一種自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置的研究

郭磊 黑永雪（海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061）

一種自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置的研究

郭磊 黑永雪（海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061）

筆者對(duì)傳統(tǒng)的定壓罐進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，研發(fā)了一種撬裝式自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置。該裝置應(yīng)用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)中，優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用前景廣闊。

穩(wěn)壓補(bǔ)水；膨脹水箱；定壓罐；變頻泵補(bǔ)水設(shè)備；閉式循環(huán)冷卻水

1 傳統(tǒng)的穩(wěn)壓補(bǔ)水設(shè)備

穩(wěn)壓補(bǔ)水設(shè)備在暖通空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用的較多，穩(wěn)壓補(bǔ)水設(shè)備保證采暖或中央空調(diào)水系統(tǒng)冷熱介質(zhì)（水），在系統(tǒng)內(nèi)不倒空、不汽化、不超壓，并保持有一定供系統(tǒng)循環(huán)的壓力，保證系統(tǒng)冷熱交換穩(wěn)定正常。

目前暖通空調(diào)系統(tǒng)常用有以下幾種定壓補(bǔ)水設(shè)備：①膨脹水箱；②定壓罐；③變頻泵。

1.1 膨脹水箱[1～2]

膨脹水箱定壓是通過(guò)水箱容積的緩沖調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)由于系統(tǒng)水溫變化或泄漏引起的系統(tǒng)介質(zhì)（水）的容積變化，保持其系統(tǒng)冷熱媒介（水）壓力的相對(duì)恒定。它的優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、安全、少維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用低、壓力穩(wěn)定、不用電；可以有效消除系統(tǒng)非正常工況下的超壓。（2）缺點(diǎn)：對(duì)最高點(diǎn)有空間位置要求；系統(tǒng)無(wú)法做到全密閉，有氧化腐蝕缺陷；不適應(yīng)大容量系統(tǒng)的需要。

1.2 定壓罐

定壓罐由氣壓罐、補(bǔ)水泵、安全閥、電接點(diǎn)壓力表、控制箱等組合而成。當(dāng)系統(tǒng)水溫變化或泄漏引起水的容積變化時(shí)，利用氣壓罐內(nèi)氣體高壓縮性的緩沖作用，使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的壓力范圍內(nèi)。如果系統(tǒng)壓力下降至預(yù)設(shè)壓力的下限時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)水泵向系統(tǒng)供水，直至壓力達(dá)到預(yù)定的壓力上限值時(shí)止。若系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定的最高壓力值時(shí)，安全閥自行泄水降壓，以維持系統(tǒng)的壓力平衡。它的優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）優(yōu)點(diǎn)：布置靈活，不受高度的限制；設(shè)備集中控制管理，維修使用較方便；系統(tǒng)的氧化腐蝕減輕；較好地防止系統(tǒng)出現(xiàn)汽化及水擊現(xiàn)象；適應(yīng)大面積高建筑物的需要。（2）缺點(diǎn)：補(bǔ)水泵啟動(dòng)頻繁，泵的壽命短；系統(tǒng)壓力波動(dòng)大，不能有效防止非正常情況系統(tǒng)超壓的問(wèn)題；不能斷電，能源浪費(fèi)較大，運(yùn)行費(fèi)用高；占空間大；氣壓罐中的氣囊耐候性不強(qiáng)，壽命有限。

1.3 變頻泵

變頻泵調(diào)速定壓補(bǔ)水設(shè)備，是變頻調(diào)速技術(shù)和膨脹水箱技術(shù)的結(jié)合。其基本原理是根據(jù)傳感器采集的系統(tǒng)的水壓力變化，通過(guò)邏輯計(jì)算調(diào)整電源頻率，平滑無(wú)級(jí)地調(diào)整補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速，即調(diào)節(jié)補(bǔ)水量，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒壓點(diǎn)壓力相對(duì)恒定的目的。它的優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）優(yōu)點(diǎn)：有定壓罐的優(yōu)點(diǎn)，但較定壓罐解決了補(bǔ)水泵啟動(dòng)頻繁，影響壽命，耗費(fèi)電能多的問(wèn)題；罐體的容積小占空間??；操作方便更人性化；適應(yīng)大面積高層暖通空調(diào)系統(tǒng)。（2）缺點(diǎn)：設(shè)備貴投資大，針對(duì)各個(gè)體需建立頻率與系統(tǒng)定壓模型，對(duì)使用、調(diào)整、維修人員技術(shù)要求高；相對(duì)膨脹水箱耗能，受電源影響。

2 自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置

膨脹水箱、定壓罐、變頻泵補(bǔ)水設(shè)備都存在一些缺陷，針對(duì)以上問(wèn)題，筆者研發(fā)了一種自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置。

自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置[3]是在定壓罐基礎(chǔ)上做的技術(shù)改進(jìn)，它由氣壓罐(1)、密封氣瓶組(3)、補(bǔ)水閥組(4)、補(bǔ)氣閥組(5)、安全泄壓閥組(6)，以及配套的儀表(2)、控制系統(tǒng)(7)組成。自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置為PLC全自動(dòng)控制，無(wú)需人工干預(yù)。

2.1 工藝流程簡(jiǎn)圖

自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置工藝流程見(jiàn)下圖：

圖2 自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置工藝流程簡(jiǎn)圖

2.2 自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置工作原理

自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置配套PLC控制柜，控制氣壓罐的壓力和液位。液位信號(hào)與補(bǔ)水閥組連鎖，壓力信號(hào)與補(bǔ)氣閥組連鎖。PLC內(nèi)設(shè)置高低液位值和高低壓力值，在設(shè)定的液位和壓力范圍內(nèi)，設(shè)備正常運(yùn)行。在設(shè)定的液位和壓力范圍外，PLC開啟自動(dòng)補(bǔ)水或自動(dòng)補(bǔ)氣工作模式。

（1）自動(dòng)補(bǔ)水模式：當(dāng)液位低于設(shè)定低液位值L1時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)補(bǔ)水模式。補(bǔ)水閥組自動(dòng)開啟，系統(tǒng)水源注入氣壓罐，為氣壓罐補(bǔ)水；當(dāng)液位高于設(shè)定高液位值L2時(shí)，補(bǔ)水閥組自動(dòng)關(guān)閉，停止向氣壓罐注入水源。

（2）自動(dòng)補(bǔ)氣模式：當(dāng)壓力低于設(shè)定低壓力值P1時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)補(bǔ)氣模式。補(bǔ)氣閥組自動(dòng)開啟，密封氣瓶組的高壓密封氣通過(guò)補(bǔ)氣閥，向氣壓罐補(bǔ)氣；當(dāng)壓力高于設(shè)定高壓力值P2時(shí)，補(bǔ)氣閥組自動(dòng)關(guān)閉，停止向氣壓罐補(bǔ)氣。

3 自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)的膨脹水箱、定壓罐、變頻泵補(bǔ)水設(shè)備相比，自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置優(yōu)勢(shì)明顯。主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）冷卻水在全封閉系統(tǒng)中運(yùn)行，水質(zhì)不易受到污染；（2）設(shè)備內(nèi)沒(méi)有氣囊，設(shè)備耐候性好、使用壽命長(zhǎng)；（3）該設(shè)備進(jìn)水可以利用系統(tǒng)余壓，節(jié)省了水泵；（4）沒(méi)有動(dòng)設(shè)備，節(jié)能效果明顯而且投資小；（5）撬裝設(shè)計(jì)，占地面積小，安裝方便。

4 自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置的應(yīng)用前景

自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置很好的解決了傳統(tǒng)穩(wěn)壓補(bǔ)水設(shè)備存在的問(wèn)題，在工程實(shí)際應(yīng)用中，獲得了較好的使用效果。特別是在在大型閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，系統(tǒng)容量較大，定壓罐和變頻泵功率較大，耗能高，自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用前景廣闊。

[1]王旭霞,一種新的定壓補(bǔ)水裝置,山西建筑,2003第3期.

[2]趙海生,成套定壓補(bǔ)水裝置在空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中的應(yīng)用,科學(xué)之友,2012年05月.

[3]一種自動(dòng)穩(wěn)壓補(bǔ)水設(shè)備[P].中國(guó).實(shí)用新型專利. 4902574.2015年12月30日.