vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2018-45-1-73-87vdgtu-494Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTECHNICAL SCIENCE. POWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИМПУЛЬСНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРАEVALUATION OF OPERATIONAL RELIABILITY AND EFFICIENCY OF PRIMARY DESIGNS OF PULSE SUPERCHARGERS USING HYDRAULIC SHOCK ENERGYМакеевА. Н.MakeevA. N.

Макеев Андрей Николаевич – кандидат технических наук, доцент, докторант кафедры теплоэнергетических систем, руководитель учебно-научной лаборатории «Импульсные системы тепло- и водоснабжения»

430000, Республика Мордовия, Саранск, ул. Большевистская, 68

Andrey N. Makeev – Cand. Sc. (Technical), Аssoc. Рrof., Doctoral candidate, Department of heat and power systems, Director of Teaching and Research laboratory «Pulsed the system heating and water supply.

68 I. Bolshevistskaya Str., Saransk 430000

tggi@rambler.ruМордовский государственный университет им. Н.П. ОгарѐваРоссияOgarev Mordovia State UniversityRussian Federation2018130620184517387Copyright © Макеев А.Н., 20182018Макеев А.Н.Makeev A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/494Цель

Цель. Совершенствование технологии организации и использования импульсной циркуляции теплоносителя, а также изыскание принципиально новых технических решений импульсных  нагнетателей для использования энергии локальных гидравлических ударов являются основными задачами в условиях перехода к импульсной циркуляции рабочей среды в эффективных системах тело- и водоснабжения. Целью исследования являлась оценка известных конструкций импульсных нагнетателей водоподъемных устройств на предмет надежности и эффективности работы в гидравлических системах тепло- и водоснабжения.

Метод

Метод. Аналитически обобщены особенности конструкций импульсных нагнетателей для использования энергии гидравлического удара. Применены методы анализа  надежности, эффективности и условий выбора импульсных нагнетателей, применяемых  в системах водоснабжения; осуществлен обзор и анализ технических решений конструкций импульсных нагнетателей, применяемых в системах теплоснабжения.

Результат

Результат. На основе  результатов теоретического анализа конструкций, а также опыта практического применения отдельных технических решений импульсных нагнетателей,  определены условия, влияющие на эффективность  и надежность их работы в условиях эксплуатации с различными типами систем тепло- и водоснабжения. Результаты анализа конструкций импульсных нагнетателей на основе использования энергии гидравлического удара, применяемых в системах водоснабжения,  определили два основных варианта их технического исполнения – с диафрагмой и поршнем. Значимыми техническими решениями импульсных нагнетателей для систем теплоснабжения является конструкция, в которой процесс нагнетания может быть реализован совместно с процессом теплообмена. Осуществлена патентная защита полученных результатов интеллектуальной деятельности.

Вывод

Вывод. Сформулированы рекомендации по использованию отдельных конструкций импульсных нагнетателей для решения конкретных задач в  системах тепло- и водоснабжения. Предложены материалы для изготовления некоторых элементов конструкции импульсных нагнетателей, которые позволят повысить их надежность и энергетическую эффективность.

Objectives

Objectives. The transition to pulse circulation of the working medium in effective systems of heat and water supply result in a need to improve the technology used to organise pulse coolant circulation, as well as to develop fundamentally new technical solutions for pulse superchargers that use the energy of local hydraulic shocks. The aim of the present study was to evaluate the known designs of pulse superchargers of water-lifting devices in terms of operational reliability and efficiency in hydraulic heat and water supply systems.

Methods

Methods. The design features of pulse superchargers using hydraulic shock energy are analytically generalised. Methods for analysing the reliability, efficiency and conditions for selecting the pulse superchargers used in water supply systems are applied; a review and analysis of technical solutions for pulse supercharger designs used in heat supply systems is carried out.

Results

Results. Based on the results of the theoretical construction analysis, as well as on the experience in the practical application of individual technical solutions for pulse superchargers, provisions are determined that affect the efficiency and reliability of their operation under the working conditions with various types of heat and water supply systems. The analytical results of the pulse supercharger designs using the hydraulic shock energy applied in water supply systems reveal two main options for their technical execution, namely, a diaphragm or a piston. The significant technical solution for pulse superchargers in heat supply systems is a design in which the injection process can be implemented in conjunction with the heat exchange process. The obtained results of the conducted intellectual activity are provided with patent protection.

Conclusion

Conclusion. Recommendations on the use of individual pulse supercharger designs for solving specific problems in heat and water supply systems are formulated. Materials are proposed for the manufacture of some elements of the design of pulse superchargers in order to increase their reliability and energy efficiency.

система теплоснабжениятепловая сетьсистема теплопотреблениятепловой пунктнезависимая схема присоединения тепловой нагрузкипульсирующая циркуляция теплоносителяheat supply systemheat networkheat consumption systemheat supply unitindependent scheme of heat load connectionpulse coolant circulationДоговор № 14.Z56.18.1408-МК от 17 января 2018 г. об условиях использования Гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-1408.2018.8Contract No. 14.Z56.18.1408-MK dated January 17, 2018 on the conditions for the use of the Grant of the President of the Russian Federation for state support of young Russian scientists MK-1408.2018.8ReferencesНефедов Ю.И. О перспективах гидроударной энергетики / Ю.И. Нефедов // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2015, – № 12 (143). – С. 20–25Nefedov Yu.I. O perspektivakh gidroudarnoi energetiki. Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit. 2015;12(143):20–25. [Nefedov Yu.I. On the prospects of hydroelectric power. Energy saving. Power engineering. Energy audit. 2015;12(143):20–25. (In Russ.)]Саплин Л.А. Сравнительный обзор и оценка российских и зарубежных гидротаранных установок / Л.А. Саплин, О.С. Пташкина-Гирина, О.С. Волкова // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2015, – № 3. – С. 40–44.Saplin L.A., Ptashkina-Girina O.S., Volkova O.S. Sravnitel'nyi obzor i otsenka rossiiskikh i zarubezhnykh gidrotarannykh ustanovok. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015;3:40–44. [Saplin L.A., Ptashkina-Girina O.S., Volkova O.S. Comparative survey and evaluation of Russian and foreign Hydraulic ram units. Bulletin of Krasnoyarsk State Agrarian University. 2015;3:40–44. (In Russ.)]Макеев, А. Н. Импульсная система теплоснабжения общественного здания :автореф. дис. … канд. техн. наук / А. Н. Макеев. – Пенза, 2010. – 20 с.Makeev A.N. Impul'snaya sistema teplosnabzheniya obshchestvennogo zdaniya. Avtoreferat dissertatsii na soiskanie uchenoy stepeni cand. tekhn. nauk. Saransk; 2010. 20 s.[Makeev A.N. Impulse heating system of a public building. Published summary of PhD of Technical Sciences thesis. Saransk; 2010. 20 p.(In Russ.)]Пат.на изобретение 2543465 Российская Федерация, МПК F24D 3/00. Тепловой пункт / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, С. Н. Макеев, С. И. Храмов, Я. А. Нарватов ; заявитель и патентообладатель А. П. Левцев, А. Н. Макеев, С. Н. Макеев. – № 2013137717/12 ; заявл. 12.08.2013 ; опубл. 27.02.2015, Бюл. № 6.Levtsev A.P., Makeev A.N., Makeev S.N., Khramov S.I., Narvatov Ya.A. Patent RU № 2543465. MPK F24D 3/00. Teplovoy punkt. Opubl. 27.02.2015. Byul. № 6. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Makeev S.N., Khramov S.I., Narvatov Ya.A. Patent RU № 2543465. MPK F24D 3/00. Heat point. Publ. 27.02.2015. Bull. № 6. (In Russ.)]Пат.на изобретение 2423650 Российская Федерация, МПК F24D 3/00. Способ теплоснабжения / А. Н. Макеев, А. П. Левцев ; заявители и патентообладатели А. Н. Макеев, А. П. Левцев. – № 2010112729/03 ; заявл. 01.04.2010 ; опубл. 10.07.2011, Бюл. № 19.Makeev A.N., Levtsev A.P. Patent RU № 2423650. MPK F24D 3/00. Sposob teplosnabzheniya. Opubl. 10.07.2011. Byul. № 19. [Makeev A.N., Levtsev A.P. Patent RU № 2423650. MPK F24D 3/00. The way of heat supply. Publ. 10.07.2011. Bull. № 19. (In Russ.)]Levtzev, А. P. Pulsating heat transfer enhancement in the liquid cooling system of power semiconductor converter / A. P. Levtzev, A. N. Makeev, S. F. Kudashev // Indian Journal of Science and Technology. – March 2016. Vol. 9 (11) – P. 1 – 5. DOI:10.17485/ijst/2016/v9i11/89420 ; URL: http://www.indjst.org/index.php/indjst/article/view/89420/68096 (дата обращения: 17.01.2018).Levtsev A.P., Makeev A.N., Kudashev S.F. Pulsating heat transfer enhancement in the liquid cooling system of power semiconductor converter. Indian Journal of Science and Technology. 2016;9(11):1-5. DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i11/89420; URL: http://www.indjst.org/index.php/indjst/article/view/89420/68096 (access date: 17.01.2018)Левцев А.П. Импульсные системы тепло- и водоснабжения: монография / А. П. Левцев, А. Н. Макеев; под общ.ред. д-ра техн. наук проф. А. П. Левцева. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2015. – 172 с.Levtsev A.P., Makeev A.N. Impul'snye sistemy teplo- i vodosnabzheniya. Pod red. Levtseva A.P. Saransk: Mordovia State University; 2015. 172 s. [Levtsev A.P., Makeev A.N. Pulse systems of heat and water supply. Levtsev A.P. (Ed). Saransk: Mordovia State University; 2015. 172 p. (In Russ.)]Утилизацiямалыхъпаденiй воды для целей осушенiя и орошенiя земель / инженеръ-технологъ В. Н. Ростовцев. – Пг., 1916. – 48 с. :съ 23 чертежами в тексте.Utilizatsiya malykh padenii vody dlya tselei osusheniya i orosheniya zemel'. Inzhener-tekhnolog V. N. Rostovtsev. Pg.: 1916. 48 s. s 23 chertezhami v tekste. [Disposal of small fall water for drainage and irrigation purposes. Engineertechnologist V.N. Rostovtsev. Pg.: 1916. 48 p. with 23 illustrations (In Russ.)]Овсепян В. М. Гидравлический таран и таранные установки / В. М. Овсепян. – М. : Машиностроение, 1968. – 124 с.Ovsepyan V. M. Gidravlicheskii taran i tarannye ustanovki. M.: Mashinostroenie; 1968. 124 s. [Ovsepyan V. M. Hydraulic ram and ramming units. M.: Mashinostroenie; 1968. 124 p. (In Russ.)]Макеев А. Н. Импульсная система теплоснабжения общественного здания :дис. … канд. техн. наук / А. Н. Макеев. – Саранск, 2010. – 153 с.Makeev A.N. Impul'snaya sistema teplosnabzheniya obshchestvennogo zdaniya. Dissertatsiya na soiskanie uchenoy stepeni cand. tekhn. nauk. Saransk; 2010. 153 s. [Makeev A.N. Impulse heating system of a public building. PhD of Technical Sciences thesis. Saransk; 2010. 153 p. (In Russ.)]Пат.на полезную модель 99553 Российская Федерация, МПК F04F 7/00. Водоподъемное устройство / А. П. Левцев, А. Н. Макеев ; заявитель и патентообладатель гос. образоват. учреждение высш. проф. образования «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарѐва». – № 2010125580/06 ; заявл. 22.06.2010 ; опубл. 20.11.2010, Бюл. № 32.Levtsev A.P., Makeev A.N. Patent RU № 99553, MPK F04F 7/00. Vodopod"emnoe ustroistvo. Opubl. 20.11.2010. Byul. № 32 [Levtsev A.P., Makeev A.N. Patent RU № 99553, MPK F04F 7/00. Water lifting device. Publ. 20.11.2010. Bull. № 32 (In Russ.)]Пат.на полезную модель 159837 Российская Федерация, МПК F04F 7/00, F04B 43/02. Импульсный нагнетатель / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, Я. А. Нарватов, Г. Б. Кенчадзе ; заявитель и патентообладатель федер. гос. бюджет.образоват. учреждение высш. проф. образования «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарѐва». – № 2015137314/06 ; заявл. 01.09.2015 ; опубл. 20.02.2016, Бюл. № 5.Levtsev A.P., Makeev A.N., Narvatov Ya.A., Kenchadze G.B. Patent RU № 159837, MPK F04F 7/00, F04B 43/02. Impul’sny nagnetatel’ . Opubl. 20.02.2016. Byul. № 5. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Narvatov Ya.A., Kenchadze G.B. Patent RU № 159837, MPK F04F 7/00, F04B 43/02. Pulse supercharger. Publ. 20.02.2016. Bull. № 5. (In Russ.)]Пат.на полезную модель 168152 Российская Федерация, МПК F24D 3/00, F04B 43/00, F04F 1/00, F04F 7/00. Импульсный нагнетатель / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, А. А. Голянин ; заявитель и патентообладатель федер. гос. бюджет.образоват. учреждение высш. проф. образования «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарѐва». – № 2016115435 ; заявл. 20.04.2016 ; опубл. 19.01.2017, Бюл. № 2.Levtsev A.P., Makeev A.N., Golyanin A.A. Patent RU № 168152, MPK F24D 3/00, F04B 43/00, F04F 7/00. Impul’sny nagnetatel’ . Opubl. 19.01.2017. Byul. № 2. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Golyanin A.A. Patent RU № 168152, MPK F24D 3/00, F04B 43/00, F04F 7/00. Pulse supercharger. Publ. 19.01.2017. Bull. № 2. (In Russ.)]Valueva, E.P. Hydrodynamics and heat transfer in pulsating turbulent pipe flow of a liquid of variable properties / E. P. Valueva // High Temperature. – 2005.– Т. 43. – № 6. С.– 890–899.Valueva E.P. Hydrodynamics and heat transfer in pulsating turbulent pipe flow of a liquid of variable properties. High Temperature. 2005;43(6):890–899.Пат.на полезную модель 171325 Российская Федерация, МПК F24D 3/00. Импульсный нагнетатель / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, М. С. Широв ; заявитель и патентообладатель федер. гос. бюджет.образоват. учреждение высш. образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарѐва». – № 2016109486 ; заявл. 16.03.2016 ; опубл. 29.05.2017, Бюл. № 16.Levtsev A.P., Makeev A.N., Shirov M.S. Patent RU № 171325, MPK F24D 3/00. Impul’sny nagnetatel’ . Opubl. 29.05.2017. Byul. № 16. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Shirov M.S. Patent RU № 171325, MPK F24D 3/00. Pulse supercharger. Opubl. 29.05.2017. Byul. № 16. (In Russ.)]Пат.на полезную модель 128263 Российская Федерация, МПК F15B 21/12. Ударный узел / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, С. Н. Макеев, С. Ф. Кудашев ; заявитель и патентообладатель федер. гос. бюджет.образоват. учреждение высш. проф. образования «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарѐва». – № 2012153602/06 ; заявл. 11.12.2012 ; опубл. 20.05.2013, Бюл. № 14.Levtsev A.P., Makeev A.N., Makeev S.N., Kudashev S.F. Patent RU № 128263, MPK F15B 21/12. Udarnyi uzel. Opubl. 20.05.2013. Byul. № 14. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Makeev S.N., Kudashev S.F. Patent RU № 128263, MPK F15B 21/12. Impact knot. Publ. 20.05.2013. Bull. № 14. (In Russ.)]Пат.на полезную модель 113546 Российская Федерация, МПК F15B 21/12. Ударный узел для газогидравлического устройства (варианты) / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, А. М. Зюзин ; заявитель и патентообладатель НОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». – № 2011141604/06 ; заявл. 13.10.2011 ; опубл. 20.02.2012, Бюл. № 5.Levtsev A.P., Makeev A.N., Zyuzin A.M. Patent RU № 113546. MPK F15B 21/12. Udarny uzel dlya gazogidravlicheskogo ustroystva (varianty). Opubl. 20.02.2012. Byul. № 5. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Zyuzin A.M. Patent RU № 113546. MPK F15B 21/12. Impact knot for gas-hydraulic device (variants). Publ. 20.02.2012. Bull. № 5. (In Russ.)]Погребняк, А.П. О внедрении систем импульсной очистки поверхностей нагрева / А. П. Погребняк, В. Л. Кокорев, А. Л. Кокорев, И. О. Моисеинко, А. В. Гультяев, Н. Н. Ефимова // Новости теплоснабжения. – 2014. – №1 (январь). – С. 22–24.Pogrebnyak A.P., Kokorev V.L., Kokorev A.L., Moiseenko I.O., Gul’tyaev A.V., Efimova N.N. O vnedrenii sistem impul'snoi ochistki poverkhnostei nagreva. Novosti teplosnabzheniya. 2014; 1:22–24. [Pogrebnyak A.P., Kokorev V.L., Kokorev A.L., Moiseenko I.O., Gul’tyaev A.V., Efimova N.N. On the introduction of impulse heating systems for heating surfaces. Novosti teplosnabzheniya. 2014; 1:22–24. (In Russ.)]Пат.на полезную модель 167942 Российская Федерация, МПК F24D 3/00, F28D 9/04, F04F 7/00. Импульсный нагнетатель – теплообменник / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, А. А. Голянин ; заявитель и патентообладатель федер. гос. бюджет.образоват. учреждение высш. образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарѐва». – № 2016130474 ; заявл. 25.07.2016 ; опубл. 12.01.2017, Бюл. № 2.Levtsev A.P., Makeev A.N., Golyanin A.A. Patent RU № 167942, MPK F24D 3/00, F28D 9/04, F04F 7/00. Impul’sny nagnetatel’ - teploobmennik . Opubl. 12.01.2017. Byul. № 2. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Golyanin A.A. Patent RU № 167942, MPK F24D 3/00, F28D 9/04, F04F 7/00. Pulse supercharger – heat exchanger. Publ. 12.01.2017. Bull. № 2. (In Russ.)]Пат.на полезную модель 106329 Российская Федерация, МПК F16K 1/00. Ударный узел для газогидравлического устройства / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, А. М. Зюзин ; заявитель и патентообладатель НОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». – № 2011107008/28 ; заявл. 24.02.2011 ; опубл. 10.07.2011, Бюл. № 19.Levtsev A.P., Makeev A.N., Zyuzin A.M. Patent RU № 106329, MPK F16K 1/00. Udarnyi uzel dlya gazogidravlicheskogo ustroistva. Opubl. 10.07.2011. Byul. № 19. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Zyuzin A.M. Patent RU № 106329, MPK F16K 1/00. Shock unit for a gas-hydraulic device. Publ. 10.07.2011. Bull. № 19. (In Russ.)]Пат.на изобретение 2558740 Российская Федерация, МПК F15B 21/12. Ударный узел / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, С. Н. Макеев, С. И. Храмов, С. Ф. Кудашев, А. М. Зюзин, Я. А. Нарватов ; заявитель и патентообладатель НОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». – № 2014107201/06 ; заявл. 25.02.2014 ; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 22.Levtsev A.P., Makeev A.N., Makeev S.N., Khramov S.I., Kudashev S.F., Zyuzin A.M., Narvatov Ya.A. Patent RU № 2558740, MPK F15B 21/12. Udarnyi uzel. Opubl. 10.08.2015. Byul. № 22. [Levtsev A.P., Makeev A.N., Makeev S.N., Khramov S.I., Kudashev S.F., Zyuzin A.M., Narvatov Ya.A. Patent RU № 2558740, MPK F15B 21/12. Impact knot. Publ. 10.08.2015. Bull. № 22. (In Russ.)]Макеев, А. Н. Тепловые пункты систем теплоснабжения с импульсной циркуляцией теплоносителя / А. Н. Макеев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2017.– № 1 (44). – С. 26–47. DOI: 10.21822/2073–6185–2017–44–1–37–47.Makeev A.N. Teplovye punkty sistem teplosnabzheniya s impul'snoi tsirkulyatsiei teplonositelya. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2017;1(44):26–47. DOI:10.21822/2073–6185–2017–44–1–37–47. [Makeev A.N. Substations of district heating systems with pulse coolant circulation. Herald of Daghestan State Technical University. Technical Sciences. 2017;1(44):26–47. DOI: 10.21822/2073–6185–2017–44–1–37–47. (In Russ.)]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.