真空脫氣定壓機(jī)組摘要：本文介紹了真空脫氣定壓機(jī)組的工作原理以及系統(tǒng)中定壓點(diǎn)的確定，根據(jù)熱力學(xué)原理推出該裝置的罐體總?cè)莘e計(jì)算公式，并對該裝置的選擇提出了計(jì)算方法。
0前言
在開式系統(tǒng)中，不存在定壓問題，而在閉式系統(tǒng)中，必須保證系統(tǒng)無論是在運(yùn)行狀態(tài)還是在靜止?fàn)顟B(tài)管道及設(shè)備內(nèi)充滿水，因此，管道中任何一點(diǎn)的壓力都應(yīng)高于大氣壓力，否則會(huì)倒空吸入空氣，這就帶來了供熱、空調(diào)水系統(tǒng)的定壓問題。
目前國內(nèi)供熱、空調(diào)水系統(tǒng)為了解決的定壓問題，大部分是設(shè)高位膨脹水箱。當(dāng)設(shè)置開式膨脹水箱有困難時(shí)，通常設(shè)置氣壓罐定壓補(bǔ)水裝置來容納或補(bǔ)償系統(tǒng)中水的膨脹量。該裝置（以下稱，定壓裝置）*具備高位膨脹水箱的三項(xiàng)基本功能：
（1）調(diào)節(jié)系統(tǒng)水體由于溫度波動(dòng)而引起的膨脹及收縮──脹縮；
（2）使系統(tǒng)某點(diǎn)壓力恒定──定壓；
（3）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生泄漏時(shí)向系統(tǒng)補(bǔ)水──補(bǔ)水。
1定壓裝置的工作原理
真空脫氣定壓機(jī)組由氣壓罐、補(bǔ)水泵、控制箱、底架、壓力感應(yīng)裝置、管道、電磁閥、電接點(diǎn)繼電器等組合而成，其工作原理：氣室按工藝設(shè)計(jì)充入預(yù)壓所需的空氣（或氮?dú)猓?，裝置連接系統(tǒng)，安裝完畢，打開裝置與系統(tǒng)之間的閥門（該閥門應(yīng)有鎖閉裝置，在工作期間嚴(yán)禁關(guān)閉）。當(dāng)系統(tǒng)水溫的變化引起水的容積膨脹或者收縮時(shí)，由氣壓罐自行予以吸入或吐出，使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定的壓力上下限的區(qū)域里。如果系統(tǒng)由于漏水或其他原因引起壓力下降至預(yù)設(shè)壓力的下*，由電接點(diǎn)繼電器動(dòng)作啟動(dòng)穩(wěn)壓泵，使之向系統(tǒng)供水，直至壓力達(dá)到所預(yù)定的的壓力上限值時(shí)止。若系統(tǒng)壓力超過設(shè)定的zui高壓力值時(shí)，安全閥自行向軟水箱或地溝泄水降壓，如此反復(fù)，以維持系統(tǒng)的壓力平衡。
2系統(tǒng)中定壓點(diǎn)的確定
定壓點(diǎn)是系統(tǒng)中為敏感的點(diǎn)，有著動(dòng)一點(diǎn)兒牽動(dòng)全局的“戰(zhàn)略”位置。
所謂定壓點(diǎn)就是在系統(tǒng)運(yùn)行和停止運(yùn)行時(shí)，該點(diǎn)處的壓力始終保持不變，通常一個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)定壓點(diǎn)，定壓點(diǎn)位置與定壓值一旦確定，系統(tǒng)定壓點(diǎn)的壓力值就是一個(gè)不變的常數(shù)了，定壓點(diǎn)的壓力值等于靜壓線的壓力值。靜水壓曲線是系統(tǒng)停止工作時(shí)，系統(tǒng)上各點(diǎn)測壓管水頭的連接線，它是一條水平的直線。
定壓點(diǎn)壓力的高低要考慮兩個(gè)因素，一個(gè)是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)任一點(diǎn)都不超壓，二是系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)系統(tǒng)不倒空。從水壓圖（圖2）的分析可以看得很清楚。顯然，如果定壓點(diǎn)的壓力過高，那么系統(tǒng)中的每一點(diǎn)的壓力也就相應(yīng)的高，如果超過了管道、閥門或設(shè)備的承壓能力，就要出事故。太低的話，一旦停泵（指循環(huán)泵），系統(tǒng)頂部就成了負(fù)壓，系統(tǒng)就會(huì)倒空，下一次運(yùn)行時(shí)就要進(jìn)行放氣，不然就會(huì)出現(xiàn)氣堵。
閉式系統(tǒng)的動(dòng)水壓圖大致為一個(gè)梯形，見圖2，補(bǔ)水泵的接口點(diǎn)的壓力就相當(dāng)于靜壓線的高度。如果補(bǔ)水泵定壓的接口在循環(huán)泵的入口，則運(yùn)行時(shí)動(dòng)水壓圖就位于靜壓線以上。這就意味著系統(tǒng)每一點(diǎn)的壓力都大于靜壓線的壓力。反之，補(bǔ)水泵定壓的接口在循環(huán)泵的出口，則運(yùn)行時(shí)動(dòng)水壓圖就位于靜壓線以下。而系統(tǒng)每一點(diǎn)的壓力則都小于靜壓線的壓力。對于采暖、空調(diào)系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的每一點(diǎn)都不產(chǎn)生汽化和倒空，通常把補(bǔ)水泵的補(bǔ)水點(diǎn)（即定壓點(diǎn)）設(shè)在循環(huán)水泵的入口，壓力保持在p1和p2之間的范圍內(nèi)，通常取p1和p2之間波動(dòng)范圍為5mh2o，不宜過小，否則觸點(diǎn)開關(guān)動(dòng)作過于頻繁而易于損壞。
3氣體定壓罐的選擇計(jì)算
氣壓罐是利用波義耳—馬略特定律：在一定溫度下氣體壓力(p)與容積(v)乘積等于常數(shù)的原理，利用水壓縮性極小的性質(zhì)，用外力將水儲(chǔ)存在罐內(nèi)，氣體受到壓縮壓力升高，當(dāng)外力消失縮氣體膨脹可將水排除。
合理地設(shè)計(jì)氣壓罐的容積是保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。罐體的總?cè)莘e是由系統(tǒng)水的凈膨脹量（調(diào)節(jié)水量）v1，罐內(nèi)小的氣體空間v2以及低水位所需要的小水容積v3組成的（見圖3）。
罐體內(nèi)氣體的壓縮膨脹過程可視為閉口系統(tǒng)等溫過程，根據(jù)熱力學(xué)原理，罐內(nèi)氣體容積及其相應(yīng)壓力關(guān)系應(yīng)符合下式
pv=常數(shù)（1）
式中v--罐內(nèi)氣體空間的容積；
p—相應(yīng)該容積下的壓力。
在一個(gè)工作循環(huán)過程中，設(shè)p1為水泵啟動(dòng)壓力，即低運(yùn)轉(zhuǎn)壓力，（v1+v2）為氣室在p1時(shí)的體積，，v3為水室在p1時(shí)的體積；p2為水泵停泵時(shí)壓力，即zui高運(yùn)轉(zhuǎn)壓力，v2為氣室在p2時(shí)的體積，（v1+v3）為水室在p2時(shí)的體積，根據(jù)式（1）可寫成
p1（v1+v2）=p2v2（2）
v2=v1/（p2/p1-1）（3）
罐體總?cè)莘evz=v1+v2+v3則
v2=vz-v1-v3（4）
將式（3）代入式（2），并整理得
vz=v3+v1/（p1/p2-1）（5）
令α=p1/p2代入上式，得
vz=v3+v1/（1-α）（6）
α稱為工作壓力比（以壓力計(jì)）[4]，一般取α=0.65-0.85，當(dāng)p2允許時(shí)，盡可能取小值。
由上式可以看出，罐體總?cè)莘e與小水容積v3、調(diào)節(jié)水量v1及工作壓力比α有關(guān)，α值越小，則所需的容積越小。
3.1系統(tǒng)水容量vc的確定
進(jìn)行膨脹罐的選擇計(jì)算時(shí)，不得不提一個(gè)重要的參數(shù)—系統(tǒng)水容量，系統(tǒng)水容量通常由兩部分構(gòu)成：設(shè)備水量、管道水容量。
影響系統(tǒng)水容量的因素很多，這主要取決于系統(tǒng)形式、管道布置、管徑大小等等。當(dāng)一個(gè)工程完成之后，系統(tǒng)水容量vc值原則上是可以計(jì)算出來的，但其工作量實(shí)在太大，因而一般都采用估算的方法。
系統(tǒng)水容量vc按下表估算，室外管線較長時(shí)取較大值。
表1空調(diào)水系統(tǒng)的的單位水容量vc[3]l/m2建筑面積
3.2調(diào)節(jié)水量v1的確定[3]
調(diào)節(jié)水量v1應(yīng)不小于3min補(bǔ)水泵流量，補(bǔ)水泵流量應(yīng)不小于系統(tǒng)水容量的4%-5%。
3.3低水位時(shí)水容積v3的確定
低水位時(shí)水容積v3主要是為了沉積泥渣、連接管道及防止氮?dú)膺M(jìn)入管道系統(tǒng)而設(shè)置的。一般v3可按下式求得：
v3=（0.1-0.3）（v1+v2）
特別提出，空氣定壓雖采用彈性密封材料（如橡膠等）相隔離，無以上問題，但考慮到調(diào)試的方便，罐內(nèi)應(yīng)留有一定量的存水。
4氣壓罐工作壓力值按以下方法確定（*）[3]補(bǔ)水泵啟動(dòng)壓力p1，大于系統(tǒng)zui高點(diǎn)0.5mh2o；
1、補(bǔ)水泵停泵壓力及電磁閥關(guān)閉壓力
p2=（p1+10）/α-10
式中α為工作壓力比。
2、水膨脹時(shí)電磁閥開啟壓力p3，一般取p3=p2+（2-4）
3、安全閥開啟壓力p4，一般取p4=p3+（1-2）
式中p1-p4的計(jì)算單位為mh2o。
5工程實(shí)例：
某航站樓（擴(kuò)建）建筑面積f=18000m2,空調(diào)系統(tǒng)zui高點(diǎn)標(biāo)高8.50m，冷凍站設(shè)在舊航站樓一端，地面標(biāo)高±0.00m，冷凍水管走設(shè)備管溝穿過舊航站樓（供水長度為180m），管徑dn300，管溝內(nèi)水管標(biāo)高-1.8m，冷源為螺桿式冷水機(jī)組。補(bǔ)水點(diǎn)設(shè)在循環(huán)水泵吸入口處，定壓裝置與循環(huán)水泵位于同一安裝高度，計(jì)算選擇氣壓罐定壓裝置。
1、系統(tǒng)水容量vc=vcf
式中vc—單位水容量，l/m2建筑面積；
f—建筑面積。
由表1取vc=0.50l/m2建筑面積，故室內(nèi)系統(tǒng)水容量vc1=0.50*18000=9.0m3
又因室外短線長度較長（來回360m），其水容量不容忽視，則
vc2≈（0.3/2）2*3.14*360=25.4m3
系統(tǒng)總水容量vc=vc1+vc2=9.0+25.4=34.4m3
2、補(bǔ)水泵的小時(shí)流量gb取系統(tǒng)總水容量的5%，則
gb=5%vc=0.05*34.4=1.72m3/h
3、罐體的調(diào)節(jié)水量v1按5min補(bǔ)水泵流量考慮
v1=5*1.72/60=0.143m3
4、罐內(nèi)小的氣體空間
v2=0.143/（1/0.75-1）=0.429m3
5、低水位所需要的小水容積
v3=0.2*（0.143+0.429）=0.114m3
6、罐體總?cè)莘evz=v3+v1/（1-α）=0.114+0.143/（1-0.75）=0.686m3
7、補(bǔ)水泵啟動(dòng)壓力p1，大于系統(tǒng)zui高點(diǎn)0.5m，則p1=8.5+1=9.5m
8、補(bǔ)水泵停泵壓力及電磁閥關(guān)閉壓力
p2=（p1+10）/α-10=16m
10、水膨脹時(shí)電磁閥開啟工作壓力
p3=p2+4=16+4=20m
11、安全閥開啟工作壓力
p4=p3+2=22+2=24m
12、補(bǔ)水泵揚(yáng)程（一般比補(bǔ)水點(diǎn)高3-5mh2o）[3]
hb=p1+4=9.5+4=13.5m
本工程選用定壓裝置氣壓罐容積vz=800l，補(bǔ)水泵流量gb=2m3/h（一用一備），揚(yáng)程hb=14m。
6結(jié)束語：
真空脫氣定壓機(jī)組的選擇在工程設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，罐體調(diào)節(jié)水量過小，補(bǔ)水泵啟動(dòng)頻繁，故障率高；罐體選擇過大，則增加成本，也給安裝帶來困難。針對以上問題，筆者認(rèn)為，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)建筑面積，高度、系統(tǒng)供水溫度等具體條件合理地設(shè)置定壓裝置。
由于筆者水平有限，希望各位同行不吝指教，筆者不勝感激。
參考文獻(xiàn)：
1、供熱工程賀平孫剛編著中國建筑工業(yè)出版社
2、工程熱力學(xué)沈維道等編中國建筑工業(yè)出版社
3、高層建筑供暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)方修睦趙加寧張德宇編著黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社
4、高層建筑采暖設(shè)計(jì)技術(shù)劉夢真王宇清著機(jī)械工業(yè)出版社
5、建筑給水排水工程張健郁勛編重慶大學(xué)出版社