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，采暖爐關機的重要安全裝置。現(xiàn)市場上燃氣采暖爐的該裝置主要有以下四種控制方式：風壓開關正負壓差式、風壓開關正負壓差帶冷凝水收集器式、風壓開關直接負壓控制式、風壓開關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，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)境下應如何選擇該控制方式，從而避免由于該控制方式選擇不當而導致的產品質量問題。

大氣式燃氣采暖爐；氣流監(jiān)測裝置；風壓開關；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，均使用同一種風壓開關控制方式。但若該裝置選用不當，采暖爐在使用過程中無疑會出現(xiàn)質量問題，以風壓開關斷開故障居多。故在采暖爐設計時應選用正確的風壓開關控制方式。

摘要中提及的四種控制方式中以風壓開關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，風壓管正壓中的水蒸氣遇冷冷凝成水滴，進入風壓開關或堵塞風壓開關正壓口，從而導致風壓開關故障。此地區(qū)部分廠家采用風壓開關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，考慮到風壓開關負壓口處通過文丘里管結構形成負壓，此處冷凝水不會進入風壓開關，故部分生產企業(yè)采用了直接負壓風壓開關控制方式，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，風壓開關閉合斷開風壓值很難正確選擇，從而導致采暖爐在使用過程中出現(xiàn)風壓質量問題；基于此，部分生產企業(yè)研發(fā)出了帶負壓補償功能的負壓控制風壓開關控制方式，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，從而可以準確的選擇風壓開關閉合斷開值，并能夠避免冷凝水進入風壓開關，從而擴大了采暖爐的適用范圍。

筆者希望通過對這四種風壓開關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導致的質量問題，從而提升產品的質量口碑，解決用戶抱怨。

圖1 文丘里結構

圖2 帶冷凝水收集器的風壓開關控制方式示意圖

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

文丘里結構是測量流體壓差而確定流量的裝置，此結構用在大氣式采暖爐上則是通過流體壓差來控制風壓開關開閉。它是由意大利物理學家G.B.文丘里發(fā)明而得名。其構造如圖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。當大氣式采暖爐風機型號選定后，在一定的使用條件下風機風量即為定值，此時即可通過監(jiān)測風機出口處的差壓（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 風壓開關壓差式氣流監(jiān)測裝置

當大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置采用風壓開關壓差控制方式時，流經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）值大于風壓開關斷開值，采暖爐正常運行，當采暖爐發(fā)生風機故障或者排煙管堵塞時，此（p1－p2）值變化，當該值低于風壓開關斷開值時，風壓開關斷開，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準7.5.8氣流監(jiān)測裝置中逐漸降低風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的風壓開關，滿足采暖爐使用要求。

3.2 風壓開關壓差帶冷凝水收集器式氣流監(jiān)測裝置

在一般情況下，風壓開關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，高溫煙氣中水蒸氣遇到風壓開關正壓管部分冷凝，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，采暖爐報風機故障。檢測發(fā)現(xiàn)風壓開關正壓管存在冷凝水且已經將正壓管堵塞，風壓開關動作只能依靠負壓，且負壓值無法達到風壓開關閉合值，如表1中負壓值無法達到風壓開關閉合值，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，高溫煙氣中的水蒸氣遇冷冷凝成水滴后儲藏在冷凝水收集器中，避免風壓開關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，風壓開關正壓管被堵塞，采暖爐仍會報風壓故障。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 風壓開關負壓控制氣流監(jiān)測裝置

針對采暖爐在正常使用過程中，風壓開關正壓管會形成冷凝水的問題，部分采暖爐生產企業(yè)采用了直接使用風壓開關負壓管控制風壓開關閉合、斷開的控制方式。因風壓開關負壓口與文丘里管負壓口連接，其示意圖如圖3所示。此處因文丘里結構形成負壓，風壓開關中皮膜受吸力，故冷凝水不會進入風壓開關負壓管，既不會堵塞風壓開關負壓口，因冷凝水導致的氣流監(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)控裝置的設計中，生產企業(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。大部分生產企業(yè)在設計時均采用平衡式燃燒系統(tǒng)，且采用定速上抽風機。這樣，密閉空氣腔內既會存在因風機抽取空氣而產生的負壓。當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)測裝置在風壓開關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)風壓故障，給用戶帶來困擾。

3.4 負壓補償式風壓開關負壓控制氣流監(jiān)測裝置

基于3.3中提到的風壓開關負壓控制氣流監(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中風壓開關皮膜左側壓力為P1，文丘里結構產生的負壓為P2，得出風壓開關皮膜右側壓力為P2-P1，因P1、P2均為變量，故無法通過圖3結構準備選擇風口開關通斷值；同理，圖4中風壓開關皮膜左側壓力為P1，文丘里管產生的負壓為P2，標示2處由于負壓管與空氣室相通，得出風壓開關皮膜右側壓力為P2-P1+P1=P2，此結構中和了風壓開關皮膜左側的負壓P1，使得風壓開關右側壓力為P2，僅有一個變量，故圖4所示結構可以選擇風壓開關通斷值。

4 大氣式燃氣采暖爐氣流監(jiān)測裝置控制方式探究總結

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，筆者推薦生產企業(yè)采用風壓開關負壓帶壓力補償?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，既能解決風壓開關正壓管產生冷凝水的問題，又能中和空氣室內存在的負壓P1，與此同時可以適應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量問題，提升產品口碑。

[1] GB 25034-2010 燃氣采暖爐國家標準. 2011

[2] 郭全. 燃氣壁掛鍋爐及其應用技術. 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. 流體力學泵與風機. 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