AQUASYSTEM膨胀罐选型公式及产品知识

发布时间:2021-4-14 14:20:15
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一.定压系统中AQUASYSTEM膨胀罐的选型

定压系统中(变频供水、恒压供水等)AQUASYSTEM膨胀罐(气压罐、压力罐)的选型

为避免水泵频繁启动,膨胀罐的调节容积应满足一定时间的水泵流量(L/min),计算公式如下:

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K = 水泵的工作系数,随水泵功率不同而变化,具体见下表:

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P(HP) 1-2 2-4 5-8 9-12 >12

K 0.25 0.375 0.625 0.875 1

Amax = 水泵的最大流量(L/min)

Pmax = 水泵的最高工作压力(水泵停机时系统的压力,此处压力为绝对压力)

Pmin = 水泵的最低工作压力(水泵启动时系统的压力,此处压力为绝对压力)

Ppre = 气压罐的预充压力(此处压力为绝对压力)

V = 气压罐的体积

其中1HP(马力)= 0.75KW

例如:

一恒压供水设备水泵功率为4HP,水泵最大流量为120L/min,系统压力低于2.2bar时水泵自动启动,系统压力达到7bar时,水泵自动停机,气压罐预充压力为2bar,该系统要选用多大的气压罐?
由上表可知:水泵功率为4HP时,K=0.375

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气压罐型号里面没有72L的,所以直接选用最接近的型号80L的VAV80即可。

二.供暖系统中Aquasystem膨胀罐的选型计算

 热力系统中(锅炉、空调、热泵、热水器等)AQUASYSTEM膨胀罐的选型

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C = 系统中水总容量(包括锅炉、管道、散热器等)

e = 水的热膨胀系数(系统冷却时水温和锅炉运行时的最高水温的水膨胀率之差,见下表),标准设备中

e=0.0359(90℃)

P1=膨胀罐的预充压力(绝对压力)   P2=系统运行的最高压力(绝对压力)

V = 膨胀罐的体积

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例如:

系统水总容积为400L的锅炉,安全阀起跳压力为3bar.应该选用多大体积的膨胀罐

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按选大不选小原则,最接近的是35L的膨胀罐,即该系统需选用VAV35

经验公式:

空调、热泵系统:

5P以下机用2L,即VR2

5-10P机用5L,即VR5

10-18P机用8L,即VR8

1P(匹)= 2.5KW

锅炉、热水器系统:

功率为1000Kcal/h的锅炉或热水器,其系统水总容积为10-20L

1Kcal/h(大卡/小时)= 1.163W

三.意大利Aquasystem膨胀罐(气压罐、压力罐)的选型技巧和速算公式

工作中经常有客户打电话来询问膨胀罐(气压罐、压力罐)该如何选型,如果按传统的方法算系统水的膨胀体积很多客户都觉得太麻烦,结合我们意大利Aquasystem在空调中的应用,我跟大家分享一下我们常用的一个经验公式,也是一个速算公式吧,可能没有算系统膨胀水体积那个方法准确,但一般情况下不会有什么问题的,具体如下:

5-10P 选用意大利Aquasystem的5L膨胀罐VR5

10-18P选用意大利Aquasystem的8L膨胀罐VR8

18-30P选用意大利Aquasystem的12L膨胀罐VR12

30-45P选用意大利Aquasystem的18L膨胀罐VR18

45-60P选用意大利Aquasystem的24L膨胀罐VR24

其中制冷量KW和P的换算关系为1 P ≈ 2.5KW

四.膨胀罐预充气体的说明
       通常膨胀罐都会要求每半年检查一下预充气体压力,最近某品牌声称其膨胀罐可以使用多年不会发生漏气现象,中间无需维护,对于此说法稍作推敲便可发现存在不实之处。 
        第一,该品牌产品顶部充气针阀仍然采用的是O型圈密封,材质仍然是丁晴橡胶,所谓O型圈就是横断面为O型的密封圈,并没有任何特殊之处。工作时气体的气压会反复变化,橡胶在冲击之下会发生疲劳,时间一长便有微量气体泄露; 
        第二, 隔膜式膨胀罐,隔膜式膨胀罐的内膜是通过内卡箍绷紧在膨胀罐内壁上,这种结构导致其隔膜只有与罐体接触的一圈受力,每一次工作循环这一圈位置的橡胶都会反复折叠一次,局部极易产生疲劳,甚至破裂从而导致气体泄漏。而气囊式膨胀罐是在罐体内置了一个气囊,气囊被法兰端面均匀固定,工作时整个气囊均匀受力,折叠位置随机变化,不易产生固定位置疲劳,使用寿命更长,为隔膜式寿命5倍; 
        第三, 因为其隔膜是用卡箍紧压在罐体内壁上的,在气体受挤压时会导致罐体产生微小的变形,从而与隔膜形成微小的空隙,这些微小的空隙会将预充的气体泄露出去,这种漏气的膨胀罐用一段时间如果不再补充气体就不能起到稳压作用; 
        第四, 膨胀罐预充压力一般为1.5bar,而擅自提高预充压力到2bar,在4bar相同工况下,膨胀罐吸收的介质的能力将会减低20%!危害到整个系统。 
        综上可知,膨胀罐在五年内不用充气保养是不可能的,如果真的有这么先进的密封技术,那么奔驰宝马奥迪还要装胎压监控装置吗?还明文要求定期检测胎压吗? 
        膨胀罐也像汽车一样需定期检测预充压力!

五.气压罐的容积与气压罐可调容积的区别

工作中,经常有客户认为气压罐的容积就是其可调容积,或者搞不清楚两者之间的关系,这里需要指出的是,气压罐可调容积不是气压罐的容积,而是气压罐在此压力范围内的调节容积,在变频系统上,为最大限度的利用气压罐的体积,可把气压罐预充气体的压力和水泵的启动压力下限设为一致,这样当气压罐内的水全部补充到系统后水泵恰好启动,这里以意大利Aquasystem气压罐在变频供水系统上的应用来举例说明一下:

例如:生活管网变频供水恒压值为P1=0.5MPa,压力下限(水泵再启动压力)P2=0.15MPa,在正常情况下,假设管网夜间用水量为15L/h,在夜间水泵停止工作按7h(22:00-5:00)计算,用水量为105L,那么,如果气压罐在P1与P2压力范围内的调节水量大于105L,即可保证水泵睡眠7小时,因此,选用调节容积在略大于105L的气压罐是比较合适的,如选用调节容积大大超出105L(上述压力范围内)的气压罐,虽然水泵的间歇时间更长,但超过7小时已经开始进入用水阶段,延长睡眠时间已无意义,配套的小气压罐与过大体积气压罐具有使水泵相同的间息时间,因此,不是气压罐体积越大效果越好。

以意大利Aquasystem气压罐为例,假设需要选用的气压罐容积为V,气压罐预充压力为P2,则由波义耳(Robert Boyle)气体定律,在一定温度下气体压力(P)与容积(V)乘积等于常数的原理,即PV = 定值,P1×V1=P2×V2=P×V

其中:P=气压罐预充气体压力

V=气压罐体积(也为初始状态预充气体的体积)

V1=系统压力为P1时气压罐气体的体积

V2=系统压力为P2时气压罐气体的体积

由以上可知:0.5V1=0.15V2=0.15V

V1=0.3V2   V2=V

气压罐的可调容积△V=V-V1=0.7V=105L

V=150L

即应该选用体积为150L的气压罐,以意大利Aquasystem气压罐为例,正好有150L的型号与之对应,直接选用VAV150即可,如果计算结果是160L,因为气压罐型号的限制,150L以上就是200L了,所以按选大不选小和就近原则,应该选择对应200L的VAV200。

六.膨胀罐预充压力,膨胀罐最大工作压力,预充压力与最大工作压力的详细计算分析

按照PV/T=定值来进行不同条件下膨胀罐气囊内进水量的多少计算,假设整个过程中气体的温度不变,即在膨胀罐内气体体积和压力变化时,其乘积PV是不变。

定义:

P 气体的压强(平时习惯叫压力,绝对压强而不是表压)

V 气体的体积

P0 气体的初始压力

V0 气体的初始体积(忽略膨胀罐气囊的厚度的话应该就是罐的体积)

假设大气压为1bar

绝对压力=表压+大气压

1.膨胀罐预充压力为1.5bar,按膨胀罐的最大工作压力来计算,此时绝对压力为1.5+1=2.5bar

未充水以前,气体的体积即为罐的体积,也就是24L

当膨胀罐气囊内水压为8bar时,绝对压力即为8+1=9bar,膨胀罐囊内水和囊背面气体压力平衡时,假设气体的体积为V1,囊内进水体积为△V1

P0 ×V0 = 5 ×V1    即24 × 2.5 = 9 ×V1

V1 = 6.7L  也就是此时气体被压缩到只有6.7L

△V1 = 24 – 6.7 = 17.3L

2.膨胀罐内气体放到跟外界大气压相等,此时绝对压力为1bar
当膨胀罐气囊内水压力为4bar时,绝对压力即为4+1=5bar,膨胀罐囊内水和囊背面气体压力平衡时,假设气体的体积为V2,囊内进水体积为△V2

P0 ×V0 = 9 ×V2    即24 × 1 = 5 ×V2

V2 = 4.8L  也就是此时气体被压缩到只有4.8L

△V2 = 24 – 4.8= 19.2L    △V2 -△V1 = 19.2 -17.3 = 1.9L

3.按膨胀罐出厂的最大测试压力11.2bar

膨胀罐预充压力为1.5bar,即绝对压力为1.5+1=2.5bar

膨胀罐气囊内水压达到11.2bar时,即绝对压力为11.2+1=12.2bar时,当膨胀罐气囊内水压力跟气囊背面气体的压力平衡时,假设气体的体积为V3,囊内进水体积为△V3

P0 ×V0 = 12.2 ×V3    即24 × 2.5 = 12.2 ×V3

V3 = 4.92L  也就是此时气体被压缩到只有4.92L

△V3 = 24 – 4.92= 19.08L     △V2 -△V3 = 19.2 -19.08 = 0.12L

由以上分析可知:

即使在工作压力4bar的时候,膨胀罐气囊内进入的水已经比预充压力为1.5bar意大利出厂测试时多了1.9L,比最大测试压力为11.2bar的时候还要多0.12L,所以如果在实际应用时需要对膨胀罐的预充压力进行调整,切记预充压力调大时没有太大影响,但是如果是把预充压力降低,膨胀罐的气囊的承压能力就达不到其标注的最大工作压力。

七.气囊式膨胀罐,隔膜式膨胀罐,气囊式膨胀罐与隔膜式膨胀罐的区别

隔膜式膨胀罐的内膜是通过热轧的方式固定在膨胀罐的两个半壳的碳钢中间(见下图)。这种工艺过程如果处理的不好,就会留下微小的气孔在内膜和碳钢之间,这些微小的气孔会将预充的气体泄露出去,膨胀罐如果泄露气体,90%就是从这里泄露的,这种漏气的膨胀罐用一段时间如果不再补充气体就不能起到定压卸荷作用,而这本身是很难察觉。
另外隔膜式膨胀罐由于罐体下半部分直接跟水接触,虽然其内部也做过防锈处理,但长时间浸泡在水里一样会出现罐体生锈的情况,这就是为什么隔膜式膨胀罐使用一段时间后倒出来的水呈黄色。由于罐壁厚度一般在1mm左右,接口直接与罐焊接在一起,这种联接方式可承受的扭力相当小。而安装罐时只能抱着壳体旋转,这样如果用力太大或过猛,就会将接口旋断。这种情况在空调生产过程中最为常见。  

气囊式膨胀罐就克服了这些缺点

气囊式膨胀罐内部有一个整体的气囊,在工作时水只进入气囊内,不与壳体接触。接口处用法兰盘连接。这种结构就避免了焊接过程引起的生锈问题以及水质的二次污染。这种结构的膨胀罐的气囊可更换。同样,由于是法兰联接,故它的接口就可以承受很大的扭力,在安装过程中就不怕会扭断接口。


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八.膨胀罐的工作原理:

当外界有压力的水进入膨胀罐气囊内时,密封在罐内的氮气被压缩,根据波义耳气体定律,气体受到压缩后体积变小压力升高,直到膨胀罐内气体压力与水的压力达到一致时停止进水。当水流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于水的压力,此时气体膨胀将气囊内的水挤出补到系统。

九:膨胀罐的使用注意事项:

1、若是膨胀罐是放在特殊场合,应告知供应商,以便有相关的膜体对应使用;

2、膨胀罐的工质介质一般为水或者水和防冻液的混合物(水的比例不得小于50%),其他介质需要打电话咨询;

3、应严格按公式来计算所需膨胀罐的大小,膨胀罐过小会引起安全阀的频繁起跳和自动补水阀的频繁补水;

4、膨胀罐的最大工作压力跟其罐体上标注的预充压力一一对应,如果因使用需要改变了其预充压力,最大工作压力随之改变,基本遵循以下规律,预充压力减小,其最大工作压力随之减小,具体减小到多少要计算,预充压力增大其最大工作压力不变;

5、测试膨胀罐气囊时建议直接用水压测试,严禁使用锋利的器件碰触气囊;

6、膨胀罐应一年检查一次其预充压力,如果发现压力下降应及时补气,以免影响其正常使用;

7、罐体标签上有注明工作温度和最大工作压力,严禁超出此范围使用,如果需要,请联系厂家;有上面其结构可知:当膨胀罐用于系统中时,由于系统压力比预充气体的压力高,所以会有一部分工作介质进入气囊内(对隔膜式来讲是进入罐体内),直到达到新的平衡,当系统压力再度升高,系统压力再次大于预充气体的压力,又会有一部分介质进入囊内,压缩囊和罐体间的气体,气体被压缩压力升高,当升高到跟系统压力一致时,介质停止进入,反之,当系统压力下降,系统内介质压力低于囊和罐体间的气体压力,气囊内的水会被气体挤出补充到系统内,使系统压力升高,直到系统工作介质压力跟囊和罐体间的气体压力相等,囊内的水不再外系统补给,维持动态的平衡。 

十.意大利阿库斯坦气囊式膨胀罐的安装 

1、供暖系统中建议将气压罐安装在系统水温相对最低点地方,一般安装在系统的回水端,储热水箱的冷水入水端。24L及24L以下的气压罐因自重较轻可直接连到系统管道上。为避免气压罐在工作时进水和自重对系统管道产生较大的载荷,对于24L以上的气压罐其自身带有三脚支架,可用金属软管把气压罐连接到系统,埋地螺钉固定气压罐支脚,保证使用过程中的平稳、 

2、气压罐附近要安装安全阀,避免在系统压力异常的时候损坏气压罐和系统其他部件; 

3、在供暖和空调闭式循环系统上,不能把气压罐装在水泵的出水口,这样可能会造成水泵的气蚀