Вибір схеми додаткового живлення водопровідних мереж

Abstract

UK: Постановка проблеми. Надійна робота систем водопостачання характеризується подачею споживачам розрахункової кількості води з підтримкою необхідного тиску в мережах в місцях розбору води. Одною з проблем систем водопостачання, яка виникає після певного періоду експлуатації, є зростання водоспоживання з потребою додаткового живлення мереж. Мета дослідження. Додаткові витрати можуть вводитися до мереж одним об’єднаним потоком з повною витратою в основний вузол живлення мережі, окремим потоком в будь-який вузол мережі, чи розподіленими частинами в будь-які вузли. Вибір схеми додаткового живлення потребує визначення необхідності використання нових вузлів живлення, їх розташування та розподілення витрат води з вузлом основного живлення. Критерієм оптимальності вибраної схеми можуть слугувати мінімальні напори, які будуть створюватися насосним обладнанням чи втрати напору на ділянках мереж. Методика. Пошук оптимальної схеми додаткового живлення мереж водопостачання оснований на перегляді всіх можливих вузлів введення води до мереж та розподілу величини додаткової витрати води між вузлами живлення. Розгляд кожного варіанту передбачає визначення витрат води та втрат напору на ділянках мереж при відповідних потокорозподіленнях. Результати. Проведений аналіз проблем експлуатації мереж водопостачання з визначенням етапів та інтенсивності наростання потреби їх розширення; розглянуті фактори, які впливають на вибір вузлів додаткового живлення кільцевих мереж водопостачання з забезпеченням оптимальних розподілів потоків та витрат води на ділянках; досліджені гідравлічні характеристики ділянок мереж при змінах витрат води та потокорозподілення; проаналізовані варіанти потокорозподілення в мережах з різною кількістю ділянок; розглянутий алгоритм визначення оптимальних вузлів кільцевих мереж для під’єднання додаткових джерел живлення. Наукова новизна. Проведений аналіз факторів, що впливають на вибір схем додаткового живлення мереж, показана необхідність врахування розподілу витрат води між вузлами додаткового живлення, що дозволить експлуатувати мережі з найменшими витратами енергії. Практична значимість. Використання результатів аналізу дозволяють найбільш оперативно та ефективно вирішувати питання вибору варіанту додаткового живлення водопровідних мереж.

EN: Problem statement. The reliable operation of water supply systems is characterized by the delivery of the design amount of water to consumers while maintaining the required pressure at water draw-off points. One of the common issues in water supply networks that arises after a certain period of operation is the increase in water consumption, which leads to the need for additional supply to the network. Purpose of the study. Additional flow volumes may be introduced into the network either as a single combined stream with the full volume routed to the main supply node, as a separate flow to any node, or as distributed portions across multiple nodes. The choice of a supplementary supply scheme requires determining whether new supply nodes should be used, their optimal placement, and how to distribute flow between them and the main supply node. Optimization criteria may include minimizing the pressure generated by pumping equipment or minimizing head losses along network sections. Methodology. The search for an optimal scheme of additional network supply is based on the assessment of all possible locations for water input and the distribution of additional water flow between these supply nodes. Each option involves the determination of water flow rates and head losses across network sections under corresponding flow distribution scenarios. Results. The study includes an analysis of operational challenges in water supply networks, identification of stages and intensity of increasing demand for system expansion, and examination of factors influencing the selection of supplementary supply nodes in ring-type water supply networks. It ensures optimal flow and consumption distribution across network sections. The hydraulic characteristics of network segments under varying flow rates and distributions were studied, and different distribution variants in networks with various numbers of segments were analyzed. Additionally, an algorithm for determining optimal nodes for connecting supplementary water sources in ring networks was considered. Scientific novelty. The study analyzes key factors affecting the selection of supplementary supply schemes, demonstrating the importance of accounting for the distribution of water flow among supply nodes to enable energy-efficient operation of the system. Practical value. The results of the analysis allow for faster and more effective decision-making in the selection of supplementary supply schemes for water distribution networks.