第三章 燃气热水器机械结构设计

第三章燃气热水器机械结构设计3.1燃气热水器工作原理随着技术的进步和燃气事业的发展，经过广大技术人员的努力，燃气热水器的技术与结构逐步得到提高与完善，电子技术被广泛应用于燃气热水器上。现在安全可靠而灵敏高的离子感应熄火保护装置取代了热电偶熄火保护装置或双金属熄火保护装置，安全可靠的水控点火取代了原手动压电点火。自吸式电磁阀离子电流检测水气联动点火控制系统因其结构简单、制造精度要求不高、功能可靠而被普遍使用。燃气热水器的工作原理是冷水进入热水器，流经水气联动阀体在流动水的一定压力差值作用下，推动水气联动阀门，并推动微动开关将电源接通并启动脉冲控制器，打开燃气通气电磁阀门，将燃气热水器燃烧器点燃；燃烧器点燃后，火焰检测元件通过检测火焰给出火焰信号予脉冲控制器，通过维持电流将电磁阀打开，维持燃烧器的正常燃烧。如果当点火失败，脉冲点火器因无检测到火焰的维持电流信号，无法维持电磁阀的正常开启，关闭电磁阀，切断燃气的供应。目前，市面上的燃气热水器基本上都是水控式，即只要打开冷水开关或接通冷水水源，水气联动阀就会驱动接通微动开关，完成点火、燃烧、维持到正常工作的整个过程，就可通过水量调节装置气量调节得到合适的水温与水量，燃气热水器就立刻在（5－10）秒较短的时间内进入正常工作状态，产出所需的热水。器具一旦出现熄火等故障，燃气热水器会在5秒内自动停止工作，并立刻切断燃气通路，防止燃气继续流出，确保使用安全。本次设计的燃气热水器的工作原理如图3.1所示。图3.1燃气热水器工作原理图1—热水阀；2—热交换器；3—蛇形管；4—热交换器壳体；5—主燃烧器；6—阀杆；7—进水阀；8—鼓膜；9—水阀体；10—水气联动阀；11—电磁铁；12—过热保险丝；13—磁极；14—衔铁；15—弹簧；16—阀盖；17—阀盖；18—弹簧；19旋钮；20—弹簧；21—热电偶；22—点火装置；23—长明火；24—燃气管工作原理如图：将旋钮（19）按下，阀杆方能转动。当旋钮（19）旋至常明火点燃的位置时，脉冲点火装置开始动作，同时，阀盖（16）开启，燃气开始流向常明火并点燃。常明火加热热电偶之热端，热电偶一般在短时间内产生热电势，使电磁铁产生的吸引力足以克服弹簧（15）的弹力而将衔铁紧紧吸附在磁铁上，热水器处于待工作状态。继续旋至旋钮（19）至主燃烧器点火位置。阀盖（17）开启，燃气进入水气联动装置阀体左腔。开启进水阀使其处于常开位置。当打开热水阀时，在水压P作用下，鼓膜推动阀杆（6）向左移动，燃气流入主燃烧器，并被常明火点燃。燃气燃烧产生的热量迅速加热热交换器（2）及热交换壳体（4），冷水通过盘绕在热交换器壳体及热交换器的铜管，瞬时被加热，由热水阀（1）流出，此时，热水器处于工作状态。当停止使用时，关闭热水阀（1），水阀体鼓膜两侧的压力相等，弹簧C（20）的弹力推动阀杆向右移动，关闭通向主燃烧器的燃气入口，供气终止。当转动水温调节阀时，水流量也随之变化,关小时，水量减少，而水温升高；反之，水量增加，而水温下降。突发情况：A.由于某种原因，如燃气管网压力过高或过低，或常明火被吹熄，热电偶温度急剧下降，达到一定程度，弹簧（15）的作用，使衔铁脱离磁极，阀盖（16）关闭燃气进口，从而切断了常明火的气源。B.由于某种原因，燃气热水器在正常工作过程中突然水流量G大幅度减少（或者停水），鼓膜（8）所受压力减少，进而带动阀杆（6）运动，减少进气口（或者关闭进气口，即燃气阀）。C.由于热水器工作环境潮湿，使得电池漏电，则自动安全装置反馈信号控制电磁阀，以控制燃气阀关闭，以保证安全。3.2带水—气联动点火装置自动型燃气热水器使用的自动点火装置，目前常用的有压差式燃气自动点火装置。随着大通道燃气电磁阀和高性能集成电路在自动点火燃气热水器的应用，将使热水器性能更加安全、可靠。压差式燃气自动点火装置结构及工作原理是：压差式燃气自动点火装置通常包括压差式燃气阀、压差控制电磁铁、气路开关、控制电路、点火头、点火燃烧器、火焰检测头以及水气联动机构等，在配备相应的具有燃气通道的壳体零件、热负荷调节机构和主燃烧器后即可形成自动点火热水器机芯。3.2燃气热水器自动点火装置结构图原理图（带水—气联动结构）1—干电池；2—控制盒；3—电磁铁；4—点火头；5—点火燃烧器；6—火焰检测头；7—左气室；8—右气室；9—主燃烧器喷嘴；10—动作杠杆；11—压差阀推杆；12—主燃烧器；13—热负荷调节器；14—水阀；15—水气联动阀推杆；16—气电转换器图3.2所示是带水气联动机构的压差式自动点火装置机构，在打开气源阀门后，即进入待机状态。当冷水进入水阀（14）时，水-气联动推杆（15）推出，燃气进入压差式燃气阀的左、右气室（7、8），同时也进入气-电转换器（16），转换器内薄膜在燃气压力下动作，使控制电路接通电源。在点火燃烧器（5）无火焰的情况下，控制电路即启动脉冲点火，直到点火燃烧器被点燃后自动停止点火。在停止点火时刻，控制电路向电磁铁（3）供电，动作杠杆（10）将左气室进气口关闭，由于点火燃烧器在燃烧，左气室压力逐渐下降，当下将至一定数值时，压差式燃气阀薄膜两侧受力失去平衡，开始左移，将燃气通道打开，燃气从主燃烧器火孔喷出并被点燃。点火燃烧器的火焰随左气室压力下降而变小，直至熄灭。至此，点火过程完毕，主燃烧器进入正常工作状态。在运行过程中如发生意外熄火，火焰检测头失去火焰信号，控制电路停止向电磁铁供电，左气室进气口打开，燃气进入左气室推动薄膜右移，将主燃烧器进气通道关闭。同时，脉冲点火重新启动，重复前述点火操作，将主燃烧器再点燃。这种熄火安全保护称为再点燃式熄火保护。图中所示的气—电转换器可用行程开关代替，利用水—气联动推杆的移动使行程开关动作。但在使用行程开关时，无气通水也会使脉冲点火启动，而使用气—电转换器就不会在无气通水时启动脉冲点火。3.3水气联动装置水—气联动装置（亦称水膜阀），是为了防止听水质燃烧仍在进行，烧坏设备。常使用的水膜阀有两种：1.压差式水膜阀；2.压力式水膜阀。水气联动装置又称水气联动阀，包括水控装置和气控装置，主要部件有：进气口、泻压阀杆、锥形管、鼓膜、水温调节阀、顶杆、微动开关、火力调节阀、电磁阀、进气口等。水气联动装置的作用是保证在水压足够，且被引进热交换器流动时，燃气控制阀门才能打开；而当水流停止或压力不足时，自动切断燃气的供气通路，防止因缺水而烧坏设备，即通常所说的“水到，气到”。水控、气控装置1、气控装置由气阀组件组成，控制燃气的启闭和燃气流量，又称火力调节阀。2、水控装置是控制水流量的装置，又称水温调节阀。工作原理简单地说，就是检测到足够的冲击水压时，启动燃气机械开关，启动电路（一般为微动开关）进而启动电机脉冲点火器和电磁阀。水—气联动的结构放大图如图3.3a、3.3b所示，结构尺寸数据如表3.3所示。图3.3a水—气联动的结构主视图放大图1—稳压调压杆；2—文丘里管；3—连通管；4—水轴密封圈；5—皮膜；6—水轴；7—弹簧；8—气轴密封圈；9—阀垫；10—气轴。图3.3a水—气联动的结构左视图放大图1—文丘里管；2—冷水入水口（水管接口）；3—气轴；4—皮膜。表3-1水气联动机构参数3.4压差式水膜阀这次我们用到的是压差式水膜阀，压差式：采用薄膜两侧水的压力差的原名称尺寸mm调节轴距离115调气杆长度62调水杆长度60出水口直径16出气口直径18气旋转杆长度7.2水旋转杆长度6.2进水口和出水口距离125两旋转杆之间的中心距10.5安装底座到调节轴总长150—155理，它的输水管设置了节流孔（文氏管），当水流过节流孔时，在薄膜的两侧产生压力差，由压力差来开启和关闭燃气阀瓣。由于节流孔的内径是固定的，所以在单位时间内流过节流孔的水越多，则经过节流孔时水的流速就越快，根据伯努利原理，节流孔两侧所生产的压力差就越大，由阀杆控制阀瓣，使阀口开启的程度也就加大。保证了在热水器的热负荷范围之内，热水器的温度保持基本稳定，不至于忽冷忽热。当水阀关闭，水停止流动时，薄膜两侧的压力差消失，阀瓣在弹簧的作用下复位，切断了主燃烧器的供气，主燃烧器熄火（此时如有小火燃烧器则保持原来的燃烧状态）。其结构如图3.4所示。图3.4压差式水膜阀1—放水阀；2—水膜阀；3—薄膜；4—阀瓣；5—节流孔；6—阀杆；7—主燃烧器；8—弹簧；9—长明火；10—传热片。其工作原理是通过节流孔（5）在薄膜（3）的两侧形成压差，使阀瓣（4）开启，燃气进入主燃烧器。水量越大，压差越大，阀瓣（4）开启亦越大，即燃气进入主燃烧器的流量将随水量成正比变化。当放水阀关闭时，水流停止，薄膜（3）两侧的压力相等，水阀门的阀瓣（4）在弹簧力作用下闭合，切断燃气，主燃烧器熄火。3.5燃气控制阀——电磁阀国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步童先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。本次设计使用的是分布直动式电磁阀。其原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点：在零压差或真空、高压时亦能可靠动作，但功率较大，要求必须水平安装。其具体尺寸如下图3.5a、图3.5b、图3.5c。图3.5a分布直动式电磁阀剖视图图3.5a分布直动式电磁阀左视图图3.5a分布直动式电磁阀气腔结构剖视图