燃氣熱水器抗風性能研究及抗風裝置開發(fā)

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關鍵字：燃氣熱水器 抗風性能 抗風裝置

居民在日常生活中使用燃氣熱水器時，經(jīng)常反映會出現(xiàn)燃氣熱水器點火不良或者容易熄火的情況。專業(yè)的測試人員針對用戶反映出現(xiàn)故障的燃氣熱水器做故障測試時，這些燃氣熱水器往往又會被測試出一切正常。由于測試人員無法全程觀察和測試燃氣熱水器在居民使用過程中的實際狀態(tài)情況，如空氣氣流對燃氣熱水器性能的影響，導致燃氣熱水器重復出現(xiàn)故障而在做故障測試時又一切正常的情況。

但是，由于現(xiàn)在缺乏有效的燃氣熱水器抗風能力測試裝置，無法有效測量燃氣熱水器的抗風能力，也就無法了解燃氣熱水器(尤其是報修故障的燃氣熱水器)在自然風狀態(tài)、室外大風或者建筑高層對用戶洗浴舒適性和安全性的影響。針對現(xiàn)狀，研發(fā)測試人員急需開發(fā)一套可以模擬風壓狀況的抗風裝置。要求該裝置能有效測量燃氣燃氣熱水器的抗風能力，有助于提高其產(chǎn)品舒適性，降低其顧客端點火失效比率。

1 抗風裝置的組成及測試條件

1.1 硬件部分

調壓箱箱體采用鋁合金型材制作，使用硅膠密封，試驗箱頂部排煙口調節(jié)裝置采用旋轉電機控制，可以按照設定速度將風門板旋轉0°～360°。風壓取樣點分別設置在風機與調壓箱連接口和調壓箱中部。調壓箱內為保證各個位置的風壓均勻性，配置多個傳感器，用于實時監(jiān)測風壓箱內的風壓，可保證內部風壓90%區(qū)域壓力均勻。風機固定在調壓箱底部，通過管道與調壓箱連接。調壓箱的整體升降采用手動控制。風壓箱入口連接處應設為軟接口，可自由調整尺寸，以適應不同尺寸的煙管。

1.2 電控部分

電控部分主要由主機、顯示器、變頻器、PLC、步進電機驅動、直流電源和電器元器件等組成。

1.3 數(shù)據(jù)采集部分

該系統(tǒng)采用PLC 和計算機進行控制，PLC 將模擬信號和開關信號采集并傳輸?shù)缴衔粰C，上位機進行記錄，分析并反饋至PLC 驅動執(zhí)行元器件執(zhí)行。用于數(shù)據(jù)采集和用戶可以根據(jù)工件技術要求設定控制標準和動作流程，設定好一鍵啟動并執(zhí)行檢測。測試模式分為4 種：固定風壓，指某一風壓值測試；突變風壓，指風壓從零到某一設定值，突然變化；連續(xù)風壓，指風壓按時間進行周期變化(正弦波)；模擬自然環(huán)境測試。

整個上位機軟件界面采用分屏設置，分為自動測試界面(含曲線繪制界面)、手動測試界面、參數(shù)設置界面和設備校準界面。其中自動測試界面用于恒壓，突變及波動試驗曲線繪制；手動測試界面用于調試各種控制元器件；參數(shù)設置界面用于用戶編輯、保存、調用參數(shù)以及工件性能是否合格的參數(shù)范圍；設備校準界面用于設備的傳感器或變送器信號的校準。

抗風裝置詳見圖1。

圖1 抗風裝置

1.4 抗風裝置測試條件

(1)室溫為20±5 ℃，進水溫度20±2 ℃，進水壓力0.1±0.04 MPa,大氣壓力86～106 MPa；

(2)室溫的確定：在距燃氣熱水器1 m 處將溫度計固定在與燃氣熱水器大致等高位置，測量前、左、右3 個點，3 點平均溫度即為室溫。測溫點不應受到來自燃氣熱水器的煙氣、輻射熱等直接影響；

(3)通風換氣良好，室內空氣中CO 含量應小于0.002%，CO2含量應小于0.2%，且不應有影響燃燒的氣流，空氣流速小于0.5 m/s；

(4)實驗室使用的交流電源，電壓波動范圍在±2%之內；

(5)試驗用燃氣種類按GB/T 13611-2018《城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性》中規(guī)定的燃氣要求，在試驗過程中燃氣的華白數(shù)變化應不大于2%，燃氣熱水器停止運行時的供氣壓力，應不大于運行壓力的1.25 倍；

(6)燃氣燃氣熱水器安裝在垂直的木質試驗板上，將燃氣燃氣熱水器排煙管出口端與可調風壓箱煙管緊密連接，打開研華工控機，進入操作界面。

2 抗風性能測試方法

2.1 固定風壓

(1)調節(jié)燃氣熱水器出水流量和設定溫度值，要求實際出水溫度小于最高設定溫度，確保燃氣熱水器在最大負荷下燃燒；

(2)在燃氣熱水器開機狀態(tài)下，打開可調風壓箱進風口，調節(jié)風壓直至風壓穩(wěn)定后，觀察火焰情況；

(3)每次調壓后保持風壓值，記錄穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下進出水溫度和水流量；

(4)重復(2)、(3)步驟測試，記錄出現(xiàn)火焰無法維持或者回火、漏火、離焰狀態(tài)時的風壓值，該值為燃氣熱水器在最大負荷下固定風壓抗風能力。

2.2 連續(xù)風壓

(1)調節(jié)燃氣熱水器出水流量和設定溫度值，要求實際出水溫度大于最低設定溫度，確保燃氣熱水器在最小負荷下燃燒；

(2)在燃氣熱水器開機狀態(tài)下，打開可調風壓箱進風口，調節(jié)風壓從0 Pa 逐步遞增(每次視實際情況遞增)，待風壓穩(wěn)定后，觀察火焰情況；

(3)每次調壓后保持風壓值，記錄穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下進出水溫度和水流量；

(4)重復(2)、(3)步驟測試，記錄出現(xiàn)火焰無法維持或者回火、漏火、離焰狀態(tài)時的風壓值，該值為燃氣熱水器在最小負荷下的連續(xù)風壓抗風能力。

2.3 風壓突變

(1)調節(jié)熱水出水流量和設定溫度值，要求實際出水溫度大于最低設定溫度，確保燃氣熱水器在最小負荷下點火；

(2)在燃氣熱水器開機狀態(tài)下，打開可調風壓箱進風口，調節(jié)風壓從0 Pa 逐步遞增，調壓后保持風壓值，并記錄穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下進出水溫度和水流量；迅速關閉風壓箱進風口，觀察火焰穩(wěn)定情況；

(3)重復(2)測試步驟，記錄當出現(xiàn)火焰無法維持或者出現(xiàn)回火、漏火、離焰狀態(tài)時的風壓值，該值為燃氣熱水器在最小負荷下的風壓突變抗風能力。

三種測試方法的顯示界面見圖2。

圖2 三種測試方法的顯示界面

3 結語

燃氣熱水器抗風性能的提高有助于降低高層用戶在燃氣熱水器使用時的點火失敗率。通過開發(fā)性能實驗發(fā)現(xiàn)，當燃氣熱水器最小負荷的抗風性能達到180 Pa 時，可以抵抗外界環(huán)境8 級大風；當燃氣熱水器最大負荷的抗風性能達到250 Pa 時，可以抵抗外界環(huán)境9 級烈風。

與現(xiàn)有技術相比，本文提到的抗風測試裝置的優(yōu)點在于：

(1)本抗風測試裝置通過設置風壓箱、風機、控制箱以及各種具備數(shù)據(jù)采集功能的部件(如各溫度傳感器、風壓測試儀和風壓檢測裝置等)，由控制箱根據(jù)設置的風機參數(shù)去控制風機向風壓箱內送風，使得風壓箱處于不同的風壓模式下，并且結合風壓箱內的風速情況、風壓情況、風壓箱出風口的煙氣濃度情況以及待測的燃氣熱水器的進出水溫度、燃氣火焰情況等狀態(tài)數(shù)據(jù)，處理得到待測的燃氣熱水器在當前風壓模式下出現(xiàn)火焰狀態(tài)異常變化(如火焰無法維持或者出現(xiàn)回火、漏火或離焰狀態(tài))時所對應的最大風壓值，包括最大負荷下的固定風壓抗風能力，最小火負荷下的連續(xù)風壓抗風能力，最小火負荷下的風壓突變抗風能力。從而方便用戶通過操作控制箱就可以模擬燃氣熱水器在不同風壓模式下的工作情況，便于針對燃氣熱水器開展抗風能力測試。

(2)抗風測試裝置不僅能夠測試燃氣熱水器在不同風壓模式下的工作情況，而且還可以模擬自然環(huán)境，例如針對燃氣熱水器做凍雨模擬測試或者沙塵暴模擬測試，極大地拓寬了該抗風能力測試裝置的模擬測試情形，節(jié)約了針對不同工作環(huán)境下的燃氣熱水器抗風能力測試成本。