|
|
Навигация:  Проточные водонагреватели
Проточные водонагреватели Водонагревателями называются аппараты, нагревающие воду до определенной температуры. В отечественных водонагревателях используют два различных способа — нагревание проточной воды, поступающей из водопровода, и нагревание воды в специальных емкостях с периодическим отбором воды и заполнением. По этому принципу существующие газовые водонагреватели разделяются на проточные и емкостные. Все проточные водонагреватели по тепловой нагрузке делятся на три группы: 33 600, 75 600 и 105 000 кДж/ч; по степени автоматизации — на высший и первый классы. К.п.д. водонагревателей при номинальной нагрузке должен быть не ниже 80%, содержание оксида углерода в продуктах сгорания водонагревателя не должно превышать 0,05%, в том числе на сухие дымовые газы при теоретическом расходе воздуха; водонагреватели должны обеспечить паспортную производительность в пределах расчетных давлений газа при наименьшем значении его низшей теплоты сгорания; температура продуктов сгорания за тяго-прерывателем должна быть не менее 180 °С. Принципиальная схема проточных водонагревателей. Газ низкого давления подается в инжекционную горелку. Продукты сгорания газа проходят через теплообменник и отводятся в дымоход. Теплота продуктов сгорания передается протекающей через теплообменник воде. Огневая камера снаружи охлаждается змеевиком, через который циркулирует вода, проходящая через калорифер. Таким образом, основными узлами проточного водонагревателя являются: горелочное устройство, теплообменник, система автоматики и газоотвод. По мере модернизации водонагревателей совершенствовалось горелочное устройство. На смену многосопловым горелкам КГИ пришли горелки с центральным, пбдводом газа. Однако эти горелки, имея относительно малый коэффициент инжекции (до 0,5), не используются при сжигании сжиженного газа. На водонагревателях Л-1 (Л-3) применяют горелку с двухместным подводом газа. Поток газа через тройник 1 и два сопла 6 направляется в два диффузора-смесителя и далее через короб крышки смесителей в алюминиевые распределительные трубки, объединенные в литой блок.
Рис. 1. Принципиальная схема проточного водонагревателя: Огневые отверстия трубок выполнены в виде поперечных щелей. Первичный воздух в этих горелках регулируют, коэффициент инжекции равен 0,7, что позволяет применять горелки и на природном, и на сжиженном газе. Такие горелки применяют и на унифицированных водонагревателях ВПГ, обеспечивая высокие эксплуатационные качества аппаратов. Запальники горелочных устройств представляют собой односопловую инжек-ционную горелку малой производительности. Газ к запальнику подается через обособленный канал и блокируется с поступлением газа на горелку водонагревателя и наличием пламени на запальнике. Схема работы биметаллического термоклапана показана на рис. 3, а. В зону пламени запальника вводится согнутая биметаллическая пластинка. В холодном состоянии верхняя полоса пластинки находится в горизонтальном состоянии, вследствие чего клапан I через шток поддерживается в закрытом положении, перекрывая проход газа на основную горелку. При нагревании биметаллической пластины 4 верхняя полоса ее опускается и приводит к перемещению клапана и открытию прохода газа на горелку. В новых конструкциях водонагревателей предусмотрены дополнительные функции автоматики по блокировке работы основной горелки с величиной тяги в дымоходе. Так, в водонагревателе ВПГ-18М вместо биметаллического термоклапана установлен электромагнитный датчик пламени. В зону запального пламени введена термопара, которая является датчиком электродвижущей силы для электромагнитного клапана. Электромагнитный клапан, в свою очередь, управляет доступом газа к горелке,водонагревателя. Теплообменник состоит из огневой камеры и калорифера. Размещенные на наружной стороне огневой камеры змеевики предохраняют стенки камер от перегрева. В первых моделях водонагревателей применялись два змеевика, один для подачи холодной воды к калориферу, другой — горячей воды к разборному крану. В современных, конструкциях водонагревателей (ВПГ) змеевик делает лишь один оборот вокруг огневой камеры.
Рис. 2. Инжекционная горелка водонагревателей Л-1, Л-3, ВПГ-18 (Л-3): Основное количество теплоты передается воде через калорифер. Теплота передается радиацией, конвекцией и теплопроводностью через металлические степки, которые находятся в контакте с одной стороны с водой, с другой — потоком отходящих газов.
Рис. 3. Схемы автоматизации подачи газа на основную горелку: При этом необходимо учитывать, что на величину передачи теплоты от горячих газов воде могут влиять следующие факторы: скорость протекания воды в змеевике; скорость движения продуктов сгорания; материал и величина ребер калорифера; качество припайки ребер к трубкам калорифера; температурный режим в огневой камере. Для предотвращения преждевременного выхода из строя теплообменников следует знать причины этого и способы устранения неисправностей. Отложение накипи на внутренних стенках водяных труб приводит к уменьшению теплопередачи и снижению к.п.д. водонагревателя. Повышение скорости протекания воды уменьшает вероятность образования накипи. На долговечность работы теплообменника влияют коррозия и окисление его поверхности. В новых моделях водонагревателей предусматриваются устройства автоматического регулирования температуры воды. В старых моделях водонагревателей пластинки калорифера припаивали к водяным трубкам оловянным припоем. Практика показала, что вследствие сравнительно низкой температуры плавления олова во многих случаях наблюдалось оплавление припоя, что приводило к перегреву элементов калорифера и снижению теплопередачи. В настоящее время, пластинки приваривают к трубкам с помощью медно-фосфористых припоев, имеющих высокую температуру плавления (860 °С). Система автоматических устройств в водонагревателях обеспечивает регулирование поступления газа на горелку в зависимости от протока воды и прекращение доступа газа к горелке при отсутствии пламени запальника. По мере модернизации водонагревателей совершенствуется и система блокировки. Устройство КГИ-56 показано на рис. 4, а. Кожух выполнен из эмалированпой листовой стали и имеет съемную переднюю крышку. Крепится на стене двумя кронштейнами, которые проходят внутрь и удерживают в определенном положении радиатор. Горелку и блок-кран крепят не на кожух, а на газопровод, что создает некоторые неудобства при установке прибора. В крышке имеется отверстие для зажигания запальника и наблюдения за работой горелки. Газоотводящее устройство 3 состоит из корпуса и предохранителя обратной тяги. Его устанавливают в верхней части кожуха для защиты пламени горелки и запальника при опрокидывании тяги от задувания. При нормальной тяге горячие газы от горелки обтекают предохранитель и уходят в газоход. Радиатор состоит из калорифера огневой камеры, змеевика и предназначен для передачи теплоты от работающей горелки протекающей по змеевику воде. Весь радиатор сделан из меди (наиболее теплопроводного металла). Калорифер состоит из четырех трубок, на которые насажены медные пластины. Проход между пластинами сужается кверху. Горячие газы с высокой температурой, проходя между пластинами, отдают свою теплоту, которая через калорифер передается воде. После калорифера температура газов не более 180 °С.
Рис. 4. Водонагреватель КГИ-56: Огневая камеру представляет собой кожух, внутри которого происходит горение газа. Снаружи по стенкам огневой камеры проходят трубки змеевика, где вода, соприкасаясь с горячими стенками камеры, также нагревается. Кроме того, огневая камера направляет поток горячего газа в пластины калорифера, не позволяя ему отклоняться в сторону и увеличивая тем самым теплообмен. Змеевик представляет собой систему медных трубок, по которой вода из блок-крана идет по радиатору, нагревается и возвращается обратно в блок-кран. Инжекционная горелка КГИ-56 состоит из корпуса с накидной гайкой, который монтируют на блок-кране. Сбоку горелки имеется регулятор первичного воздуха. Термоклапан состоит из биметаллической пластинки, штока и клапана. Биметаллическая пластина изготовлена из двух пластин металла с разным коэффициентом линейного расширения. Пластина металла с большим коэффициентом расширения расположена наружу. Тыльная часть биметаллической пластины нагревается запальником, при нагревании сжимается и ее верхний конец, к которому прикреплен шток. Если подача газа прекратится, то горелка и запальник погаснут, биметаллическая пластина остынет, распрямится, потянет шток вверх и закроет клапан, который перекрывает поступление газа в горелку. Блок-кран состоит из двух частей: газовой (верхней) и водяной (нижней). Корпус имеет внутри гнездо под пробку. Подача газа происходит сбоку, а выход — вверху. Запальник расположен в боковой части корпуса. Внизу имеется горизонтальная прорезь для крановой ручки горелки. Пружина пробки газового крана верхним концом упирается в нажимную шайбу, а нижним — в пробку крана. Пружина прижимает пробку к гнезду и позволяет легко ее поворачивать. В то же время пружина препятствует выходу пробки из гнезда, что обеспечивает полную герметичность. Пружина меньшего диаметра прижимает клапан к седлу. Нажимную шайбу устанавливают в верхней части корпуса так, чтобы обе пружины были сжаты и оказывали давление на пробку и клапан. Ножка клапана имеет кольцевую заточку под сальник, который препятствует прониканию газа вниз по ножке клапана. Запальник состоит из съемной горелки с отверстиями для первичного воздуха, форсунки, пробки, пружины и ручек. Пружина не позволяет пробке выходить из корпуса. Вход газа в запальник минует кран горелки, поэтому запальник может работать и тогда, когда горелка водонагревателя выключена. Водяная часть блок-крана состоит из корпуса и верхней крышки, которая имеет отверстие для штока, а внутри водяную камеру. Корпус снабжен также водяной камерой и отверстиями для входа и выхода холодной и горячей воды. Там, где проходит холодная вода, установлен водяной фильтр, а у входа — регулировочный винт. У входа холодной воды имеется проход в нижнюю водяную камеру, а у входа горячей воды — проход в верхнюю водяную камеру под верхней крышкой. Обе крышки скреплены винтами. Мембрана изготовляется из прочной на разрыв резины. Сверху на мембране имеется тарелка, с помощью которой мембрана передает усилие на шток. Регулировочный винт устанавливается у выхода холодной воды из блок-крана. Он предназначен для регулировки количества проходящей через радиатор воды. Если при полностью открытой горелке вода, поступающая из колонки, имеет недостаточную температуру и водяным вентилем в пункте разбора или краном горелки не удается поднять ее температуру, то регулировочный винт необходимо ввернуть глубже, уменьшив подачу холодной воды в радиатор. Блок-кран служит для предохранения водонагревателя от распайки при прекращении подачи воды. При открытом водяном вентиле вода поступает в блок-кран. Заходя в нижнюю водяную камеру, проходит через радиатор, заполняя верхнюю водяную камеру, и останавливается, доходя до закрытого разборного крана горячей воды. В неподвижной воде давление по принципу сообщающихся сосудов во всех точках трубчатой системы одинаково, следовательно, мембрана будет испытывать одинаковое давление сверху и снизу, равное давлению воды в водопроводе, т. е. через шток на клапан она действовать не будет. В этом случае на клапан действует только сила пружины, которая держит его закрытым. Как только разборный кран будет открыт, мембрана окажется под воздействием разных давлений. В ее верхней водяной камере давление упадет больше, чем в нижней. Мембрана начнет прогибаться вверх, толкнет шток и, пересилив давление пружины, откроет газовый клапан. Газ может пойти на горелку и загореться от запальника, если будет открыт газовый кран основной горелки. Вода, проходя через радиатор, начнет нагреваться. Если снова закрыть разборный кран горячей воды, то произойдет обратное: течение воды прекратится и давление на мембрану сверху и снизу станет вновь одинаковым. Газовый клапан под действием пружины опустится на свое гнездо, перекрыв проход газа на горелку. Если по каким-либо причинам вода в водопроводе вообще исчезнет в тот момент, когда работает колонка, то произойдет аналогичная картина: газовый клапан под действием пружины закроется и горелка погаснет. Водонагреватели Л-1 и Л-3 предназначены для подачи воды, нагретой до 50 °С, одновременно в одну или несколько точек разбора. На рис. 103 показан водонагреватель Л-1. Кожух выполнен из эмалированной листовой стали. В его передней съемной части находится глазок, через который зажигается запальник и производится наблюдение за работой горелки. Тягопрерыватель имеет такое же устройство и выполняет те же функции, что и тягопрерыватель КГИ-56. Радиатор состоит из калорифера, огневой камеры, однозахватного змеевика и устроен ГКИ-56. Горелка водонагревателя Л-3 состоит из распределителя, представляющего собой систему трубок с щелевыми отверстиями для выхода газа. Он выполняет следующие функции: уменьшает высоту факела пламени и обеспечивает доступ вторичного воздуха внутрь пламени.
Рис. 5. Водонагреватель Л-1: Корпус состоит из двух смесителей, в которых перемешиваются газ и первичный воздух, образуя горючую смесь. Каждая из двух форсунок имеет три сопла, диаметр которых рассчитан на Газ определенной теплотворной способности. Сопла форсунки позволяют создать низкую зону давления перед смесителем, что обеспечивает хорошую инжекцию первичного воздуха и перемешивание газовоздушной смеси. Это позволяет обойтись без регуляторов первичного воздуха, Термоклапан работает так же, как и термоклапан горелки КГИ-56, и выполняет те же функции. Блок-кран состоит из двух частей: газовой (верхней) и водяной (нижней). Клапан изготовлен из прессованного капрона и имеет резиновую прокладку для уплотнения, прижимается к седлу конусной пружиной. Пружина ставится конусом на клапан, а другой конец пружины (большого диаметра) упирается в корпус термоклапана. На верхний конец толкателя свободно надет клапан, а другой конец проходит сквозь латунную заглушку и упирается в шток тарелочки. Сальник толкателя фторопластовый; он препятствует прони-канию газа вдоль толкателя и выходу его наружу. Сальник расположен в латунной заглушке с нижней стороны, уплотняется нажимным винтом и, как правило, в процессе эксплуатации не требует замены. Ручка крана может находиться в трех положениях: крайнее левое — газ выключен; при повороте ручки по часовой стрелке на 90° до упора кольцевая выточка на пробке соединит штуцер подвода газа с малым штуцером отвода газа на горелку запальника; для третьего положения нужно нажать на ручку и вновь повернуть по часовой стрелке до упора. В этом положении канавка на поверхности пробки также будет подводить газ на запальник, а пробка крана боковым отверстием совместится со штуцером подвода газа и газ сможет войти в пробку и под клапан. Для выключения газа ручку крана следует повернуть против часовой стрелки в крайнее левое положение, при этом последовательно отключается сначала подача газа на основную горелку, а затем и на горелку запальника. Устройство газового крана водонагревателя JI-1 показано на рис. 104. Водяная часть блок-крана имеет верхнюю крышку блок-крана, у которой сверху находится отверстие под сальник. Под крышкой расположена верхняя водяная камера. Мембрана изготовлена из прочной резины и имеет сверху тарелку с толкателем, который проходит через сальник в верхней крышке. Толкатель до того, как упрется в шток газового клапана, имеет свободный ход. Поэтому, когда мембрана под действием давления воды поднимается вверх, толкатель упирается в шток и дает возможность открыться газовому клапану. За этот промежуток времени радиатор успевает наполниться водой, и только потом загорается горелка, что предохраняет радиатор от распаивания. Корпус водяной части блок-крана имеет входной и выходной штуцеры, регулировочный винт и нижнюю водяную камеру. В выходном штуцере находится сопло Вентури. Регулировочный винт расположен около входного штуцера. Он дает возможность регулировать количество проходящей через водонагреватель воды. Замедлитель зажигания встроен в верхнюю крышку. Он представляет собой камеру (с двумя отверстиями), в которой катается шарик. Одно отверстие выходит в верхнюю водяную камеру, а второе — в сопло Вентури. При поступлении воды из верхней водяной камеры шарик прижимается к отверстию, уменьшая его сечение. Давление воды в верхней водяной камере постепенно падает, что позволяет мембране медленно подниматься вверх. Затем открывается газовый клапан и газ постепенно поступает в горелку. Горелка зажигается без хлопка.
Рис. 6. Газовый кран водонагревателя Л-1: Сопло Вентури, встроенное в выходной штуцер, представляет собой суженный отрезок водопроводной трубы. Поток воды в месте сужения увеличивает свою скорость и резко уменьшает динамическое давление в нем. Назначение сопла Вентури — создать область пониженного давления воды в надмембранном пространстве при работе водонагревателя. Принцип работы сопла Вентури основан на законах гидравлики. В данном случае давление движущейся по трубке воды на ее стенки подчиняется закономерности: чем больше скорость движения жидкости, тем меньше давление, которое она оказывает на стенки трубки. Посмотрим, как реализуется эта закономерность при движении воды через водяную часть блок-крана. Вода с определенным давлением и скоростью подводится к водяной части блок-крана по трубке диаметром 15 мм. Далее она попадает в подмембранное пространство, где скорость движения ее замедляется, так как внутреннее сечение подмёмбранного пространства больше сечения водопроводной трубы. Минуя подмембранное пространство, вода, прежде чем попасть по соединительной трубке в змеевик, проходит через сопло Вентури, внутренний диаметр которого в самой узкой части равен 3,4 мм. При прохождении воды через узкую часть сечения скорость ее значительно возрастает, за счет чего создается разность давлений над и под мембраной. Запальник — маленькая инжекционная горелка — расположен над основной горелкой. Его назначение — нагревать биметаллическую пластинку и зажигать газ основной горелки. Запальник состоит из насадка с отверстиями для первичного воздуха, который также выполняет роль смесителя регулируемой форсунки и подводящей газовой трубки. Регулировочный винт форсунки запальника расположен напротив смотрового окна, что позволяет, не снимая крышки водонагревателя, регулировать работу запальника водонагревателя. Рассмотрим принцип действия блок-крана водонагревателя Л-1. При повороте газового крана зажигается запальник, который нагревает биметаллическую пластинку. Через 1…2 мин биметаллическая пластинка сжимается и открывает термоклапан, но газ на горелку не поступает, потому что закрыт газовый клапан, связанный с мембраной. Если открыть водяной вентиль перед колонкой, то верхнюю и нижнюю камеры водяной части блок-крана заполнит вода. По принципу сообщающихся сосудов давление на мембрану сверху и снизу станет одинаковым, т. е. мембрана будет находиться в равновесии. Если открыть водоразборный вентиль, то вода потечет через водонагреватель. Давление ее в сопле Вентури и в верхней водяной камере блок-крана понизится, а в нижней водяной камере увеличится настолько, что мембрана передвинется в верхнее положение. Шток тарелочки при движении вверх упрется в толкатель газового клапана, пересилит давление действующей на него пружины и медленно откроет газовый клапан. Если будет открыт газовый кран основной горелки, то газ начнет поступать в горелку и загорится от запальника. В случае прекращения подачи газа погаснут запальник и горелка, а биметаллическая пластина остынет и закроет термоклапан. Если прекратится подача воды, то давление на мембрану сверху и снизу уменьшится, а газовый клапан под действием пружины перекроет газ на горелку. Это предохранит радиатор от распаива-ния- То же произойдет, если перекрыть водоразборный вентиль. Водонагреватель Л-3 в отличие от Л-1 имеет меньшую по объему огневую камеру. Конструкция блок-крана аналогична конструкции блок-крана Л-1. Калорифер изготовлен из одного ряда медных пластин. В верхней части распределителя установлены фасонные стальные пластины, образующие огневые отверстия. За счет такого устройства достигнуто увеличение термостойкости распределителя при одновременном повышении теплового режима в топке. Таким образом, достигнута возможность уменьшения размеров топки без изменения эксплуатационных качеств водонагревателя. Водонагреватели ВПГ. Водонагреватель ВПГ-18 создан на базе водонагревателя Л-3, он также является проточным с многоточечным разбором горячей воды. Высота огневой камеры в этом водонагревателе уменьшена до минимума за счет того, что основная часть тепла воде передается через пластины калорифера. Охлаждение огневой камеры обеспечивается одним витком змеевика. Калорифер собран из одного ряда медных пластин и пересекается тремя горизонтальными участками змеевика. Водонагреватель оборудован инжекционной горелкой с двумя инжекторами, обеспечивающими поступление первичного воздуха до 60% необходимого для сгорания. Это обеспечивает полное сгорание газа в коротких факелах. Конструкция блок-крана водонагревателя обеспечивает последовательную подачу газа сначала на запальник, потом на основную горелку. При отсутствии разбора воды или снижении давления водопроводной воды, а также при отсутствии пламени на запальнике прекращается подача газа на основную горелку. Ручка блок-крана может занимать следующие положения. При крайнем левом — кран полностью закрыт, при среднем — газ пропускается только на запальник, при крайнем правом — газ пропускается на запальник и на основную горелку. Клапан блокировки воды и газа может открываться лишь при нагреве биметаллической пластины. Газовый клапан через шток связан с мембраной и открывается только при наличии протока воды в мембранной камере и установленной в ней трубке Вентури. При наличии расхода воды в узком сечении трубки, сообщающемся с надмембранным пространством, происходит падение статического напора. Вследствие этого падает давление и над мембраной, которая перемещается вверх и через посредство штока открывает клапан блокировки.
Рис. 7. Принципиальная схема водонагревателя ВПГ-18: Шариковый замедлитель зажигания, частично перекрывая сечение пропускного канала, несколько замедляет перемещение мембраны и клапана вверх и обеспечивает плавность включения горелки. В настоящее время конструкция водонагревателя усовершенствована по сравнению с. ранее выпускавшимися водонагревателями Л-3 и ВПГ-18. Например, в водонагревателе ВПГ-23 улучшена конструкция теплообменника, значительно изменены основная и запальная горелки, установлен датчик тяги. Если в водонагревателях Л-1, Л-3, ГВА-3, ВПГ-18 тепловой автомат располагался в вертикальной стойке основной горелки, то в водонагревателе ВПГ-23 теплового автомата нет и его функции выполняет электромагнитный клапан. Его основное назначение — прекращение подачи газа на основную горелку водонагревателя при падении тяги в дымоходе ниже допустимого предела. Клапан состоит из трех основных узлов: нижнего клапана, верхнего клапана и электромагнита. Принцип работы электромагнитного клапана заключается в следующем. При нажатии на кнопку шток кнопки перемещается вправо, упирается в тарелку верхнего клапана и, преодолевая усилие пружины, отжимает его от седла. Вследствие этого газ направляется к газовой части водогазогоре-лочного блока. Если ручка газовой части блока находится в положении, обеспечивающем подачу газа на запальную горелку, то горелка разжигается и пламя ее обогревает спай термопары. Возникшая ЭДС поступает в обмотку катушки через винт. Вследствие этого электромагнит получает возможность удерживать в прижатом к сердечнику положении якорь. После того как электромагнитный клапан обеспечит свободный проход газа, приступают к розжигу основной горелки. Для этого достаточно перевести ручку аппарата по часовой стрелке и газ, выходя через сопла и секции основной горелки внутрь огневой камеры, воспламеняется от пламени запальной горелки. В газовой части водогазогорелочного блока с левой стороны крепится тройник, через который газ поступает к запальной горелке и одновременно через соединительную трубку под колпак Датчика тяги. Если разрежение будет ниже допустимого предела, то отходящие газы попадут в помещение кухни и нагреют биметаллическую пластину датчика тяги. Пластина постепенно выгнется, приподнимется ее свободный конец, и клапан отойдет от седла. Это приведет к разгерметизации трубки, соединяющей тройник и датчик тяги. Произойдет погасание пламени запальника, охлаждение спая термопары и срабатывание электромагнитного клапана. При этом под действием пружины клапан плотно прижмется к своему седлу и перекроет проход газа на основную и запальную горелки. Таким образом, в водонагревателе ВПГ-23 успешно реализованы прогрессивные тенденции современного машиностроения — уменьшение габаритов и материалоемкости при одновременном повышении эксплуатационных качеств. Похожие статьи: Навигация: Статьи по теме:
Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум |
|
|
|
|
Информационный сайт о строительных материалах и технологиях. Контакты: Никита Королёв - © 2008-2014 |
© Все права защищены.
Копирование материалов невозможно. |
|