大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置控制方式探究

孟令建 鄭濤 曹立國 劉克 韓天雷 徐恒善

（海爾熱水器開發(fā)部 山東青島 266101）

大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置控制方式探究

孟令建 鄭濤 曹立國 劉克 韓天雷 徐恒善

（海爾熱水器開發(fā)部 山東青島 266101）

大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置是保證燃氣采暖爐氣流不暢時，采暖爐關(guān)機的重要安全裝置?，F(xiàn)市場上燃氣采暖爐的該裝置主要有以下四種控制方式：風(fēng)壓開關(guān)正負壓差式、風(fēng)壓開關(guān)正負壓差帶冷凝水收集器式、風(fēng)壓開關(guān)直接負壓控制式、風(fēng)壓開關(guān)負壓控制帶壓力補償式。這四種控制方式針對不同的使用環(huán)境各有優(yōu)缺點，如使用不當(dāng)，燃氣采暖爐會出現(xiàn)故障。本文旨在通過對這四種控制方式的理論及實際使用分析來說明在不同使用環(huán)境下應(yīng)如何選擇該控制方式，從而避免由于該控制方式選擇不當(dāng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

大氣式燃氣采暖爐；氣流監(jiān)測裝置；風(fēng)壓開關(guān)；文丘里管；控制方式

1 引言

目前，市場上銷售的部分燃氣采暖爐配置的氣流監(jiān)測裝置，無論銷售地點使用環(huán)境如何，均使用同一種風(fēng)壓開關(guān)控制方式。但若該裝置選用不當(dāng)，采暖爐在使用過程中無疑會出現(xiàn)質(zhì)量問題，以風(fēng)壓開關(guān)斷開故障居多。故在采暖爐設(shè)計時應(yīng)選用正確的風(fēng)壓開關(guān)控制方式。

摘要中提及的四種控制方式中以風(fēng)壓開關(guān)正負壓差式使用最多，此種控制方式操作簡單、成本低廉、使用較可靠，宜使用在華東和華南等冬天溫度不太低的地區(qū)；而在西北等高寒地區(qū)，由于夜晚平均溫度為零下10℃左右，在采暖爐燃燒過程中，風(fēng)壓管正壓中的水蒸氣遇冷冷凝成水滴，進入風(fēng)壓開關(guān)或堵塞風(fēng)壓開關(guān)正壓口，從而導(dǎo)致風(fēng)壓開關(guān)故障。此地區(qū)部分廠家采用風(fēng)壓開關(guān)正負壓差帶冷凝水收集器式控制方式，但需廠家額外制作兩個冷凝水收集器，增加了制作成本，與此同時，還需售后人員不間斷對冷凝水進行清理，給用戶帶來困擾。為解決此問題，考慮到風(fēng)壓開關(guān)負壓口處通過文丘里管結(jié)構(gòu)形成負壓，此處冷凝水不會進入風(fēng)壓開關(guān)，故部分生產(chǎn)企業(yè)采用了直接負壓風(fēng)壓開關(guān)控制方式，而此種控制方式忽略了空氣腔中本身存在的不斷變化的負壓，風(fēng)壓開關(guān)閉合斷開風(fēng)壓值很難正確選擇，從而導(dǎo)致采暖爐在使用過程中出現(xiàn)風(fēng)壓質(zhì)量問題；基于此，部分生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)出了帶負壓補償功能的負壓控制風(fēng)壓開關(guān)控制方式，由于負壓補償器能夠很好的中和空氣腔中不斷變化的負壓，從而可以準(zhǔn)確的選擇風(fēng)壓開關(guān)閉合斷開值，并能夠避免冷凝水進入風(fēng)壓開關(guān)，從而擴大了采暖爐的適用范圍。

筆者希望通過對這四種風(fēng)壓開關(guān)控制方式的理論及實際使用中的比較，來解決因此控制方式選擇不當(dāng)導(dǎo)致的質(zhì)量問題，從而提升產(chǎn)品的質(zhì)量口碑，解決用戶抱怨。

圖1 文丘里結(jié)構(gòu)

圖2 帶冷凝水收集器的風(fēng)壓開關(guān)控制方式示意圖

圖3 密閉空氣室壓力分布示意圖—無壓力補償口

圖4 平衡式燃燒系統(tǒng)密閉空氣室內(nèi)壓力示意圖

2 大氣式采暖爐氣流監(jiān)測裝置控制方式理論分析

大氣式氣流監(jiān)測裝置主要由風(fēng)壓開關(guān)和文丘里結(jié)構(gòu)組成，通過風(fēng)壓開關(guān)正負壓差或負壓控制風(fēng)壓開關(guān)開閉，從而控制采暖爐運行。在此控制方式中文丘里結(jié)構(gòu)起到了至關(guān)重要的作用，下面筆者就對此結(jié)構(gòu)進行簡單的介紹，從而更好理解大氣式采暖爐氣流監(jiān)測裝置控制理論。

文丘里結(jié)構(gòu)是測量流體壓差而確定流量的裝置，此結(jié)構(gòu)用在大氣式采暖爐上則是通過流體壓差來控制風(fēng)壓開關(guān)開閉。它是由意大利物理學(xué)家G.B.文丘里發(fā)明而得名。其構(gòu)造如圖1所示，

由等直徑入口段、收縮段、等直徑喉道和擴散段等組成，串聯(lián)于管路中。設(shè)入口段和喉道處流體平均流速、靜壓和管道截面面積分別為v1、p1、S1和v2、p2、S2，密度ρ不變，根據(jù)連續(xù)性方程：

伯努利方程：

可導(dǎo)出流量：

除壓差（p1－p2）外均為已知數(shù)，故測量此壓差即可求得流量。而在大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置中則是通過差壓（p1－p2）或者負壓p2判斷流量Q是否正常，從而控制采暖爐是否正常運行。當(dāng)大氣式采暖爐風(fēng)機型號選定后，在一定的使用條件下風(fēng)機風(fēng)量即為定值，此時即可通過監(jiān)測風(fēng)機出口處的差壓（p1－p2）或者負壓p2來控制大氣式采暖爐開停。

3 大氣式采暖爐氣流監(jiān)測裝置實例分析

3.1 風(fēng)壓開關(guān)壓差式氣流監(jiān)測裝置

當(dāng)大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置采用風(fēng)壓開關(guān)壓差控制方式時，流經(jīng)文丘里管的煙氣流量一定，此壓差（p1－p2）值一定。在正常情況下，此（p1－p2）值大于風(fēng)壓開關(guān)斷開值，采暖爐正常運行，當(dāng)采暖爐發(fā)生風(fēng)機故障或者排煙管堵塞時，此（p1－p2）值變化，當(dāng)該值低于風(fēng)壓開關(guān)斷開值時，風(fēng)壓開關(guān)斷開，采暖爐停機報故障。如表1所示，按照GB 25034-2010燃氣采暖熱水爐國家標(biāo)準(zhǔn)7.5.8氣流監(jiān)測裝置中逐漸降低風(fēng)機工作電壓試驗方法進行測試。

根據(jù)表1所測數(shù)據(jù)分析，可以選擇閉合值150Pa，斷開值130Pa的風(fēng)壓開關(guān)，滿足采暖爐使用要求。

3.2 風(fēng)壓開關(guān)壓差帶冷凝水收集器式氣流監(jiān)測裝置

在一般情況下，風(fēng)壓開關(guān)壓差式控制方式可以滿足用戶使用要求，然在西北等冬天溫度很低的地區(qū)，由于在采暖爐冷態(tài)啟動過程中，高溫?zé)煔庵兴魵庥龅斤L(fēng)壓開關(guān)正壓管部分冷凝，形成冷凝水，此種控制方式則會出現(xiàn)問題，用戶使用一段時間后，采暖爐報風(fēng)機故障。檢測發(fā)現(xiàn)風(fēng)壓開關(guān)正壓管存在冷凝水且已經(jīng)將正壓管堵塞，風(fēng)壓開關(guān)動作只能依靠負壓，且負壓值無法達到風(fēng)壓開關(guān)閉合值，如表1中負壓值無法達到風(fēng)壓開關(guān)閉合值，故采暖爐報故障。

針對此種氣流監(jiān)測控制故障，部分采暖爐生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)出帶有冷凝水收集裝置的氣流監(jiān)測控制裝置，如圖2所示。采暖爐冷態(tài)啟動時，高溫?zé)煔庵械乃魵庥隼淅淠伤魏髢Σ卦诶淠占髦?，避免風(fēng)壓開關(guān)正壓管被冷凝水堵塞，因此解決了采暖爐在西北等低溫地區(qū)無法正常使用的問題。

但是，此種控制裝置中冷凝水收集器中冷凝水無法自動排出，用戶使用一段時間后冷凝水收集器滿，風(fēng)壓開關(guān)正壓管被堵塞，采暖爐仍會報風(fēng)壓故障。此時需采暖爐售后人員進行上門清理冷凝水收集器，帶來用戶抱怨。筆者認為，此種控制方式無法徹底根除因冷凝水帶來的氣流監(jiān)測裝置故障。

3.3 風(fēng)壓開關(guān)負壓控制氣流監(jiān)測裝置

針對采暖爐在正常使用過程中，風(fēng)壓開關(guān)正壓管會形成冷凝水的問題，部分采暖爐生產(chǎn)企業(yè)采用了直接使用風(fēng)壓開關(guān)負壓管控制風(fēng)壓開關(guān)閉合、斷開的控制方式。因風(fēng)壓開關(guān)負壓口與文丘里管負壓口連接，其示意圖如圖3所示。此處因文丘里結(jié)構(gòu)形成負壓，風(fēng)壓開關(guān)中皮膜受吸力，故冷凝水不會進入風(fēng)壓開關(guān)負壓管，既不會堵塞風(fēng)壓開關(guān)負壓口，因冷凝水導(dǎo)致的氣流監(jiān)控裝置故障得到解決。

表1 氣流監(jiān)控裝置測試數(shù)據(jù)

表2 平衡式燃燒系統(tǒng)空氣室負壓測試數(shù)據(jù)

但在此氣流監(jiān)控裝置的設(shè)計中，生產(chǎn)企業(yè)忽略了平衡式燃燒系統(tǒng)空氣腔中本身存在的負壓，并且此負壓值會隨使用條件的變化而變化，即此值為變量，已某品牌20kW壁掛爐為例測試空氣室負壓，如表2所示。部分預(yù)混燃燒采暖爐因持續(xù)燃燒時間較長，空氣消耗巨大。大部分生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計時均采用平衡式燃燒系統(tǒng)，且采用定速上抽風(fēng)機。這樣，密閉空氣腔內(nèi)既會存在因風(fēng)機抽取空氣而產(chǎn)生的負壓。當(dāng)采暖爐點火燃燒功率變化或煙道阻力等外界條件變化時空氣腔內(nèi)的負壓值就會發(fā)生變化，因用戶使用條件各異，故此負壓值無法確定確切值。因此，筆者認為此種氣流監(jiān)測裝置在風(fēng)壓開關(guān)選型時無法確定型號，并且在不同使用條件下，采暖爐會出現(xiàn)風(fēng)壓故障，給用戶帶來困擾。

3.4 負壓補償式風(fēng)壓開關(guān)負壓控制氣流監(jiān)測裝置

基于3.3中提到的風(fēng)壓開關(guān)負壓控制氣流監(jiān)測裝置中，空氣腔中存在的負壓是變量的問題，部分采暖爐生產(chǎn)企業(yè)研制出了一種帶負壓補償功能的氣流監(jiān)測裝置。其基本工作原理如圖4所示。

綜合圖3、圖4進行分析：圖3中風(fēng)壓開關(guān)皮膜左側(cè)壓力為P1，文丘里結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負壓為P2，得出風(fēng)壓開關(guān)皮膜右側(cè)壓力為P2-P1，因P1、P2均為變量，故無法通過圖3結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備選擇風(fēng)口開關(guān)通斷值；同理，圖4中風(fēng)壓開關(guān)皮膜左側(cè)壓力為P1，文丘里管產(chǎn)生的負壓為P2，標(biāo)示2處由于負壓管與空氣室相通，得出風(fēng)壓開關(guān)皮膜右側(cè)壓力為P2-P1+P1=P2，此結(jié)構(gòu)中和了風(fēng)壓開關(guān)皮膜左側(cè)的負壓P1，使得風(fēng)壓開關(guān)右側(cè)壓力為P2，僅有一個變量，故圖4所示結(jié)構(gòu)可以選擇風(fēng)壓開關(guān)通斷值。

4 大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置控制方式探究總結(jié)

通過對上述四種大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置控制方式的比較，筆者推薦生產(chǎn)企業(yè)采用風(fēng)壓開關(guān)負壓帶壓力補償?shù)目刂品绞?。此種控制方式與另外三種控制方式相比具有明顯的優(yōu)點，既能解決風(fēng)壓開關(guān)正壓管產(chǎn)生冷凝水的問題，又能中和空氣室內(nèi)存在的負壓P1，與此同時可以適應(yīng)各種外界條件的變化，可靠性良好。有利于減少采暖爐本身的質(zhì)量問題，提升產(chǎn)品口碑。

[1] GB 25034-2010 燃氣采暖爐國家標(biāo)準(zhǔn). 2011

[2] 郭全. 燃氣壁掛鍋爐及其應(yīng)用技術(shù). 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

[3] 劉蓉，劉文斌. 燃氣燃燒與燃燒裝置. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.8

[4] 蔡增基. 流體力學(xué)泵與風(fēng)機. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009

Studying on the air proving device of atmosphere gas boiler

MENG Lingjian ZHENG Tao CAO Liguo LIU Ke HAN Tianlei XU Hengshan
(Qingdao Haier Water Heater Co.,Ltd. Qingdao 266101)

The air proving device of atmosphere gas boiler is a very important safety device which shut the gas boiler off when the airflow is not smooth. There are four control modes of the air proving device in the market, which is △P of air pressure switch +P and P, △P of air pressure switch +P and P with condensation water collect device, controlled by P of air pressure switch and controlled by P of air pressure switch with pressure equalized. The four control modes for different use environment each has advantages and disadvantages, if used improperly, the gas boiler will appear fault. The purpose of this paper is to explain how to choose the control mode in different use environments which through to these four control modes of theoretical and practical analysis. In order to avoid quality problems as a result of the control mode improperly selection.

Atmosphere gas boiler; Air proving device; Air pressure switch; Venturi tube; Control mode