低壓燃燒系統(tǒng)中燃燒參數(shù)設(shè)計(jì)及燃?xì)獗壤y的選用

蔣小波

（廣東萬(wàn)和熱能科技有限公司 佛山 528300）

前言

隨著燃?xì)饩咝袠I(yè)的發(fā)展和燃?xì)庥镁叩目焖倨占埃谟脷飧叻迤诖嬖谌細(xì)夤艿乐袎毫Σ蛔慊蚣彝?nèi)部管路安裝不規(guī)范等原因造成的一次壓偏小的情況，導(dǎo)致燃?xì)庥镁咴谌紵^(guò)程中最大熱負(fù)荷不足[1]。在燃?xì)饪焖贌崴魃媳憩F(xiàn)為熱水不熱，各燃?xì)饩呱a(chǎn)廠家開(kāi)始紛紛應(yīng)用低壓力燃燒系統(tǒng)的技術(shù)來(lái)解決燃?xì)饪焖贌崴鳠嶝?fù)荷不足問(wèn)題。

燃?xì)饪焖贌崴鞯牡蛪毫θ紵到y(tǒng)相對(duì)普通燃燒系統(tǒng)而言具有燃燒壓力低、噴嘴孔徑大的特點(diǎn)；如何匹配燃燒出氣壓力（二次壓力）與電流區(qū)間，是燃?xì)鉄崴鞒浞掷萌細(xì)獗壤y的自動(dòng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓功能的關(guān)鍵。

1 低壓力燃燒系統(tǒng)中比例特性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)

低壓力燃燒原理：利用燃?xì)獗壤y的穩(wěn)壓性能，通過(guò)降低燃燒二次壓P2來(lái)提升一次壓P1穩(wěn)壓區(qū)間；最大二次壓P2越低，一次壓P1越早進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)，穩(wěn)壓區(qū)間就越長(zhǎng)；降低燃燒壓力，需要通過(guò)提高當(dāng)量噴嘴孔徑來(lái)保證額定熱負(fù)荷值。而噴嘴孔徑的變大使最小熱負(fù)荷值、單位調(diào)節(jié)熱負(fù)荷值發(fā)生變化，所以在低壓力燃燒系統(tǒng)中燃燒二次壓力、工作電流區(qū)間等的設(shè)定是匹配燃?xì)獗壤y在低壓力燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1.1 燃燒最大二次壓力的設(shè)定

最大燃燒二次壓力設(shè)定的太高，燃?xì)饬魍ㄗ枇ο鄬?duì)增大、在氣路中容易產(chǎn)生紊流，導(dǎo)致比例閥振閥或燃燒噪音大等現(xiàn)象的發(fā)生。相反，如果最大燃燒二次壓力設(shè)定太低，使比例閥電流調(diào)節(jié)范圍變小、靈敏度過(guò)大，導(dǎo)致整機(jī)出水溫度調(diào)節(jié)震蕩現(xiàn)象的發(fā)生。

表1中可看出：隨著燃燒最大二次壓力的降低，一次壓在最小壓、額定壓時(shí)熱負(fù)荷比值升高；通過(guò)調(diào)整當(dāng)量噴嘴，降低燃燒二次壓力后，相同熱負(fù)荷時(shí)，低前壓/額定壓時(shí)的熱負(fù)荷比值明顯提高。

1.2 燃燒最小二次壓力的設(shè)定

在燃?xì)饪焖贌崴鞯娜紵到y(tǒng)中，噴嘴不變時(shí)，最小二次壓力決定整機(jī)的最小熱負(fù)荷。如果最小燃燒二次壓力設(shè)定太低，容易出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。反之，如果最小燃燒二次壓力設(shè)定的太高，容易出現(xiàn)最小熱負(fù)荷過(guò)大，即夏天水太熱問(wèn)題。低壓力燃燒由于噴嘴直徑的加大，若此時(shí)保持原燃燒最小二次壓力值，燃?xì)鉄崴鞯淖钚嶝?fù)荷值隨之增加。此時(shí)如果保持原來(lái)的最小熱負(fù)荷值，可按以下方法進(jìn)行調(diào)整：調(diào)整最小二次壓力值；噴嘴口徑由均勻分布調(diào)整為細(xì)分二種或二種以上規(guī)格，總當(dāng)量噴嘴不變。

如表2：采用低壓燃燒系統(tǒng)后最小熱負(fù)荷明顯增加；當(dāng)最小燃燒二次壓力由300 Pa降低到170 Pa或噴嘴分布由Φ1.98×6變成Φ1.72×1﹢Φ2.0×5，開(kāi)1個(gè)噴嘴時(shí)都可保持或降低最小熱負(fù)荷值。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)綜合燃?xì)獗壤y生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平（二次壓力的調(diào)節(jié)精度、壓力漂移量等）、噴嘴分布合理性、風(fēng)機(jī)配風(fēng)量等評(píng)估選用方案，防止燃?xì)鉄崴鞒霈F(xiàn)小火熄火、熱負(fù)荷斷檔。

1.3 燃燒系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)范圍的設(shè)定

1.3.1 保持普通燃燒系統(tǒng)的比例閥參數(shù)不變

采用普通燃燒系統(tǒng)的原比例閥，比例閥的比例特性參數(shù)不變；由于噴嘴孔徑的加大，熱水器在相同熱負(fù)荷的情況下，使得比例閥工作電流范圍變窄；如：熱水器同樣輸出27.4 kW熱負(fù)荷，分別用當(dāng)量噴嘴Φ4.2/Φ4.8 mm時(shí)，燃燒系統(tǒng)的工作電流分別為188/158 mA。

此時(shí)燃?xì)鉄崴魅绻苯硬捎么吮壤y，則最小熱負(fù)荷變大和單位調(diào)節(jié)氣流量變大。最小熱負(fù)荷可通過(guò)1.2方法調(diào)整；單位調(diào)節(jié)氣流量大（單位調(diào)節(jié)熱負(fù)荷值），此問(wèn)題可以通過(guò)改變電路參數(shù)，讓電流參數(shù)細(xì)分使各擋位內(nèi)電流調(diào)節(jié)量足夠細(xì)。如表3中可知，采用低壓力燃燒（熱水器電流檔位參數(shù)不變），相對(duì)普通燃燒系統(tǒng)單位熱負(fù)荷明顯增加；采用低壓力燃燒且每檔位電流細(xì)分后，單位熱負(fù)荷基本與普通燃燒系統(tǒng)單位熱負(fù)荷一致。

表3 某燃?xì)鉄崴髟谄胀ㄈ紵?低壓燃燒熱負(fù)荷

1.3.2 保持普通燃燒系統(tǒng)的電流區(qū)間不變

燃?xì)鉄崴鞅３衷瓉?lái)普通燃燒系統(tǒng)的工作電流調(diào)節(jié)區(qū)間不變，調(diào)整燃?xì)獗壤y的比例特性參數(shù)。使比例閥的比例特性參數(shù)（電流、二次壓）與燃?xì)鉄崴髟诠ぷ麟娏鲄^(qū)間的二次壓重合；如一燃?xì)鉄崴魅紵到y(tǒng)在保證最大熱負(fù)荷不變的情況下，保持原有工作的電流調(diào)節(jié)范圍，燃?xì)獗壤y最大二次壓的設(shè)定值從1 350 Pa降低到850 Pa，此時(shí)燃?xì)獗壤y的比例特性曲線發(fā)生變化。

這種方法保持了燃燒系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)范圍及檔位調(diào)節(jié)精度。如表4：?jiǎn)挝徽{(diào)節(jié)熱負(fù)荷量基本上保持不變，最小熱負(fù)荷明顯變大；最小熱負(fù)荷可通過(guò)1.2方法調(diào)整。此時(shí)一個(gè)檔位調(diào)節(jié)電流量沒(méi)有發(fā)生變化，熱水器生產(chǎn)時(shí)的撥檔效率沒(méi)有發(fā)生變化。盡管當(dāng)量噴嘴發(fā)生變化，但由于燃?xì)獗壤y的比例特性發(fā)生了變化，使得單位調(diào)節(jié)熱負(fù)荷基本上沒(méi)有發(fā)生變化，有利于比例閥生產(chǎn)精度及制造成本的控制。

表4 某燃?xì)鉄崴髟谄胀ㄈ紵?低壓燃燒熱負(fù)荷值測(cè)試情況

通過(guò)上述1.3.1和1.3.2的方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于低壓力燃燒系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)施，建議保持普通燃燒系統(tǒng)的工作電流調(diào)節(jié)范圍不變，改變比例閥比例特性，再結(jié)合當(dāng)量噴嘴細(xì)分、風(fēng)機(jī)配風(fēng)細(xì)微的調(diào)整保證燃?xì)鉄崴鳌⑷細(xì)獗壤y的生產(chǎn)效率（調(diào)節(jié)靈敏度），使燃?xì)鉄崴鞒鏊€(wěn)定，洗浴更舒適，且有利于生產(chǎn)成本控制。

2 低壓燃燒系統(tǒng)如何配置燃?xì)獗壤y

2.1 燃?xì)獗壤y的流量大小

進(jìn)氣壓力保持不變，讓燃?xì)獗壤y在保證穩(wěn)壓的情況下調(diào)節(jié)到最大，然后手動(dòng)調(diào)節(jié)比例閥測(cè)試噴嘴大小，獲得不同的二次壓力、氣流量，如圖1所示。

圖1 某燃?xì)獗壤y二次壓與流量的關(guān)系

從圖1中看出：同一燃?xì)獗壤y調(diào)節(jié)的最大流量由最大二次壓決定，隨著二次壓的增加，壓差（P1～P2）減少，最大流量隨便之降低。低壓力燃燒降低了燃燒的二次壓力，增加了壓差，從而提高了氣流量。所以配置比例閥時(shí)，應(yīng)根據(jù)燃?xì)鉄崴髯畲鬅嶝?fù)荷（燃?xì)庾畲罅髁浚┘岸螇毫Υ笮。瑑?yōu)化燃?xì)獗壤y的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部通徑，有利于比例閥的成本控制；如果燃?xì)忾y的流量和熱水器實(shí)際所需的燃?xì)饬髁肯嗖钶^大，可能會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際使用中燃?xì)獗壤y不是工作在最佳工作區(qū)間，從而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這樣會(huì)給整機(jī)帶來(lái)一定的影響。

2.2 燃?xì)獗壤y的穩(wěn)壓特性

圖2是某燃?xì)獗壤y在不同的當(dāng)量噴嘴條件下測(cè)試的P-P曲線圖。從圖中看出：P2穩(wěn)壓性能在采用不同噴嘴測(cè)試下存在差異。進(jìn)行測(cè)試P2的穩(wěn)壓性能存在差異（水平度）。在燃?xì)饪焖俸銣責(zé)崴髡Ｈ紵^(guò)程中盡管系統(tǒng)會(huì)根據(jù)一次壓的波動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)比例閥保證二次壓（出水溫度），但穩(wěn)壓性偏差過(guò)大會(huì)使得熱水器頻繁的調(diào)節(jié)比例閥，導(dǎo)致出水溫度的振蕩，從而影響洗浴體驗(yàn)。所以在選用或設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮比例閥噴嘴的使用范圍區(qū)間，綜合評(píng)估比例閥的測(cè)試條件，使燃?xì)獗壤y的穩(wěn)壓性更貼合實(shí)際生產(chǎn)。

圖2 不同噴嘴時(shí)燃?xì)獗壤y一次壓與二次壓的關(guān)系

2.3 燃?xì)獗壤y比例端的密封力

市場(chǎng)上較常用的動(dòng)永磁型燃?xì)獗壤y，出于成本和結(jié)構(gòu)的考慮，大多采用一個(gè)電磁閥及一個(gè)帶密封功能比例調(diào)節(jié)閥，滿足國(guó)標(biāo)二級(jí)密封要求[2]。比例調(diào)節(jié)閥關(guān)閥時(shí)的密封由軸芯與永磁的吸力來(lái)實(shí)現(xiàn)。軸芯與永磁的距離越近，二者吸力越大，密封性能就越好；反之，軸芯與永磁的距離越遠(yuǎn)，二者吸力越小，密封性能就越差。

在低壓力燃燒用比例閥選用/設(shè)計(jì)時(shí)，由于整機(jī)電流壓力關(guān)系曲線（I-P線）的變化，比例閥的電流壓力關(guān)系曲線（I-P線）相應(yīng)變化。此時(shí)如簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)比例線圈圈數(shù)及比例彈簧而忽略軸芯與永磁的距離變化，當(dāng)軸芯與永磁的距離變大，密封力變小，密封性能相對(duì)變差，裝配一次合格率相對(duì)變低。比例閥制造難度增加，制造成本提高。相反當(dāng)軸芯與永磁的距離過(guò)小，密封力變大，密封性能相對(duì)更好，由于橡膠件與鋁材的特性，有可能增加閥口的粘連性，從而增加了閥口粘閥風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

本文從燃?xì)獗壤y著手，分析了低壓力燃燒系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)用燃?xì)獗壤y降低二次壓擴(kuò)寬穩(wěn)壓區(qū)間的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低前壓時(shí)熱負(fù)荷的提升。分析了燃?xì)鉄崴髟诓捎玫蛪毫θ紵到y(tǒng)中如何設(shè)計(jì)燃燒二次壓力、燃燒電流區(qū)間，低壓力燃燒系統(tǒng)用燃?xì)獗壤y選用或設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注的氣流量、穩(wěn)壓性、比例密封力等參數(shù)。

通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了低壓力燃燒系統(tǒng)中，保持普通燃燒系統(tǒng)的工作電流調(diào)節(jié)范圍不變，調(diào)整燃?xì)獗壤y的比例特性曲線；可以降低燃?xì)獗壤y的精度要求，搞高燃?xì)鉄崴鞯姆€(wěn)定性，改善了洗浴舒適性，并有利于生產(chǎn)成本控制；避免燃?xì)鉄崴魃a(chǎn)出現(xiàn)撥檔過(guò)多、水溫振蕩問(wèn)題。