CC BY
15УДК 628.49: 697.334
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
Пашенцев А.И.1
Академия строительства и архитектуры (структурное подразделение) ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», 295493 РК г. Симферополь, у. Киевская, 181 e-mai: Aleksandr Pashentsev@mail.ru
Аннотация. Представлен методический подход к обработке информации о функционировании тепловой сети, применение которого позволяет получить объективную базу данных, используемую для расчета ее исследуемых параметров. Разработанный алгоритм обработки информации основан на принципах достоверности, однородности, позитивности, своевременности, дискретности. Его отличительной особенностью является возможность проверки базы данных на репрезентативность, определения доверительных интервалов, обоснования теоретического закона распределения параметров функционирования тепловой сети.
Ключевые слова: тепловая сеть, информация, обработка, репрезентативность, коэффициент вариации, критерий согласия.
ВВЕДЕНИЕ
Современные тепловые сети являются сложными техническими системами, состоящими из значительного количества последовательно соединенных конструктивных элементов (труб, трубопроводной арматуры разного диаметра), находящихся под воздействием внешних факторов в течение всего периода эксплуатации. Это способствует накоплению усталостных характеристик и проявлению негативных эффектов в виде внезапных и постепенных отказов, приводящих к снижению проектных характеристик и показателей тепловой сети, что негативно отражается на ее функциональном назначении. Оценить техническое состояние тепловой сети можно располагая достоверной и полной информацией об отказах в периоде времени. Для этого необходимо иметь базу данных, собранную за определенный период времени, прошедшую первичную выборку и позволяющую провести оперативную оценку работоспособности и надежности тепловой сети. Поэтому наличие методического подхода сбора и обработки данных о функционировании тепловой сети, включающей проверку на достоверность и репрезентативность позволит получить объективный показатель ее надежности, что подчеркивает актуальность рассматриваемого вопроса.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью настоящего исследования является разработка методического подхода к обработке информации о функционировании тепловой сети, включающего выполнение определенных этапов по сбору, обработке и систематизации данных, что позволяет сформировать базу данных, носящих случайный характер. Для достижения поставленной цели решены задачи: дано определение системе сбора информации о функционировании тепловой сети, разработаны принципы обработки информации, обоснован алгоритм обработки базы данных, проведена его апробация на примере реальной тепловой сети.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
Вопросам сбора и обработки информации о функционировании тепловой сети посвящены работы многих зарубежных и российских ученых. Так французский ученый А. Бюзеле акцентирует внимание на необходимости установления краткосрочного периода (10 дней) сбора данных об отказах для проведения оперативной оценки надежности системы теплоснабжения [1, с. 32]. Такой подход целесообразно применять в случае накопления системой теплоснабжения усталостных эффектов, выражающееся в систематическом проявлении отказов, что приводит к снижению ее работоспособности и периодической остановке. Однако данный подход характерен для систем,
отличающихся предельным техническим
состоянием ее элементов.
Исследованию механизма обработки исходной информации об отказах систем теплоснабжения посвящены работы британского ученого Г. Дайкинса [2, с. 27]. Он считает необходимым применять в расчетах все зафиксированные отказы в течение месяца наблюдений не проводя первичной обработки данных, т.е. не разделяя их на объективные и субъективные. Свою точку зрения он объясняет действием принципа паритетности
распространения негативного эффекта на техническую систему любого фактора независимо от абсолютной величины. Данная точка зрения является дискуссионной, так как техническое состояние системы теплоснабжения,
характеризуемое показателями надежности, должно оцениваться на основе учета отказов, имеющих ярко выраженный характер технических недочетов в функционировании данной системы. Первичная обработка призвана систематизировать отказы и сгруппировать их по характеру объективности и случайности, так как разработка и реализация мероприятий позволит их исключить в дальнейшем при сохранении проектных показателей функционирования системы теплоснабжения. Кроме того, вызывает некоторые сомнения установление срока наблюдения за работой данной системы. Этот период можно рассматривать как краткосрочный, что позволяет получить информацию для оперативной оценке надежности системы теплоснабжения, требующей уточнения в последующие периоды ее работы.
Польский ученый Я. Жмуда считает, что период наблюдений за системой теплоснабжения можно разбить на несколько в зависимости от времени года: осень, зима, весна, лето [4, с. 78]. Тогда можно получить информацию об отказах в завис им ости от темпер ату рного режима наружно го воздуха, характерного для определенного времени года, при этом количественная составляющая существенно отличается. Так как по мере снижения температуры наружного воздуха значительно повышается нагрузка на тепловые сети, что приводит к увеличению количества отказов. В данном случае в расчетах используется общее количество отказов, без первичной обработки, зафиксированное в течение определенного времени года. Данный подход отличается своеобразием заключения о надежности системы теплоснабжения, в частности выводы делаются на основе одного показателя - интенсивности отказов, который имеет максимальное значение в зимний
период времени ввиду большего количества отказов. Однако этот подход характеризуется субъективностью суждений относительно подсчета общего количества отказов т.е., в летний период времени, когда система теплоснабжения не предоставляет тепловую энергию на отопление, а только на горячее водоснабжение фиксируется минимальное количество отказов, что формирует минимальную интенсивность отказов и максимальный показатель надежности. В этом случае наглядно проявляется наличие разных условий в подсчете общего количества отказов, обусловленное разными климатическими условиями времени года, что изначально закладывает субъективность в показатель надежности системы теплоснабжения.
Исследованию причин, приводящих к отказам на тепловых сетях, посвящены работы российского ученого Е.Н. Богдановича, в которых проводится детальный анализ возникновения аварийных ситуаций на стадии эксплуатации [3]. Здесь акцентируется внимание на выявление причины с целью проведения первичной обработки информационного массива и использования в расчетах отказов, носящих случайный характер. При этом особо уделяется внимание выделению периода времени сбора данных об отказах на тепловых сетях - отопительный сезон. С одной стороны, данный подход не способствует проведению оперативной оценки надежности, а с дру гой - способствует формированию объективной в долгосрочном периоде времени базе данных об отказах на системах теплоснабжения, что позволяет разработать адекватный механизм первичной обработки, выявить отказы, имеющие нерепрезентативный характер, составить достаточный статистический ряд наблюдений для расчета показателей надежности.
Проведению дифференциации аварийных ситуаций на системах теплоснабжения по масштабу последствий, выражающееся в частоте отключения потребителей от поставок тепловой энергии, посвящены работы Евстафьева Н.К.[5]. Наблюдение за работой системы теплоснабжения проводится в течение отопительного периода, что позволяет получить значительный массив данных об отказах, при этом их общее количество подвергается двукратной обработке. Если первичная преследует цель исключить отказы, имеющие ярко выраженный необъективный характер, т.е. отказы, произошедшие по вине обслуживающего персонала, которые можно в дальнейшем исключить повышением уровня квалификации, то повторная обработка направлена
на детальное изучение причин и проведение группировки отказов по видовому разнообразию: технические, эксплуатационные.
Данный подход отличается объективностью не только по критерию временного лага проведения наблюдения, но и взвешенного определения количества отказов системы теплоснабжения. При этом обращает на себя внимание проведение обработки информации об отказах, основанной исключительно на рассуждениях исследователя без проведения расчетов проверки на репрезентативность.
Построению статистического ряда отказов системы теплоснабжения с группировкой однотипных отказов, определением среднего количества отказов и расчетом их характеристики рассеяния посвящены работы Р.М. Зимарина [6]. В данном случае предлагается применять две схемы сбора информации об отказах в зависимости от необходимости детального изучения
функционирования системы теплоснабжения. Первая предусматривает фиксацию отказов в течение отопительного сезона, а вторая -предполагает задание определенного количества отказов и проведение наблюдений за ее работой в периоде времени до момента фиксации заданного количества. Ученый отдает предпочтение первой схеме, позволяющей сформировать объективную базу данных в оптимальном периоде времени. Однако нужно обратить внимание, что в расчетах надежности используются средние значения отказов по группам однотипных отказов. Это вызывает определенные проблемы в получении объективных оценок количества отказов по группам ввиду разного количества групп и количества отказов по группам. Кроме того, для получения оценки надежности системы теплоснабжения ученым предлагается использовать стандартные показатели: математическое ожидание, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации. Несомненно эти показатели можно использовать в решении задачи определения надежности, однако их применение выглядит достаточно тривиально. Как видим в научной литературе ведется дискуссия относительно системы обработки информации о функционировании системы теплоснабжения. На взгляд автора, данная система должна основываться на определенных принципах, способствующих формированию единой точки зрения о признании информационного массива репрезентативным и включать в себя несколько этапов выполнение, которых позволит получить в
дальнейшем объективные оценки надежности тепловой сети.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Функционирование тепловой сети оценивается показателями надежности, объединенные в четыре группы: безотказность, сохраняемость, долговечность,
ремонтопригодность, включающие в себя 3-11 показателей. Каждая из них выражает физическую сущность технического состояния тепловой сети в определенный период времени. Однако определяющее влияние на абсолютное значение этих показателей оказывает отказ конструктивного элемента тепловой сети под, которым понимают «событие, приводящее к полному нарушению работоспособности и необходимости проведения ремонтных работ» [8, с. 55]. Наличие достоверной информации об отказах на тепловой сети является важным условием определения объективной оценки ее надежности, что возможно в случае применения системы сбора и обработки информации, и составления адекватной базы данных. При этом сбор информации о функционировании тепловой сети осуществляется с целью развития методов диагностики, проведения технического обслуживания и текущего ремонта, снижения эксплуатационных затрат. Тогда систему сбора и обработки можно охарактеризовать как «совокупность организационно-технических мероприятий, проводимых с целью получения достоверных сведений о надежности объекта исследования, работающего в различных условиях и режимах эксплуатации, оперативной обработки статистических данных и предоставления результатов в форме достаточно удобной для анализа работы технических систем» [10, с. 114]. Можно согласиться с подобной интерпретацией, так как сбор и обработка информации предусматривает разработку и внедрение такой системы наблюдения за работой тепловой сети, которая позволяет фиксировать отказы в периоде времени, детальное изучение, которых позволит выявить скрытые дефекты в конструкциях, приводящих к накоплению усталостных характеристик, способствующих разработке и внесению предложений по совершенствованию изготовления конструктивных элементов, их сборки, испытаний и эксплуатации. Применение данной системы направлено на решение задач:
- систематизация отказов тепловой сети по видовому разнообразию с определением причин их возникновения;
- выявление закономерностей, особенностей и характера возникновения отказов с проведением технико-экономической оценки последствий;
- изучение влияния режима эксплуатации, гидравлической устойчивости тепловой сети на надежность и работоспособность конструктивных элементов и сети в целом;
- обоснование периодичности проведения технического обслуживания и состава ремонтного цикла тепловой сети;
- выявление конструктивных недостатков в эксплуатации тепловой сети, приводящих к снижению ее надежности;
- разработка комплекса технических мероприятий, способствующих повышению эффективности работы тепловой сети;
- определение минимально допустимого уровня надежности конструктивных элементов тепловой сети, не приводящих к нарушению работоспособности сети в целом;
- разработка мероприятий по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений тепловой сети, способных привести к снижению ее работоспособности;
- создание условий работы тепловой сети, позволяющие ей в долгосрочном периоде времени противостоять негативному воздействию внешних факторов.
Действие системы сбора и обработки информации о функционировании тепловой сети возможно при условии подчинения принципам:
- достоверности - предполагает, что информационный массив истинно отражает процесс эксплуатации тепловой сети, правдиво характеризует происходящие изменения, приводящие к изменению характеристик, вскрывает недостатки, обнаруженные при первичном анализе базы данных;
- полноты - характеризует информационный массив в виде совокупности исчерпывающей базы данных, отражающей основные характеристики работы тепловой сети и принятых решений, направленных на повышение работоспособности
[9, с. 18];
- однородности - отражает базу данных, относящейся к однотипным конструктивным
элементам тепловой сети, которые эксплуатируются в одинаковых условиях и режимах, что позволяет определить тенденции развития позитивных и негативных эффектов, способных оказать прямое воздействие на технические параметры сети;
- периодичности - предусматривает поступление определенного массива информации о работе тепловой сети в равные промежутки времени с указанием количественного состава отказов и причин, что позволяет установить тенденцию изменения технического состояния тепловой сети и предоставить прогнозную оценку на ближайшую перспективу [7, с. 14];
- дискретности - предполагает предоставление информации, разделенной по отдельным характеристикам, признакам, особенностям, что позволяет провести их группировку с проведением дифференциации по степени важности, негативности относительно изменения технического состояния тепловой сети;
- универсальности - предусматривает использование одинакового набора показателей, применяемого к разным конструктивным элементам тепловой сети (трубы, запорно-регулирующая арматура, фасонные части разного диаметра и материала изготовления), что позволяет сформировать объективную базу данных.
Система сбора и обработки базы данных о функционировании тепловой сети характеризуется стадийностью выполнения определенных действий исследователем, которые можно условно подразделить на три вида: информационная, аналитическая, расчетная. Первая стадия (информационная) включает в себя этапы 1-2 (рис. 1) и направлена на формирование совокупности исходных данных, представление ее в удобной для исследователя форме с указанием частоты повторения изучаемого параметра. Вторая стадия (аналитическая) включает стадии 3-6 и направлена на формирование объективной базы данных о работе тепловой сети для последующего использования в расчетах и построения моделей. Третья стадия (расчетная) включает стадии 7-10 и направлена на определение абсолютной величины исследуемого параметра тепловой сети в виде интервальной оценки и проведения проверки правильности полученных моделей. Рассмотрим эти стадии подробно.
1.Формулирование цели и задач исследования тепловой сети
2. Сбор и обработка исходной информации, составление статистического ряда данных распределения исследуемого параметра тепловой сети
3. Проверка базы данных на сопоставимость:
3.1.Графическое изображение распределения исследуемого параметра тепловой сети
3.2. Проверка базы данных на достоверность методом доверительных интервалов
4. Обоснование метода исследования функционирования тепловой сети 4.1. Графический метод выравнивания
5. Проверка репрезентативности модели распределения исследуемого параметра
тепловой сети
5.1. Расчет коэффициента вариации
6. Проверка адекватности модели распределения исследуемого параметра
тепловой сети
6.1. Расчет критерия согласия Пирсона, Фишера, Романовского, Колмогорова (в зависимости от протяженности статистического ряда)
г
7. Обоснование теоретического закон тепло \ р аспре деле ния исследуемо го пар аметра вой сети
*
8. Оценка совпадения опытного и исследуемого пар георетического закона распределения аметра тепловой сети
9. Определение доверител исследуемого па г- ьного интервала распределения заметра тепловой сети
Ч г
10. Расчет относительной предельной ошибки рассеяния исследуемого параметра тепловой сети
Рис. 1. Блок-схема обработки информации о функционировании тепловой сети
Информационная стадия состоит из двух составляющих Первая акцентирует внимание на формулировании цели и задач исследования тепловой сети, предусматривая выделение одного или нескольких изучаемых параметров от количества, которых зависит объем требуемой первичной информации. Если ставится задача изучения одного параметра, то объем данных может быть представлен в виде усеченной выборки т.е., в данном случае сбор информации осуществляется в краткосрочном периоде времени с целью проведения оперативной оценки технического состояния тепловой сети. При изучении нескольких параметров, где необходимо в дальнейшем установить степень тесноты между ними, информационный массив должен быть представлен в виде полной выборки. В этом случае целесообразно провести детальную разбивку тепловой сети на типовые элементы под, которыми будем понимать «конструктивный элемент тепловой сети, выполняющий одинаковую функцию и по которому проходит одинаковый расход теплоносителя» [10, с. 84] с группировкой по количественному составу. Тогда формулирование цели объективно будет отражать назначение проводимого исследования с акцентированием внимания на идеальном воспроизведении в языковой форме объективной актуальности проводимого исследования. Понять возможность достижения поставленной цели можно через раскрытие задач решение, которых позволит установить желаемый результат. При этом количество задач может быть разным в зависимости от сложности установления количественного соотношения изучаемых конструктивных элементов и параметров взаимодействия друг на друга. Однако общее их количество должно быть оптимальным, позволяющим получить позитивный результат. В связи с этим при необходимости уточняются требования применительно к конкретным условиям практической реализации решения задачи. Поэтому, имея окончательное представление о количеством составе задач исследования, целесообразно приступить к выполнению второй составляющей - сбор и обработка исходной информации, составление ряда данных распределения исследуемого параметра тепловой сети. При изучении работы тепловой сети нужно стремиться к составлению статистического ряда исходной информации, при этом количество данных в ряду не должно быть меньше 25. Имея данные по изучаемому параметру функционирования тепловой сети целесообразно провести их первичную обработку, что включает в
себя расчет количества интервалов и протяженности интервалов распределения параметра [6, с. 33]:
N = 1 +1,31^ п;
(1)
где N - количество интервалов; п -количество данных статистического ряда наблюдений.
I = (г - г . )/п
V тах шт /
(2)
где 1тах; 1тт - соответственно наибольшее и наименьшее значение исследуемого параметра тепловой сети в статистическом ряду наблюдений.
Для проведения расчетов с высоким уровнем надежности необходимо определять протяженность интервала распределения исследуемого параметра тепловой сети, используя доверительную вероятность:
I = 1 - (1 - i)
1/п.
(3)
где 1 - уровень доверительной вероятности.
Аналитическая составляющая состоит из пяти составляющих. Проверка базы данных на сопоставимость включает в себя четыре этапа проверки, что позволяет уточнить совокупность информационного массива и путем первичной обработки исключить некоторые данные, имеющие субъективный характер. Графическое изображение распределения исследуемого параметра тепловой сети строится по данным статистического ряда, используя гистограмму, полигон частот или кривую накопления опытных данных исследуемого параметра. Наиболее перспективным, с точки зрения изучения распределения параметра тепловой сети, является полигон или гистограмма, позволяющие определить абсолютное значение предельного состояния, для этого нужно определить отношение между площадью полигона (гистограммы) в определенном интервале распределения параметра к общей площади. В этом случае получим значение, указывающее на количество параметра тепловой сети в долях единицы. Если требуется определить реальное значение параметра, то необходимо умножить на количество точек информации. Графическое изображение позволяет получить наглядность распределения изучаемого параметра и рассчитать реальное значение параметра для различных интервалов распределения, что позволит сделать вывод об оптимальном значении параметра тепловой сети. В процессе обработки
статистических и экспериментальных данных функционирования тепловой сети нужно исключить грубые ошибки ряда. Появление этих ошибок оказывает существенное влияние на объективность результата исследования. Однако прежде, чем исключить некоторые данные, необходимо убедиться, что это действительно грубая ошибка, а не отклонение в результате статистического разброса. Более достоверным является метод доверительных интервалов, применяемый в случае наличия малой выборки данных параметра тепловой сети, где используются выражения [11, с. 283]
А = (*тах - - 1) / П
(4)
в2 = (хшХ - Хср )/°-л1(П - 1) / п
(5)
где хтах, х^, Х;р - соответственно наибольшее, наименьшее, среднее значение из статистического ряда; о - среднее квадратическое отклонение исследуемого параметра тепловой сети.
Если выполняется условие р1>р тах, то нужно исключить из статистического ряда значение хтах, при выполнении условия р2 < в тах исключается х^.
Для оперативной оценки достоверности статистического ряда данных распределения параметра тепловой сети целесообразно воспользоваться правилом трех сигм, т.е. разброс случайных величин от среднего значения не должен превышать значение, определяемое по выражению 6 [11, с. 283 ]:
хср ± 3<у;
(6)
При исследовании работы тепловой сети, располагая длинным рядом статистических данных, возникает необходимость проверки исходных данных на достоверность, т. е. на их повторяемость в определенных пределах измерений с заданной доверительной вероятностью. В общем случае ее можно провести, используя неравенство:
хср/ ^3;
(7)
где Хср - среднее арифметическое значение исследуемого параметра тепловой сети; о - среднее квадратическое отклонение изучаемого параметра тепловой сети.
Однако выражение (7) целесообразно применять для оперативной оценки достоверности
исходных данных, когда есть возможность повторить измерение и уточнить численное значение параметра. В случае необходимости детального исследования достоверности массива информации целесообразно воспользоваться критерием согласия Кохрена. В этом случае исходные данные считаются достоверными, если выполняется неравенство [11, с. 289]:
К < К '
кр кт'
(8)
где Ккр _ расчетный критерий согласия Кохрена; К кт - табличный критерий согласия Кохрена.
Если при расчете нарушается выполнение неравенства (8), то необходимо увеличить количество данных в статистическом ряду распределения изучаемого параметра тепловой сети.
Обоснование метода исследования тепловой сети преследует цель отображения объекта исследования в знаковой форме с применением математических выражений и обеспечение возможности исследования как конструктивного элемента в частности, так и тепловой сети в целом, а также их свойств путем анализа информации представленной в знаковой форме. В процессе исследования тепловой сети используется статистический ряд наблюдений, представленный в виде распределения двух величин, когда каждому значению у1, у 2, у п соответствует определенное значение х^ х2, хп. Такое соответствие можно представить в виде эмпирической формулы некоторого вида у = f (х). Здесь задача состоит в подборе эмпирической формулы в пределах измеренных значений аргумента х1 - х2, которые имеют тем большую ценность, чем больше соответствуют результатам эксперимента. Осуществить подбор формулы, описывающей развитие процесса изменения изучаемого параметра можно, используя два подхода. Первый представляет собой графический метод выравнивания, применяемый в случаях, когда экспериментальная кривая на сетке прямоугольных координат имеет вид плавной кривой. Тогда применяя методы обработки данных (логарифмирование, средних квадратов, малых квадратов, наименьших квадратов, полиномов) можно получить эмпирическую формулу изменения изучаемого параметра. Эти методы обеспечивают достаточный уровень надежности результата, при этом степень точности постоянных коэффициентов способствует получению объективного функционального значения, т.е.
изучаемого параметра тепловой сети. Однако более точным и менее трудозатратным методом подбора эмпирических формул является эмпирический, состоящий из двух этапов:
1. Данные статистического ряда наносим на сетку прямоугольных координат, соединяем экспериментальные точки и ориентировочно подбираем вид формулы.
2.Определяем параметры формулы, которые наилучшим образом соответствуют принятой формуле.
Наличие математической формулы, описывающей изменение исследуемого параметра тепловой сети, позволяет рассчитать его численное значение. Полученный результат нужно проверить на репрезентативность, что можно осуществить с помощью коэффициента вариации,
представляющего «относительную безразмерную величину, характеризующую рассеяние изучаемого показателя или параметра» [12, с. 32].
V = а/(1ср - С)
(9)
где о - среднее квадратическое отклонение изучаемого параметра тепловой сети; ср , С-соответственно среднее значение и смещение изучаемого параметра тепловой сети.
Применение коэффициента вариации позволит сделать вывод о достигнутой объективности на стадии проверки исходных данных и оценить разброс полученного значения изучаемого параметра тепловой сети. При этом значение данного коэффициента более 0,45 означает, что полученное значение параметра тепловой сети на основе определенной эмпирической формулы содержит в себе значительную долю субъективизма, т.е. не является репрезентативным. В том случае, когда получен позитивный результат по коэффициенту вариации, необходимо проверить полученную эмпирическую формулу, представляющую собой математическую модель изменения параметра тепловой сети на адекватность, что можно сделать используя критерии согласия Фишера, Пирсона, Романовского, Колмогорова в зависимости от протяженности статистического ряда исходных данных Критерий Фишера целесообразно применять для определения адекватности модели при малых выборках исходных данных, для чего нужно воспользоваться выражением [11, с. 312]:
к ^ к '
фэ ~ фт (10)
где Кфэ, Кфг - соответственно экспериментальное и теоретическое (табличное) значение критерия Фишера.
При больших выборках исходных данных о функционировании тепловой сети (более 100) нужно использовать критерий согласия Пирсона, согласно которого гипотеза распределения подтверждается по выражению [11, с. 313]:
р(у2,9) >а = 1 - (р(х);
(11)
где а - уровень значимости, принимаемый 0,10; у - критерий согласия Пирсона; 0 - число степеней свободы.
Критерий согласия Романовского целесообразно применять при больших выборках исходной информации, но не более 75-80, для чего используется выражение [11, с. 315]:
Кр = (¥2 -9)/29
0,50 .
(12)
При этом позитивным результат проверки считается, если расчетное значение данного критерия меньше 3.
Критерий Колмогорова применяется при больших выборках исходной информации изменения исследуемого параметра тепловой сети (более 100), для чего необходимо статистическую кривую частот преобразовать в статистическую интегральную функцию, после чего определить наибольшую разность частот между экспериментальной статистической интегральной кривой и соответствующей теоретической интегральной кривой. Данный критерий можно определить [11, с. 316]:
Л = ¡к
0,50 .
(13)
где X - критерий согласия Колмогорова; ц -наибольшая разность частот; к - количественная составляющая выборки исходных данных. При этом позитивным результат проверки считается, если расчетное значение критерия Колмогорова больше 0,05.
Расчетная стадия обработки информации о работе тепловой сети состоит из четырех составляющих. Практика эксплуатации тепловых сетей показывает, что их работа в большинстве случаев подчиняется законам распределения: нормальному, экспоненциальному, Вейбулла. Необходимо осуществить проверку гипотезы подчинения работы тепловой сети одному из этих законов. В первом случае применяются
дифференциальная и интегральная функция распределения. Особенностью дифференциальной функции является симметричное рассеяние частных показателей исследуемого параметра тепловой сети относительно среднего значения. Во-втором случае, основным параметром для тепловой сети является параметр потока отказов (восстанавливаемые объекты), который принимает минимальное значение и доказывает, что сеть успешна прошла период приработки и достигла основных проектных показателей. В третьем случае необходимо использовать
дифференциальную функцию распределения с коэффициентами, характеризующими параметры распределения закона Вейбулла. Однако окончательный выбор закона распределения изучаемого параметра тепловой сети осуществляется оценкой совпадения опытного (определенного по статистическим данным) и теоретического законов по критерию согласия Пирсона х2, который дает объективные оценки. Для этого нужно рассчитать критерий согласия соответственно для законов нормального, экспоненциального, Вейбулла. Располагая тремя значениями критерия согласия можно сделать вывод о выборе закона распределения для дальнейших расчетов, таковым является тот, для которого характерно наименьшее значение данного критерия. Это позволит определить вероятность совпадения опытных и теоретических распределений параметра тепловой сети. При этом критической вероятностью совпадения является Р=0,10. В случае, если Р<0,10, то теоретический закон распределения является необъективным и нужно повторить расчеты по выбору и обоснованию закона распределения. Возможна ситуация, когда вновь проведенные расчеты позволят определить иной закон распределения -нормальный усеченный, биноминальный, логарифмический, что указывает на наличие специфических условий функционирования тепловой сети. После установления закона распределения целесообразно рассчитать доверительные границы рассеяния одиночного значения изучаемого параметра тепловой сети, для чего можно воспользоваться формулами, свойственными для определенного закона распределения. Назначение этихрасчетов состоит в определении доверительного интервала изменения
параметра тепловой сети, имеющего верхний и нижний предел [6, с. 98]:
тв = 1 в -Т в;
(14)
где т р, т р- соответственно верхняя и нижняя доверительная граница изменения параметра тепловой сети.
Заключительной стадией является расчет относительной предельной ошибки рассеяния исследуемого параметра тепловой сети, для чего необходимо располагать данными: значение среднего показателя параметра 1ср и верхняя доверительная граница т в р [6, с.103]:
*в = (Т в- * р)/;
ср,
■ср-
(15)
Если относительная предельная ошибка не превышает 0,050 (5%), то результат определения закона распределения параметра тепловой сети, доверительного интервала изменения параметра являются объективными. Апробация методики обработки информации о функционировании тепловой сети осуществлена на примере тепловой сети по ул. Аксакова г. Ялта , фрагмент для диаметра трубы 273* 5 представлен в таблице 1
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Разработаны принципы построения методического подхода к обработке информации о функционировании тепловой сети, предложена блок-схема данного подхода с детальным обоснованием каждой стадии и их математическим обоснованием, проведена апробация методики, результаты которой свидетельствуют о ее объективности: коэффициент вариации 0, 23; оценка совпадения 23,723,7>10; предельная ошибка 3,14<5.
Таблица 1. Показатели апробации методического подхода обработки информации о функционировании
тепловой сети
Статистический ряд распределения наработки на отказ участка тепловой сети диаметром 273* 5
Интервал, тыс. час. 1,50-2,00 2,00-2,50 2,50-3,00 3,00-3,50 3,50-4,00 4,50- 5,00 5,00-5,50
Суммарная вероятность, Р 0,09 0,12 0,27 0,61 0,83 0,92 0,99
Коэффициент вариации, V 0,23
Среднее значение, . ср, час 4089
Значения дифференциальной и интегральной функции (нормальный закон)
0,04 0,11 0,21 0,32 0,27 0,17 0,09
0,02 0,17 0,29 0,48 0,79 0,89 0,99
Оценка совпадения Нормальный 23,7>10
Доверительный интервал, тв р = 4217 час т н р = 3927 час
Ошибка предельная 3,14<5 - закон распределения и доверительный интервал объективные
ВЫВОДЫ
1.Разработан методический подход к обработке информации о функционировании тепловой сети, включающий в себя три принципиальные стадии, состоящие из десяти составляющих: информационная (1-2 стадии), аналитическая (3-6 стадии), расчетная (7-10 стадии). Данный подход позволяет определить закон распределения параметра тепловой сети и доверительный интервал его изменения с верхней и нижней границами.
2. Проведена апробация предложенного методического подхода на примере реально функционирующей тепловой сети, полученные результаты свидетельствуют об ее объективности и возможности применения для исследования особенностей работы тепловых сетей, работающих в разных условиях
3. Обоснованы принципы применения методического подхода в контексте решения задач, направленных на разработку технических мероприятий, способствующих повышению эффективности работы тепловой сети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бюзеле А. Работоспособность систем горячего водоснабжения: монография / А. Бюзеле пер. с франц. Е.И. Богдановой. - М: Развитие, 2009. - 194.
2. Дайкинс Г. Методы испытаний на трение конструктивных элементов технических систем: монография / Г. Дайкинс пер. с англ. АЕ. Борисова. -Казань: Итиль, 2014. - 188 с.
3.Богданович Е.Н. Оценка эффективности систем теплоснабжения / Е.Н. Богданович // СОК. - N° 1, 2014. - С. 17-27 с.
4. Жмуда Я. Конструирование систем теплоснабжения: монография / Я. Жмуда пер. с англ. Р.А. Гаврилова. - Воронеж: ИСД, 2015. - 288 с.
5. Евстафьев Н.К. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем: монография / Н.К. Евстафьев. - СПб: Наука, 2009. - 278 с.
6. Зимарин Р.М. Надежность технических систем: учебник/ Зимарин Р.М. - Самара: Мысль, 2012. - 208 с.
7. Зорин В.А. Основы работоспособности технических систем: учебникдля Вузов. - М: Магистр-Пресс, 2005. - 228 с.
8.Пашенцев А.И. Технические императивы обеспечения эксплуатационной надежности городских систем теплоснабжения: монография /А.И. Пашенцев, Л.В. Пашенцева, А.А. Гармидер. - Симферополь, КФУ им. В.И. Вернадского, 2017. - 120 с.
9. Пашенцев А.И. Основы научных исследований: учебное пособие / Пашенцев А.И., Гармидер А.А. -Симферополь, КФУ им. В.И. Вернадского, 2017. - 124 с.
10. Кравченко И.Н. Оценка надежности и оборудования: теория и практика: учебник / И.Н. Кравченко, Е.А. Пучин. А.В. Чепурин - М: Альфа - М, 2015. - 215 с.
11. Крутов В.И. Основы научных исследований: учебное пособие / Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. - М.: Высшая школа, 1989, - 400 с.
12. Проников А.С. Параметрическая надежность машин: учебное пособие / Проников А.С. - М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 198 с.
REFERENCES
1. Buzele A. the Efficiency of hot water systems: monograph / A. Buzele translation from French. E. I. Bogdanova. - M: Development, 2009. - 194.
2. Dykins G. Methods oftesting the friction of the structural elements oftechnical systems: monograph / G. Dykins per.from English. A. E. Borisov. - Kazan: ITIL, 2014. - 188 p.
3.Bogdanovich E. N. Evaluation of the efficiency of heat supply systems / EN. Bogdanovich / / SOK. -No. 1, 2014. - S. S. 17-27
4. Zmuda J. Design ofheating systems: monograph / Y. Imada per.from English. R. A. Gavrilova. -Voronezh: ISD, 2015. - 288 p.
5. Evstafyev N. K. Modern methods of ensuring reliability of complex technical systems: monograph/N. K. Evstafiev. - SPb: Nauka, 2009. - 278 p.
6. Zimarin R. M. the Reliability of technical systems: textbook / Zimarin R. M. - Samara: Idea, 2012. - 208 p.
7. Zorin V. A. fundamentals of performance of technical systems: textbook for Universities. - M: Master's Press, 2005. - 228 p.
8.Pashentsev A. I. Technical imperatives of ensuring the operational reliability of an urban heating systems: monograph /A. I. pashentsev, L. V. Pashentseva, A. A. Garmider. - Simferopol, Kazan Federal University im. V. I. Vernadsky, 2017. - 120 p.
9. Pashentsev A. I. Fundamentals of scientific research: textbook / pashentsev A. I., A. A. Garmider -Simferopol, Kazan Federal University im. V. I. Vernadsky, 2017. - 124 p.
10. Kravchenko I. N. Evaluation of reliability and equipment: theory and practice: textbook / In. Kravchenko, E. A. Puchin. A. V. Chepurin. - M: Alpha-M, 2015. - 215 p.
11. Krutov V. I. Fundamentals of scientific research: textbook / Krutov V. I., Grushko I. M., Popov V.-M.: Higher school, 1989, - 400 p.
12. Parametric reliability of machines: textbook / Pronikov A. S.-M: MSTU them. H. Uh... Bauman, 2002. - 198 p.
METHODOLOGICAL APPROACH TO PROCESSING THE INFORMATION OF THE FUNCTIONING OF THERMAL NETWORK Pashentsev A.I.
Summary. The methodical approach to information processing about functioning of thermal network is presented. Its application allows to receive the objective database, used for calculation of its researched parameters. The developed algorithm of information processing is based on the principles of reliability, uniformity, positivity, timeliness, discretization. Its distinctive feature is possibility of the database verification on representativeness, definition of confidential intervals, justification theoretical law of distribution of parameters of thermal network functioning.
Keywords: thermal network, information, processing, representativeness, variation coefficient, criterion of consent.
