【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 供水设备 膨胀罐 调节容积 节能
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正文：
概要：  有效发挥膨胀罐的最大调节容积，直接关系到供水设备的节能效果及水泵和电控装置的使用寿命。长期以来市场上的许多膨胀罐都处于半调节或微调节状态，造成了严重的浪费，希望本文能够对大家有所帮助和启示。
关键词：供水设备 膨胀罐 调节容积 节能
长期以来各企业生产的膨胀罐，其充气压力千差万别，没有一个有说服力的方法可供参考，国家、行业也没有相应的标准和规范，许多产品都是在缺乏合理依据的情况下进行充气，造成了许多胶囊根本没有充分发挥其调节作用甚至容易损坏的局面。这里提出一套有力的数据和方法供大家参考，希望能产生良好的社会效果。
用户作为设备的使用者，对新进设备的认识往往不会迅速吃透，现场调试也不很方便，因此，产品在出厂前进行充气比较合理。那么，如何确定理想的充气压力？如何确保胶囊不被损坏？就是我们需要解决的两个问题。结合示意图分析如下：

图1
由图1可见，充气后的膨胀罐在充水后，其胶囊的工作状态只存在三种可能性：
第一种情况，Vd＞W 即充水后胶囊被拉大，胶囊始终处于被拉伸状态下工作。此时存在关系式：
P₁V=（Pg-F）（V-Vg）, P₁为第一种情况下的充气压力,因此有：Vg=V-P₁V/（Pg-F）和Vd=V-P₁V/（Pd-F），此状态下的调节容积用Vt₁表示，则有：Vt₁=Vg-Vd，即：Vt₁=P₁V［1/（Pd-F）-1/（Pg-F）］…（1）
第二种情况，Vg＞W，Vd≤W，即充水后胶囊被拉大，在系统压力降至水泵将要启动时胶囊已不被拉伸。此时存在关系式：Vg=V-P₂V/（Pg-F）和Vd=V-P₂V/Pd，这种状态下的调节容积用Vt₂表示，则有：Vt₂=Vg-Vd 即：Vt₂=P₂V［1/Pd-1/（Pg-F）］…（2）
第三种情况，Vg≤W，即充水后胶囊不被拉大，胶囊容水量始终处于自然容积或其以下。此时存在关系式：Vg=V-P₃V/Pg和Vd=V-P₃V/Pd，此时的调节容积用Vt₃表示，则有：Vt₃=Vg-Vd 即：Vt₃=P₃V（1/Pd-1/Pg）…（3）
我们的目的就是无论在哪种情况下，找出Vt可能的最大值和相应的充气压P。上述三种情况由胶囊的状态可知：P₃＞P₂＞P₁并且有1/（Pd-F）-1/（Pg-F）＞（1/Pd-1/（Pg-F） 可见，第二种情况的调节容积为最小Vt₂不应考虑，下面再比较（1）（3）两式中Vt之大小。
由1/（Pd-F）-1/（Pg-F）=（Pg-Pd）/（Pd-F）（Pg-F）…（4），1/Pd-1/Pg=（Pg-Pd）/PgPd…（5）因所有参数均不为负，前者的分母小于后者，所以（4）≥（5） 又因为P₃＞P₁，所以Vt₁ 与Vt₃的大小还不能确定，但是，由（1）（3）可见，它们均与充气压力成正比。两者的充气压力范围是有条件限制的，前者的最高限小于临界压力Po，即P₁＜Po，当Vg=W时的充气压为Po， 这时F=0有：
PoV=Pg（V-W） 即：Po=Pg（1-W/V）…（6）
将P₁值由Po代入可得：Vt₁＜Pg（V-W）（1/（Pd-F）-1/（Pg-F））
即：Vt₁＜ Pg（V-W）［（Pg-Pd）/（Pd-F）（Pg-F）］…（7）
再由P₃V=（V-Vd）Pd 得：
P₃=（1-Vd/V）Pd…（8）
可见，当Vd=0时，P₃=Pd 为其最大值（这时胶囊水被完全压出）。有：Vt₃=PdV（1/Pd-1/Pg）即：
Vt₃=V（1-Pd/Pg）…（9）
由于Vt₃≤W代入上式，得出（9）存在条件为：Pd/Pg≥1-W/V…（10）
比较（7）（9）式大小，用（9）-（7）经整理得：
Vt₃-Vt₁=V（Pg-Pd）［（Pd-F）（Pg-F）-Pg²（1-W/V）］/Pg（Pd-F）（Pg-F）可见Vt₃＞Vt₁的条件是：
［（Pd-F）（Pg-F）］/Pg²＞（1-W/V）…（11）
就是说（11）式成立时，第三种情况的调节容积值最大值，可用（9）直接算出，这时其充气压力为P=Pd，反之，要用（1）和（9）分别计算比较其大小，此时，第一种情况充气压力应选择最接近Po的P₁值，Po可用（6）算出。由此可见，应该使用哪个公式计算要视具体的膨胀罐参数和水泵设定参数而定。
    现实中，膨胀罐的设计均有其合理性，并不是所有参数不受限制，就我公司的系列产品看，其各项参数代入后均符合（11）式条件。就是说，选择P= Pd就可获得最大的调节容积，其容积值为Vt=V（1-Pd/Pg）。一般情况Pg可视为用户选取的水泵扬程（换算为压力），Pd为停泵后需要靠膨胀罐维持的最低压力，低至该值水泵立即启动，达到Pg值水泵就可停机。
例：膨胀罐SN1000的参数为：W=0.5m³，V =1.44m³，F=0.035MPa，当水泵扬程为100m，供水保证的最低扬程为85m时，选择充气压力P，并计算最大调节容积。
    将已知条件代入（11）式有：
［（Pd-F）（Pg-F）］/Pg²＞（1-W/V）即（0.85-0.035）（1-0.035）/1²＞（1-0.5/1.44）有0.7865＞0.6528
由（10）得到：Pd/Pg=0.85/1.0＞1-W/V=1-0.5/1.44=0.6528
可使用（9）式计算Vt值
得Vt=V（1-Pd/Pg）=1.44（1-0.85/1.0）=0.216 m³，此时的充气压力P=Pd ，即为0.85MPa。
由（6）知，此时的临界充气压力Po=Pg（1-W/V）=0.6528 MPa
若充气压力为0.7MPa，则应该使用（3）计算，有：
Vt₃=P₃V（1/Pd-1/Pg）=0.7*1.44（1/0.85-1/1.0）=1.008*0.1765=0.178 m³
若充气压力为0.6MPa，则应该使用（1）计算，有：
Vt₁=P₁V［1/（Pd-F）-1/（Pg-F）］=0.6*1.44［1/（0.85-0.035）-1/（1-0.035）］=0.165 m³
若充气压力为0.3MPa，则有：
Vt₁= P₁V［1/（Pd-F）-1/（Pg-F）］=0.3*1.44［1/（0.85-0.035）-1/（1-0.035）］=0.082 m³
可见，充气压力的大小对膨胀罐的有效调节容积影响有多大。本例中，0.85MPa的充气压是0.3MPa充气压调节容积的2.6倍以上。可见，充气压力设置不当，大膨胀罐也未必收到好效果。当一个膨胀罐的调节容积没能充分利用的时候，水泵的频繁启动相对增多，启动电流是正常电流的数倍，不但严重费电，还会造成水泵及配套控制系统的过早失效。
为了确保胶囊在无水状态下充气不易损坏，可在罐内进出水口处设置一个护罩（多孔管帽），这样就可以防止充气压力过大时胶囊向外翻出拉破。见示意图1。