燃气热水器抗风性能研究及抗风装置开发

宁波方太厨具有限公司 施映红 陈焕耀

关键字：燃气热水器 抗风性能 抗风装置

居民在日常生活中使用燃气热水器时，经常反映会出现燃气热水器点火不良或者容易熄火的情况。专业的测试人员针对用户反映出现故障的燃气热水器做故障测试时，这些燃气热水器往往又会被测试出一切正常。由于测试人员无法全程观察和测试燃气热水器在居民使用过程中的实际状态情况，如空气气流对燃气热水器性能的影响，导致燃气热水器重复出现故障而在做故障测试时又一切正常的情况。

但是，由于现在缺乏有效的燃气热水器抗风能力测试装置，无法有效测量燃气热水器的抗风能力，也就无法了解燃气热水器(尤其是报修故障的燃气热水器)在自然风状态、室外大风或者建筑高层对用户洗浴舒适性和安全性的影响。针对现状，研发测试人员急需开发一套可以模拟风压状况的抗风装置。要求该装置能有效测量燃气燃气热水器的抗风能力，有助于提高其产品舒适性，降低其顾客端点火失效比率。

1 抗风装置的组成及测试条件

1.1 硬件部分

调压箱箱体采用铝合金型材制作，使用硅胶密封，试验箱顶部排烟口调节装置采用旋转电机控制，可以按照设定速度将风门板旋转0°～360°。风压取样点分别设置在风机与调压箱连接口和调压箱中部。调压箱内为保证各个位置的风压均匀性，配置多个传感器，用于实时监测风压箱内的风压，可保证内部风压90%区域压力均匀。风机固定在调压箱底部，通过管道与调压箱连接。调压箱的整体升降采用手动控制。风压箱入口连接处应设为软接口，可自由调整尺寸，以适应不同尺寸的烟管。

1.2 电控部分

电控部分主要由主机、显示器、变频器、PLC、步进电机驱动、直流电源和电器元器件等组成。

1.3 数据采集部分

该系统采用PLC 和计算机进行控制，PLC 将模拟信号和开关信号采集并传输到上位机，上位机进行记录，分析并反馈至PLC 驱动执行元器件执行。用于数据采集和用户可以根据工件技术要求设定控制标准和动作流程，设定好一键启动并执行检测。测试模式分为4 种：固定风压，指某一风压值测试；突变风压，指风压从零到某一设定值，突然变化；连续风压，指风压按时间进行周期变化(正弦波)；模拟自然环境测试。

整个上位机软件界面采用分屏设置，分为自动测试界面(含曲线绘制界面)、手动测试界面、参数设置界面和设备校准界面。其中自动测试界面用于恒压，突变及波动试验曲线绘制；手动测试界面用于调试各种控制元器件；参数设置界面用于用户编辑、保存、调用参数以及工件性能是否合格的参数范围；设备校准界面用于设备的传感器或变送器信号的校准。

抗风装置详见图1。

图1 抗风装置

1.4 抗风装置测试条件

(1)室温为20±5 ℃，进水温度20±2 ℃，进水压力0.1±0.04 MPa,大气压力86～106 MPa；

(2)室温的确定：在距燃气热水器1 m 处将温度计固定在与燃气热水器大致等高位置，测量前、左、右3 个点，3 点平均温度即为室温。测温点不应受到来自燃气热水器的烟气、辐射热等直接影响；

(3)通风换气良好，室内空气中CO 含量应小于0.002%，CO2含量应小于0.2%，且不应有影响燃烧的气流，空气流速小于0.5 m/s；

(4)实验室使用的交流电源，电压波动范围在±2%之内；

(5)试验用燃气种类按GB/T 13611-2018《城镇燃气分类和基本特性》中规定的燃气要求，在试验过程中燃气的华白数变化应不大于2%，燃气热水器停止运行时的供气压力，应不大于运行压力的1.25 倍；

(6)燃气燃气热水器安装在垂直的木质试验板上，将燃气燃气热水器排烟管出口端与可调风压箱烟管紧密连接，打开研华工控机，进入操作界面。

2 抗风性能测试方法

2.1 固定风压

(1)调节燃气热水器出水流量和设定温度值，要求实际出水温度小于最高设定温度，确保燃气热水器在最大负荷下燃烧；

(2)在燃气热水器开机状态下，打开可调风压箱进风口，调节风压直至风压稳定后，观察火焰情况；

(3)每次调压后保持风压值，记录稳定燃烧状态下进出水温度和水流量；

(4)重复(2)、(3)步骤测试，记录出现火焰无法维持或者回火、漏火、离焰状态时的风压值，该值为燃气热水器在最大负荷下固定风压抗风能力。

2.2 连续风压

(1)调节燃气热水器出水流量和设定温度值，要求实际出水温度大于最低设定温度，确保燃气热水器在最小负荷下燃烧；

(2)在燃气热水器开机状态下，打开可调风压箱进风口，调节风压从0 Pa 逐步递增(每次视实际情况递增)，待风压稳定后，观察火焰情况；

(3)每次调压后保持风压值，记录稳定燃烧状态下进出水温度和水流量；

(4)重复(2)、(3)步骤测试，记录出现火焰无法维持或者回火、漏火、离焰状态时的风压值，该值为燃气热水器在最小负荷下的连续风压抗风能力。

2.3 风压突变

(1)调节热水出水流量和设定温度值，要求实际出水温度大于最低设定温度，确保燃气热水器在最小负荷下点火；

(2)在燃气热水器开机状态下，打开可调风压箱进风口，调节风压从0 Pa 逐步递增，调压后保持风压值，并记录稳定燃烧状态下进出水温度和水流量；迅速关闭风压箱进风口，观察火焰稳定情况；

(3)重复(2)测试步骤，记录当出现火焰无法维持或者出现回火、漏火、离焰状态时的风压值，该值为燃气热水器在最小负荷下的风压突变抗风能力。

三种测试方法的显示界面见图2。

图2 三种测试方法的显示界面

3 结语

燃气热水器抗风性能的提高有助于降低高层用户在燃气热水器使用时的点火失败率。通过开发性能实验发现，当燃气热水器最小负荷的抗风性能达到180 Pa 时，可以抵抗外界环境8 级大风；当燃气热水器最大负荷的抗风性能达到250 Pa 时，可以抵抗外界环境9 级烈风。

与现有技术相比，本文提到的抗风测试装置的优点在于：

(1)本抗风测试装置通过设置风压箱、风机、控制箱以及各种具备数据采集功能的部件(如各温度传感器、风压测试仪和风压检测装置等)，由控制箱根据设置的风机参数去控制风机向风压箱内送风，使得风压箱处于不同的风压模式下，并且结合风压箱内的风速情况、风压情况、风压箱出风口的烟气浓度情况以及待测的燃气热水器的进出水温度、燃气火焰情况等状态数据，处理得到待测的燃气热水器在当前风压模式下出现火焰状态异常变化(如火焰无法维持或者出现回火、漏火或离焰状态)时所对应的最大风压值，包括最大负荷下的固定风压抗风能力，最小火负荷下的连续风压抗风能力，最小火负荷下的风压突变抗风能力。从而方便用户通过操作控制箱就可以模拟燃气热水器在不同风压模式下的工作情况，便于针对燃气热水器开展抗风能力测试。

(2)抗风测试装置不仅能够测试燃气热水器在不同风压模式下的工作情况，而且还可以模拟自然环境，例如针对燃气热水器做冻雨模拟测试或者沙尘暴模拟测试，极大地拓宽了该抗风能力测试装置的模拟测试情形，节约了针对不同工作环境下的燃气热水器抗风能力测试成本。