劉 樺 王杰盛 蔣小波 張 毅

（1.廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528300；2.廣東萬和新電氣股份有限公司 佛山 528300）

引言

燃氣比例閥是恒溫燃氣熱水器的關(guān)鍵零部件，具有穩(wěn)壓和比例調(diào)節(jié)的作用，其中動鐵芯燃氣比例閥具有電流與流量線性關(guān)系好、流量大的特點。動鐵芯燃氣比例閥常用于強鼓型燃氣熱水器，普通的比例閥無背壓管連接結(jié)構(gòu)，背壓室通過呼吸孔與大氣相連。在標準EN 26中，有逐漸堵塞排煙口、進風(fēng)口時燃氣熱水器的煙氣中CO含量不得超過特定值的要求[1]，因此在逐漸堵塞排煙口、進風(fēng)口時，煙氣中CO、NOx等氣體的含量是否可控很關(guān)鍵，普通燃氣比例閥往往難以勝任。在動鐵芯燃氣比例閥上設(shè)置背壓管連接結(jié)構(gòu)，通過背壓管將燃燒室相連，背壓室的壓力與燃燒室的壓力一致。帶背壓管連接結(jié)構(gòu)的比例閥在逐漸堵塞排煙口、進風(fēng)口時表現(xiàn)如何，本文進行了研究，并介紹了動鐵芯燃氣比例閥的背壓管連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。

1 燃氣比例閥背壓管連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案

1.1 獨立連接結(jié)構(gòu)方案

在專利CN208845910U《用于燃氣比例閥的背壓管連接結(jié)構(gòu)》中，公布了一種獨立的背壓管連接結(jié)構(gòu)方案，在現(xiàn)有燃氣比例閥的基礎(chǔ)上新增連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)設(shè)置在閥蓋與比例調(diào)節(jié)閥之間，連接結(jié)構(gòu)的一端設(shè)置有用于與背壓管相連接的連接口，另一端設(shè)置有沉臺結(jié)構(gòu)，沉臺結(jié)構(gòu)處放置密封圈，用于將閥蓋與連接結(jié)構(gòu)密封[2]。

該方案的好處是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不用改動，缺點是增加了密封圈和連接結(jié)構(gòu)這兩個物料，比例閥的安裝工序增加，而且用密封圈密封可靠性較差。

1.2 下閥座連接結(jié)構(gòu)方案

在專利CN103994258B《兼具比例電磁閥調(diào)節(jié)和燃燒室氣壓反饋調(diào)節(jié)的燃氣閥》中，公布了一種背壓管連接結(jié)構(gòu)設(shè)置在下閥座的方案，在下閥座的側(cè)邊對應(yīng)穩(wěn)壓彈簧的位置設(shè)置背壓管連接結(jié)構(gòu)[3]。

該方案的好處是背壓管連接結(jié)構(gòu)與下閥座一體成型，但缺點卻很明顯，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不通用，且?guī)нB接結(jié)構(gòu)的下閥座無法用純鐵加工成型，導(dǎo)致磁場力比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)弱，經(jīng)過測試，燃氣熱水器在額定負荷時燃氣比例閥的二次壓小300 Pa左右（前壓為2 800 Pa模式）。

1.3 閥蓋與連接結(jié)構(gòu)一體化方案

鑒于上述兩種方案都有各自的缺點，因此本文提出一種新的設(shè)計方案，將背壓管連接結(jié)構(gòu)與閥蓋進行一體化設(shè)計，將原有的純鐵鈑金件閥蓋改為壓鑄鋁閥蓋，并在新的閥蓋上設(shè)置背壓管連接結(jié)構(gòu)，一體式壓鑄成型，見圖1所示。隔膜與閥蓋之間形成背壓室，連接結(jié)構(gòu)中部設(shè)置連接孔，在背壓室與連接孔直接設(shè)置有呼吸孔，背壓管設(shè)置在連接結(jié)構(gòu)與燃氣熱水器的燃燒室直接，使背壓室與燃燒室相通，壓力一致。本方案一體化成型，方便快捷，不增加零部件，不增加工序，也無密封圈，安全可靠，二次壓也不會下降太多。

2 在燃氣熱水器整機上的應(yīng)用

2.1 出氣壓力與背壓的關(guān)系

按上述閥蓋與背壓管連接結(jié)構(gòu)一體化方案組裝燃氣比例閥，并將該燃氣比例閥裝在某型號室外型燃氣熱水器上，燃氣熱水器的燃燒室相對密封，風(fēng)機為強鼓式，通過背壓管將連接結(jié)構(gòu)與燃燒室相連，此時燃氣比例閥的隔膜背壓室與燃氣熱水器的燃燒室的壓力一致。

設(shè)置好燃氣比例閥的低端二次壓和高端二次壓對應(yīng)的電流后，從低端開始調(diào)節(jié)電流檔位，記錄燃氣比例閥的電流與隔膜背壓室的壓力（背壓）、出氣壓力（二次壓）的關(guān)系，如圖2所示。

從圖2中可以看出，在燃氣比例閥的電流從75 mA增加到190 mA的過程中，燃氣比例閥的二次壓與背壓均隨比例閥電流的增加而增加，用多項式對曲線進行擬合，可以看出二次壓、背壓與電流的平方相關(guān)。比例閥電流增加，鐵芯受到的磁場力增加，鐵芯帶動氣門向上運動，閥口開度增加，二次壓增加。比例閥電流增加，風(fēng)機電流會跟隨增加，由于燃燒室相對密封，燃燒室的壓力增加，背壓管將燃燒室與背壓室相連，則背壓室的壓力也增加。

背壓管不連接，此時隔膜背壓室與大氣相通，記錄不同電流值時的燃氣比例閥的出氣壓力?？梢园l(fā)現(xiàn)，此時的燃氣比例閥的出氣壓力比連接背壓管時的出氣壓力要小，且連接背壓管時的出氣壓力與不連接背壓管時的出氣壓力的差值，與相應(yīng)的背壓值一致，這是因為，連接背壓管時，燃氣比例閥背壓室與燃氣熱水器的燃燒室相通，壓力一致，隨著背壓室的壓力增加，則隔膜受到向上的力增加，帶動氣門向上運動，閥口開度增加，出氣壓力增加。

2.2 堵塞排煙口和進風(fēng)口實驗

為進一步驗證上述現(xiàn)象與風(fēng)機結(jié)構(gòu)和燃燒室狀態(tài)有關(guān)，而與燃氣熱水器的具體類型無關(guān)，將上述閥蓋與背壓管連接結(jié)構(gòu)一體化方案組裝的燃氣比例閥安裝在某型號平衡式燃氣熱水器上，同樣的，燃燒室相對密封，風(fēng)機為強鼓式。

背壓管不連接，此時隔膜背壓室與大氣相通，記錄逐漸堵塞排煙口和進風(fēng)口時熱水器負荷偏差與風(fēng)機轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如圖3所示。

從圖中可以看出，背壓管不連接時，隨著堵塞程度的增加，風(fēng)機轉(zhuǎn)速增加，堵塞排煙口時，風(fēng)機轉(zhuǎn)速從3 350 r/min增加到3 670 r/min，熱負荷下降且下降比例較大，在3 670 r/min時，熱負荷下降了14.5 %；而堵塞進風(fēng)口時，風(fēng)機轉(zhuǎn)速從3 350 r/min增加到3 700 r/min，熱負荷上升，在3 700 r/min時，熱負荷上升了4.7 %。也就是說，背壓管不連接時，堵塞排煙口與進風(fēng)口時燃氣熱水器的熱負荷變化趨勢不一樣，導(dǎo)致在逐漸堵塞時，煙氣中CO、NOx等氣體的含量不可控。

通過背壓管將燃氣比例閥的背壓管連接結(jié)構(gòu)與燃氣熱水器的燃燒室相連，此時燃氣比例閥的隔膜背壓室與燃氣熱水器的燃燒室的壓力一致，記錄逐漸堵塞排煙口和進風(fēng)口時熱水器負荷偏差與風(fēng)機轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如圖4所示。

從圖4可以看出，背壓管連接時，隨著堵塞程度的增加，風(fēng)機轉(zhuǎn)速增加，堵塞排煙口與進風(fēng)口時燃氣熱水器的熱負荷均呈下降趨勢，且下降比例較小，風(fēng)機轉(zhuǎn)速從3 350 r/min增加到3 700 r/min，堵塞排煙口時熱負荷下降了1.2 %，堵塞進風(fēng)口時熱負荷下降了1.7 %，有利于控制煙氣中CO、NOx等氣體的含量。

3 結(jié)論

介紹了動鐵芯燃氣比例閥背壓管連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，提出一種新的方案，閥蓋與背壓管連接結(jié)構(gòu)一體化成型，不增加零部件，不增加工序，也無密封圈，安全可靠，二次壓也不會下降太多。燃氣比例閥連接背壓管時的出氣壓力與不連接背壓管時的出氣壓力的差值，與相應(yīng)的背壓值一致。經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，強鼓型燃氣熱水器的燃燒室相對密封，背壓管不連接，隨著堵塞程度的增加，風(fēng)機轉(zhuǎn)速增加，逐漸堵塞排煙口時，熱負荷下降且下降比例較大，而逐漸堵塞進風(fēng)口時熱負荷上升，逐漸堵塞排煙口與進風(fēng)口時燃氣熱水器的熱負荷變化趨勢不一樣，導(dǎo)致在堵塞時，煙氣中CO、NOx等氣體的含量不可控；背壓管連接時，隨著堵塞程度的增加，風(fēng)機轉(zhuǎn)速從3 350 r/min增加到3 700 r/min，燃氣熱水器的熱負荷均呈下降趨勢，且下降比例較小，堵塞排煙口時熱負荷下降了1.2 %，堵塞進風(fēng)口時熱負荷下降了1.7 %，有利于控制煙氣中CO、NOx等氣體的含量。