9000.

^ X2 ) X х! 1

3.75^bd^-п+ -9000c^i-c^,^7q^ +(i,7q^ +2aar.)vl + m,^-2cw jm

так как при xopl=0 выражение (27) становится математически не корректным (ij^—ко), то в расчетах рекомендуется принимать хЮ,01, имея в виду аванкамеру, врезанную в берег водоисточника; i ¡¡¡п - при х=1.

Таким образом, предложенные аналитические зависимости для взаимосвязанных Dopt. Пор, Vop, и Хор, представляют собой комплексную оптимизацию параметров элементов ГУСМВОС.

В четвертой главе «Влияние различных факторов на оптимизируемые параметры элементов ГУСМВОС» проведены расчетао-теоретические исследования по выявлению зависимостей на рассматриваемые параметры основных факторов, имеющих на них непосредственное воздействие (см.рис.1). По результатам расчетов (табл.4) для принятых постоянными исходных данных: у=0,7; Х=0,02; tj=0,85; Т=4000 ч построены графики, иллюстрирующие степень влияния Сэ, Qmax и Т hadop, (см.рис.4).

Результаты анализа влияния Сэ, Qm« на Пор1 иллюстрируют данные, приведенные в табл.5, откуда следует, что в основном экономически целесообразно прокладывать напорные трубопроводы в две нитки; сооружение трех ниток оправдано лишь при высоких тарифах на электроэнергию и большой производительности оросительной насосной станции.Проведен технико-экономический анализ влияния CW, 1, i на х<,р„ , на Хор, при оптимальных значениях Dopt и n^ для стальных засыпных трубопроводов. В расчетах кроме указанных выше приняты постоянными, осредненные по состоянию на 2004 г., следующие величины: Скы=50 руб/м3; Со&, = 300 руб/м3; Сдор=1500 руб/м; С,=1,5 руб/кВтч; ДНу,=5м.

Результаты расчета сведены в табл. 6.

! 1 1 ) у

1 1 //

У, (А1

/1 1 ' 1

а 4 4 ш >«

■•им

I» »имя

Мдксимадкмая (юиоппаача иаспсипА сиянии Отак м /с М

1 1Л 1.» 1,7« I

1 (¿С 1Д 1,7« 2

* 1Д« 1« 17« 2

V Тв 1.7* 2

Стоимость зяслроэиергми, руб/к&тч

Рис.4. Влияние максимальной водоподачи и стоимости электроэнергии на оптимальный диаметр напорных трубопроводов:

а - стальные засыпные 0<1600 мм; б • стальные засыпные 0>1600 мм; в • стальные на Катковых опорах 0>1400 мм; г - железобетонные сборные 0<1600 мм (цифры на кривых - тариф на электроэнергию, руб/кВтч - в верхних графиках; максимальная водоподача насосной

станции <Зтах, м3/с - в нижних графиках), оптимальное количество ниток п=2 ; п=3-----).

Таблица 4

_Оптимальный диаметр напорных трубопроводов

Тип трубопровода

Стальные засыпные

Стальные на Катковых опорах

Сборные железобетонные

Рекомендуемый диаметр напорного трубопровода О, мм

<1600

>1600

>1400

<1600

Тариф на электроэнергию С» руб/кВтч

1 и

1,5

1 2

Максимальная производительность насосной станции Од,, м'/с_

>2,0

<3.0 >8,0

20-50

10-50

>18 Т~

>7,5

Количество ниток напорного трубопровода п

Оптимальный диаметр Сот- мч

§ 8

Таблица 5

Оптимальное число ниток напорных трубопроводов ГУСМВОС.

Тип трубопровода Стальные засыпные Стальные на Катковых опорах Сборные железобетонные

Диаметр напорного трубопровода Б, мм <1600 >1600 >1400 <1600'

Тариф на элек-троэнеро гиюСэ, руб/кВтч 1 1,5 2 1 1,5 2 1 и 2 1 1,5 2

Махсималь ная произ- во-дительно-сть насосной станции (}макс, м3/с >2,0 >2,0 <8.0 >8,0 20-50 10-50 >18 >7,5 >5

Оптимальное количество ниток напор- него грубо- провода Пси 2 2 2 3 2 2 2 2 3 3 2 2 2

Таблица 6

Оптимальное соотношение (х0ПТ=СД)_

Максимальная водопо-дача НС, (}чах,м3/с 5 10 20 30 50

Длина трассы водопо-дачи, £, км 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Уклон местности по трассе,! 0,01 0,44 0,22 о 1,00 0,63 0,42 | П.00 0,81 0,54 1,00 0,97 0,64 о о 1,00 0,80

0,02 о о о 0,56 0,28 оо о 0,76 0,38 0,25 0,93 0,46 0,31 1,00 0,58 0,39

0,04 о о о 0,09 0,09 0,06 0,32 0,16 0,10 0,42 «ч о 0,14 0,55 г- ГЧ о 00 о

0,06 о о о 0,025 ! 0,013 0,008 0,174 1 0,087 0,006 0,240 0,124 0,082 0,340 0,170 0,114

0,1 о о о о о о о о о 0,09 0,05 0,03 г© 0,08 0,06

Минимальный критический уклон, иЛс„=1) 0,0057 1 0,0032 0,0021 1 1 0,013 0,0066 0,0046 1 0,016 0,0083 0,0056 0,019 0,0097 0,0027 0,023 0,012 0,008

Максимальный критический уклон, 5„,ЛС„=0) 0,020 0,065 0,095 0,125 0,195

19М М* ГИ

и».

»ИМ«»

Отах,ы/с

Рис.5. Зависимость величины Хо,«: а - от уклона местности по трассе водоподачи (при (}тах = 20 м5/с); б - от длины трассы водоподачи (при От« = 20 м'/с); в - от максимальной подачи насосной станции (при 1 = 2000 м).

Рис.6. Номограмма для определения оптимального места расположения насосной станции на трассе водоподачи (Цифры на кривых х^НкЛ)

Степень влияния указанных факторов на Х^ наглядно демонстрируют графики, представленные на рис. 5.

В помощь проектировщикам, использующим рекомендации настоящей работы предложена номограмма для приближенного определения Хорь составленная для указанных выше исходных данных (рис. 6). Заштрихованные области соответствуют значениям критических уклонов.

В пятой главе «Экономическая оценка результатов ' исследований» приведены результаты теоретических исследований по расчету экономической эффективности оптимизации параметров элементов ГУСМВОС, обусловленной

—»».Л«» -

\ '

\...

V —4

—у Зир.*мь ггЧп» -

|..... Я«"»-

и\ \

»— Зщц гыср« «>< —

1 'I

V ""

Л I

¡0 -25 в «

Отклонение от Оори

Рис.7. Экономия приведенных затрат за счет оптимизации диаметра напорных трубопроводов: а - стальные засыпные трубопроводы 0<1600 мм; б - то же, Б>1600 мм; в - железобетонные сборные 1><1600мм. (Цифры на кривых: максимальная подача насосной станции Ояих, м3/с).

-——Эй р. тис. г» ■ /

'Г

\ ••• 1

Л ••• 1

V по

—-ЙГ-15 -

Отклонение от хори

Рис.8. Экономия приведенных затрат за счет оптимизации соотношений длин подводящего канала и трассы водоподачи: а - стальные засыпные трубопроводы О <1600 мм; б -то же, С>1600 мм; в - железобетонные сборные 1600 мм. (Цифры на кривых: макси-

мальная подача насосной станции (^шю, м /с)

ликвидацией перерасхода Зпр, вызванного отклонением их от оптимальных значений. Даны также результаты обследования действующих ГУСМВ некоторых

оросительных систем, расположенных на левом берегу р.Волга в Саратовской области.

Количественную картину экономической эффективности, обусловленной оптимизацией диаметра напорных трубопроводов и места расположения насосной станции на трассе водоподачи наглядно отражают графики, приведенные на рис.7, 8.

Данные, представленные на рис.7, 8 соответствуют комплексной оптимизации взаимосвязанных параметров- Порс» Хор- Технико-экономическое обследование действующих оросительных систем (Духовницкой, Комсомольской, Балаковской, Гагаринской, Энгельсской) свидетельствует о том, что находящиеся в их составе ГУСМВ запроектированы и построены с параметрами, не соответствующими оптимальным значениям, что приводит к ежегодному перерасходу приведенных затрат; например, при отклонении В от Ц,р1 для Комсомольской оросительной системы перерасход ДЗщ, составляет 50,6 % или 6760 тыс.руб/год; для Балаковской соответственно 19,9 % или 830 тыс.руб/год; при отклонении для Комсомольской оросительной системы - 57,8% или

19770 тыс.руб/год; для Гагаринской - 23,7% или 1060 тыс.руб/год; для Эн-гельсской - 22,7% или 500 тыс.руб/год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обзор и обобщение отечественных и зарубежных источников по методам проектирования гидротехнических узлов сооружений машинного водоподъема оросительных систем, их сравнительная характеристика и технико -экономический анализ подтверждают, что посредством использования аналитических зависимостей для определения оптимальных параметров их элементов вместо традиционного метода вариантных расчетов возможно повысить эффективность обоснования принимаемых проектных решений за счет упрощения расчетов, комплексного подхода к оптимизации и более рационального применения ЭВМ.

2. Предложенные аналитические зависимости для определения расчетного расхода воды, подаваемой на орошение, на основе коэффициента использования максимума нагрузки оросительной насосной станции научно обоснованы и могут быть использованы при расчете количества электроэнергии на подачу воды в рамках оптимизации параметров элементов гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема оросительных систем. Замена ступенчатого графика водопотребления на график в виде плавной кривой позволяет определить расчетный расход воды по предложенным теоретическим зависимостям для графиков водопотребления различной конфигурации.

3. На основе критерия оптимизации - минимума приведенных затрат получены аналитические зависимости для определения оптимальных параметров основных элементов гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема: диаметра и количества ниток напорных трубопроводов, скорости воды в них, соотношения длины подводящего канала и трассы водоподачи.

Предложенные зависимости учитывают перспективные изменения в ценообразовании на материалы, строительно-монтажные работы и электроэнергию. Они позволяют значительно упростить технико-экономическое обоснование выбираемого проектного решения и исключают проведение трудоемких вариантных расчетов.

4. Предложенный метод комплексной оптимизации параметров элементов гидроузла машинного водоподъема основан на системном подходе к решению проблемы, он учитывает многофакторное влияние на оптимизируемые параметры, при этом основополагающими факторами являются: максимальная подача насосной станции, тариф на электроэнергию и уклон местности на трассе водоподачи.

5. Теоретический анализ степени влияния указанных факторов на оптимизируемые параметры показал, что при изменении стоимости электроэнергии в пределах 1,0...2,0руб7кВТч, максимальной водоподачи от 5 до 5Ом3/с и продолжительности работы насосной станции от 2000 до 4000 ч в году они изменяются в достаточно широких пределах:

при этом оптимальная скорость воды в напорных трубопроводах -1,2...2,2 м/с. Основным определяющим фактором, влияющим на Х^ является уклон местности по трассе водоподачи - при i <0,03...0,04 во всем диапазоне изменения и 1 его влияние наиболее ощутимо, так при пологом рельефе (i = 0,01...0,02) оптимальная длина подводящего канала может составлять до 90... 100% длины всей трассы, а при крутом рельефе (i = 0,07. ..0,1) она равна нулю, т.е. подводящий канал отсутствует.

6. Экономия приведенных затрат в результате оптимизации параметров элементов гидроузла машинного водоподъема определяется величиной их перерасхода при отклонении от оптимальных решений. Отклонение диаметра напорных трубопроводов от оптимального значения ±7,7...87,5% для реальных среднестатистических исходных данных по техническим и стоимостным показателям приводит к перерасходу приведенных затрат от 30 до 29 800 тыс.рубУгод в расчете на 1 км трубопровода. Отклонение соотношения длин подводящего канала и трассы водоподачи от сопровождается ростом приведенных затрат в размере от 20 до 2300 тыс.руб7год в диапазоне максимального водопотребления оросительной системы 5...50м3/с.

7. Результаты исследований в виде предлагаемых аналитических зависимостей, табличных и графических данных для определения оптимальных параметров элементов ГУСМВОС могут быть использованы в практике проектирования последних, в первую очередь в экономических, географических и гидрологических условиях левобережья Среднего и Нижнего Поволжья.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Ермакова ИМ Оптимизация основных элементов гидроузла машинного водоподъема. / Молодые уч. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» - аграрному комплексу: Сборник научных работ. Саратов, 2003, с. 18-21.

2. Крылов КВ., Проектирование напорных трубопроводов оросительных насосных стаицийУ£/шаЛова//.Л/.//Водосберегающие технологии как основа эффективного использования орошаемых земель: Сб.нау.трУФГНУ «Волж-НИИГиМ». Саратов, 2003, с.25-28.

3. Крылов Е.В., Коэффициент неравномерности водоподачи оросительной насосной сгганцииУ£рл«ак0ва#.М//Водосберегающие технологии как основа эффективного использования орошаемых земель: Сб.нау.тр7ФГНУ «Волж-НИИГиМ». Саратов, 2003, с.29-34

4. Крылов КВ., Ермакова ИМ. Выбор количества ниток напорных трубопроводов мелиоративных насосных станций // Вестник Саратовского государственного аграрного университета, 2003, №1, с.39-42.

5. Крылов Е.В., Ермакова ИМ. Упрощенный метод определения оптимального количества ниток напорных трубопроводов гидроузла машинного водоподъема. // Мелиорация и водное хозяйство, №1,2003, с.31-33.

6. Крылов Е.В., Оптимальная скорость воды в напорных трубопроводах оросительной насосной СТ?тит1Ермакова ИМ.//ХХШ Российская школа по проблемам науки и технологий. Кр.сообщения... -Екатеринбург: УрОРАН, 2003, с.472-474

7. Крылов ЕВ., Ермакова ИМ. Оптимальное место расположение оросительной насосной станции на трассе водоподачи. // Международный с.-х. журнал, 2004, №2, 28-30.

Подписано в печать 25.05.2004 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать Ризо. Уч.-нзд. л. 1.0 Тираж 100 Заказ 25

Типография Саратовского ЦНТИ, 410031. г. Саратов, ул. Московская. 35.

»11574

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ермакова, Ирина Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1.1. Обоснование актуальности исследований.

1.2. Выбор методов исследований.

1.3. Анализ существующих методов проектирования и строительства гидротехнических узлов сооружений машинного водоподъема оросительных систем (ГУСМВОС).

1.4. Выводы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСЧЕТНОГО РАСХОДА ВОДЫ В НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ ГУСМВОС.

2.1. Подбор и анализ аналитических зависимостей водоподачи орошаемой территории, подвешенной к головной насосной станции, от времени полива.

2.2. Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГУСМВОС.

3.1. Определение оптимального диаметра напорных трубопроводов.

3.2. Обоснование оптимального количества ниток напорных трубопроводов.

3.3. Определение оптимальной скорости воды в напорных трубопроводах.

3.4. Выбор оптимального места расположения головной оросительной насосной станции на трассе водоподачи.

3.5. Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ОПТИМИЗИРУЕМЫЕ

ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ГУСМВОС.

4.1. Оптимальный диаметр напорных трубопроводов.

4.2. Оптимальное количество ниток.

4.3. Оптимальное соотношение длины подводящего канала и трассы водоподачи.

4.4. Выводы.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Экономическая эффективность диаметра напорных трубопроводов.

5.2. Экономическая оценка местоположения насосной станции на трассе водоподачи.

5.3. Экономическая оценка действующих оросительных систем Саратовской области.

5.4. Выводы.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Оптимизация основных параметров машинного водоподъема оросительных систем Саратовского Заволжья"

Техническая политика в области капитального строительства оросительных систем, характеризуется одним из главных направлений, нацеленных на повышение эффективности капитальных вложений в сооружение основных элементов гидроузла машинного водоподъема. Необходимость научно-технического обоснования принимаемых проектных решений при рассмотрении вопросов повышения эффективности водоподачи путем оптимизации параметров основных элементов оросительно-обводнительных систем, обеспечивающих подачу и отведение воды, постоянно растет, так как от их решения на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации зависят эффективность использования основных производственных фондов, экономия материальных, сырьевых и энергетических ресурсов, а также сокращение непроизводительных затрат на обслуживание и ремонт водоводов, подводящих каналов и др.

В настоящее время системам машинного водоподъема оросительных систем уделяют большое внимание: разрабатываются новые методы и технологии, конструкции, оборудование, приборы, научные рекомендации по расчету сооружений водоподачи на орошаемые территории. Однако, внедрение новых, более эффективных технических решений при проектировании капи-тало- и энергоемких сооружений по трассе машинного водоподъема является необходимым, но еще недостаточным условием бесперебойности работы и качества организации строительства и эксплуатации оросительных систем. Важно, чтобы проектные решения по всем элементам гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема наряду с высокими техническими характеристиками были бы еще и оптимальными, то есть требовали минимальных приведенных затрат.

Проблема строительства систем машинного водоподъема в гидромелиорации, которые удовлетворяли бы современным требованиям рыночной экономики к проектно-техническим решениям с учетом их оптимизации, к обеспечению минимума затрат на сооружение и эксплуатацию, охватывает широкий комплекс вопросов: проведения наивыгоднейшей трассировки сети, назначение диаметров водоводов ; выбор числа ниток трубопроводов и рациональное распределение между ними общего расхода воды; обоснование места расположения оросительной насосной станции на трассе водоподачи, технико-экономическое обоснование расчетного расхода воды по трубопроводам оросительной насосной станции и т.п.

Комплексное решение задачи оптимизации основных элементов гидроузла машинного водоподъема, охватывающей одновременно все указанные вопросы на основе системного подхода к решению проблемы оптимизации, до настоящего времени чрезвычайно затруднено из-за невозможности полной формализации многоэкстремальной задачи оптимального синтеза систем как единого целого. По этой причине широкое применение при оптимизации систем машинного водоподъема получил принцип декомпозиции, предусматривающий разбивку общей задачи на ряд подзадач малой размерности с последующей увязкой промежуточных решений на этапе сравнения и экономической оценки возможных вариантов.

Повышенный интерес к задаче оптимизации проектных решений подачи воды на орошаемую территорию объясняется, в первую очередь, тем, что затраты на строительство и эксплуатацию сооружений для транспортировки и распределения воды составляют 60 - 80 % затрат на оросительные системы в целом [44]. В то же время оптимизация параметров основных элементов гидроузла машинного водоподъема оказывает определяющее влияние на качество и бесперебойность водоподачи на орошаемые участки, поэтому важно иметь методологические предпосылки по научному обоснованию таких проектных решений, которые гарантировали бы при минимальных затратах на строительство и эксплуатацию всего комплекса сооружений машинного водоподъема требуемый уровень эффективности и надежности транспортировки воды, необходимой для орошения по всей трассе водоподачи от водозабора до водо-выпуска.

В настоящее время работники проектных организаций при технико-экономическом обосновании проектного решения по тому или иному элементу узла сооружений машинного водоподъема оросительных систем пользуются трудоемким, морально устаревшим методом вариантных расчетов, которые громоздки и требуют значительных затрат времени на технико-экономическое обоснование параметров, определяющих экономически наивыгоднейшего варианта. Кроме того, при вариантном подходе к поиску оптимальных решений весьма затруднительно применение ЭВМ в силу необходимости составления дополнительных подпрограмм. Поэтому основным направлением диссертационной работы являются исследования зависимостей приведенных затрат на определенные элементы гидроузла от их основных параметров и разработка на их основе аналитических зависимостей общего, универсального характера, позволяющих оптимизировать проектные решения с наименьшими затратами времени проектировщиков, обеспечивающих достаточную точность искомых параметров с применением ЭВМ.

Анализ существующих проектов гидроузла машинного водоподъема выполненных проектными организациями РФ показывает, что зачастую принимаемые решения далеки от оптимальных. Таким образом, результаты исследований позволят после их внедрения в практику проектирования оросительных насосных станций получить реальный экономический эффект.

Для получения наибольшего эффекта, от системы подачи воды на орошаемую территорию необходимо проектирование гидротехнического узла машинного водоподъема на более высоком современном уровне с учетом конъюнктуры цен на материалы, оборудование и СМР в сложившихся экономических условиях российской рыночной экономики. Проектированию должно предшествовать проведение комплекса системных оптимизационно-параметрических исследований, требующее разработки новых методических основ на базе минимизации приведенных затрат по всем элементам гидроузла, расположенных на трассе водоподачи. Вместе с тем практически отсутствуют исследования по аналитическому выбору экономически наивыгоднейших параметров элементов гидроузла машинного водоподъема оросительных систем и наиболее рациональных схем расположения их на трассе водоподачи. Поэтому первостепенное значение приобретают вопросы разработки методов расчета оптимальных параметров, позволяющих системно и комплексно определить взаимовлияние различных факторов на их величину и в дальнейшем на выбор наиболее экономичных проектных решений на базе по возможности простых аналитических зависимостей, позволяющих эффективно использовать для этих целей современные ЭВМ.

В свете сказанного для научно-обоснованного решения данной задачи необходимо исследовать и разработать методологию, позволяющую находить оптимальные проектные решения гидроузлов машинного водоподъема с учетом взаимодействия с рынком материалов и электроэнергии.

Работа представляет собой научное обобщение и решение важной задачи технико — экономического обоснования проектных решений по оптимизации основных элементов гидроузла машинного водоподъема оросительных систем.

Целью исследований является повышение эффективности подачи воды на орошение головными насосными станциями в составе гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема оросительных систем путем оптимизации определяющих параметров их основных элементов, расположенных на трассе водоподачи, на основе разработки научно обоснованных аналитических зависимостей для их расчета.

В соответствии с поставленной целью в работе были определены и решены следующие задачи исследований:

1. Теоретически обосновать определение расчетного расхода воды, как основного фактора, влияющего на выбор оптимальных параметров машинного водоподъема в орошаемом земледелии.

2. Путем теоретических исследований установить аналитические зависимости для расчета оптимального диаметра напорных трубопроводов различных конструкций.

3. Технико-экономически в комплексе с оптимизацией диаметра напорных трубопроводов обосновать их оптимальное количество ниток и скорости воды в условиях многофакторного влияния исходных данных для проектирования.

4. Обосновать и разработать рекомендации по расчету оптимального соотношения длин подводящего канала и трассы водоподачи при сложившемся паритете цен на материалы, строительно-монтажные работы и электроэнергию.

5. Установить влияние различных факторов на величину оптимизируемых параметров машинного водоподъема, провести обследование существующих объектов и дать экономическую оценку внедрения результатов исследований в практику проектирования.

На защиту выносятся следующие научные положения:

3. Результаты исследований экономической эффективности оптимизации элементов ГУСМВОС.

Научная новизна диссертации заключается в системном подходе к решению проблемы повышения эффективности машинного водоподъема оросительной системы путем комплексной оптимизации элементов гидроузла по трассе водоподачи с разработкой аналитических зависимостей для расчета их основных параметров, а также анализе и обобщении теоретических положений и закономерностей, в результате которых впервые:

- установлены характер и степень влияния конфигурации графиков во-допотребления орошаемой территории на величину расчетного расхода воды и коэффициента использования максимума водоподачи головной насосной станции;

- осуществлено теоретическое обобщение и получены аналитические зависимости для расчета оптимального диаметра напорных трубопроводов различных конструкций;

- разработаны методические основы и теоретически обоснованы зависимости для определения оптимального количества ниток напорных трубопроводов с учетом конъюнктуры цен на материалы, оборудование и электроэнергию;

- решена задача определения основного фактора трассы водоподачи — оптимального удаления насосной станции от водоисточника (длины подводящего канала) с учетом влияния условий рыночной экономики;

Объект исследования: головные насосные станции с комплексом гидротехнических сооружений, расположенных на трассе водоподачи оросительных систем.

Показано влияние экономических факторов на эффективность систем ма шинного водоподъема с оптимальными параметрами их основных элементов.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием методологии технико-экономических исследований на базе основного критерия оптимизации - приведенных затрат, применением фундаментальных законов гидродинамики и учетом современных условий рыночной экономики, а также апробацией результатов работы в рамках их сходимости с результатами исследований других авторов в данном направлении науки и техники.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета в 2002 - 2004 годах, на Межрегиональном совете по науке и технологиям Российской академии наук (отделение проблем машиностроения и процессов управления, Уральское отделение ВАК РФ), г. Екатеринбург, 2003 г.

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 7 печатных работ, в том числе .

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах и состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников 119 (наименований), имеет 30 рисунков, 12 таблиц, 5 приложений.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Ермакова, Ирина Михайловна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обзор и обобщение отечественных и зарубежных источников по методам проектирования гидротехнических узлов сооружений машинного водоподъема оросительных систем, их сравнительная характеристика и технико-экономический анализ подтверждают, что посредством использования аналитических зависимостей для определения оптимальных параметров их элементов вместо традиционного метода вариантных расчетов возможно повысить эффективность обоснования принимаемых проектных решений за счет упрощения расчетов, комплексного подхода к оптимизации и более рационального применения ЭВМ.

3. На основе критерия оптимизации - минимума приведенных затрат получены научно-обоснованные, универсальные аналитические зависимости для определения оптимальных параметров основных элементов гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема: диаметра и количества ниток напорных трубопроводов, скорости воды в них, соотношения длины подводящего канала и трассы водоподачи. Предложенные зависимости учитывают перспективные изменения в ценообразовании на материалы, строительно-монтажные работы и электроэнергию. Они позволяют значительно упростить технико-экономическое обоснование выбираемого проектного решения и исключают проведение трудоемких вариантных расчетов.

5. Теоретический анализ степени влияния указанных факторов на оптимизируемые параметры показал, что при изменении стоимости электроэнергии в пределах 1,0.2,0 руб./кВТч, максимальной водоподачи от 5 до 50 м3/с и продолжительности работ насосной станции от 2000 до 4000 ч в году они изменяются в достаточно широких пределах: Dopt — 0,6.3,5 м при iiopt =2.3; при этом оптимальная скорость воды в напорных трубопроводах vopt - 1,2.2,2 м/с. Основным определяющим фактором, влияющим на Xopt является уклон местности по трассе водоподачи -при i <0,03.0,04 во всем диапазоне изменения Qmax и 1 его влияние наиболее ощутимо, так при пологом рельефе (i=0,01.0,02) оптимальная длина подводящего канала может составлять до 90. 100 % длины всей трассы, а при крутом рельефе (i=0,07.0,l) она равна нулю, т.е. подводящий канал отсутствует.

6. Экономия приведенных затрат в результате оптимизации параметров элементов гидроузла машинного водоподъема определяется величиной их перерасхода при отклонении от оптимальных решений. Отклонение диаметра напорных трубопроводов от оптимального значения ±6,7. 100% для реальных среднестатистических исходных данных по техническим и стоимостным показателям приводит к перерасходу приведенных затрат от 30 до 29800 тыс.руб./год в расчете на 1 км трубопровода. Отклонение соотношения длин подводящего канала и трассы водоподачи от XoPt ±70 % сопровождается ростом приведенных затрат в размере от 20 до 2300 тыс.руб./год в диапазоне максимального водопо-требления оросительной системы 5.50 м3/с.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Ермакова, Ирина Михайловна, Саратов

1. Абдразаков Ф.К., Горюнов Д.Г., Соловьев Д.А. Эксплуатация мелиоративных насосных станций и пути сбережения энергоресурсов.// Механизация строительства, №8,2001, с.18-22.

2. Абрамов Н.Н. Водоснабжение.-М.: Стройиздат, 1982,433с.

3. Абрамов Н.Н. Надежность систем водоснабжения.-М.: Стройиздат, 1984, 231с.

4. Абрамов Н.Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды. -М.: Стройиздат, 1972,287с.

5. Абрамов Н.Н., Поспелова М.М. и др. Расчет водопроводных сетей. -М.: Стройиздат, 1983,277с.

6. Азарх Д.Н., Попова Н.В. и др. Насосы. Каталог-справочник. Изд.З-е. -М.: Машгиз, 1960,552с.

7. Аршеневский Н.Н., Поспелов Б.Б. Переходные процессы крупных насосных станций.-М., 1980.

8. Бабурин Б.Л., Файн И.И. Экономическое обоснование гидроэнергострои-тельства. -М.: Энергия, 1975,121с.

9. Барац С.Б., Мазепа В.Г. Архитектура ирригационных систем. -К.: «Буде-вельник», 1979,76с.

10. Беглов И.Ф. Совершенствование устройства для автоматизированного запуска установок с осевыми насосами. // Мелиорация и водное хозяйство, №1,2000, 27-29.

11. Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. Надежность технических систем. -М.: Радио и связь, 1985,608с.

12. Богушевский А.А., Голованов А.И. и др. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. -М.: Колос, 1981,375с.

13. Боровский Б.И. Выбор числа ниток напорного трубопровода насосной станции. // Мелиорация и водное хозяйство, №2, 1992, с. 15-17.

14. Боровский Б.И. Экономичный диаметр напорных водоводов насосных станций. // Мелиорация и водное хозяйство, №10, 1990, с.26-27.

15. Боровский Б.И., Горюнов А.Н. Оценка надежности мелиоративных насосных станций. // Мелиорация и водное хозяйство, №10,1991, с.30-31.

16. Бочкарев В.Я., Натальчук М.Ф. Практикум по эксплуатации и автоматизации гидромелиоративных сисетм. -М.: Колос, 1980.

17. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. 13-е изд. Испр-е. -М.: Наука, гл.ред.физ.мат.лит., 1986,544с.

18. Вазов В., Форсайт Дж. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частности производных. Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. Лит., 1963,483с.

19. Вербицкий А.С., Лякмунд А.Л. Возможности упрощения методики определения расчета расхода воды.-Стр-во и архит-ра: Экспресс-инф., 1984, вып. И, с.39-43.

20. Вишневский К.П. Математическое моделирование автоматического регулирования работы насосных станций -В сб. «Математическое моделирование трубопроводных систем».-Иркутск, СЭИСОАН СССР, 1989, с.229-235.

21. Вишневский К.П. Моделирование автоматической работы насосной станции ЗОС. В сб. «Гидравлика русел, пойм, мелиор.каналов, напорных трубопроводов и сооружений».-М.: МГМИ, 1989, с.83-91.

22. Вишневский К.П. Переходные процессы в напорных системах водоподачи. -М.: Агропромиздат, 1986, 136с.

23. Вишневский К.П. Проектирование насосных станций ЗОС. Справочник. -М.: ВО «Агропромиздат», 1990,93с.

24. Вишневский К.П., Али М.С. Математическое моделирование процессов в напорных системах при автоматическом регулировании работы насосных станций. // Мелиорация и водное хозяйство, №2,1992, с. 12-15.

25. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.02-84. -М.: Стройиздат, 1985.

26. Волгин JI.H. Принцип согласованного оптимума. -М.: Советское радио, 1977,208с.

27. Волков Ю.А. Метод моделирования оптимальных режимов эксплуатации насосных установок в с.-х. водоснабжении. Сб.науч.тр. ЮЖНИИГИМ. Повышение эффективности эксплуатации систем с.-х. водоснабжения. Вып. 36. Новочеркасск, 1987, с.38-44.

28. Гавриленко Б.А., Семичастнов И.Ф. Гидродинамические муфты и трансформаторы. -М.: Машиностроение, 1969.

29. Гловацкий О.Я. Опыт эксплуатации и оценки надежности элементов гидротехнического узла насосных станций. // Гидротехническое строительство, 1989, №9, с.32-35.

30. Гловацкий О .Я. Совершенствование мелиоративных насосных станциий. // Мелиорация и водное хозяйство, №1,1990, с.23-25.

31. Гольдин А.А. Рассказов JI.H. Проектирование грунтовых плотин. -М.: Изд. Ассоц. Строит. Вузов, 2001,374с.

32. Губина Н.И. и др. Обеспечение надежности оросительных трубопроводов.// Гидротехника и мелиорация. №9,1984, с.28-31.

33. Данные ОАО «ПриволжВодПроекта».

34. Дикаревский B.C., Татура А.Е., Фомин Г.Е., Якубчик П.П. Справочник. Устройство ЗОС: трубы, арматура, оборудование. -М.: Агропромиздат, 1986,255с.

35. Ермакова И.М. Оптимизация основных элементов гидроузла машинного водоподъема. Молодые уч. ФГОУВПО «Сар.Гау»-аграрному комплексу, №2,2003.

36. Escritt L.B. Pumping station equipment and design. London, 1962.

37. Желтоухов В.В., Петряшин Л.Ф., Богороц С.Е. Надежность водозаборных сооружений. -К.: Будевельник, 1989.

38. Залуцкий Э.В., Петрухо А.И. Насосные станции. Киев: Вища.шк., 1987.

39. Зельдович Я.Ю. Яглом И.М. Высшая математика для начинающих физиков и техников. —М.: Наука, 1982,510с.

40. Зеркалов Д.В. Резервы экономии электроэнергии. // Гидротехника и мелиорация, №1, 1987.

41. Зузик Д.Т. Экономика водного хозяйства. 4-е изд. М.: Колос, 1984,400с.

42. Зузик Д.Т. Экономика водного хозяйства. -М.: Колос, 1980.

43. Ильин Ю.А. Расчет надежности подачи воды. -М: Стройиздат, 1987, 320 с.

44. Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений в орошение и осушение земель и обводнение пастбищ. / Минводхоз СССР. -М.: 1972,52с.

45. Инструкция по проектированию мелиоративных насосных станций. ВСН-П-18.76. -М.: изд. Гипроводхоза, 1976.

46. Исследования по гидравлике водопроводных сетей и насосных станций. -М.: Гос. Изд-во лит-ры по стр-ву и архит-ре, 1954,160с.

47. Каракулин Е.А., Борисов В.Н. Обоснование применения гидромуфт в насосных установках для экономии электроэнергии. // Мелиорация и водное хозяйство, №2, 1998.

48. Карасев Б.В. Насосы и насосные станции. -Минск: Вышейш.шк., 1979.

49. Кареев В.Б. Определение тарифов на водоподачу и водоотведение в сельском хозяйстве. // Мелиорация и водное хозяйство, №5,1995, с. 19-20.

50. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. -М.: Стройиздат, 1986,320с.

51. Карелин В.Я., Новодержкин Р.А. Насосные станции гидротехнических систем с осевыми и диагональными насосами. -М.: Энергия, 1980,288с.

52. Каталог насосов, применяемых в мелиорации. -М.: Росорг.техводстрой Минводхоза РСФСР, 1988,229с.

53. Кикачейшвили Г.Е. Расчет оптимальных параметров систем подачи и распределения воды. -Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1980,199с.

54. Койда Н.У., Курганов А.М. Гидравлический расчет и прверка на надежность водопроводных сетей на ЭВМ. -Л.: ЛИСИ, 1983,33с.

55. Колпакова Т.И., Судаков В.П. Проектирование мелиоративных насосных станций в Средней Азии. -Ташкент: ТИИИМСХ, 1985.

56. Коржов В.И., Селюков В.И. Резервы экономии электроэнергии при эксплуатации оросительных систем. // Мелиорация и водное хозяйство, №6, 1998, с.41-43.

57. Кравченко Р.Г. Экономико-математические методы в управлении сельским хозяйством. -М.: Колос, 1980.

58. Кромер Р.К. Многопараметренная оптимизация водозаборных сооружений./ Сб.н.тр. Совершенствование конструкций и методов расчета гидротехнических сооружений оросительных систем. Ташкент, 1988,22с.

59. Крупные осевые и центробежные насосы. -М., 1977.

60. Крылов Е.В. Определение оптимального диаметра напорных водоводов. // Мелиорация и водное хозяйство, №3, 1988, с.23-25.

61. Крылов Е.В. Оросительная насосная станция. Курсовое проектирование. Уч. Пособие. Саратов: Сарат. С.-х. акад., 1994,100с.

62. Крылов Е.В. Приближенный метод определения местоположения насосной станции. // Мелиорация и водное хозяйство, №10,1991, с.25-27.

63. Крылов Е.В., Ермакова И.М. Проектирование напорных трубопроводов оросительных насосных станций. /Водосберегающие технологии как основа эффективного использования орошаемых земель: Сб.нау.тр./ФГНУ «Волжниигим» Саратов, 2003,176с.

64. Крылов Е.В., Ермакова И.М. Коэффициент неравномерности водоподачи оросительной насосной станции./Водосберегающие технологии как основа эффективного использования орошаемых земель: Сб.нау.тр./ФГНУ «Волжниигим» Саратов, 2003,176с.

65. Крылов Е.В., Ермакова И.М. Выбор количества ниток напорных трубопроводов мелиоративных насосных станций //Вестник, №1,2003, с.39-42.

66. Крылов Е.В., Ермакова И.М. Оптимальная скорость воды в напорных трубопроводах оросительной насосной станции. XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий. Кр.сообщения. —Екатеринбург: УрО-РАН, 2003,481с.

67. Крылов Е.В., Ермакова И.М. Оптимальное место расположение оросительной насосной станции на трассе водоподачи. // Международный с.-х. журнал, №2,2004.

68. Крылов Е.В., Ермакова И.М. Упрощенный метод определения оптимального количества ниток напорных трубопроводов гидроузла машинного водоподъема. // Мелиорация и водное хозяйство, №1,2003, с.31-33.

69. Кузьмин Ю.М., Кошелев Н.м. Водоснабжение. -Л.: ЛВВИСКУ, 1981, 450с.

70. Лысов К.И., Чаюк И.А., Мускевич Г.Е. Эксплуатация мелиоративных насосных станций. -М.: Агропромиздат, 1988,255с.

71. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование: Пер. с англ. М.: Мир, 1977, 584с.

72. Малишевский Н.Г. Водопроводные и канализационные насосы и насосные станции.: Уч.пособие для ВУЗов. Харьков. Изд.ХГУ им. А.М.Горького, 1960,394.

73. Мамажонов М.И. Упрощенный способ определения подачи насосных агрегатов. // Мелиорация и водное хозяйство, №5,1990, с.34-36.

74. Мамажонов М.И., Ботиров У., Шакиров Б. Выбор оптимальных режимов эксплуатации осевых насосов. // Мелиорация и водное хозяйство, №5, 1991, с.39-40.

75. Манушин А.Т. Проектирование насосных станций мелиоративного назначения. -М.: МГМИ, 1988.

76. Мирцхулава Ц.Е. Надежность гидромелиоративных сооружений. -М.: Колос, 1974.

77. Михайлов К.А., Образовский А.С. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников. -М., 1976.

78. Мускевич Т.Е., Культиасова Н.Д. Выбор местоположения сооружений машинного водоподъема на трассе водоподачи.// Гидротехника и мелиорация, №6,1972, с.46-47.

79. Натальчук М.Ф. Эксплуатация гидромелиоративных систем. -М.: Колос, 1983,279с.

80. Науменко И.И., Бальва С.В. Экономическая эффективность проектных и эксплуатационных методов повышения надежности оросительных насосных станций. / ВНИИТЭИСХ. -М., 1985, 15с.

81. Науменко И.И., Подласов. Повышение надежности оросительных систем. Киев: Урожай, 2989,96с.

82. Неугодов Г.И. Измерение расходов и напоров на мелиоративных насосных станциях. // Гидротехника и мелиорация. №6,1974.

83. Нормы амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства СССР. Госпланиздат, М., 1961.

84. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений. Справочник монтажника./ Москвитин А.С., Москвитин Б.А. -М.: Стройиздат, 1979, 430с.

85. Паркер А. Проектирование производства работ и определение стоимости строительства гидроузлов: Пер. с анг. -М.: Энергия, 1977,247с.

86. Патент UZ №2373 Насосная станция/НПП «Водоподъемник» /Хохлов А.В., Рахимов Ш.Х., Хохлов В.А./ Бюл. №1, 1995.

87. Патент UZ №4380 Способ изменения производительности насосной станции /Хохлов А.В., Хохлов В.А./ Бюл. №2,1997.

88. Петрик А.Д., Подласов А.В. Насосы и мелиоративные насосные станции. -Львов: Вища шк. Изд-во при Львов ун-те, 1987, 168с.

89. Полищук Д.П. и др. Справочник по испытанию мелиоративной техники. 2-е изд.перераб.-К.: Урожай, 1986,208с.

90. Полный хозяйственный расчет в водохозяйственных эксплуатационных организациях (сб.метод.докум.) -М.: 1991.

91. Пронина Г.Е. Математические методы анализа и оптимального проектирования сложных технических систем./ВИА.М., 1983, 104с.

92. Пути комплексного совершенствования мелиорации и водного хозяйства. Сборник научлр. Ташкент, (Юабо И.И.-САНИИРИ им. Журина В.Д. -Алгоритм задачи оптимального распределения заданной подачи насосной станции по агрегатам), 1987,122с.

93. Розанов Н.П., Бочкарев Я.В., Лапшенков B.C. Гидротехнические сооружения. -М.: Агропромиздат, 1985,432с.

94. Рычагов В.В., Третьяков А.А. Пособие по проектированию насосных станций и испытанию насосных установок. -М.: Сельхогиз, 1963,351с.

95. Рычагов В.В., Третьяков А.А. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок. -М.: Колос, 1971.

96. Рычагов В.В., Флоринский М.М. Насосы и насосные станции. -М.: Колос, 1975.

97. Рычагов В.В., Чебаевский В.Ф. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок. -М.: Колос, 1982,320с.

98. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. -М., 1985.

99. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные сисетмы и сооружения. -М., 1986.

100. СНиП. Водоснабжение. Нормы проектирования. СНиП И-Г.3-62. Гос-стройиздат, 1963.

101. СНиП. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. СНиП 11-И. 1-62. Гостройиздат, 1962.

102. Справочник «Мелиорация и водное хозяйство». Сооруже-нияЖремецкий А.Н., Румянцев И.С. и др. -М.: Агропромиздат, 1987, 464с.

103. Справочник «Мелиорация и водное хозяйство».Экономика./ Сердюк Б.И., Кузнецов В.И. -М.: Колос, 1984,255с.

104. Справочник. Мелиорация и водное хозяйство: 4.1. Экономика. -М.: Колос, 1984,254с.

105. Степанов П.М. и др. Справочник по гидравлике для мелиораторов. -М.: Колос, 1984,208с.

106. Сумароков С.В. Математическое моделирование систем водоснабжения. -Новосибирск: Наука, 1983, 164с.

107. Типовая методика определения эффективности капиталовложений. -М.: 1969.

108. Третьяков А.А., Вишневский К.П., Накладов Н.Н. Насосы и мелиоративные насосные станции, (методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольной работы и курсового проекта). -М.: МГМИ, 1982.

109. Fuchlocher Е., Schulz Н. Die pumpen. Berlin, 1963.

110. Хоружий П.Д. Расчет гидравлического взаимодействия водопроводных сооружений.-Львов.: Вища шк., 1984,151с.

111. Хохлов А.В. Методы регулирования режимов работы крупных насосных станций. // Мелиорация и водное хозяйство, №1,2000, с.25-26.

112. Чебаевский В.Ф. Расчет стоимости воды в мелиоративной системе с помощью ЭВМ. // Мелиорация и водное хозяйство. №2, 1998, с. 15-17.

113. Чебаевский В.Ф., Вишневский К.П. и др. Насосы и насосные станции. — М.: Агропромиздат, 1989,416с.

114. Чебаевский В.Ф., Вишневский К.П., Накладов Н.Н. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок -М.: Колос, 2000, с.376

115. Щавелев Д.С., Губин М.Ф., Куперман B.JI, Федоров М.П. Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства. -М.: Стройиз-дат, 1986,423с.

116. Щавелев Д.С., Федоров М.П., Семенов М.В. Технико-экономические основы проектирования водохозяйственных и гидроэнергетических объектов и систем. -Л.: ЛПИ им. Калинина, 1984, 72с.

117. Ярошко В.М. Демченко В.В. Управление насосной станцией. // Мелиорация и водное хозяйство, №3,1990, с.43-44.

Информация о работе

Ермакова, Ирина Михайловна
кандидата технических наук
Саратов, 2004
ВАК 06.01.02

Диссертация

Оптимизация основных параметров машинного водоподъема оросительных систем Саратовского Заволжья - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы