大气式燃气采暖炉气流监测装置控制方式探究

孟令建 郑涛 曹立国 刘克 韩天雷 徐恒善

（海尔热水器开发部 山东青岛 266101）

大气式燃气采暖炉气流监测装置控制方式探究

孟令建 郑涛 曹立国 刘克 韩天雷 徐恒善

（海尔热水器开发部 山东青岛 266101）

大气式燃气采暖炉气流监测装置是保证燃气采暖炉气流不畅时，采暖炉关机的重要安全装置。现市场上燃气采暖炉的该装置主要有以下四种控制方式：风压开关正负压差式、风压开关正负压差带冷凝水收集器式、风压开关直接负压控制式、风压开关负压控制带压力补偿式。这四种控制方式针对不同的使用环境各有优缺点，如使用不当，燃气采暖炉会出现故障。本文旨在通过对这四种控制方式的理论及实际使用分析来说明在不同使用环境下应如何选择该控制方式，从而避免由于该控制方式选择不当而导致的产品质量问题。

大气式燃气采暖炉；气流监测装置；风压开关；文丘里管；控制方式

1 引言

目前，市场上销售的部分燃气采暖炉配置的气流监测装置，无论销售地点使用环境如何，均使用同一种风压开关控制方式。但若该装置选用不当，采暖炉在使用过程中无疑会出现质量问题，以风压开关断开故障居多。故在采暖炉设计时应选用正确的风压开关控制方式。

摘要中提及的四种控制方式中以风压开关正负压差式使用最多，此种控制方式操作简单、成本低廉、使用较可靠，宜使用在华东和华南等冬天温度不太低的地区；而在西北等高寒地区，由于夜晚平均温度为零下10℃左右，在采暖炉燃烧过程中，风压管正压中的水蒸气遇冷冷凝成水滴，进入风压开关或堵塞风压开关正压口，从而导致风压开关故障。此地区部分厂家采用风压开关正负压差带冷凝水收集器式控制方式，但需厂家额外制作两个冷凝水收集器，增加了制作成本，与此同时，还需售后人员不间断对冷凝水进行清理，给用户带来困扰。为解决此问题，考虑到风压开关负压口处通过文丘里管结构形成负压，此处冷凝水不会进入风压开关，故部分生产企业采用了直接负压风压开关控制方式，而此种控制方式忽略了空气腔中本身存在的不断变化的负压，风压开关闭合断开风压值很难正确选择，从而导致采暖炉在使用过程中出现风压质量问题；基于此，部分生产企业研发出了带负压补偿功能的负压控制风压开关控制方式，由于负压补偿器能够很好的中和空气腔中不断变化的负压，从而可以准确的选择风压开关闭合断开值，并能够避免冷凝水进入风压开关，从而扩大了采暖炉的适用范围。

笔者希望通过对这四种风压开关控制方式的理论及实际使用中的比较，来解决因此控制方式选择不当导致的质量问题，从而提升产品的质量口碑，解决用户抱怨。

图1 文丘里结构

图2 带冷凝水收集器的风压开关控制方式示意图

图3 密闭空气室压力分布示意图—无压力补偿口

图4 平衡式燃烧系统密闭空气室内压力示意图

2 大气式采暖炉气流监测装置控制方式理论分析

大气式气流监测装置主要由风压开关和文丘里结构组成，通过风压开关正负压差或负压控制风压开关开闭，从而控制采暖炉运行。在此控制方式中文丘里结构起到了至关重要的作用，下面笔者就对此结构进行简单的介绍，从而更好理解大气式采暖炉气流监测装置控制理论。

文丘里结构是测量流体压差而确定流量的装置，此结构用在大气式采暖炉上则是通过流体压差来控制风压开关开闭。它是由意大利物理学家G.B.文丘里发明而得名。其构造如图1所示，

由等直径入口段、收缩段、等直径喉道和扩散段等组成，串联于管路中。设入口段和喉道处流体平均流速、静压和管道截面面积分别为v1、p1、S1和v2、p2、S2，密度ρ不变，根据连续性方程：

伯努利方程：

可导出流量：

除压差（p1－p2）外均为已知数，故测量此压差即可求得流量。而在大气式燃气采暖炉气流监测装置中则是通过差压（p1－p2）或者负压p2判断流量Q是否正常，从而控制采暖炉是否正常运行。当大气式采暖炉风机型号选定后，在一定的使用条件下风机风量即为定值，此时即可通过监测风机出口处的差压（p1－p2）或者负压p2来控制大气式采暖炉开停。

3 大气式采暖炉气流监测装置实例分析

3.1 风压开关压差式气流监测装置

当大气式燃气采暖炉气流监测装置采用风压开关压差控制方式时，流经文丘里管的烟气流量一定，此压差（p1－p2）值一定。在正常情况下，此（p1－p2）值大于风压开关断开值，采暖炉正常运行，当采暖炉发生风机故障或者排烟管堵塞时，此（p1－p2）值变化，当该值低于风压开关断开值时，风压开关断开，采暖炉停机报故障。如表1所示，按照GB 25034-2010燃气采暖热水炉国家标准7.5.8气流监测装置中逐渐降低风机工作电压试验方法进行测试。

根据表1所测数据分析，可以选择闭合值150Pa，断开值130Pa的风压开关，满足采暖炉使用要求。

3.2 风压开关压差带冷凝水收集器式气流监测装置

在一般情况下，风压开关压差式控制方式可以满足用户使用要求，然在西北等冬天温度很低的地区，由于在采暖炉冷态启动过程中，高温烟气中水蒸气遇到风压开关正压管部分冷凝，形成冷凝水，此种控制方式则会出现问题，用户使用一段时间后，采暖炉报风机故障。检测发现风压开关正压管存在冷凝水且已经将正压管堵塞，风压开关动作只能依靠负压，且负压值无法达到风压开关闭合值，如表1中负压值无法达到风压开关闭合值，故采暖炉报故障。

针对此种气流监测控制故障，部分采暖炉生产企业研发出带有冷凝水收集装置的气流监测控制装置，如图2所示。采暖炉冷态启动时，高温烟气中的水蒸气遇冷冷凝成水滴后储藏在冷凝水收集器中，避免风压开关正压管被冷凝水堵塞，因此解决了采暖炉在西北等低温地区无法正常使用的问题。

但是，此种控制装置中冷凝水收集器中冷凝水无法自动排出，用户使用一段时间后冷凝水收集器满，风压开关正压管被堵塞，采暖炉仍会报风压故障。此时需采暖炉售后人员进行上门清理冷凝水收集器，带来用户抱怨。笔者认为，此种控制方式无法彻底根除因冷凝水带来的气流监测装置故障。

3.3 风压开关负压控制气流监测装置

针对采暖炉在正常使用过程中，风压开关正压管会形成冷凝水的问题，部分采暖炉生产企业采用了直接使用风压开关负压管控制风压开关闭合、断开的控制方式。因风压开关负压口与文丘里管负压口连接，其示意图如图3所示。此处因文丘里结构形成负压，风压开关中皮膜受吸力，故冷凝水不会进入风压开关负压管，既不会堵塞风压开关负压口，因冷凝水导致的气流监控装置故障得到解决。

表1 气流监控装置测试数据

表2 平衡式燃烧系统空气室负压测试数据

但在此气流监控装置的设计中，生产企业忽略了平衡式燃烧系统空气腔中本身存在的负压，并且此负压值会随使用条件的变化而变化，即此值为变量，已某品牌20kW壁挂炉为例测试空气室负压，如表2所示。部分预混燃烧采暖炉因持续燃烧时间较长，空气消耗巨大。大部分生产企业在设计时均采用平衡式燃烧系统，且采用定速上抽风机。这样，密闭空气腔内既会存在因风机抽取空气而产生的负压。当采暖炉点火燃烧功率变化或烟道阻力等外界条件变化时空气腔内的负压值就会发生变化，因用户使用条件各异，故此负压值无法确定确切值。因此，笔者认为此种气流监测装置在风压开关选型时无法确定型号，并且在不同使用条件下，采暖炉会出现风压故障，给用户带来困扰。

3.4 负压补偿式风压开关负压控制气流监测装置

基于3.3中提到的风压开关负压控制气流监测装置中，空气腔中存在的负压是变量的问题，部分采暖炉生产企业研制出了一种带负压补偿功能的气流监测装置。其基本工作原理如图4所示。

综合图3、图4进行分析：图3中风压开关皮膜左侧压力为P1，文丘里结构产生的负压为P2，得出风压开关皮膜右侧压力为P2-P1，因P1、P2均为变量，故无法通过图3结构准备选择风口开关通断值；同理，图4中风压开关皮膜左侧压力为P1，文丘里管产生的负压为P2，标示2处由于负压管与空气室相通，得出风压开关皮膜右侧压力为P2-P1+P1=P2，此结构中和了风压开关皮膜左侧的负压P1，使得风压开关右侧压力为P2，仅有一个变量，故图4所示结构可以选择风压开关通断值。

4 大气式燃气采暖炉气流监测装置控制方式探究总结

通过对上述四种大气式燃气采暖炉气流监测装置控制方式的比较，笔者推荐生产企业采用风压开关负压带压力补偿的控制方式。此种控制方式与另外三种控制方式相比具有明显的优点，既能解决风压开关正压管产生冷凝水的问题，又能中和空气室内存在的负压P1，与此同时可以适应各种外界条件的变化，可靠性良好。有利于减少采暖炉本身的质量问题，提升产品口碑。

[1] GB 25034-2010 燃气采暖炉国家标准. 2011

[2] 郭全. 燃气壁挂锅炉及其应用技术. 北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 刘蓉，刘文斌. 燃气燃烧与燃烧装置. 北京：机械工业出版社，2009.8

[4] 蔡增基. 流体力学泵与风机. 北京：中国建筑工业出版社，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