Разработка теплонасосной установки для отопления и горячего водоснабжения

Описание

В проекте выполнена разработка теплонасосной установки для отопления и горячего водоснабжения.

Приведена история предприятия.

Описано предназначение теплонасосной установки.

Посредством теплового насоса осуществляется передача внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю, имеющему более высокую температуру. Энергоносители, которые поставляют тепловую энергию с низкой температурой, называются источниками тепла, а воспринимающие – приемниками тепла. Процесс передачи энергии в противоположном естественному температурному напору направлении осуществляется в круговом цикле, при котором пары испарившегося хладагента всасываются компрессором и сжимаются до высокого давления. При этом происходит повышение их температуры, вследствие чего создается возможность отдачи тепловой энергии теплоприемнику.

Принцип работы теплонасосной установки.

Отбор тепла в испарителе теплового насоса выполняется от источника низкопотенциального тепла. Оно передается низкокипящему рабочему телу теплового насоса. Происходит сжимание полученного пара посредством компрессора. При этом выполняется подъем температуры пара и тепло передается в систему горячего водоснабжения и отопления. Для замыкания цикла, совершаемого рабочим телом, после конденсатора выполняется его дросселирование до начального давления путем охлаждения до температуры ниже источника низкопотенциального тепла. Затем он снова подается в испаритель. Так происходит трансформация тепловой энергии посредством теплового насоса с низкого температурного уровня на более высокий. На привод компрессора затрачивается только механическая энергия. Низкопотенциальные источники тепла могут быть представлены грунтовыми водами, стоками, речной и морской водой.

Произведен выбор схемы и расчет цикла теплонасосной установки.

Для теплонасосной установки применен цикл холодильной машины с регенеративным теплообменником. При этой схеме пар рабочего вещества, который выходит из испарителя, направляется в регенеративный теплообменник. Там происходит его нагрев за счет более теплого рабочего вещества, которое выходит из конденсатора.

 Выполнено определение удельных параметров цикла.

Определена тепловая нагрузка: на конденсатор – 179 кДж/кг, на переохладитель конденсата – 21 кДж/кг, на регенеративный теплообменник – 10 кДж/кг, на испаритель – 170 кДж/кг. Удельная работа компрессора составляет 24 кДж/кг.

Определены режимные параметры ТНУ:

          Приведен расчет теплопритоков отапливаемого помещения.

Рассчитаны толщины изоляции покрытия цеха и пола, коэффициенты теплоотдачи окон и дверей. Определен суммарный эксплуатационный теплоприток 4950 Вт.

Сделан расчет компрессора теплонасосной установки.

Проектируемый компрессор является холодильным, поршневым, одноступенчатым, непрямоточным, двухцилиндровым, вертикальным, с блок-картерным исполнением, простого действия, безкрейцкопфным, со встроенным электродвигателем, бессальниковым, со свободно-принудительной системой смазки (смазка от насоса и разбрызгиванием), стационарным, со среднетемпературным режимом работы, фреоновым, средней холодопроизводительности. В нем применены тронковые алюминиевые поршни, полосовые клапаны на всасывании и нагнетании.

В ходе термодинамического расчета холодильного компрессора вычислена его адиабатная мощность, равная 49,3 кВт.

Определены геометрические размеры: диаметр поршня ступени 110 мм, шейки коленвала – 40 мм, длина шатуна 205 мм.

При газодинамическом расчете вычислена скорость холодильного агента в клапанах 45 м/с, ширина проходной щели 5 мм, длина 234 мм.

Рассчитаны диаметры нагнетательного и всасывающего патрубков 38 мм и 44 мм соответственно.

Принят асинхронный электродвигатель 4А225М4У3.

Динамический расчет компрессора выполнен с помощью программного обеспечения TURBO PASCAL 7.0.

Выполнены прочностные расчеты днища поршня, поршневого пальца, шатунных болтов.

Произведен расчет противовесов с определением суммарной массы противовесов, равной 1,89 кг.

При проектировании компрессора приняты шарикоподшипники радиальные сферические двухрядные 1310 ГОСТ 28428-90 с динамической грузоподъемностью 43,6 кН.

Сделан расчет горизонтального кожухотрубного конденсатора.

Рассчитано число труб в одном ходе – 16, скорость воды 0,4 м/с, число ходов в аппарате по воде 6, внутренняя поверхность теплообмена 4,53 м², внутренний диаметр аппарата 0,286 м².

Определено гидравлическое сопротивление аппарата 3711 Па.

Вычислена исполнительная толщина стен обечайки 5 мм.

При расчете эллиптического днища определено допускаемое давление в камере в рабочем состоянии 2,25 кДж.

Аналогично рассчитан горизонтальный кожухотрубный испаритель.

Выполнен расчет регенеративного теплообменника.

Посредством теплообменника выполняется переохлаждение жидкого хладагента, который выходит из конденсатора, холодными парами этого хладагента, выходящими из испарителя.

Определена площадь теплообменной поверхности 1,2 м², длина трубы змеевика 12,1 м, число витков змеевика 15, длина змеевика 0,75, кожуха – 1,125 м.

Выполнен гидравлический и прочностной расчеты.

Произведен подбор вспомогательного оборудования.

Приняты два центробежных насоса марки 1,5К-8/19б, линейный ресивер марки 0,75РВ и обратный клапан марки КН100.

В дипломной работе разработана теплонасосная установка, применяемая для отопления и горячего водоснабжения.