孟令建 鄭濤 曹立國(guó) 劉克 韓天雷 徐恒善

（海爾熱水器開(kāi)發(fā)部 山東青島 266101）

大氣式燃?xì)獠膳癄t氣流監(jiān)測(cè)裝置控制方式探究

孟令建 鄭濤 曹立國(guó) 劉克 韓天雷 徐恒善

（海爾熱水器開(kāi)發(fā)部 山東青島 266101）

大氣式燃?xì)獠膳癄t氣流監(jiān)測(cè)裝置是保證燃?xì)獠膳癄t氣流不暢時(shí)，采暖爐關(guān)機(jī)的重要安全裝置。現(xiàn)市場(chǎng)上燃?xì)獠膳癄t的該裝置主要有以下四種控制方式：風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正負(fù)壓差式、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正負(fù)壓差帶冷凝水收集器式、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)直接負(fù)壓控制式、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)壓控制帶壓力補(bǔ)償式。這四種控制方式針對(duì)不同的使用環(huán)境各有優(yōu)缺點(diǎn)，如使用不當(dāng)，燃?xì)獠膳癄t會(huì)出現(xiàn)故障。本文旨在通過(guò)對(duì)這四種控制方式的理論及實(shí)際使用分析來(lái)說(shuō)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(wèn)題。

大氣式燃?xì)獠膳癄t；氣流監(jiān)測(cè)裝置；風(fēng)壓開(kāi)關(guān)；文丘里管；控制方式

1 引言

目前，市場(chǎng)上銷售的部分燃?xì)獠膳癄t配置的氣流監(jiān)測(cè)裝置，無(wú)論銷售地點(diǎn)使用環(huán)境如何，均使用同一種風(fēng)壓開(kāi)關(guān)控制方式。但若該裝置選用不當(dāng)，采暖爐在使用過(guò)程中無(wú)疑會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，以風(fēng)壓開(kāi)關(guān)斷開(kāi)故障居多。故在采暖爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用正確的風(fēng)壓開(kāi)關(guān)控制方式。

摘要中提及的四種控制方式中以風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正負(fù)壓差式使用最多，此種控制方式操作簡(jiǎn)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(guò)程中，風(fēng)壓管正壓中的水蒸氣遇冷冷凝成水滴，進(jìn)入風(fēng)壓開(kāi)關(guān)或堵塞風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正壓口，從而導(dǎo)致風(fēng)壓開(kāi)關(guān)故障。此地區(qū)部分廠家采用風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正負(fù)壓差帶冷凝水收集器式控制方式，但需廠家額外制作兩個(gè)冷凝水收集器，增加了制作成本，與此同時(shí)，還需售后人員不間斷對(duì)冷凝水進(jìn)行清理，給用戶帶來(lái)困擾。為解決此問(wèn)題，考慮到風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)壓口處通過(guò)文丘里管結(jié)構(gòu)形成負(fù)壓，此處冷凝水不會(huì)進(jìn)入風(fēng)壓開(kāi)關(guān)，故部分生產(chǎn)企業(yè)采用了直接負(fù)壓風(fēng)壓開(kāi)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(fù)壓，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)風(fēng)壓值很難正確選擇，從而導(dǎo)致采暖爐在使用過(guò)程中出現(xiàn)風(fēng)壓質(zhì)量問(wèn)題；基于此，部分生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)出了帶負(fù)壓補(bǔ)償功能的負(fù)壓控制風(fēng)壓開(kāi)關(guān)控制方式，由于負(fù)壓補(bǔ)償器能夠很好的中和空氣腔中不斷變化的負(fù)壓，從而可以準(zhǔn)確的選擇風(fēng)壓開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)值，并能夠避免冷凝水進(jìn)入風(fēng)壓開(kāi)關(guān)，從而擴(kuò)大了采暖爐的適用范圍。

筆者希望通過(guò)對(duì)這四種風(fēng)壓開(kāi)關(guān)控制方式的理論及實(shí)際使用中的比較，來(lái)解決因此控制方式選擇不當(dāng)導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)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(kāi)關(guān)控制方式示意圖

圖3 密閉空氣室壓力分布示意圖—無(wú)壓力補(bǔ)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(cè)裝置控制方式理論分析

大氣式氣流監(jiān)測(cè)裝置主要由風(fēng)壓開(kāi)關(guān)和文丘里結(jié)構(gòu)組成，通過(guò)風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正負(fù)壓差或負(fù)壓控制風(fēng)壓開(kāi)關(guān)開(kāi)閉，從而控制采暖爐運(yùn)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(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，從而更好理解大氣式采暖爐氣流監(jiān)測(cè)裝置控制理論。

文丘里結(jié)構(gòu)是測(cè)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(guò)流體壓差來(lái)控制風(fēng)壓開(kāi)關(guān)開(kāi)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(kuò)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(cè)量此壓差即可求得流量。而在大氣式燃?xì)獠膳癄t氣流監(jiān)測(cè)裝置中則是通過(guò)差壓（p1－p2）或者負(fù)壓p2判斷流量Q是否正常，從而控制采暖爐是否正常運(yùn)行。當(dāng)大氣式采暖爐風(fēng)機(jī)型號(hào)選定后，在一定的使用條件下風(fēng)機(jī)風(fēng)量即為定值，此時(shí)即可通過(guò)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)出口處的差壓（p1－p2）或者負(fù)壓p2來(lái)控制大氣式采暖爐開(kāi)停。

3 大氣式采暖爐氣流監(jiān)測(cè)裝置實(shí)例分析

3.1 風(fēng)壓開(kāi)關(guān)壓差式氣流監(jiān)測(cè)裝置

當(dāng)大氣式燃?xì)獠膳癄t氣流監(jiān)測(cè)裝置采用風(fēng)壓開(kāi)關(guān)壓差控制方式時(shí)，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(kāi)關(guān)斷開(kāi)值，采暖爐正常運(yùn)行，當(dāng)采暖爐發(fā)生風(fēng)機(jī)故障或者排煙管堵塞時(shí)，此（p1－p2）值變化，當(dāng)該值低于風(fēng)壓開(kāi)關(guān)斷開(kāi)值時(shí)，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，采暖爐停機(jī)報(bào)故障。如表1所示，按照GB 25034-2010燃?xì)獠膳療崴疇t國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)7.5.8氣流監(jiān)測(cè)裝置中逐漸降低風(fēng)機(jī)工作電壓試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試。

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

3.2 風(fēng)壓開(kāi)關(guān)壓差帶冷凝水收集器式氣流監(jiān)測(cè)裝置

在一般情況下，風(fēng)壓開(kāi)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(dòng)過(guò)程中，高溫?zé)煔庵兴魵庥龅斤L(fēng)壓開(kāi)關(guān)正壓管部分冷凝，形成冷凝水，此種控制方式則會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，用戶使用一段時(shí)間后，采暖爐報(bào)風(fēng)機(jī)故障。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正壓管存在冷凝水且已經(jīng)將正壓管堵塞，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作只能依靠負(fù)壓，且負(fù)壓值無(wú)法達(dá)到風(fēng)壓開(kāi)關(guān)閉合值，如表1中負(fù)壓值無(wú)法達(dá)到風(fēng)壓開(kāi)關(guān)閉合值，故采暖爐報(bào)故障。

針對(duì)此種氣流監(jiān)測(cè)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(cè)控制裝置，如圖2所示。采暖爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，高溫?zé)煔庵械乃魵庥隼淅淠伤魏髢?chǔ)藏在冷凝水收集器中，避免風(fēng)壓開(kāi)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(wú)法正常使用的問(wèn)題。

但是，此種控制裝置中冷凝水收集器中冷凝水無(wú)法自動(dòng)排出，用戶使用一段時(shí)間后冷凝水收集器滿，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正壓管被堵塞，采暖爐仍會(huì)報(bào)風(fēng)壓故障。此時(shí)需采暖爐售后人員進(jìn)行上門清理冷凝水收集器，帶來(lái)用戶抱怨。筆者認(rèn)為，此種控制方式無(wú)法徹底根除因冷凝水帶來(lái)的氣流監(jiān)測(cè)裝置故障。

3.3 風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)壓控制氣流監(jiān)測(cè)裝置

針對(duì)采暖爐在正常使用過(guò)程中，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正壓管會(huì)形成冷凝水的問(wèn)題，部分采暖爐生產(chǎn)企業(yè)采用了直接使用風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)壓管控制風(fēng)壓開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)的控制方式。因風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)壓口與文丘里管負(fù)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(fù)壓，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)中皮膜受吸力，故冷凝水不會(huì)進(jìn)入風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)壓管，既不會(huì)堵塞風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)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(cè)試數(shù)據(jù)

表2 平衡式燃燒系統(tǒng)空氣室負(fù)壓測(cè)試數(shù)據(jù)

但在此氣流監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)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(fù)壓，并且此負(fù)壓值會(huì)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(cè)試空氣室負(fù)壓，如表2所示。部分預(yù)混燃燒采暖爐因持續(xù)燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，空氣消耗巨大。大部分生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)均采用平衡式燃燒系統(tǒng)，且采用定速上抽風(fēng)機(jī)。這樣，密閉空氣腔內(nèi)既會(huì)存在因風(fēng)機(jī)抽取空氣而產(chǎn)生的負(fù)壓。當(dāng)采暖爐點(diǎn)火燃燒功率變化或煙道阻力等外界條件變化時(shí)空氣腔內(nèi)的負(fù)壓值就會(huì)發(fā)生變化，因用戶使用條件各異，故此負(fù)壓值無(wú)法確定確切值。因此，筆者認(rèn)為此種氣流監(jiān)測(cè)裝置在風(fēng)壓開(kāi)關(guān)選型時(shí)無(wú)法確定型號(hào)，并且在不同使用條件下，采暖爐會(huì)出現(xiàn)風(fēng)壓故障，給用戶帶來(lái)困擾。

3.4 負(fù)壓補(bǔ)償式風(fēng)壓開(kāi)關(guān)負(fù)壓控制氣流監(jiān)測(cè)裝置

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

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

4 大氣式燃?xì)獠膳癄t氣流監(jiān)測(cè)裝置控制方式探究總結(jié)

通過(guò)對(duì)上述四種大氣式燃?xì)獠膳癄t氣流監(jiān)測(cè)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(kāi)關(guān)負(fù)壓帶壓力補(bǔ)償?shù)目刂品绞健４朔N控制方式與另外三種控制方式相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，既能解決風(fēng)壓開(kāi)關(guān)正壓管產(chǎn)生冷凝水的問(wèn)題，又能中和空氣室內(nèi)存在的負(fù)壓P1，與此同時(shí)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(wèn)題，提升產(chǎn)品口碑。

[1] GB 25034-2010 燃?xì)獠膳癄t國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 2011

[2] 郭全. 燃?xì)獗趻戾仩t及其應(yīng)用技術(shù). 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

[3] 劉蓉，劉文斌. 燃?xì)馊紵c燃燒裝置. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.8

[4] 蔡增基. 流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī). 北京：中國(guó)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