工業(yè)給水系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計(jì)研究(1)

工業(yè)給水系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計(jì)研究(1)

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1、工業(yè)給水系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計(jì)研究(1)摘要:通過(guò)對(duì)給水管網(wǎng)水力計(jì)算分析、管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)的研究與探討,提出了給水系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型和解法,為工業(yè)給水管網(wǎng)依據(jù)可靠性要求設(shè)計(jì)和改建擴(kuò)建提供了途徑.關(guān)鍵詞:水力計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)studyonanalysisanddesignofreliabilityofinindustry  abstract themethodofthehydrauliccalculationandpipealdesignandreliability-designofsared

2、iscussed.themathematicalmodeloftheindustrialsissetuponthebasisofreliability,akesapreliminaryandvaluablestudyonthereconstructionandupgradingoftheindustrials.  keyizationdesign,reliabilitydesign  在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天,對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求也越來(lái)越高.可靠性分析是系統(tǒng)科學(xué)運(yùn)行管理的重要內(nèi)容與手段,是評(píng)價(jià)系統(tǒng)

3、優(yōu)劣的一項(xiàng)主要指標(biāo).給水系統(tǒng)的可靠性是指給水系統(tǒng)能連續(xù)可靠地工作、經(jīng)濟(jì)合理地保證完成預(yù)定的功能.  國(guó)外對(duì)于給水系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)研究始于80年代.我國(guó)在這方面的研究才剛剛起步,有關(guān)的論著文獻(xiàn)尚少.給水系統(tǒng)的可靠性是錯(cuò)綜復(fù)雜的,本身包含的各項(xiàng)因素較多,有如設(shè)計(jì)施工中的問(wèn)題、管道材質(zhì)的問(wèn)題等.在運(yùn)行期間,荷載工況的瞬時(shí)變化、水泵等設(shè)備的材質(zhì)對(duì)可靠性也有影響.為了提高系統(tǒng)的可靠性,需要研究實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的理論和方法,以及尋找保證系統(tǒng)可靠性的措施.本文在對(duì)這些問(wèn)題的分析研究,以及對(duì)給水管網(wǎng)水力計(jì)算和優(yōu)化設(shè)

4、計(jì)計(jì)算研究的基礎(chǔ)上,建立了給水系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,并采用matlab語(yǔ)言編制了優(yōu)化設(shè)計(jì)程序.在對(duì)某鋼鐵廠給水系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)中,應(yīng)用可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)研究的理論和方法,作了一次有益的探索.1 給水管網(wǎng)水力計(jì)算分析  給水管網(wǎng)水力計(jì)算的數(shù)學(xué)模型包括:  1)節(jié)點(diǎn)流量平衡方程(1)  2)環(huán)路平衡方程(2)  3)水頭損失方程(3)式中:qi為節(jié)點(diǎn)流量,流量流入節(jié)點(diǎn)為正,流出節(jié)點(diǎn)為負(fù);qij為節(jié)點(diǎn)i,j間管段流量,設(shè)流離節(jié)點(diǎn)時(shí)為正,流向節(jié)點(diǎn)時(shí)為負(fù);hij為管段i,j的水頭損失;sij為管段摩阻;ξ為常數(shù)

5、,一般取2或1.852.  式(1)~(3)是給水管網(wǎng)水力計(jì)算必須滿(mǎn)足的3個(gè)基本方程.  應(yīng)用圖論理論可將給水管網(wǎng)看作是由一些節(jié)點(diǎn)和管段連接起來(lái)的幾何圖形,且管段中的水流具有方向性,是一種有向圖.管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)抽象為圖的頂點(diǎn),管段抽象為圖的邊.在管網(wǎng)水力計(jì)算中用矩陣來(lái)描述管網(wǎng)圖,以便計(jì)算.  式(1)的矩陣表達(dá)式為aqq=0,(1a)式中:q為管段流量向量,q=[q1,q2,…,qm]t;q為節(jié)點(diǎn)流量向量,q=[q1,q2,…,qn]t;a為降階關(guān)聯(lián)矩陣,是節(jié)點(diǎn)和管段之間連接關(guān)系的矩陣.  矩陣a按先

6、連枝、后樹(shù)枝的次序排列,有a=[al

7、as].(4)al的列對(duì)應(yīng)連枝為(n-1)×(m-n1)階矩陣,as的列對(duì)應(yīng)樹(shù)枝為(n-1)×(n-1)階矩陣,是非奇異的,其逆存在.  式(2)的矩陣表達(dá)式為bh=0,(2a)式中:h為節(jié)點(diǎn)水頭損失向量,h=[h1,h2,…,hn]t;b為基本回路矩陣,是描述管網(wǎng)的基本回路和管段關(guān)聯(lián)性質(zhì)的矩陣.  將b按先連枝,后樹(shù)枝的次序排列,則    b=[bl

8、bs]=[i

9、bs],(5)式中:bl對(duì)應(yīng)連枝管段,為單位矩陣,階數(shù)為(m-n1)×(m-n1);bs對(duì)應(yīng)樹(shù)枝

10、管段,階數(shù)為(m-n1)×(n-1);m為管段數(shù);n為節(jié)點(diǎn)數(shù).  如果矩陣a和矩陣b的列按相同的管段次序排列,則有[1,2]abt=0 或 bat=0,(6)所以    bs=-(a-1sal)t.(7)式(4)代入式(1a)得到alqlasqsq=0.(8)由式(5)代入式(2a)得到blhlbshs=0,(9)或                 hl=-bshs.(9a)由式(7)和式(8)得到qs=-a-1salql-a-1sq或               qs=btsql-a-1sq.(1

11、0a)  根據(jù)上式和基本方程進(jìn)行管網(wǎng)平差計(jì)算.首先求最短樹(shù);給連枝管預(yù)分配管段流量;按式(10)計(jì)算樹(shù)枝管流量;計(jì)算管段水頭損失;如果

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